锰离子介导mRNA富集策略构建高载量脂质纳米疫苗平台增强免疫疗效并降低脂质毒性

本研究针对mRNA疫苗中脂质纳米颗粒(LNP)载量低、脂质剂量高导致的毒性与免疫原性问题，开发了一种锰离子(Mn2+)介导的mRNA富集技术。通过构建高密度Mn-mRNA核心并包覆脂质层形成L@Mn-mRNA纳米系统，实现了mRNA载量提升近一倍（9.1% vs 4.7%），细胞摄取效率提高2倍，并显著增强抗原特异性免疫应答与抗肿瘤效果。该平台有效降低抗PEG抗体产生风险，为下一代mRNA疫苗开发提供创新策略。

在抗击传染病和肿瘤的医学前沿，mRNA疫苗凭借其灵活设计和快速响应的优势崭露头角。然而，现有脂质纳米颗粒（LNP）载体面临核心困境：mRNA装载率不足4%-5%，为达到有效剂量不得不提高脂质用量，导致头痛、发热等不良反应显著（FDA数据显示mRNA-1273疫苗18-64岁人群发热率达17.4%）。高脂质剂量不仅引发毒性反应，还会加速抗PEG抗体介导的清除，制约疫苗疗效。如何突破载量瓶颈，成为mRNA技术发展的关键挑战。

发表于《Nature Communications》的这项研究提出创新解决方案：利用金属离子与核酸的自组装特性，构建高密度mRNA核心。研究人员筛选发现锰离子（Mn²⁺）在65°C温和条件下能高效浓缩mRNA形成规则纳米粒（Mn-mRNA），随后包覆脂质层形成L@Mn-mRNA系统。该平台成功将mRNA载量提升至9.1%（较传统LNP-mRNA提高近一倍），并凭借Mn-mRNA核心增强的刚度使细胞摄取效率提升2倍。

研究采用多学科技术方法：通过分子动力学模拟计算金属离子与碱基结合能，利用低温电镜（Cryo-EM）和能谱分析（EDS）验证核壳结构，采用原子力显微镜（AFM）量化纳米颗粒刚度，通过流式细胞术和ELISpot评估免疫应答，并借助B16-OVA黑色素瘤模型（C57BL/6小鼠来源）进行体内疗效验证。

金属离子筛选与机制阐明

通过比较Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺和Mn²⁺的组装效率，发现Mn²⁺在5分钟內即可实现90% mRNA包封率，且保持mRNA完整性。理论计算揭示Mn²⁺与腺嘌呤（A(N7)）和鸟嘌呤（G(N7/O6)）的最佳结合能（ΔE）与键长特性，加热过程促使离子-碱基配位重排形成规整纳米结构。

L@Mn-mRNA构建与表征

优化脂质包覆比例（10:1质量比）获得98%包封率，低温电镜显示清晰核壳结构，能谱分析证实锰元素集中于核心区。纳米颗粒在PBS中稳定保存三周，且细胞毒性显著低于传统LNP（10μg剂量下细胞存活率更高）。

增强的细胞摄取与溶酶体逃逸

Cy5标记实验表明L@Mn-mRNA的细胞摄取量是LNP-mRNA的2倍（流式细胞术验证），AFM测量显示其杨氏模量提高1.3倍。共聚焦显微镜显示溶酶体共定位减少，表明刚性增强促进内涵体逃逸。

免疫应答与抗肿瘤效果

体外实验显示L@Mn-mOVA处理树突细胞（DC）后CD80/CD86/CD40表达提升1.2-1.7倍，IL-6和TNF-α分泌增加3倍，SIINFEKL-H-2K^b复合物呈递提高1.7倍。在B16-OVA黑色素瘤模型中，L@Mn-mOVA（10μg）组肿瘤抑制效果显著，中位生存期延长26%，脾细胞IFN-γ分泌斑点增加3.5倍，肿瘤内CD8⁺T细胞浸润增加2倍。

安全性及抗PEG抗体抑制

重要器官未见病理损伤，肝肾功能指标正常。脑部无锰蓄积（ICP-MS检测），抗PEG IgM/IgG产生率显著降低（L@Mn组仅20%小鼠出现抗体升高，而LNP组达80%）。重复给药后mLuc表达保持率高达93%（LNP组仅15%），证明平台可克服加速血液清除现象。

研究证实锰离子介导的mRNA富集策略成功突破脂质纳米载体载量限制，通过物理特性调控增强细胞摄取与免疫应答，同时降低脂质相关毒性和抗药抗体风险。该技术适用于多种mRNA类型（mSpike、mLuc、mOVA等）和离子化脂质（SM-102、Dlin-MC3-DMA），为下一代mRNA疫苗设计提供通用性平台，在传染病防治和肿瘤免疫治疗领域具有重要转化价值。