LNP 从零开始 · 第 7 篇
同一颗 LNP，打在手臂肌肉和注射进静脉，结果可以截然不同。COVID-19 疫苗走肌肉注射，靠注射部位的免疫细胞启动免疫；Onpattro 走静脉注射，靠 ApoE 把 LNP 带进肝细胞。静脉注射的 LNP 还能用 SORT 改变器官去向。除了这两条经典路径，鼻腔、口服和透皮给药也在被密集探索。
在传统小分子药物的年代，给药路径已经很重要了：口服和静脉注射的药代动力学差异巨大。mRNA-LNP 的给药路径影响远不止药代动力学。它直接决定了三个核心问题：哪些细胞最先接触 LNP、免疫系统如何响应、以及药物是留在局部还是走向全身。
以 COVID-19 mRNA 疫苗为例，它打在三角肌里（肌肉注射），LNP 被注射部位的树突状细胞和巨噬细胞吞噬。这些抗原呈递细胞迁移到引流淋巴结，在那里激活 T 和 B 细胞，产生全身性的适应性免疫。如果把同样的 LNP 配方换成静脉注射，它会进入血液循环，被血浆蛋白覆盖（尤其是载脂蛋白 ApoE）。然后超过 80% 会跑到肝脏去，因为肝细胞表面的 LDL 受体会识别 ApoE 并把 LNP 吞进去。同样的颗粒，打在不同的位置，一个是训练免疫系统的疫苗，另一个变成了肝脏靶向的基因治疗工具。
Onpattro（patisiran）是全球第一个获批的 LNP-RNA 药物，它用静脉注射把 siRNA 送到肝细胞，敲低致病蛋白 TTR（transthyretin，转甲状腺素蛋白）的表达。选择 IV 路径正是因为需要 LNP 的天然肝靶向性。Intellia 的 NTLA-2001 用同样的逻辑，通过 IV 注射把 Cas9 mRNA 和 sgRNA 送进肝细胞做基因编辑。疫苗不走 IV：它不需要 mRNA 跑到肝脏去表达抗原，需要的是注射部位的免疫细胞把抗原带到淋巴结。
目前被积极研究的 mRNA-LNP 给药路径有五条：肌肉注射（IM）、静脉注射（IV）、鼻腔给药（intranasal）、口服给药（oral）和透皮给药（transdermal）。每条路径有自己的生物学屏障、免疫学特征和技术挑战。
COVID-19 疫苗选 IM，是因为肌肉注射有几个天然优势：操作简单（护士甚至患者自己就能打）、注射部位的免疫反应强、全身性暴露小。BNT162b2（辉瑞/BioNTech）的剂量是 30 µg，注射体积 0.3 mL；mRNA-1273（Moderna）是 100 µg，0.5 mL。两支疫苗都打在三角肌。
LNP 注入三角肌后，一部分被注射部位驻留的树突状细胞（dendritic cells, DCs）和巨噬细胞直接吞噬。这些是专职的抗原呈递细胞（APC），它们内吞 LNP 后，mRNA 从内体逃逸进入细胞质，被核糖体翻译成抗原蛋白（比如 SARS-CoV-2 的刺突蛋白）。翻译出的抗原通过 MHC I 类和 MHC II 类分子呈递到细胞表面。然后这些 DCs 经过淋巴管迁移到引流淋巴结，在那里把抗原展示给 T 细胞和 B 细胞，启动适应性免疫应答。应答包括体液免疫（产生中和抗体）和细胞免疫（细胞毒性 T 细胞）。
另一部分 LNP 也会进入肌肉细胞本身。肌肉细胞不是专职 APC，但它们可以瞬时表达抗原蛋白，临时作为抗原来源。这些表面展示着抗原的肌肉细胞会被免疫细胞识别和清除，进一步放大免疫应答。
IM 给药的核心链条：
