新研究發現，原位合成的可降解支鏈脂質能夠有效遞送mRNA

信使核糖核酸(mRNA)技術在治療和預防多種疾病，包括癌癥、傳染病、代謝紊亂和先天性疾病方面具有很大的前景。事實上，基于mrna的技術已經在疫苗、蛋白質補充療法和基因編輯療法方面取得了臨床成功。具體來說，美國食品和藥物管理局(FDA)批準了兩種mRNA疫苗來預防COVID-19。mRNA是一種帶負電荷的不穩定大分子，需要載體才能有效地在細胞內傳遞。

脂質納米顆粒(LNP)是臨床上***的mRNA非病毒傳遞平臺。LNPs通常由可電離脂質(類脂)、磷脂、膽固醇和聚乙二醇(PEG)共軛脂質組成。脂質在mRNA貨物的保護和運輸中起著關鍵作用。在酸性pH下，脂質帶正電荷，可以在LNP制備過程中濃縮mRNA，并在細胞內化過程中破壞內體膜。

在生理pH下，脂質保持中性電荷，從而限制毒性并改善LNPs的藥代動力學性質。脂質通常包含一個可電離的頭基和兩個(或更多)烷基尾基，兩者由一個連接體連接。值得注意的是，可降解的連接物(主要是酯鍵)優先用于脂質，以促進體內水解，提高生物相容性。此外，支鏈烷基尾巴也很受歡迎，因為這些尾巴促進脂質中錐形結構的形成，從而促進內體逃逸和mRNA的傳遞。

最近，Harashima等人進行了一項基于機理的研究，進一步證明了支鏈烷基尾巴增強了LNPs的穩定性、電離能力和功效。值得注意的是，兩種具有可降解酯鍵和支鏈烷基尾的類脂體已成功用于已獲批的COVID-19 mRNA疫苗，進一步驗證了這些結構參數在有效類脂體設計中的優勢。

然而，具有延伸烷基分支的可降解類脂化合物的合成困難阻礙了其系統的優化和研究。在以前的研究中，這些類脂質的構建完全基于兩個主要步驟。首先，制備含有溴、醛、丙烯酸酯、羥基和羧基等官能團的支尾中間體。其次，將分叉的尾巴連接到頭部組。這種構建方法通常涉及繁瑣的合成和純化，難以系統地優化這些化學結構和研究構效關系。

在此基礎上，賓夕法尼亞大學的Michael Mitchell團隊希望開發一種新的構建方法，利用現成的支鏈結構單元快速、經濟、高通量地合成可降解的支鏈脂。為此，他們設計了一種基于一鍋兩步三組分反應(3-CR)的串聯和原位組合合成可降解支化(DB)脂質的構建策略。相關研究結果最近發表在《Nature Communications》雜志上。這篇論文的標題是“用于mRNA治療和基因編輯系統遞送的可降解支狀脂質的原位組合合成”。

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在本設計中，通過可降解的連接物將兩條支尾原位添加到含有兩條短體尾的低效氨基醇類脂質中，從而極大地促進了mRNA的傳遞。他們通過改變頭基結構、短體尾長和分支尾長，系統地合成并篩選了兩個DB脂質組合文庫。研究發現，多種DB脂質可形成有效的LNP，用于在體內遞送mRNA，其效率與經批準用于肝遞送小干擾RNA (siRNA)的基線DLin-MC3-DMA (MC3) LNP制劑相當。此外，還確定了包括總碳數、對稱性和頭基在內的關鍵結構標準，這些標準可用于預測未知DB脂類的性質。

此外，與基于MC3 lnp的mRNA治療相比，基于11-10-8 lnp的FGF21 mRNA治療顯示出更好的減肥和降脂效果。有趣的是，盡管11-10-8 LNPs比MC3 LNPs更有效地傳遞mRNA，但它們同樣有效地傳遞siRNA。其他人也觀察到類似的結果，優化的LNP配方使mRNA轉染量增加了7倍，但siRNA轉染量沒有增加。據推測，siRNA比mRNA更容易受到LNPs的影響。盡管如此，與MC3 LNP相比，11-10-8 LNP易于合成且成本低，在siRNA傳遞方面仍具有優勢。

這項新研究有一些局限性。首先，為了便于分析尾部區域的構效關系，在DB脂質組合文庫1中僅使用飽和和線性環氧化物和酸性氯化物。值得一提的是，根據這些作者的構建方法，使用不飽和或支化的環氧化物和酸性氯化物也是可行的，這可以進一步增加DB類脂化合物的結構多樣性。其次，為了簡化頭基團的構效關系分析，DB脂質組合庫2只選擇了能連接兩個體尾的胺，而排除了能連接多個體尾的復合胺。第三，盡管與MC3 LNPs相比，他們合成的強效DB-LNPs在體內具有更強的mRNA遞送能力，但其體外性能不如MC3 LNPs。體外和體內結果之間差異的原因目前尚不清楚。盡管如此，他們仍在進一步探索分支脂質，以了解它們在體內的有效性。

綜上所述，作者設計了一種高通量、低成本合成DB類脂質的構建方法。通過組合合成和篩選這兩個DB脂類組合文庫，他們發現了多種有效的DB脂類化合物，并總結了影響藥物療效的關鍵結構標準。他們合成的鉛DB脂質在肝臟mRNA傳遞方面優于MC3 LNPs，顯示出它們在基于mRNA的蛋白質補充療法和基因編輯療法中的巨大潛力。因此，它們的構建方法降低了支鏈類脂質的合成門檻，為支鏈類脂質的進一步開發和應用奠定了基礎。

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