上海交通大学高小玲与徐颖洁团队开发病毒模拟颗粒实现肝外mRNA精准递送

mRNA疗法在癌症免疫治疗、蛋白替代和基因编辑领域潜力巨大，但其临床应用受限于安全、高效的递送系统。现有脂质纳米颗粒（LNP）递送系统普遍存在肝脏天然靶向倾向，严重限制了肝外疾病的治疗应用。同时，基于包膜病毒或病毒样颗粒（VLP）的递送平台面临免疫原性高、生产工艺复杂和靶向特异性难以调控等瓶颈。

针对肝外靶向mRNA递送这一根本性挑战，研究者往往需要在递送效率、安全性和可调控性之间艰难权衡。天然包膜病毒虽提供了RNA递送的进化蓝图，但其包膜蛋白会引发中和抗体，导致重复给药失效。如何摒弃病毒自身的免疫原性组分，同时保留其高效的组装和靶向机制，成为仿生递送系统设计的核心难题。

2026年3月26日，上海交通大学高小玲与黄宇坤、樊晨、徐颖洁团队在国际期刊ACS Nano上发表了题为Self-Assembling Enveloped Virus-Mimicking Particle for Extrahepatic Targeting mRNA Delivery的研究论文。

该研究通过模块化肽设计、虚拟筛选和定向进化，获得了具有双重自组装结构域的病毒模拟肽（VMP），并结合磷脂包膜调控，成功构建了肺靶向和脾靶向的EVMP平台。优化后的肺靶向EVMP在肺部实现了37%总细胞的转染效率，包括73%的内皮细胞和28%的免疫细胞。在转移性肺癌模型中，负载IL-12 mRNA的EVMP显著抑制了肿瘤进展，并且展现出优异的长期生物安全性和低免疫原性，支持重复给药。这项研究为mRNA疗法在肝外疾病中的应用开辟了全新的仿生递送路径，也为模块化设计可编程组织趋向性的生物材料提供了普适策略。

正 文

研究人员首先从HIV病毒的Gag蛋白组装机制中汲取灵感，简化并整合了膜定位结构域和RNA结合结构域，设计出由21或24个氨基酸组成的病毒模拟肽（VMP）。通过粗粒化分子动力学（CG-MD）模拟，团队系统评估了12种VMP与磷脂膜的相互作用。结果显示，VMP7、VMP10和VMP12能够以单体形式均匀分散在膜上，并实现有效的膜插入，其中VMP10形成了经典的兼性螺旋肽结构，与天然病毒蛋白的进化稳定性高度吻合。进一步的原子级分子动力学模拟证实，VMP10的肉豆蔻酰基（Myr）在52 ns时插入膜内，随后疏水氨基酸稳定结合构象，碱性氨基酸向外暴露以结合RNA。与天然病毒结构蛋白相比，VMP10保留了关键的自组装特性，且序列更短，易于大规模化学合成。

为了优化mRNA递送效率，团队以VMP10.0为模板开展了定向进化。针对其疏水性和膜插入过深的问题，通过替换亮氨酸为鸟氨酸（Orn）获得VMP10.1，再将13和16位亮氨酸突变为丙氨酸获得VMP10.2，显著降低了膜插入深度并提升了转染效率。然而VMP10.2的净电荷较高（+7）导致细胞毒性，因此进一步将膜定位结构域的Orn14/15突变为丙氨酸（降至+5）得到VMP10.3，再将RNA结合结构域的Orn7替换为赖氨酸（Lys）得到VMP10.4。该变体利用赖氨酸更长的侧链增强了RNA结合稳定性，并获得了最小的粒径（165.6 nm）和最优的分散性。同时，研究比较了不同链长的N端脂肪酸修饰，发现肉豆蔻酸（C14）修饰的VMP10.4展现出最高的mRNA封装效率、颗粒刚度和双阳性率（86.67%），其性能与天然Gag蛋白的肉豆蔻酰化修饰高度一致。在磷脂筛选方面，研究构建了包含中性磷脂、阴离子磷脂和辅助磷脂的文库。结果显示，18:1 PA（磷脂酸）是最优的阴离子磷脂，当摩尔比达到50%时，EVMP获得最高的mRNA包载和肺部表达；而不同链长的磷脂酰胆碱（PC）则决定了器官靶向性——短链饱和PC（12:0、14:0）和中链不饱和PC（16:1、18:1）高效靶向肺部，而长链PC（22:1）则将表达转向脾脏。通过简化为“PC + PA”双组分包膜系统，研究建立了结构-选择性和结构-效率关系，所有EVMP均呈现150-200 nm粒径、高负电荷（-40 mV）且肝脏转染极低。

进一步地，团队选择了最优肺靶向配方（C14 EVMP，即18:1 PC + 18:1 PA + C14-VMP10.4），与金标准肺靶向制剂MC3/DOTAP LNP进行了头对头比较。Cryo-EM三维重建显示，EVMP具有清晰的核-壳结构，致密的核心由VMP与mRNA组成，外层为磷脂包膜，其mRNA装载量比LNP高出7.1倍，空颗粒比例仅为3%。体外转染实验证实，C14 EVMP在RAW264.7、BV2和HUVEC三种难转染细胞中的效率均优于LNP。在C57BL/6小鼠体内，C14 EVMP实现了高效的肺部萤光素酶表达，峰值强度在3小时即达到，并维持更长的持续时间。通过Cre mRNA在tdTom报告小鼠中实现基因编辑，C14 EVMP在肺部的tdTom阳性细胞比例显著高于LNP（9.5 vs 6.7倍于背景）。流式细胞术显示，C14 EVMP转染了37%的肺部总细胞，包括73%的内皮细胞和28%的免疫细胞，而在肝脏中绝大多数细胞的转染率低于1%。在转移性黑色素瘤肺转移模型中，负载IL-12 mRNA的C14 EVMP显著减少了肺结节数量，重塑了肿瘤免疫微环境——CD8+ T细胞、NK细胞和NKT细胞浸润增加，髓系来源抑制细胞（MDSC）和M2巨噬细胞减少，并显著延长了小鼠生存期。安全性评估方面，C14 EVMP在多次静脉注射后未引起器官损伤、血液学异常或炎症因子升高。重要的是，重复给药15天后，EVMP的递送效率未见下降，脾脏中未观察到记忆T细胞（TEM/TCM）的显著扩增，血清中抗VMP的IgG和IgM水平也未升高，证实其低免疫原性支持多次给药。

包膜病毒模拟颗粒（EVMP）的自下而上构建方法

总 结

总的来说，该研究通过自上而下的理性仿生设计，成功开发了一种自组装的包膜病毒模拟颗粒（EVMP），其摒弃了天然病毒的免疫原性包膜蛋白，仅由一种简化的病毒模拟肽和两种磷脂组分即可高效自组装，实现了对肺和脾的精准mRNA靶向递送。通过分子动力学虚拟筛选、定向进化和磷脂包膜精细调控，研究建立了清晰的结构-功能关系，获得的肺靶向EVMP在转染效率、细胞覆盖度和安全性方面均优于金标准LNP制剂。

这项研究不仅为肝外疾病（如肺癌、肺部感染和免疫调节）的mRNA疗法提供了安全高效的递送工具，更重要的在于提出了一种通用的“自下而上”仿生材料设计范式。通过模块化替换肽序列和磷脂组成，EVMP平台有望拓展至更多组织和细胞类型的靶向递送，为蛋白替代治疗、基因编辑和肿瘤免疫治疗开辟了新路径。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c21254