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脂質(zhì)納米顆粒（LNPs）有望che底改變以核酸為基礎(chǔ)的療法。雖然人們已經(jīng)做出許多努力來提高LNPs中所用陽離子脂質(zhì)的功效，但其安全性不容忽視。雖然陽離子脂質(zhì)在遞送核酸方面很早就取得了成功，但由于存在安全風(fēng)險(xiǎn)，它們?cè)谥委煼矫娴倪m用性大打折扣。通過設(shè)計(jì)具有生物相容性和生物可降解功能基團(tuán)的可離子化陽離子脂質(zhì)，可在這一領(lǐng)域取得重大進(jìn)展。

具有生物相容性的可電離頭部基團(tuán)

早期用于遞送核酸的脂質(zhì)包括DOTAP和DOTMA1。這些脂質(zhì)含有一個(gè)季銨頭基（圖1），

賦予脂質(zhì)yong久的陽離子電荷。這些脂質(zhì)含有季銨頭基（圖1），賦予脂質(zhì)yong久的陽離子電荷2。此外，陽離子脂質(zhì)與帶負(fù)電荷的生物膜不相容，會(huì)造成細(xì)胞膜破壞，導(dǎo)致不可接受的細(xì)胞毒性3,4。許多科學(xué)家在基于細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中使用陽離子轉(zhuǎn)染試劑時(shí)都親身經(jīng)歷過這種情況，他們不得不在目標(biāo)表達(dá)（或基因敲除）和細(xì)胞毒性之間尋找一種謹(jǐn)慎的平衡。

圖1.季銨頭基與可電離叔胺頭基的比較。DOTAP是含有季銨頭基的陽離子脂質(zhì)，DODAP是其可電離衍生物。

基于核酸的療法的一個(gè)重大進(jìn)步是發(fā)現(xiàn)可電離的陽離子脂質(zhì)避免了不良的細(xì)胞毒性。這些脂質(zhì)在頭基中含有一種或多種pH響應(yīng)性可電離叔胺，僅當(dāng)pH值低于酸堿解離常數(shù)(pKa)時(shí)才獲得陽離子電荷5-8。這種瞬時(shí)陽離子電荷有助于在LNP配制過程中在酸性條件下封裝帶負(fù)電荷的核酸治療劑，并通過內(nèi)體的低pH值釋放它。在中性pH(~7)下，可電離的陽離子脂質(zhì)的電荷接近于零，從而提高了穩(wěn)定性并避免了使用陽離子脂質(zhì)配制的LNP觀察到的細(xì)胞毒性9。

酯鍵的生物降解性

通過在連接基團(tuán)中摻入酯或嵌入脂質(zhì)尾部以提高生物降解性，實(shí)現(xiàn)了基于核酸的治療劑遞送的又一進(jìn)步7。已觀察到某些陽離子和可電離陽離子脂質(zhì)具有較長的組織半衰期，這可能會(huì)導(dǎo)致給藥后的局部和全身不良反應(yīng)10,11。因此，可生物降解的脂質(zhì)可以避免脂質(zhì)積累和不良細(xì)胞毒性，因?yàn)樗鼈儠?huì)被迅速消除9。

酯和醚連接基團(tuán)是最先研究的連接基團(tuán)之一1。醚連接基團(tuán)被發(fā)現(xiàn)非常有效且穩(wěn)定，但不可生物降解。因此，它們通常比基于酯的對(duì)應(yīng)物具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性。用酯基團(tuán)取代醚基團(tuán)可提高脂質(zhì)的生物降解性。酯在生理pH值下（例如LNP在體內(nèi)分布期間）穩(wěn)定，但在細(xì)胞中經(jīng)過酶水解，形成親水產(chǎn)物，并迅速消除，限制組織積累5,7。酯是新型可電離脂質(zhì)中反復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)主題，表明生物降解性是新型可電離陽離子脂質(zhì)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特征。

DLin-MC3-DMA是DLin-DMA的含酯衍生物，是Patisiran中的可電離陽離子脂質(zhì)成分，Patisiran是shou個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的LNP制劑（圖2）2。它已被用作設(shè)計(jì)新型含酯可電離陽離子脂質(zhì)（如SM-102、脂質(zhì)5和L-319）的基準(zhǔn)，這些脂質(zhì)具有更好的組織藥代動(dòng)力學(xué)和生物降解性8,10,11。

圖2.用酯類基團(tuán)取代DLin-DMA中的醚類基團(tuán)可生成DLin-MC3-DMA。

DLin-MC3-DMA是帕替西蘭中使用的可離子化陽離子脂質(zhì)，patisiran是shou個(gè)獲得FDA批準(zhǔn)的LNP制劑。

用于生物還原性的二硫鍵

在新型可電離陽離子脂質(zhì)的連接體和/或疏水尾部加入可生物還原的二硫鍵是一種新興技術(shù)7。由于還原型谷胱甘肽（GSH）在細(xì)胞質(zhì)中濃度很高，因此細(xì)胞內(nèi)環(huán)境具有高度還原性12。可電離陽離子脂質(zhì)中的二硫鍵與GSH發(fā)生二硫交換，導(dǎo)致二硫鍵降解，核酸貨物釋放到細(xì)胞質(zhì)中。使用可生物還原的脂質(zhì)可加速核酸的釋放，從而提高向細(xì)胞質(zhì)輸送核酸的效率，從而增強(qiáng)給藥LNP的效力。這樣，就可以避免使用大量的RNA，因?yàn)镽NA既昂貴又可能產(chǎn)生免疫原性。

