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“好风（LNP）凭借力（可电离脂质），送我（mRNA）上青云（细胞质）”。目前在美国宾夕法尼亚大学生物工程系做博后研究的韩雪祥，这样评价自己发表在 Nature Communications 的最新评论文章。
图 | 韩雪祥（来源：韩雪祥）
2021 年 12 月 13 日，他担任一作的评论论文以《一个用于 RNA 递送的可电离脂质工具箱》（An ionizable lipid toolbox for RNA delivery）为题发表。
图 | 相关论文（来源：Nature Communications）
可电离脂质的发展，促进新冠疫苗快速研发
对于撰写该论文的原因，他表示，2020 年初爆发的新型冠状病毒肺炎（以下简称新冠）疫情让 mRNA 药物一炮走红。虽然它初出茅庐，但却在新冠疫苗开发过程中一路乘风破浪，斩获了巨大成功——不到一年时间，两个 mRNA 疫苗（mRNA-1273 和 BNT162b2）便获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的紧急使用授权。
这种惊人的速度在疫苗研发历史上是绝无仅有的，并且两个疫苗的保护效率都在 94% 以上，远高于其他常规新冠疫苗。
这种空前的成功，不仅得益于 RNA 化学修饰技术的进步，而且还受惠于近二十年脂质纳米粒（LNP）的发展，特别是其关键组成成分——可电离脂质的发展。
其实早在 2018 年，FDA 批准的第一款小干扰 RNA（siRNA）药物 Onpattro 中就使用了 LNP 技术。目前，LNP 已经成为临床上最先进的非病毒基因递送载体，包括 mRNA 疫苗在内，基于 LNP 的基因治疗的临床试验已多达数十个，并且持续增加。
（来源：Nature Communications）
广义的 RNA 药物，不仅包括编码 mRNA，还包括非编码小 RNA（siRNA，ASO，miRNA 等）和含有 RNA 元件的基因编辑系统（如 CRISPR-Cas9）。利用这些工具，几乎可以调控任何基因的表达，因而在肿瘤、遗传性、传染性、代谢性等疾病的预防和治疗上极具潜力。
然而裸露的 RNA 分子非常容易被核酸酶降解，并且其庞大的体积和高密度的负电荷阻碍了其穿过细胞膜。如何安全高效地护送 RNA 跨过这些生物屏障，使之顺利进入细胞质发挥生物学效应成了 RNA 药物亟待解决的问题。
可电离脂质正是担任了“护花使者”这一重要角色，它巧妙地利用其“两面神”的特殊能力：在酸性条件下可电离脂质带正电，可以与负电的 RNA 分子凝聚使之被包裹进 LNP 中保护起来；在中性生理条件下可电离脂质不带电荷，使 LNP 呈电中性并具有低毒隐身的能力，进而悄无声息的携带 RNA 通过内涵体途经进入细胞；在酸性内涵体中可电离脂质又切换到正电模式，与内涵体膜上的带负电磷脂作用并破坏内涵体，实现内涵体逃逸和 RNA 的细胞质释放。
2008 年起，可电离脂质进入高速发展期，大量不同结构的可电离脂质被合成出来，研究人员从中筛选出了许多具有较强递送效率的分子。然而这些分子缺乏系统的分类，很难从中发掘出明确的规律来指引其未来的发展道路。
鉴于此，韩雪祥所在团队希望通过总结这些分子的结构特性，对可电离脂质进行系统的归纳分类，同时指出目前的发展现状以及存在的问题，进而指导下一代可电离脂质的发展，使其更好地服务于 RNA 药物的递送。
首次对可电离脂质进行系统性归纳分类
在该文章中，韩雪祥他们第一次系统地对可电离脂质进行了归纳分类。他们总结了过去十多年来发展的可电离脂质和它们的构效关系，根据结构特点把它们归纳成主要的五种类型：不饱和型、多尾型、聚合物型、可降解型和支化型。