LNP 注入肌肉 → 树突状细胞/巨噬细胞吞噬 → mRNA 翻译出抗原 → DCs 迁移到引流淋巴结 → 抗原呈递 → T/B 细胞激活 → 体液免疫 + 细胞免疫
优势：操作简便，不需要特殊设备（一支注射器即可）；安全性记录良好，数十亿人的 COVID 疫苗接种数据支撑；局部免疫应答强，适合疫苗场景；全身暴露小，降低了脱靶效应的风险。
局限：免疫应答主要是全身性的 IgG 抗体和细胞免疫。面对呼吸道感染，注射部位产生的免疫应答不能很好地在鼻腔黏膜上建立 IgA 防线。这是 COVID 疫苗防重症效果好、但防感染和传播效果有限的原因之一。注射部位的蛋白表达最长约 10 天，不适合需要长期蛋白替代的治疗场景。打完疫苗后手臂酸痛、局部红肿，是注射部位的炎症反应，很多接种者都经历过。
IV 给药让 LNP 直接进入血液循环，理论上可以到达全身每一个器官。但实际情况是，绝大部分 LNP 最终都会跑到肝脏。这种肝富集正好可以用于肝靶向治疗，背后的机制也已经研究得很透彻。
LNP 进入血液的一瞬间，血浆蛋白立刻吸附到颗粒表面，形成蛋白冠（protein corona）。组成不是随机的：关键角色是载脂蛋白 E（ApoE），它是低密度脂蛋白受体（LDLR）的天然配体。肝细胞表面高密度表达 LDLR，ApoE 吸附到 LNP 后，LNP 就被伪装成"脂蛋白颗粒"，被 LDLR 识别并通过受体介导的内吞拉进肝细胞。
肝脏还有一个结构上的配合因素：肝窦内皮细胞之间存在窗孔（fenestrae），人体的窗孔直径约 107 nm。微流控制备的 mRNA-LNP 直径通常在 60–100 nm，刚好能穿过这些窗孔，直接接触到窗孔下方的肝细胞。大多数其他器官的毛细血管内皮是连续的，不存在这种尺寸的缝隙。ApoE 介导的受体识别 + 窗孔的物理通道，两个因素叠加，导致 IV 注射的 LNP 超过 80% 在肝脏富集。
对肝靶向治疗，这种富集正是想要的。Onpattro（patisiran）利用这一点，将 siRNA 送进肝细胞敲低 TTR 蛋白表达，治疗遗传性转甲状腺素蛋白淀粉样变性（hATTR）。NTLA-2001 也利用这一点，把 CRISPR 基因编辑工具（Cas9 mRNA + sgRNA）送进肝细胞，直接编辑 TTR 基因。临床数据显示，单次注射后血清 TTR 水平持续下降超过 90%。
如果治疗的靶器官是肺或脾脏，IV 注射的 LNP 往肝脏富集就成了需要绕开的问题。
2020 年，UT Southwestern 的 Daniel Siegwart 实验室在 Nature Materials 上发表了SORT 技术（Selective ORgan Targeting），第一作者是 Cheng。核心思路很简单：在标准四组分 LNP（可电离脂质 + 辅助磷脂 + 胆固醇 + PEG-脂质）的基础上，加入第五种脂质组分。仅靠改变脂质组成，就能重新编程 LNP 的器官靶向性。不需要抗体偶联，不需要靶向配体修饰，纯粹靠脂质化学实现。
加入的第五组分 / 电荷特性 / 靶向器官 / 机制
DOTAP:电荷特性 永久阳离子;靶向器官 肺;机制 与肺内皮细胞相互作用增强
18:1 PA / 18 PA:电荷特性 阴离子;靶向器官 脾脏;机制 改变蛋白冠组成 → 不同的受体介导摄取
DODAP:电荷特性 可电离;靶向器官 肝脏;机制 维持 ApoE 介导的 LDLR 摄取通路