在脂質(zhì)設(shè)計(jì)中整合多種環(huán)境響應(yīng)特性

兩類可離子化陽離子脂質(zhì)整合了pH響應(yīng)頭基、可生物降解酯和可生物還原的二硫鍵。SS可溶解和pH活性（也稱質(zhì)子活性）類脂質(zhì)材料（ssPalms）具有疏水支架，可將貨物運(yùn)送到目標(biāo)組織和亞細(xì)胞位置13。這些支架包括肉豆蔻酸(ssPalmM)、油酸(ssPalmO)、維生素A(ssPalmA)和維生素E(ssPalmE)以及經(jīng)結(jié)構(gòu)修飾的衍生物，如ssPalmO-Phe14。O系列（其中O表示酯連接基）的一個(gè)子集可電離陽離子脂質(zhì)也含有可生物還原的二硫鍵。這些脂質(zhì)按以下方案命名：R-OXB，其中R是胺頭的身份，X代表疏水尾部的長度，B代表可生物還原的二硫鍵（圖3）15。例如，306-O12B是一種具有12個(gè)碳原子尾部、以胺306為頭部基團(tuán)的可生物還原脂質(zhì)。

圖3.O系列脂質(zhì)命名法以306-O12B為例。O系列可電離陽離子脂質(zhì)的胺頭基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征可以在Li等人的文獻(xiàn)中找到。

有趣的是，兩種脂質(zhì)類別都可以針對(duì)特定組織、細(xì)胞和/或亞細(xì)胞位置進(jìn)行定制，包括眾所zhou知的困難目標(biāo)。ssPalmA使用維生素A支架通過細(xì)胞視黃酸結(jié)合蛋白II(CRABPII)將pDNA靶向細(xì)胞核16。NT1-O14B利用基于色胺的頭基使LNP能夠穿過血腦屏障，而血腦屏障是向大腦輸送小分子抑制劑和基于RNA的治療藥物的主要障礙17。通過這種方法，用NT1-O14B和306-O12B配制的LNP可將針對(duì)tau蛋白的反義寡核苷酸(ASO)遞送至小鼠大腦，為治療阿爾茨海默病和其他神經(jīng)退行性疾病開辟了一種有趣的策略。

其他可離子化的陽離子脂質(zhì)已被證明可在新型抗癌方法中靶向組織18。BAMPA-O16B配制的LNPs載有靶向CD47和程序性細(xì)胞死亡蛋白配體1(PD-L1)的siRNA，可以穿過血腦屏障，減少腫瘤生長，提高多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（一種侵襲性腦癌，預(yù)后較差）小鼠模型的存活率。用113-O12B配制的LNP在小鼠淋巴結(jié)中特異性積累19。在小鼠黑色素瘤模型中，含有113-O12B并封裝有mRNA癌癥疫苗的LNPs能增加腫瘤CD8+T細(xì)胞和活化樹突狀細(xì)胞的數(shù)量。因此，利用LNPs的多種用途和組織靶向能力，有可能開發(fā)出下一代療法和疫苗。

合理和組合設(shè)計(jì)方法

合理設(shè)計(jì)和組合設(shè)計(jì)方法將繼續(xù)推動(dòng)可離子化陽離子脂質(zhì)的發(fā)展。理想的可離子化陽離子脂質(zhì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征與功能基團(tuán)的wan美結(jié)合，從而兼顧安全性和有效性。可離子化陽離子脂質(zhì)可以建立一些基本的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，戰(zhàn)略性地選擇功能基團(tuán)（如維生素A、色胺基頭部基團(tuán)）可以提高其功效。綜上所述，在合成新的可離子化陽離子脂質(zhì)時(shí)，可以采用合理的設(shè)計(jì)方法。然而，可離子化陽離子脂質(zhì)之間的大多數(shù)結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系很難一概而論。每種成分都會(huì)影響脂質(zhì)的整體行為，脂質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化會(huì)帶來巨大的功能差異。因此，另一種方法是合成化學(xué)性質(zhì)不同的大型組合脂質(zhì)庫，然后通過高通量篩選方法評(píng)估其活性，以確定主要候選物。

陽離子和可電離陽離子脂類概覽

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關(guān)于Cayman

Cayman Chemical公司成立于1980年，在過去20年的發(fā)展中，一直向全球科學(xué)工作者提供多研究領(lǐng)域的生化、免疫試劑和分析試劑盒，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于腫瘤、氧化氮、神經(jīng)學(xué)、凋亡、氧化性損傷、內(nèi)分泌學(xué)等不同研究領(lǐng)域。

Cayman Chemical可提供各種用于檢測的特色試劑盒，如：類花生酸類物質(zhì)、游離的生物標(biāo)志、環(huán)核苷、激素及氧化氮等；也提供多種高質(zhì)量試劑，包括：類花生酸類物 質(zhì)、氧化氮試劑及許多相關(guān)脂質(zhì)、脂肪酸、酶和抗體。