作為目前COVID-19 mRNA疫苗的重要組成部分，脂質納米粒（LNP）在有效保護mRNA并將其轉運至細胞方面發揮著關鍵作用。脂質體是LNP的早期版本，是一種多功能的納米藥物遞送平臺。

文丨塔卡拉瑪干的白楊

1、藥物和疫苗遞送

（1）基于脂質納米粒的上市產品

50多年來，脂質體已被公認為一種強大的醫學工具。它能夠包載藥物并可控地將藥物遞送至體內特定位置，這使其可用于多種疾病的治療，目前已有很多脂質納米粒藥物制劑獲批并應用于臨床。

表1已獲批上市的脂質納米粒產品

脂質納米粒在藥物遞送中最大的應用是癌癥治療，因為脂質納米粒包載抗腫瘤藥物的生物利用度和選擇性優于游離藥物。基于脂質的納米載體可降低抗癌藥物對正常組織的毒性，增加疏水性藥物的水溶性，延長藥物停留時間，并改善對藥物釋放的控制效率。脂質納米粒還通過增強組織滲透性和滯留（EPR）效應提高癌癥治療的效率。腫瘤中快速但有缺陷的血管生成導致血管間隙較大（粒徑>100 nm），脂質納米粒可以很容易地通過這些間隙進入腫瘤。因此，腫瘤血管對脂質納米粒的滲透性要高得多，從而在靜脈內給藥時允許其選擇性地蓄積于腫瘤中。此外，腫瘤中功能失調的淋巴引流降低脂質納米粒從腫瘤內外排的速度，從而延長在腫瘤內的保留時間。

圖1 EPR效應示意圖

由于EPR效應，脂質納米粒在腫瘤中的蓄積使得納米顆粒在腫瘤細胞附近選擇性地釋放抗腫瘤藥物。Doxil是最早獲批的抗腫瘤納米制劑，也是最早獲批的脂質體藥物。該產品可以改善蒽環類藥物阿霉素的藥代動力學和生物分布，阿霉素是一種強效抗癌劑，但具有心臟毒性。Doxil利用EPR，使用空間穩定的納米顆粒（~100 nm）來延長藥物在血漿中的循環時間，同時降低多柔比星的心臟毒性。Doxil作為靜脈注射劑開發，由大豆磷脂酰膽堿、膽固醇和DSPE-PEG2000組成，用于治療晚期卵巢癌、多發性骨髓瘤和HIV相關的卡波西肉瘤。

脂質體的第二大用途是抗菌劑。作為侵襲性真菌感染的治療金標準，廣譜多烯抗生素兩性霉素B已在醫學上使用了數十年。兩性霉素B會靶向細胞膜，對含麥角甾醇的真菌細胞膜的親和力高于對含膽固醇的哺乳動物細胞膜的親和力。然而，雖然兩性霉素B有很高的抗真菌活性，但存在嚴重的副作用，尤其是腎毒性。兩性霉素B是兩親性分子，具有復雜的自締合行為，不同類型的聚集體表現出不同的溶解度和毒性；聚集狀態也與藥物療效相關。因此，控制藥物的聚集狀態可以增強其治療效果并降低毒性。脂質納米粒可以控制這種聚集狀態，已經開發的幾款基于脂質的兩性霉素B納米粒制劑，都表現出良好的藥代動力學特征，并顯著降低這種藥物的副作用。

核酸治療劑是一類新興的藥物，對治療各種疾病都具有很大的潛力。然而，由于核酸是多價陰離子和高度親水性分子，幾乎不被細胞攝取，并且易被血液中的核酸酶降解。因此，核酸藥物需要依靠遞送載體才能進入細胞發揮作用。以脂質納米粒為載體是遞送核酸藥物的高效方法之一。核酸藥物Patisiran（Onpattro）是一種以脂質納米粒包載遞送siRNA的產品，可減少肝臟中轉甲狀腺素蛋白的形成，已獲FDA批準用于治療遺傳性轉甲狀腺素介導的淀粉樣變性。作為首款獲批的siRNA藥物和以脂質納米粒遞送核酸藥物的產品，是核酸藥物發展的重要里程碑。