表中各个第五组分改变去向的方式各不相同。永久带正电的脂质（DOTAP）让 LNP 倾向于跟肺内皮细胞结合；带负电的脂质（18 PA）改变了蛋白冠的组成，使其不再富集 ApoE，转而吸附其他蛋白，引导 LNP 走向脾脏。可电离脂质（DODAP）保持了跟 ApoE 的结合能力，所以仍然去肝脏。
SORT 之外，研究者还在探索多种 LNP 靶向方法：
靶向组分 / 技术:靶向器官 / 细胞
iPhos 脂质:器官选择性（可调）
抗体 / 多肽偶联:肿瘤、脑、免疫细胞
胆酸胆固醇:脾脏
支链尾脂质体:肺树突状细胞 / 内皮细胞
TE-EP8-S:脾脏 T 细胞
Star:Star-mPEG:肺动脉
鼻腔是身体最前端的入口：病原体从呼吸道入侵，最先接触的就是鼻腔和上呼吸道黏膜。鼻腔黏膜有几个特别适合做药物递送入口的特征：表面积大、血管丰富（利于吸收）、有成熟的免疫监视网络。而且药物从鼻腔吸收后直接进入体循环，不经过肝脏的首过代谢（first-pass metabolism）。
鼻腔内部有一套专门的黏膜相关淋巴组织，叫NALT（鼻相关淋巴组织，nasal-associated lymphoid tissue）。NALT 结构和肠道 Peyer's 斑类似：表面覆盖着特化的M 细胞（microfold cells），专门负责从管腔侧采样抗原颗粒，转运给下方的抗原呈递细胞。APC 处理抗原后激活 B 细胞，促使类别转换（class switching），大量产生分泌型 IgA。IgA 分泌到黏膜表面，形成免疫屏障。
这里需要解释一下 IgA 和 IgG 的区别。IgG 是血液中含量最高的抗体类型，是系统性免疫的主力，肌肉注射或静脉注射疫苗主要诱导 IgG。IgG 擅长中和已经进入血液和组织的病原体，但它不太能到达黏膜表面。IgA 则是黏膜免疫的主力，以二聚体形式分泌到鼻腔、呼吸道、肠道的黏膜表面，可以在病原体进入细胞之前就拦截它。
打了两三针 COVID 疫苗仍可能感染，原因就在这里：注射型疫苗诱导的主要是血清 IgG 和记忆性 T 细胞。它们对防重症和死亡非常有效（一旦病毒入血，IgG 和细胞免疫能快速清除）。但鼻腔黏膜上缺少 IgA 防线，病毒仍然能在上呼吸道建立感染和复制。所以接种者仍可能被感染并传播病毒。如果能通过鼻腔疫苗在黏膜上建立 IgA 屏障，就有可能在感染的门户处拦截病毒。
鼻腔给药有自己的生物学障碍。最大的挑战是黏液纤毛清除（mucociliary clearance）：鼻腔表面覆盖着黏液毯，下方是纤毛上皮细胞。纤毛以每秒约 12–15 次的频率协调摆动，把黏液（连同颗粒物、病原体、灰尘）向咽喉方向推送。无黏附性制剂在鼻腔只停留 15–30 分钟就被清除。此外，黏膜表面的肽酶会降解蛋白质，鼻上皮的紧密连接也限制大分子旁细胞转运。
研究者正在用多种策略对抗这些屏障：壳聚糖（chitosan）等黏膜黏附性聚合物可以让制剂"黏"在黏膜上，延长停留时间；细胞穿膜肽可以增强穿过上皮屏障的能力；把制剂喷到鼻腔前部（纤毛较少的区域）也能减少被清除的速度。
临床上，德国 Ethris GmbH 的 ETH47 走鼻腔吸入，mRNA 编码 λ 干扰素（IFNλ）。I 期试验已完成，证实了干扰素刺激基因（ISG）的激活和局部黏膜免疫。临床前研究中，鼻腔给予编码 SARS-CoV-2 刺突蛋白的 mRNA-LNP，在仓鼠模型中同时诱导了 IgG 和 IgA，并大幅降低了病毒载量。
