脂质纳米载体是经典的药物递送系统之一, 具有良好的生物相容性和生物可降解性, 可以有效降低抗肿瘤和抗感染药物的毒副作用, 但在增强治疗效果上远未满足临床需求, 临床应用仍然十分局限。脂质纳米药物体内过程复杂, 与机体发生相互作用后载体自身也会诱发机制不明的生物学效应, 导致药物体内性能异于设计预期, 严重阻碍临床转化。深入研究脂质纳米药物本征性质、体内递送过程及机体调控机制, 不仅为载体的理性设计提供指导, 也将助推新型脂质纳米药物的临床转化及精准用药。本文分别从脂质纳米药物体内递送过程、影响因素和调控手段三个方面进行综述, 为脂质纳米药物相关研究提供参考。

　　在过去的几十年中, 基于脂质的纳米递送系统的问世使得纳米药物领域的研究到达了新高度。纳米载体能够封装不同类型的药物分子, 具有改善药物溶解度、延长循环、实现药物缓控释和靶向递送等优势。脂质是生物体重要成分, 包括脂肪、磷脂、固醇类等, 其中, 磷脂、固醇类是生物膜的主要成分。与其他纳米制剂相比, 基于脂质的纳米载体具有良好的生物相容性和完全的生物可降解性, 载体毒性和免疫原性低, 在治疗各种疾病的临床实践中具有巨大潜力。目前上市的纳米药物大多是以脂质体、脂质纳米粒 (lipid nanopar‐ticles, LNP) 为代表的基于脂质的纳米递送系统, 被广泛用于癌症治疗、病毒或真菌感染、镇痛和基因递送等诸多领域。

　　尽管脂质纳米药物的研究已历经几十年, 但其体内递送过程及与生物体之间的相互作用仍未阐明。脂质纳米药物临床应用或在研产品大多数采用注射途径给药, 脂质纳米载体携载药物进入全身血液循环 (或由淋巴回流进入全身血液循环) 后向病灶部位转运,所涉及的体内过程极其复杂, 不仅可通过改变包载药物的药动学、生物分布、胞内递送、释放、代谢和排泄等特征影响药物体内性能, 载体作为外源性“颗粒”也会与机体互作产生机制复杂的生物学效应, 影响脂质纳米药物的临床转化与精准用药[1]。例如, 长循环多柔比星脂质体可以有效降低游离多柔比星注射相关的心肌毒性, 但长期注射会产生手足综合征、注射反应等机制不明的不良反应[2]; 多种脂质纳米药物 (包括mRNA新冠疫苗) 临床使用过程中产生超敏反应[3]等, 均与脂质纳米载体机体互作相关。随新冠 mRNA 疫苗的广泛接种, 有临床数据显示该疫苗可诱导产生自身免疫性肝炎, 但相关机制尚不明确[4]。脂质纳米载体在体内转运过程中, 吸附血液、组织液或胞浆中内源性大分子 (蛋白质、脂质等) 形成“生物冠”, 很大程度上影响脂质纳米载体与机体互作, 且由于生物冠组成极为复杂, 增加了脂质纳米载体体内生物学效应的不确定性[5]。相比于其他无机纳米载体, 脂质纳米载体多数是自组装系统, 其体内的完整性较难实时动态追踪, 主要组成成分 (磷脂、胆固醇等) 与细胞膜类似, 探究其与细胞以及组织之间的相互作用更是难上加难, 至今缺乏深入系统研究。因此, 厘清脂质纳米药物体内过程, 揭示过程相关生物学效应, 进而基于体内过程及生物学效应机制, 通过脂质纳米载体设计、机体生理病理环境调控等手段, 主动精准调控脂质纳米载体体内性能, 将极大推动脂质纳米药物临床转化及精准用药。

　　除最常见的静脉给药 (静注、推注) 途径外, 脂质纳米药物同样广泛应用于口服、肌肉注射 (皮下、皮内、肌内)、经鼻吸入和滴眼等, 但无论采用何种途径给药, 脂质纳米药物都会通过血液或淋巴循环进入靶组织和脱靶组织[6]。口服给药的脂质纳米药物通过肠道黏膜黏附、跨黏液层易位后, 被派氏结 M 细胞内吞经淋巴进入血液循环[7]。肌肉注射的脂质纳米药物少数通过毛细血管渗透进入血液循环, 大部分被注射部位的毛细淋巴管吸收, 未被淋巴结捕获的脂质纳米药物会再通过淋巴循环进入血液[8]。经鼻腔吸入和滴眼等黏膜给药的脂质纳米药物虽然大部分在局部发挥药效, 但是也会少量通过鼻黏膜、视网膜进入血液[9,10]。