（2）COVID-19 mRNA疫苗中的LNP

脂質納米粒最新的成功案例是作為遞送載體用Pfizer/BioNTech和Moderna獲FDA批準的兩種COVID-19信使RNA（mRNA）新冠疫苗，這兩款疫苗以無與倫比的速度開發上市，并在流行病毒預防方面有著顯著的效果。疫苗將編碼SARS-CoV-2刺突蛋白的mRNA遞送到宿主細胞的細胞質中，被翻譯成刺突蛋白充當抗原，對病毒產生免疫反應。

圖2 mRNA-LNP的作用機制

兩款mRNA疫苗采用的脂質納米粒組成非常相似。都含有可電離的脂質，該脂質在低pH值時帶正電利于與mRNA靜電作用絡合，在生理pH值時呈中性促進mRNA的遞送和釋放并減少潛在的毒性。都含有聚乙二醇化脂質，以減少血清蛋白的抗體結合和吞噬細胞的清除，從而延長全身循環時間。磷脂二硬脂酰磷脂酰膽堿（DSPC）和膽固醇形成穩定結構有助于包載mRNA。兩款疫苗的可電離陽離子脂質：PEG-脂質：膽固醇：DSPC的摩爾比分別為46.3:1.6:42.7:9.4（Pfizer/BioNTech）和50:1.5:38.5:10（Moderna）。脂質納米粒的粒徑為80~100nm，每個脂質納米粒中包含有約100個mRNA分子。

Pfizer/BioNTech和Moderna用于COVID-19疫苗脂質納米粒的專有陽離子脂分別為ALC-0315和SM-102。這兩種可電離陽離子脂質都含叔胺，在低pH值下被質子化而帶正電荷。脂質的烴鏈連接可生物降解的酯基，因此在mRNA遞送后能實現安全清除。mRNA疫苗中使用的陽離子脂質含有烴鏈支鏈，可優化非層狀結構的形成和mRNA遞送效率。PEG化脂質都是PEG-2000偶聯物。脂質納米粒是在低pH（pH 4.0）下制備的，酸性條件下可電離脂質帶正電荷，易與mRNA形成復合物。使用微流體裝置將含mRNA的水性溶液與含有脂質混合物的乙醇溶液快速混合。快速混合時，這兩股流體中的成分形成納米粒，并捕獲包載帶負電荷的mRNA。

圖3 mRNA新冠疫苗的主要輔料

（3）臨床試驗中基于LNP的mRNA疫苗和治療

mRNA疫苗和療法在疾病的預防和治療方面具有很大的前景。脂質納米粒可用于mRNA細胞內遞送，幾乎可在宿主細胞內表達任何所需蛋白質。基于mRNA的療法的一個重要特征是降低插入突變的風險。與DNA療法不同，mRNA不需要細胞核進行作用，不會整合到宿主基因組中，因此降低了致癌和誘變的風險，提高了安全性。此外，mRNA比DNA更易于標準化生產，并具有良好的重現性。

mRNA疫苗因其高效性、開發周期短和潛在的低成本生產而徹底改變了疫苗開發。如果用于核酸遞送的脂質納米粒技術沒有取得進步，mRNA疫苗是不可能快速發展的。已有多款基于脂質納米粒開發針對多種傳染病的mRNA疫苗進入臨床試驗，例如針對寨卡病毒、巨細胞病毒、結核病和流感的核苷修飾mRNA疫苗。mRNA治療性疫苗在針對黑色素瘤、卵巢癌、乳腺癌和其他實體瘤的免疫治療中展現出巨大潛力。脂質納米粒載體對于將mRNA成功遞送至免疫細胞的胞質溶膠至關重要，特別是負責觸發所需免疫反應的抗原呈遞免疫細胞。

