mRNA脂质纳米颗粒生物分布与基因表达之间的关系
基于信使RNA（mRNA）的治疗，简单来讲就是化学修饰后的的mRNA进入细胞后利用细胞内的资源翻译出机体所需的蛋白质。然而，在mRNA进入机体那一刻到进入靶细胞的过程中，面临着稳定性、免疫原性、跨越多种生物屏障等的挑战。为此，研究人员陆续开发出多种mRNA递送系统，其中一种主流的递送方式就是用于制备新冠疫苗的脂质纳米颗粒（LNP）技术。目前，除了熟知的疫苗外，通过蛋白替换、基因编辑等手段，LNP已在代谢疾病、癌症等治疗中展示出巨大的潜力。
在mRNA LNP开发过程中，明确其药物代谢动力学（PK）-药物效应动力学（PD）关系至关重要。虽然LNP的体内暴露是递送、表达mRNA的前提条件，但暴露量与表达效果之间并不存在必然的联系。局部注射的mRNA LNP可能会从注射部位迁移、积聚到机体的其它组织，高效转染亲和力较高的细胞，将mRNA携带的指令兑换成所需蛋白。例如，普遍认为肌内注射的mRNA LNP主要靶向肌细胞，但事实上，在肝脏也能看到相当的蛋白表达。
为了探讨mRNA LNP体内分布状况与PK之间的关系，来自上海交通大学的徐宇虹团队构建了携带萤火虫荧光素酶（firefly luciferase）mRNA的LNP并利用DiR或氘代胆固醇进行标记，通过生物发光成像以及荧光素酶活性测定来研究mRNA LNP的体内表达情况、DiR荧光成像以及氘代胆固醇含量分析来追踪mRNA LNP的体内分布情况。结果发现，虽然经肌肉注射进体内的Fluc-mRNA LNP在注射部位的含量最高，该部位的转染效果不如肝脏、脾脏和淋巴结，验证了mRNA LNP生物分布与基因表达之间的非线性关系。
此外，这些LNP的生物分布、基因表达受给药方式、颗粒大小等因素的影响。该研究结果发表在国际期刊《Pharmaceutical Research》上，题目为Biodistribution and Non-linear Gene Expression of mRNA LNPs Affected by Delivery Route and Particle Size。
肌肉注射后，mRNA LNP的体内分布状况
首先，作者将可电离脂质H3、HSPC、胆固醇以及DMG-PEG 2000溶解到乙醇中，再把这些脂质混合物快速注射到含EZ Cap™ firefly luciferase mRNA的水溶液中，得到Fluc-mRNA LNP。在制备上述脂质混合物时，作者还会加入荧光染料DiR或氘代胆固醇进行标记，以便追踪mRNA LNP的体内分布情况。
肌肉组织的荧光信号随时间增加，在第48小时最强，而肝脏信号在第7小时达到峰值后逐渐减弱。
总体而言，mRNA LNP在体内主要分布于肌肉组织，此次是肝脏。同样地，通过LC/MS定量分析体内不同部位的氘代胆固醇含量，并将每个部位的LNP%计算出来，有60~80% LNP都在肌肉组织，10~20%在肝脏，仅有1~2%在脾脏。
肌肉注射后，mRNA LNP的体内转染效果
为了研究上述LNP运载的mRNA在聚集部位的释放情况，作者将编码卵清蛋白的OVAL-mRNA替代Fluc-mRNA，LNP肌肉注射2小时后收集肌肉组织，肝脏，引流淋巴结并使用Cy5标记的寡核苷酸探针进行原位杂交。
结果显示，在注射部位的肌细胞内仅检测出微弱的mRNA信号，而肝细胞和淋巴细胞内的信号尤为清晰。
此外，以同样的给药方式将载有Fluc-mRNA的LNP注射到小鼠体内后，研究人员不仅在注射部位，在肝脏也检测到荧光素酶。荧光素酶活性测定数据（以组织的总重量对数据进行标准化处理）表明，Fluc-mRNA LNP在肝脏、脾脏和淋巴结的表达水平均高于肌肉组织。
不同给药方式下，Fluc-mRNA LNP的体内分布、表达状况
接下来，作者将DiR标记的Fluc-mRNA LNP以3种不同的给药方式注射到小鼠体内，并比较了各组小鼠体内Fluc-mRNA LNP的分布、表达状况。其中，经静脉注射的mRNA LNP主要在肝脏积聚、表达，生物发光强度在第4小时达到峰值并在注射后48小时内迅速减弱至背景水平。
相比之下，经肌肉注射的mRNA LNP虽然有大部分停留在注射部位，但在注射部位和肝脏均能观察到明显的生物发光，而且，生物发光的时间、强度较前者慢、弱。至于皮下注射的mRNA LNP，主要在注射部位积聚、表达，生物发光强度最弱。
大小各异的Fluc-mRNA LNP的体内分布、表达状况
除给药方式外，作者最后还探讨了颗粒大小这个因素对Fluc-mRNA LNP体内分布、表达的影响。在维持脂质组成、mRNA/脂质比率不变的前提下，制备了小、中、大3种尺寸的Fluc-mRNA LNP。
肌肉注射后，小的颗粒更容易迁移到肝脏，而大的颗粒会积聚于注射部位的肌肉组织。有趣的是，尽管小LNP在肝脏的浓度最高，但其转染效果不如中LNP，大LNP效果最差。