　　脂质纳米药物经不同的吸收途径或直接静脉输注进入血液循环后, 表面的吉布斯自由能较高, 导致血浆中的生物分子 (蛋白质、脂质、糖类) 顺势能梯度吸附在其表面形成生物冠[11]。血浆中蛋白含量高, 在血液循环中脂质纳米颗粒吸附的生物分子以蛋白为主。丰度较高的血浆蛋白在30 s内快速结合在脂质纳米颗粒表面, 随着时间的推移, 逐渐被对颗粒表面亲和力更高的蛋白质所取代[12]。吸附蛋白冠后, 部分纳米药物被循环白细胞吞噬, 随细胞迁移至其他区域, 其余纳米药物随血液循环至全身各处。

　　血液循环的脂质纳米药物有多种血管外渗途径。① 被动运输: 在生理状态下, 不同器官的毛细血管存在大小不一的间隙, 允许特定大小的纳米颗粒从血液中逸出[13]; ② 主动运输: 通过配体直接修饰或间接吸附功能性血浆蛋白后, 脂质纳米药物可以通过血管内皮细胞对应的膜受体介导内吞转运出血管[14]; ③ 白细胞介导: 由于血液循环白细胞具有吞噬、趋化能力, 在外周血中可直接捕获脂质纳米颗粒, 并携带其外渗出血管进入组织[15]。同时, 在白细胞外渗的过程中, 血管壁被短暂打开, 造成纳米颗粒随之顺浓度梯度外渗[16]。血管渗透对脂质纳米药物在靶组织 (如肿瘤) 的富集和发挥药效至关重要, 但是在非靶部位的渗透也可能引发意料之外的不良反应 (如脂质体多柔比星临床皮肤毒性)。

　　外渗出血管后, 脂质纳米药物进入了充满间质液的细胞外基质 (extracellular matrix, ECM)。ECM 是由胶原蛋白、糖胺聚糖、纤连蛋白、层粘连蛋白和其余糖蛋白组成的非细胞三维大分子网络, 其网状结构阻止大粒径脂质纳米颗粒的渗透和与细胞的进一步接触[17]。

　　脂质纳米药物结构与组成与细胞膜类似, 故可直接通过膜融合方式进入细胞并释放包载的药物或基因[18], 其表面修饰了靶分子、吸附了功能性血浆蛋白或调理素后, 脂质纳米药物可以通过受体介导的胞饮作用 (网格蛋白依赖性[19]、小窝蛋白依赖性[19]和巨胞饮[20]等) 进入细胞, 继而并发挥药效或产生免疫反应。

　　通过网格蛋白介导入胞的脂质纳米药物起初会进入早期内涵体囊泡, 随后融合形成内体分选转运复合物, 并转移至溶酶体[21]; 而通过小窝蛋白依赖性内吞作用入胞的纳米药物开始会进入非溶酶体的亚细胞区室中, 最终扩散到细胞质中并进入高尔基体和内质网[22]。通过巨胞饮途径内化的脂质纳米药物有两种转运途径: 少量脂质纳米药物从巨噬小体转运到内吞循环室,最终分泌到细胞外; 而大多数药物直接进入晚期内体,并被溶酶体降解或通过内质网-高尔基体途径以及外泌体分泌途径转运出细胞[23]。

　　外周血中的脂质纳米药物主要通过肾脏排泄和肝胆排泄两种途径排出体外[24]。在血液循环过程中, 部分脂质纳米颗粒被生物酶降解, 经肾脏滤过并从尿液排出体外; 而未被降解的脂质纳米药物在血液循环中会吸附调理素蛋白, 快速地被肝脏非实质细胞 (肝窦内皮细胞、库否细胞) 内吞, 随后被溶酶体中水解酶降解并最终随胆汁排泄到肠道。