表2臨床試驗中的脂質納米粒mRNA藥物和疫苗

使用mRNA表達治療蛋白有望治療多種疾病。蛋白質替代療法是一種醫學療法，用于替代或補充患者體內缺乏或缺失的蛋白質，是通過改造mRNA來編碼有用蛋白質實現的。脂質納米粒是將mRNA遞送至細胞的首選載體，但基于脂質納米粒的mRNA藥物通常需要長時間重復給藥，因此需要詳盡的安全分析和測試。

2、醫學影像

醫學影像在現代精準醫學中起著至關重要的作用，可用于改善疾病診斷、監測藥物遞送、驗證對治療的反應以及指導微創手術。傳統的成像方法分辨率和特異性有限，例如磁共振成像（MRI）、計算機斷層掃描（CT）、正電子發射斷層掃描（PET）和單光子發射計算機斷層掃描（SPECT）。以脂質納米粒為例的納米粒子遞送系統，可通過粒子表面功能化提高這些成像方法的分辨率和特異性提。

由于EPR效應，脂質體在腫瘤組織的的蓄積量比正常組織更多。放射性標記的脂質體已應用于各種癌癥的成像。最近，放射性標記的脂質體通過定位前哨淋巴結（接收轉移性腫瘤細胞的初始淋巴結）來檢測早期癌癥轉移。各種PET和SPECT放射性同位素已與脂質體結合用作顯像劑。

最常見用于放射性標記脂質體的放射性核素是锝99m(99mTc)、銦111(111In)和鎵67(67Ga)。這些放射性核素具有不同的半衰期和光子能量，因此可用于滿足特定的需要。例如，半衰期為6小時的99mTc可用于注射后24小時內成像，而半衰期為68小時的111 In則適用于需要延遲成像的生理過程。脂質體放射性標記有多種方法，可以在制備過程中包載于脂質體的水性內核中或或非特異性地附著在脂質體表面。在脂質的頭部基團上共價連接對放射性核素具有高親和力的螯合劑，可以在制備過程中將脂質-螯合劑偶聯物添加到脂質體制劑中，提高其穩定性。

脂質體還可以為開發MRI診斷提供合適的生物相容性納米載體平臺。例如，包含釓螯合脂質（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-二亞乙基三胺五乙酸，PE-DTPA(Gd)）的脂質體可靜脈注射以觀察血管中的血栓或阻塞。將MRI造影劑包載于脂質體中的重要優點之一是降低制劑的毒性。

治療診斷學一詞最近被創造形容治療學和診斷學的混合詞，是將藥物和診斷技術相結合，在疾病發生的早期同時或依次診斷和治療疾病。同時包載診斷劑和治療劑的脂質納米粒被稱為雜化納米粒。熒光染料或量子點等診斷探針可以包載于脂質體中，同時多柔比星、多西他賽、順鉑或內皮抑素等治療劑可包載于脂質納米粒中。例如，包載有細胞毒性藥物多柔比星-量子點雜化物的脂質體已被開發為治療診斷劑。將量子點包載到脂質納米粒的脂質雙層中，使量子點在生理條件下可溶，而包載多柔比星的脂質體比游離藥物更具腫瘤選擇性而蓄積于腫瘤，從而使脂質納米粒能標記和殺死癌細胞。

3、化妝品

化妝品行業是最早認識到并在各種產品開發中采用先進納米技術的行業之一。所期待的脂質化妝品制劑的優勢包括增強這些制劑的穩定性和功效，以及促進成分滲透到皮膚中。目前仍有多種市售的脂質化妝品還在使用。最早加入脂質體的產品是迪奧于1986年推出Capture，在大豆卵磷脂脂質體中含有胸腺提取物、膠原蛋白、彈性蛋白肽和透明質酸。另一種在脂質體遞送制劑中含透明質酸的產品是雅詩蘭黛推出的深夜修復保護復合體（Advanced Night Repair Protective Recovery Complex），該產品可以抵消和修復由紫外線產生自由基造成的損傷，并具有保濕作用。歐萊雅也推出一種含有前視黃醇A的抗皺脂質體產品Revitalift Double Lifting。國際化妝品公司Jafra的蜂王漿濃縮液（Royal Jelly Lift Concentrate）是包含氨基酸、維生素和礦物質的復雜混合物脂質體，可刺激細胞更新并防止皮膚起皺。在商業化產品中，脂質體制劑還與各種提取物、保濕劑、抗生素和蛋白質一起用于傷口愈合、曬傷緩解、護發素、抗衰老產品和長效香水等用途。