总之，该研究揭示了mRNA LNP体内分布与基因表达之间的非线性关系并明确了与之相关的影响因素。这些结果拓展了我们对mRNA LNP体内状况的认识，有望为高靶向性、高转染效率mRNA LNP的开发提供新思路。
在mRNA LNP开发过程中，明确其药物代谢动力学（PK）-药物效应动力学（PD）关系至关重要。虽然LNP的体内暴露是递送、表达mRNA的前提条件，但暴露量与表达效果之间并不存在必然的联系。局部注射的mRNA LNP可能会从注射部位迁移、积聚到机体的其它组织，高效转染亲和力较高的细胞，将mRNA携带的指令兑换成所需蛋白。例如，普遍认为肌内注射的mRNA LNP主要靶向肌细胞，但事实上，在肝脏也能看到相当的蛋白表达。
为了探讨mRNA LNP体内分布状况与PK之间的关系，来自上海交通大学的徐宇虹团队构建了携带萤火虫荧光素酶（firefly luciferase）mRNA的LNP并利用DiR或氘代胆固醇进行标记，通过生物发光成像以及荧光素酶活性测定来研究mRNA LNP的体内表达情况、DiR荧光成像以及氘代胆固醇含量分析来追踪mRNA LNP的体内分布情况。结果发现，虽然经肌肉注射进体内的Fluc-mRNA LNP在注射部位的含量最高，该部位的转染效果不如肝脏、脾脏和淋巴结，验证了mRNA LNP生物分布与基因表达之间的非线性关系。此外，这些LNP的生物分布、基因表达受给药方式、颗粒大小等因素的影响。该研究结果发表在国际期刊《Pharmaceutical Research》上，题目为Biodistribution and Non-linear Gene Expression of mRNA LNPs Affected by Delivery Route and Particle Size。
肌肉注射后，mRNA LNP的体内分布状况
首先，作者将可电离脂质H3、HSPC、胆固醇以及DMG-PEG 2000溶解到乙醇中，再把这些脂质混合物快速注射到含EZ Cap™ firefly luciferase mRNA的水溶液中，得到Fluc-mRNA LNP。在制备上述脂质混合物时，作者还会加入荧光染料DiR或氘代胆固醇进行标记，以便追踪mRNA LNP的体内分布情况。
肌肉组织的荧光信号随时间增加，在第48小时最强，而肝脏信号在第7小时达到峰值后逐渐减弱。
总体而言，mRNA LNP在体内主要分布于肌肉组织，此次是肝脏。同样地，通过LC/MS定量分析体内不同部位的氘代胆固醇含量，并将每个部位的LNP%计算出来，有60~80% LNP都在肌肉组织，10~20%在肝脏，仅有1~2%在脾脏。
肌肉注射后，mRNA LNP的体内转染效果
为了研究上述LNP运载的mRNA在聚集部位的释放情况，作者将编码卵清蛋白的OVAL-mRNA替代Fluc-mRNA，LNP肌肉注射2小时后收集肌肉组织，肝脏，引流淋巴结并使用Cy5标记的寡核苷酸探针进行原位杂交。
结果显示，在注射部位的肌细胞内仅检测出微弱的mRNA信号，而肝细胞和淋巴细胞内的信号尤为清晰。
此外，以同样的给药方式将载有Fluc-mRNA的LNP注射到小鼠体内后，研究人员不仅在注射部位，在肝脏也检测到荧光素酶。荧光素酶活性测定数据（以组织的总重量对数据进行标准化处理）表明，Fluc-mRNA LNP在肝脏、脾脏和淋巴结的表达水平均高于肌肉组织。
不同给药方式下，Fluc-mRNA LNP的体内分布、表达状况
接下来，作者将DiR标记的Fluc-mRNA LNP以3种不同的给药方式注射到小鼠体内，并比较了各组小鼠体内Fluc-mRNA LNP的分布、表达状况。其中，经静脉注射的mRNA LNP主要在肝脏积聚、表达，生物发光强度在第4小时达到峰值并在注射后48小时内迅速减弱至背景水平。
相比之下，经肌肉注射的mRNA LNP虽然有大部分停留在注射部位，但在注射部位和肝脏均能观察到明显的生物发光，而且，生物发光的时间、强度较前者慢、弱。至于皮下注射的mRNA LNP，主要在注射部位积聚、表达，生物发光强度最弱。
大小各异的Fluc-mRNA LNP的体内分布、表达状况
除给药方式外，作者最后还探讨了颗粒大小这个因素对Fluc-mRNA LNP体内分布、表达的影响。在维持脂质组成、mRNA/脂质比率不变的前提下，制备了小、中、大3种尺寸的Fluc-mRNA LNP。
肌肉注射后，小的颗粒更容易迁移到肝脏，而大的颗粒会积聚于注射部位的肌肉组织。有趣的是，尽管小LNP在肝脏的浓度最高，但其转染效果不如中LNP，大LNP效果最差。总之，该研究揭示了mRNA LNP体内分布与基因表达之间的非线性关系并明确了与之相关的影响因素。这些结果拓展了我们对mRNA LNP体内状况的认识，有望为高靶向性、高转染效率mRNA LNP的开发提供新思路。