每一类可电离脂质，他们介绍了一些代表性的分子和它们的应用，也分析了它们潜在的问题。同时，他们也探讨了临床上使用的可电离脂质，特别是新冠 mRNA疫苗中使用的可电离脂质，它们的结构也都契合文章中的分类，说明了分类的正确性和指向性。
最后韩雪祥他们也指出了可电离脂质的挑战，并提出了自己的见解和解决方案，指明了未来可能的发展方向。比如，针对具有临床应用前景的可电离脂质合成困难、不利于规模化生产的问题，韩雪祥认为发展新的组合化学方法可以降低合成门槛，加速合成、筛选和应用过程。
概括来说，该文章剖析了可电离脂质的结构特点，提出了很多发展可电离脂质的指导性方针，可以作为发展可电离脂质的指导性文件，帮助更多的人了解、熟悉和合成可电离脂质。
他表示，自己的研究也都是围绕文章中提及的可电离脂质的挑战展开的，韩雪祥希望调节它的先天免疫反应、拓展肝外靶向递送以及发展新的合成方法。目前这几个方面都取得了一定的进展，不久的将来会有文章发表出来。
在筹备这个文章的过程中，他们希望能寻找 RNA 修饰方向的合作者一起完成写作。韩雪祥所在课题组的研究方向偏工程和应用，如果能有专注 RNA 修饰的生物化学家给予指导，那么文章的讨论将更加深刻。
于是他们尝试邀请 mRNA 修饰技术的奠基人宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院教授德鲁·韦斯曼（Drew Weissman）教授。韩雪祥表示，当时他们并没有抱太大的希望，因为韦斯曼教授专注于 mRNA 修饰和结构优化，而且作为 mRNA 疫苗功臣之一已经声名远播，可能对他们 LNP 递送领域不感兴趣。
惊喜的是，他欣然接受了他们的邀请，积极肯定了 LNP 在 mRNA 疫苗中的巨大贡献，并与他实验室的穆罕默德-加布里埃尔·阿拉米（Mohamad-Gabriel Alameh）博士一起为文章的写作提供了许多宝贵意见。这种开放合作态度让他印象非常深刻。
据悉，多年前，韦斯曼在宾夕法尼亚大学的一台复印机上遇到了同事兼合作者卡塔林·卡里科（Katalin Karikó），他对卡里科的 RNA 研究缺乏资金表示同情。
当时，卡里科一直在尝试针对脑部疾病和中风的 RNA 疗法。这时，韦斯曼开始与后者合作，卡里科随后将重点转向将 RNA 技术应用于疫苗。他们面临的主要障碍是 RNA 会引起不必要的免疫和炎症反应。
2005 年，他们发表了一项具有里程碑意义的成果，该研究使用合成核苷修饰 RNA，以防止其被人体降解。这一突破为使用 RNA 疗法奠定了基础，并最终获得了 BioNTech / Pfizer 和 Moderna 的许可，用于开发他们的 COVID-19 疫苗。
为此，这两位科学家在 2021 年分别获得路易莎·格罗斯·霍维茨奖、奥尔巴尼医学中心奖和拉斯克临床医学研究奖。有人建议将魏斯曼和卡里科授予诺贝尔奖，但 2021 年诺奖并未颁发给他们。
图 | 韦斯曼和卡里科（来源：https://www.goldengooseaward.org/01awardees/mrna）
而担任本次论文第一作者的韩雪祥，出生于 1991 年，来自浙江桐乡。对于过往经历，他表示其本科就读于上海大学环境与化学工程学院（化学工程与工艺专业），期间曾在张海娇老师实验室实习——学习二氧化硅纳米颗粒的合成；博士就读于清华大学化学系（与国家纳米科学中心联合培养），主要在国家纳米科学中心进行研究，在赵宇亮研究员、聂广军研究员、李一叶研究员和李亚栋老师的指导下，开展纳米药物调控肿瘤微环境的基础研究。
从 2020 年 1 月至今，他以博士后身份入职于美国宾夕法尼亚大学生物工程系，在合作导师迈克尔· J ·米切尔（Michael J. Mitchell）教授实验室开发新型 LNP 用于 mRNA 药物递送和疾病治疗。
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