基于聚羧基甜菜碱脂质（PCB）的mRNA递送平台：高效低免疫原性的治疗新策略

一、研究团队与发表信息
本研究由康奈尔大学Meinig生物医学工程学院的Sijin Luozhong、Pingchuan Liu等共同完成，通讯作者为Shaoyi Jiang教授，成果发表于*Nature Materials*期刊（2025年4月在线发表，DOI: 10.1038/s41563-025-02240-8）。

二、学术背景
mRNA疗法在疾病治疗中潜力巨大，但其递送载体——传统脂质纳米颗粒（LNP, Lipid Nanoparticle）依赖聚乙二醇（PEG, Polyethylene Glycol）修饰，存在两大瓶颈：
1. 效率问题：PEG的空间位阻效应阻碍mRNA的内体逃逸（endosomal escape），降低转染效率；
2. 免疫原性：PEG可能诱发抗体反应，导致重复给药时出现“加速血液清除效应”（ABC效应, Accelerated Blood Clearance）。

聚羧基甜菜碱（PCB, Polycarboxybetaine）是一种两性离子聚合物，其超亲水性源于静电相互作用（强于PEG的氢键），理论上可兼具稳定性和低免疫原性。本研究旨在开发PCB脂质（PCB-lipid）替代PEG脂质（PEG-lipid），构建高效、安全的mRNA递送平台。

三、研究流程与方法
1. PCB脂质合成与LNP制备
- 合成方法：通过可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT, Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer）合成不同分子量（2kDa、4kDa、7kDa）和酰基链长度（C14/C18）的PCB脂质库（图1b）。
- LNP配方：采用微流控混合技术，将PCB脂质与四种核心成分（可电离阳离子脂质、磷脂、胆固醇、mRNA）组装成LNP，对比商业化的PEG-LNP（如Moderna疫苗采用的SM102配方）。

2. 体外评估
- 转染效率：在Hela、THP-1等7种细胞系中，比较PCB-LNP与PEG-LNP的荧光素酶（FLuc）和绿色荧光蛋白（EGFP）表达。结果显示，含PCB的LNP（如SM102-M2）在所有配方中转染效率显著更高（图1c-d），EGFP平均荧光强度（MFI）提升2倍以上（图2）。
- 机制研究：
- 冷冻电镜（Cryo-EM）：PCB-LNP呈现更多“泡状结构”（bleb structures），可能促进内体膜融合（图4b）。
- 生物小角X射线散射（BioSAXS）：PCB-LNP的电子密度核心排列更有序（q=0.1245 Å⁻¹），利于mRNA释放（图4a）。
- 溶血实验与FRET分析：PCB-LNP在pH 5.5（模拟内体环境）下膜融合活性比PEG-LNP高2倍（图4c-d）。

3. 体内与临床应用验证
- CAR-T细胞工程：PCB-LNP递送抗CD19的CAR-mRNA至Jurkat T细胞，CAR表达率超95%（PEG-LNP仅45%），且无细胞毒性（图3a-d）。
- 疫苗免疫：小鼠肌肉注射PCB-LNP包裹的卵清蛋白（OVA）mRNA后，CD8+ T细胞IFN-γ分泌量显著高于PEG-LNP组（图3j-l）。
- 重复给药：PCB-LNP未诱发抗聚合物IgM抗体，四次注射后仍保持高效表达，而PEG-LNP因ABC效应疗效下降（图5d-i）。

四、主要结果与逻辑链条
1. PCB提升递送效率：PCB的超亲水性增强LNP与内体膜的静电相互作用，促进mRNA释放（图4e）。
2. 安全性优势：PCB-LNP在原发性中性粒细胞和肝毒性实验中均表现更优（图5a-b）。
3. 机制创新：PCB的“低免疫原性”特性避免了ABC效应，支持重复给药（图5f,i）。

五、结论与价值
科学价值：
- 揭示了PCB脂质通过增强内体逃逸和降低免疫原性的双重机制，为LNP设计提供新方向。
应用价值：
- 适用于CAR-T细胞疗法、疫苗开发等需重复给药的场景，推动mRNA治疗的临床转化。

六、研究亮点
1. 材料创新：首次将PCB脂质系统应用于mRNA-LNP，突破PEG的局限性。
2. 方法学：结合BioSAXS、Cryo-EM等多尺度表征技术，阐明结构-功能关系。
3. 转化潜力：在原发性细胞和活体模型中均验证了PCB-LNP的优越性。

七、其他价值
研究还发现PCB-LNP在冷冻储存后稳定性与PEG-LNP相当（补充图20-21），为工业化生产奠定基础。