　　血液循环的脂质纳米药物吸附蛋白质形成蛋白冠后, 表面性质随之改变。蛋白冠是影响纳米药物与生物体相互作用模式和体内递送过程的最重要的因素, 脂质纳米颗粒自身性质、机体的环境均可通过影响蛋白冠的组成调控纳米颗粒的体内递送过程。蛋白冠可通过以下途径影响脂质纳米药物的体内递送过程: ① 改变脂质纳米药物体内分散状态, 产生聚集现象, 颗粒变大, 增强单核吞噬细胞系统 (mononuclear phagocyte system, MPS) 识别, 加速药物清除[25]; ② 改变脂质纳米药物的结构和组成, 导致聚乙二醇 (PEG) 修饰的脂质脱落, 加速药物清除[26]; ③ 改变脂质纳米药物表面吸附血浆蛋白的构象及活性, 刺激机体产生免疫反应,提高药物清除速率[27]; ④ 蛋白冠中的调理素 (如免疫球蛋白和补体蛋白等) 可通过调理作用增强MPS对脂质纳米药物的识别并引起免疫反应[28]; ⑤ 脂质纳米药物表面吸附的非调理素类蛋白 (如载脂蛋白和白蛋白等), 可减缓 MPS对脂质纳米载体的清除作用, 延长药物血循环时间[29]; ⑥ 非功能性蛋白依附在载体表面后会屏蔽靶分子的受体结合位点, 减少药物在病灶部位和靶细胞中的分布[30]; ⑦ 功能性蛋白 (如载脂蛋白、玻连蛋白等) 依附在载体表面后可直接与靶细胞的膜受体结合, 而后通过网格蛋白介导的内吞作用提升细胞内化水平, 从而实现靶向递送[31]。本文将从纳米颗粒自身特性和机体环境两方面, 介绍其通过调控蛋白冠组成对脂质纳米药物的体内递送的影响。

　　2.2.1 粒径粒径是脂质纳米药物重要的本征性质,可以直接影响纳米颗粒的组织分布和溶酶体逃逸。据报道, 直径小于400 nm的脂质体可以通过肿瘤毛细血管的孔隙进入癌组织, 从而增加在肿瘤组织的药物浓度和保留时间[32]; 直径为 30 nm 或更小的 LNP 虽然对肿瘤等病变组织的渗透能力较强, 但小粒径的 LNP在血浆中稳定性较低, 氨基脂质的快速解离减弱了其溶酶体逃逸的能力, 导致基因表达效力低[33]。粒径还可以通过影响蛋白冠吸附间接改变脂质纳米药物血液循环时间和体内清除。例如, 对于未经修饰的脂质纳米药物,粒径的减小会降低血浆中补体和免疫球蛋白对脂质纳米药物的识别, 从而延长了血液循环时间[34]; 然而, 研究[35]表明, 粒径约为70 nm的PEG化脂质体相比于150～200 nm的脂质体, 其表面曲率和PEG链间距较大, 导致空间位阻减小, 调理素蛋白吸附增加, 最终体内清除加快。因此, 粒径对不同的脂质纳米药物体内命运的影响存在很大差异。

　　2.2.2 形状脂质纳米药物的形状对其血液循环时间、血管渗透和细胞内化有显著影响。常见的脂质纳米药物载体 (如脂质体、LNP、胶束等) 大多是球形颗粒, 由于各向同性受到的横向作用力较小, 因此随红细胞在血管中心部位流动, 难以靠近血管壁并与血管内皮细胞接触 (图1A); 而呈现扁圆形的脂质纳米圆盘在血流中会受到扭矩力的影响产生翻滚、旋转等现象, 增加与血管内皮细胞靠近的几率, 同时其可供黏附的表面积更大, 因此可以牢固地附着于血管壁表面[36] (图1B)。本课题组近期研究发现, 脂质纳米药物的形状可以通过影响吸附蛋白质的模式和功能规避体内清除和改变组织、细胞分布情况。Chen 等[37]发现, 相比于球形的脂质纳米载体, 脂质纳米圆盘中 PEG主要分布于狭窄的边缘区域, 具有五聚体结构的免疫球蛋白 M (immunoglobulin M, IgM) 无法呈现正确的构象, 难以暴露结合位点供补体因子 C1q 附着, 从而较少激活补体并规避MPS吞噬 (图1C); 同时脂质圆盘在血循环中选择性吸附载脂蛋白, 通过结合脑血管内皮细胞上的低密度脂蛋白受体实现脑靶向。Wang等[38]同样发现,由于脂质纳米圆盘吸附的 IgM 处于非活性构象, 规避了重复注射导致的加速血液清除现象 (accelerated blood clearance phenomenon, ABC 现象), 并保留了靶分子受体结合活性和靶向肿瘤能力。

　　2.2.3 脂质组成和表面电位影响脂质纳米药物体内递送过程的另一个重要因素是制备载体的材料, 其直接决定了表面电位、亲疏水性等自身特征。带正电荷的阳离子脂质纳米载体与带负电荷的细胞膜间的静电作用提高了细胞对载体的内化; 同时, 阳离子脂质与阴离子内体膜的融合促进了内体逃逸, 从而改善了核酸药物的递送[39]。阳离子脂质体可以与肿瘤或慢性炎症部位的新生成血管内皮细胞表面的糖蛋白、蛋白聚糖等发生静电吸引, 导致其在病灶区域的大量蓄积[40]。

　　除直接影响外, 脂质材料的不同也会影响蛋白冠的形。