如果口服 mRNA-LNP 能走通，吞一颗药片就能接种疫苗或进行基因治疗。患者依从性会提高，药物分发也会简单得多：不需要专业医护操作，可以自行给药，冻干制剂还能减少对冷链的依赖。这是口服 mRNA 药物的目标。
但胃肠道对 mRNA-LNP 是一个极其恶劣的环境。消化系统经过几亿年的进化，本来的功能就是分解外来物质吸收营养，这恰好跟药物递送的目标正相反。
屏障 1：胃酸
胃液的 pH 在 1–2 之间，这种强酸环境会水解 mRNA 的磷酸二酯键，同时破坏 LNP 的脂质结构。LNP 在胃里待上几分钟就会解体。
屏障 2：消化酶
进入十二指肠后，胰腺分泌的消化酶接管：脂肪酶水解脂质（包括 LNP 的脂质成分）、蛋白酶降解蛋白质、核酸酶切割 RNA。这是一套高效的生化降解组合。
屏障 3：胆盐
胆汁中的胆盐是天然的表面活性剂，它们的功能就是乳化脂肪。对 LNP 来说，胆盐会剥离其表面的脂质层，让颗粒结构瓦解。
屏障 4：肠上皮屏障
即使 LNP 幸存到达小肠，肠上皮细胞之间的紧密连接限制了旁细胞转运，而 LNP 的粒径太大（60–100 nm），跨细胞转运也极其困难。
面对这些屏障，研究者正在探索多种解决方案：
一项临床前研究把全长刺突蛋白 mRNA-LNP 口服给猪，同时诱导了黏膜免疫和系统性免疫。母猪还通过初乳把抗体被动传递给仔猪，仔猪也获得了保护。Vaxart 也在做口服疫苗管线，但用的是腺病毒载体，不是 mRNA-LNP。本节的口服 mRNA-LNP 数据都来自临床前研究，胃肠道屏障仍是主要障碍。
皮肤是人体最大的器官，也是免疫细胞密度很高的器官。表皮层中驻扎着朗格汉斯细胞（Langerhans cells），真皮层中有真皮树突状细胞（dermal DCs）。这些都是专职的抗原呈递细胞，理论上是递送疫苗的理想靶细胞。
问题在于皮肤的屏障功能太强。最外层的角质层（stratum corneum, SC）约 10–15 µm 厚。死亡的角质细胞嵌在脂质基质中，形成经典的"砖墙结构"（brick and mortar model）。LNP 直径 60–150 nm，远大于角质层中脂质间隙的 6–10 nm，无法被动扩散通过完整的角质层。
微针是一组极微小的针（长度 < 1 mm），排列在贴片表面。它们足够长，可以穿透角质层到达表皮和真皮层，但又足够短，不会触及更深层的神经末梢和血管，所以几乎无痛。微针在角质层中创建微通道，LNP 可以通过这些通道扩散到富含免疫细胞的表皮和真皮层。
按工作方式，微针分为四类：
实心微针（Solid MNs）
先在皮肤上扎出微孔，然后局部涂抹含 LNP 的制剂，让 LNP 通过微孔渗入。
涂层微针（Coated MNs）
LNP 直接涂布在针体表面，针刺入皮肤后，涂层在组织液中溶解释放。
可溶微针（Dissolving MNs）
针体本身就是药物制剂，由可溶性聚合物和 LNP 混合制成，刺入皮肤后针体溶解，LNP 就地释放。这是研究最多的类型。
中空微针（Hollow MNs）
针体内部有通道，可以像微型注射器一样把 LNP 液体制剂注入皮下。
除了微针，还有几种物理方法可以帮助 LNP 穿过角质层：
优势：几乎无痛（很多受试者表示微针贴片的感觉跟贴创可贴差不多）；不需要专业人员操作，患者自己就能贴；干燥微针贴片可以在室温下保存，不需要冷链物流，这一点对发展中国家和偏远地区的药物分发特别有吸引力。
局限：皮肤面积的限制意味着单次给药的剂量有上限；LNP 在干燥状态下的长期稳定性仍然是个技术挑战（脱水可能导致 LNP 结构重排、mRNA 损伤）；微针贴片的批量生产工艺也尚未成熟：如何在大规模制造中保持针体的均匀性、药物分布的一致性，是产业化的关键瓶颈。
