脂质纳米颗粒（LNPs）作为核酸递送系统，因其能够保护核酸免受降解并促进细胞摄取，已成为基因治疗和疫苗开发的重要工具。然而，传统LNPs主要由离子化脂质、磷脂、胆固醇和聚乙二醇脂质四种成分组成，倾向于在肝脏积累，限制了其在其他组织中的应用。为了克服这一挑战，研究者们通过调整LNPs的配方和递送途径，尝试实现对其余组织的靶向递送。近期，美国内华达大学拉斯维加斯分校Chandrabali Bhattacharya团队在Advanced Materials上发表“Reengineering Endogenous Targeting Lipid Nanoparticles (ENDO) for Systemic Delivery of mRNA to Pancreas”的研究。本研究通过引入内源性维生素作为第五组分，开发了一种新型ENDO平台，旨在实现mRNA向胰腺的高选择性递送。

示意图

01
实验结果

优配方的筛选与表征：通过系统筛选含有不同内源性维生素作为第五组分的100种LNPs配方，研究发现含有胆钙化醇（维生素D3）作为第五组分的C-CholF3配方在胰腺中展现出最高的转染效率和选择性。具体而言，C-CholF3 LNPs的平均直径为85.6 ± 5.2 nm，多分散性指数（PDI）为0.18 ± 0.03，ζ电位为+32.5 ± 2.1 mV，表明其具有良好的物理化学稳定性和单分散性（图1A）。动态光散射（DLS）测量结果显示，所有制备的LNPs粒径均分布在60-140 nm范围内，PDI小于0.2，确保了高效的细胞摄取和成功的内吞逃逸（图1B）。此外，C-CholF3 LNPs的封装效率（EE%）高达95%以上，表明其对mRNA的高效负载能力。

体外转染效率：在多种细胞系中评估了C-CholF3 LNPs的转染效率。实验结果显示，C-CholF3 LNPs在HEK293、HFF、HUVEC、RAW264.7和HMC3细胞系中均展现出显著的转染活性（图2）。特别是在人胰腺癌细胞（BxPC-3）中，C-CholF3 LNPs的转染效率显著高于对照组MC3 LNPs，表明其具有胰腺细胞特异性摄取的优势（图2E）。通过共聚焦显微镜观察发现，C-CholF3 LNPs在BxPC-3细胞中能够有效内化，并与内吞/溶酶体标记物LysoTracker共定位，表明其通过内吞作用进入细胞（图6A）。

Figure 1. In Vitro screening of ENDO LNPs.

体内递送效率与选择性：通过静脉注射将C-CholF3 LNPs递送至C57BL/6J小鼠体内，利用IVIS成像系统监测不同器官中的荧光素酶表达情况。实验结果显示，C-CholF3 LNPs在胰腺中的荧光素酶表达显著高于其他器官，选择性超过99%。具体而言，在注射后24小时，胰腺中的总光通量达到1.04 × 10^8 p/s，而肝脏、脾脏等其他器官中的表达极低。进一步评估了C-CholF3 LNPs对质粒DNA（pDNA）和环状mRNA（circ mRNA）的递送能力。实验结果显示，C-CholF3 LNPs能够高效递送这两种核酸至胰腺，平均总光通量分别达到8.41 × 107 p/s和1 × 108 p/s，选择性同样超过99%。这表明C-CholF3 LNPs具有广泛的核酸递送能力，适用于多种基因治疗策略。

Figure 2. Validation of top ENDO LNPs, C-CholF2 and C-CholF3.

安全性评估：组织病理学检查显示，C-CholF3 LNPs处理的小鼠胰腺和肝脏组织结构正常，无明显的炎症反应或细胞损伤。具体而言，胰腺胰岛细胞保持完整，未见坏死或退化迹象；肝脏组织也未见显著变化。血清生化指标检测显示，C-CholF3 LNPs处理组小鼠的丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、血尿素氮（BUN）和肌酐（CREA）水平均在正常范围内，表明其无明显的肝毒性和肾毒性。此外，细胞因子水平分析显示，C-CholF3 LNPs处理组小鼠的IL-6、IL-1β和TNF-α水平与PBS对照组无显著差异，进一步证实了其低免疫原性和良好的生物相容性。

Figure 3. Toxicity and safety evaluation of C-CholF3 ENDO LNPs.

机制研究：为了探究C-CholF3 LNPs的胰腺靶向机制，研究使用了维生素D受体（VDR）拮抗剂MeTC7进行阻断实验。实验结果显示，预先给予MeTC7处理的小鼠在静脉注射C-CholF3 LNPs后，胰腺中的荧光素酶表达显著降低，表明VDR在C-CholF3 LNPs的胰腺靶向中起关键作用。进一步替换C-CholF3 LNPs中的胆钙化醇为MeTC7，发现其仍能保持胰腺靶向能力，表明MeTC7与VDR的相互作用类似于胆钙化醇，进一步支持了VDR介导的靶向机制。

Figure 4. Mechanistic insights into endogenous targeting of C-CholF3 ENDO LNPs to the pancreas 

基因编辑能力：在Ai14转基因小鼠中评估了C-CholF3 LNPs的基因编辑能力。通过静脉注射含有Cre重组酶mRNA的C-CholF3 LNPs，120小时后利用IVIS成像系统观察到胰腺中tdTomato的高效表达。具体而言，胰腺中的总光通量显著高于肝脏等其他器官，选择性超过99%。免疫荧光染色分析显示，tdTomato荧光在胰岛素阳性细胞中表达，表明C-CholF3 LNPs能够有效编辑胰腺β细胞。

Figure 5. Efficient and tissue-specific tdTomato expression in the pancreas with C-CholF3 ENDO LNPs.

02
讨论

本研究成功开发了内源性靶向脂质纳米颗粒（ENDO）平台，通过引入维生素D3作为第五组分，实现了mRNA向胰腺的高选择性系统性递送。C-CholF3 LNPs在胰腺疾病的治疗中展现出巨大潜力，为基因编辑和蛋白质替代疗法提供了新的策略。未来研究将进一步优化LNPs的配方和递送效率，探索其在更多疾病模型中的应用。