4、營養

脂質納米粒在食品工業和營養領域的地位日益突出，已被用于控制各種食品和營養中功效成分的遞送，如蛋白質、酶、維生素和香料等。營養品是指能提供藥物和營養益處的制劑，可能涉及營養素、膳食補充劑、草藥制劑以及基因工程和加工食品。近來，固體脂質納米粒（SLN）和納米結構脂質載體（NLC）因具有更高的包載能力、更高的生物利用度和更易于大規模生產的優勢，廣泛應用于食品和膳食補充劑。例如，SLN用于包載與食品相關的生物活性化合物（如荷油等精油、維生素A、B 2、B 12、D 2和E等維生素、棕櫚油、椰子油、古巴香脂油、迷迭香酸、白藜蘆醇和橙皮苷），NLC用于包載食品相關成分（如蘆丁、姜黃素、槲皮素、蝦青素、維生素C、維生素A棕櫚酸酯、α-硫辛酸和綠茶提取物）。

5、農業

脂質納米粒在農業中用于農藥化學品的遞送系統，并對模型膜系統進行了研究。

6、納米反應器

脂質納米粒近來的研究是應用于納米技術和納米生物技術的納米級化學反應器。例如，脂質納米粒已被用作納米反應器用于金屬納米粒合成過程中的粒徑控制。金屬納米粒子用于電子、生物傳感器和催化，也可用于生物醫學，如成像、藥物遞送和光熱療法。納米粒子的粒徑決定著許多特性，因此控制金屬納米粒子的粒徑至關重要，其控制著金屬納米粒的性質和適用性。

例如，包載四氯金酸的納米脂質體被用于制備2~5 nm的金納米顆粒。還原劑硼氫化鈉通過脂質體膜的控制擴散形成反應動力學，形成粒徑分布極窄的超小納米顆粒。在另一個例子中，以甘油作為還原劑和穩定劑，在脂質納米反應器中還原鈀前體制備粒徑為1~3 nm的穩定鈀納米粒子。使用納米反應器的類似方法已用于非金屬納米粒子的合成，例如在脂質體的內核中合成CdS、ZnCdS和HgCdS的單分散納米晶體，將其當做沉淀或結晶的納米反應器。

納米反應器也被當做治療疾病和通過原位產生治療劑來消除有害物質的工具。例如，抗氧化酶過氧化氫酶被包載于含順鉑前藥共軛磷脂的脂質體中，用于增強對癌癥的化學放射治療。脂質體通過保護酶免受蛋白水解來增強其穩定性，這種酶能夠觸發腫瘤細胞產生的過氧化氫分解，從而產生氧氣以克服缺氧誘導的腫瘤治療抵抗。同時，包載的順鉑前藥被氧化釋放順鉑，隨后的放射治療能抑制腫瘤生長。包載在脂質體中的聚合物點量子點（Pdots）被用于通過原位光催化生成氫來減輕炎癥。含有π共軛聚合物的聚合物量子點暴露于光時會產生氫，而脂質體將試劑和聚合物量子點聚在一起。當氫在脂質體中形成時會穿過脂質雙層膜擴散，減少患病和受損組織中豐富的活性氧（ROS）。此外，基于脂質的納米反應器還可用于酶遞送以消除有害物質。例如，已知外源性膽堿酯酶具有作為有機磷毒素清除劑的能力，將丁酰膽堿酯酶被包載在脂質體中免受蛋白水解。有機磷毒素被經脂質體膜擴散出包載的酶進行中和。