近日，本研究组与国家纳米科学中心、北京大学等团队合作，在脂质纳米颗粒 (LNP)细胞膜受体鉴定方法方面取得重要进展，研究成果以“Identification of Cell Receptors Responsible for Recognition and Binding of Lipid Nanoparticles”为题，发表于Journal of the American Chemical Society。该研究开发了鉴定纳米颗粒识别细胞受体的新方法，基于该方法揭示了在人体血液中LNP形成动态蛋白冠的组成及其与免疫细胞受体相互作用关键机制。该研究不仅为优化mRNA疫苗设计提供了关键依据，也为纳米药物的精准递送开辟了新思路。

LNP作为mRNA疫苗的关键递送载体，在进入人体后会迅速吸附血液中的蛋白质形成“蛋白冠”，其组成和受体识别模式直接决定LNP的体内命运，如靶向性、免疫反应和清除效率。为了表征蛋白冠组分，通常需要物理或化学方法分离蛋白冠并经过多次洗脱，难以获得蛋白冠的完整组分，进而无法可靠地鉴定其识别受体；因此亟需原位分析方法获得蛋白冠组成及识别的细胞受体。团队前期利用生物膜层干涉 (BLI)和生物质谱技术，建立了纳米颗粒表面多层蛋白冠的原位、动态分析方法 (Nat. Commun. 2022, 13, 5389)。在此基础上，进一步开发了基于生物传感的“Fishing”技术：通过化学偶联将LNP锚定在生物传感器表面，结合BLI技术监控LNP表面蛋白冠动态吸附过程并实现软、硬蛋白冠组分原位洗脱，与液相色谱-质谱 (LC-MS/MS) 联用，精准捕获LNP蛋白冠动态形成过程并实现LNP表面软、硬蛋白冠组分的分析。在蛋白冠原位吸附基础上，进一步与细胞膜蛋白作用，通过原位洗脱与质谱分析，鉴定得到LNP识别的细胞受体 (图1)。相较于传统离心方法，该方法更好地维持LNP结构完整性、更真实反映LNP表面软/硬蛋白冠组成，可原位鉴定能识别LNP表面蛋白冠的细胞受体。

图1. 开发“Fishing”技术，用于鉴定LNP表面蛋白冠和细胞膜受体。

研究表明，接种PEG修饰的疫苗、重复使用PEG化的纳米药物以及接触日常消费品和食品添加剂中的PEG，都会导致人体内检测到高水平的PEG抗体。这一生理变化影响了PEG化纳米药物在体内的转运与清除机制。为了深入理解PEG化纳米药物的清除机制，研究团队利用“Fishing”平台，揭示了LNP表面蛋白冠从初始吸附血浆蛋白到特异性富集关键蛋白、再到识别髓系细胞膜受体的动态过程。证实PEG抗体及补体成分在LNP细胞识别和免疫清除中的关键作用，并发现集落刺激因子2受体β (CSF2RB)为LNP识别髓系细胞的关键受体 (图2)。这一发现阐明了为何PEG化纳米药物在不同个体中的循环时间存在显著差异、为何PEG化药物或疫苗在重复给药过程中往往会导致更快地清除。

图2. LNP在血液中的行为受其血浆蛋白冠的影响，并通过PEG抗体与补体等途径与髓系细胞受体识别，介导LNP胞吞。

本研究不仅为纳米药物的合理设计提供了重要的科学依据，也为开发更稳定、更具靶向性的mRNA疫苗、基因治疗载体及纳米药物提供了新的思路。未来研究可重点关注开发优化PEG或者替代的载体设计策略 (如两性离子、仿生或可降解纳米材料)，优化免疫规避机制，或针对CSF2RB受体介导的清除途径设计新的调控策略，以提高纳米药物的体内稳定性和治疗有效性。

本组博士后Baimanov Didar、北京大学药学院王静副研究员为该研究的共同第一作者，王黎明研究员、国家纳米科学中心陈春英院士为共同通讯作者。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、高能所创新项目、建制化科研平台、新基石科学基金等项目资助。

原文链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16987。