用于脑内基因组编辑的可生物降解脂质纳米颗粒，通过鞘内给药方式实现

《Materials Today》：Biodegradable lipid nanoparticles for genome editing in the brain via intrathecal administration

高效安全的脑部mRNA递送系统P3B-LNPs的开发及其在基因编辑中的应用，通过高通量脂质筛选和优化，显著提高了神经编辑效率并降低了炎症反应，为中枢神经系统疾病治疗提供了新平台。

　　
近年来，mRNA技术因其在疫苗和基因治疗中的成功应用备受关注。然而，将这一技术拓展至中枢神经系统（CNS）的精准基因编辑仍面临巨大挑战。血脑屏障（BBB）的物理屏障特性，以及神经组织对递送系统的特殊需求，使得传统全身给药难以实现高效靶向。目前，针对CNS的递送策略主要依赖侵入性操作（如脑内注射）或依赖特殊化学修饰的载体，但存在操作复杂、生物分布不均或长期安全性存疑等问题。因此，开发一种兼具高效递送、精准靶向和良好安全性的新型载体系统，对突破神经疾病治疗瓶颈具有重要意义。

本研究团队创新性地采用“组合化学+高通量筛选”的协同策略，构建了基于Passerini三组分反应的200种离子化脂质库。这种合成方法具有显著优势：首先，通过同时引入羧酸、异氰ide和醛基反应组件，可在单一步骤中生成多种不同尾链和头部结构的脂质分子，极大拓展了化学空间的多样性；其次，生成的α-酰氧基酰胺结构天然具备可降解特性，无需额外添加水解基团，这与神经组织对载体残留的高度敏感性需求高度契合。

经过三轮递进式筛选，最终确定P3B脂质为最优候选。该脂质复合物经优化后形成的LNP载体，在两种代表性小鼠模型中展现出突破性性能：在Ai9报告系统中，其介导的CRISPR-Cas9基因编辑效率较临床标准载体MC3提升2-3倍，编辑深度覆盖海马体、皮层和丘脑等关键脑区，甚至在脊髓中实现18%以上的神经元靶向编辑。更值得关注的是，在LumA报告系统中，P3B LNPs通过腺嘌呤编辑器（ABE）成功实现了14.8%的定点碱基修饰效率，且编辑信号在体内持续稳定达20天，这为治疗需要单碱基突变的神经遗传病（如MECP2相关疾病）提供了全新解决方案。

从技术实现路径来看，研究团队构建了“合成-筛选-优化”三位一体的创新体系。首先，通过P-3CR合成反应，在单次反应中完成200种不同结构的离子化脂质制备，涵盖8种头部结构和5种尾链组合，其中头部结构中的叔胺基团和特定空间位阻对跨BBB屏障能力起关键作用。其次，采用“分步锁定”的高通量筛选策略：第一轮锁定最佳尾链结构（TA2短链结构优于TA5长链结构），第二轮确定尾链分支类型（TB5双不饱和结构效果最佳），第三轮筛选头部化学构型（H8复合物性能最优）。这种分阶段筛选机制有效解决了传统理性设计“窄而深”的局限性，成功从海量组合中筛选出最优解。

在载体优化阶段，研究团队创新性地引入“双优化”策略：一方面通过正交实验设计系统优化载体配方，发现当离子脂质与mRNA质量比达到10:1、磷脂摩尔分数30%、PEG修饰比例0.5%时，递送效率达到峰值；另一方面，通过冷冻电镜（Cryo-EM）动态追踪发现，优化后的P3B LNPs粒径稳定在100±5 nm，表面包膜完整度达95%以上，且在37℃条件下可保持生物活性长达28天。这种工艺优化不仅提升了递送效率，更确保了载体在体内环境中的稳定性。

在安全性评估方面，研究团队建立了多维度的评价体系：通过血液生化指标（ALT/AST）监测肝功能，发现P3B LNPs未引起任何统计学意义的肝酶升高；采用多重免疫荧光染色技术，观察到脑组织无明显炎症细胞浸润（CD45+细胞减少40%）；通过组织切片分析，发现脾脏、肾脏等外周器官未出现异常病理改变。特别值得注意的是，P3B LNPs的炎症因子激活水平较MC3体系降低60%-80%，其核心机制在于新型酯键的快速水解特性（半衰期约4小时），可在72小时内将脂质残留量降低至检测阈值以下。

该研究的临床转化潜力体现在三个关键突破：首先，建立了首个基于mRNA的脑靶向基因编辑递送系统，突破传统载体在血脑屏障处的递送瓶颈；其次，实现了CRISPR-Cas9和腺嘌呤编辑器（ABE）在复杂脑微环境中的协同应用，为多策略联合治疗提供了可能；最后，通过可降解脂质的设计理念，成功平衡了载体稳定性和组织安全性，这为后续开发多次给药方案奠定了基础。

当前面临的挑战主要集中在长期安全性验证和规模化生产方面。虽然本研究显示P3B LNPs在单次给药后72小时内完成代谢清除，但尚未验证重复给药后的累积毒性。此外，200种脂质库的筛选成本较高（约1200小时实验时间），未来需开发更高效的全合成工艺。从技术路线来看，研究团队提出的“组合化学+高通量体内筛选”模式，为神经疾病基因治疗递送系统的开发提供了可复制的方法论框架，其核心价值在于通过系统化学创新突破单一理性设计的局限性。

在应用前景方面，该技术可望在三大神经疾病领域实现突破性治疗：1）遗传性神经退行性疾病（如亨廷顿舞蹈症），通过CRISPR-Cas9实现特定基因的多效性编辑；2）代谢性神经疾病（如线粒体脑病），利用ABE技术精准修饰氧化磷酸化相关位点；3）感染后神经损伤（如COVID-19长期脑雾），通过siRNA/mRNA协同递送实现神经重塑。值得关注的是，研究团队在LumA模型中观察到的20天持续编辑效应，为开发长效基因治疗产品提供了新思路。

未来发展方向应聚焦于：（1）建立脂质结构-脑穿透性定量关系模型，实现更精准的分子设计；（2）开发新型载体配方以提升深部脑组织（如丘脑、脑干）的递送效率；（3）构建多模态递送系统，整合mRNA、siRNA和纳米颗粒药物载体。这些技术进步将推动本平台向临床转化，为阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病提供新的治疗范式。