未来的方向包括 3D 打印微针阵列：可以精确控制针体的几何形状、材料组成和溶解动力学，实现可编程的药物释放曲线。
给药路径 / 主要靶器官 / 免疫应答类型 / 优势 / 局限 / 临床阶段 / 代表案例
肌肉注射 (IM):主要靶器官 注射部位 → 引流淋巴结;免疫应答类型 IgG + 细胞免疫;优势 操作简单、安全性数据充分;局限 缺乏黏膜 IgA、注射部位反应;临床阶段 已获批;代表案例 BNT162b2, mRNA-1273
静脉注射 (IV):主要靶器官 肝脏（默认）；+SORT 可调;免疫应答类型 取决于靶器官;优势 全身递送、肝脏天然靶向;局限 需专业操作、非肝脏靶向需额外设计;临床阶段 已获批;代表案例 Onpattro（NTLA-2001 在 III 期临床）
鼻腔给药:主要靶器官 鼻腔 / 上呼吸道黏膜;免疫应答类型 IgA（黏膜）+ IgG;优势 黏膜免疫、无首过代谢;局限 黏液纤毛清除快、酶降解;临床阶段 I 期;代表案例 ETH47 (Ethris)
口服给药:主要靶器官 肠道黏膜（可全身）;免疫应答类型 黏膜 + 系统性;优势 无针、自行给药、依从性好;局限 GI 屏障苛刻、生物利用度低;临床阶段 临床前;代表案例 OrD LNP；猪口服刺突蛋白 mRNA-LNP
透皮给药:主要靶器官 表皮 / 真皮（免疫细胞）;免疫应答类型 IgG + 细胞免疫;优势 无痛、免冷链（干制剂）;局限 剂量受限、规模化制造;临床阶段 临床前 / I 期;代表案例 微针贴片管线
呼吸道病原体疫苗？
IM 是成熟的选择（已获批、安全性数据充足）。如果目标是同时建立黏膜免疫防线，鼻腔给药是更有吸引力的方向，但目前还在临床早期。未来可能出现"IM 初免 + 鼻腔加强"的组合策略。
肝脏基因编辑或蛋白替代？
IV 是最直接的路径。LNP 对肝脏的天然亲和力（ApoE 介导 + 肝窦窗孔结构）让 IV-LNP 成为肝脏靶向的首选方案。NTLA-2001 和 Onpattro 都走这条路。
肺靶向治疗？
两条路可以走：IV + SORT 技术（加入 DOTAP 重定向到肺）或鼻腔 / 吸入给药直接递送到呼吸道。选哪条取决于你要到达肺的哪些细胞，内皮细胞（IV+SORT）还是上皮和黏膜免疫细胞（吸入）。
慢性病频繁给药？
患者需要长期反复用药时，依从性成为关键。口服给药（如果技术成熟）和微针贴片（自行给药、缓释）是最有潜力的方向。所以这两条路径虽然技术挑战巨大，研究热度却持续不降。
已获批的产品目前只走 IM 和 IV：要免疫应答走 IM，要肝脏递送走 IV。鼻腔、口服和透皮还在解决各自的生物学屏障。未来 5–10 年的进展，主要看 SORT 这类靶向技术、肠溶包衣和微针工程。
本文内容整理自：Raj Kumar (Ed.), Lipid Nanoparticle-based mRNA Delivery Systems, Academic Press (Elsevier), 2026, Chapter 5 (Shakti Dahiya)、Chapter 6 (Shakti Dahiya)、Chapter 7 (Garima Raj et al.)、Chapter 8 (Alok Raghav) 和 Chapter 9 (Raj Kumar et al.)。