COVID-19 mRNA疫苗的成功应用确立了脂质纳米颗粒（LNPs）作为RNA疗法的主要非病毒递送平台[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。一个标准的LNPs由四个关键成分组成：可电离脂质、辅助磷脂、胆固醇和聚乙二醇（PEG脂质）。尽管大量研究集中在改造可电离脂质以提高疗效或靶向性[9]上，但PEG脂质的作用尽管是次要成分，却具有多方面的影响。它通过调节颗粒稳定性、血清蛋白吸附、生物分布、细胞摄取和内体逃逸，对LNPs的物理化学性质、药代动力学和生物学命运起着关键作用[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。
LNPs的体内旅程受到两个决定性界面事件的影响。首先，在静脉注射后，LNPs立即被血浆蛋白包裹，形成一层“蛋白质冠层”，这层冠层作为生物标识，引导细胞识别、清除和器官趋向性[17]、[18]。其次，在细胞内化后，有效的“内体逃逸”是决定核酸载荷是否能够到达细胞质发挥功能或在溶酶体中被降解的关键瓶颈[19]。因此，能够同时穿透细胞外蛋白质冠层并促进细胞内内体破裂的策略对于高效的mRNA递送至关重要。
PEG脂质的结构是这些过程的关键决定因素。历史上，其功能主要归因于PEG链的解离动力学（“PEG脱落”[20]）。最近的研究，如末端氟化，表明定制的修饰可以通过改善细胞摄取和内体逃逸来增强递送效果[21]、[22]。然而，系统的理解仍然有限。以往的研究往往只关注单一的结构方面——如PEG分子量或疏水尾部长度——而头部基团[23]、连接基团和尾部结构的综合影响尚未得到充分探索。特别是，连接基团在调节蛋白质冠层形成和后续生物运输中的作用尚不清楚，这在合理设计用于靶向递送的PEG脂质方面造成了知识空白[24]、[25]、[26]。
为了解决这个问题，通过高效的Ugi和Passerini多组分反应构建了一个包含45种新型PEG脂质的库，从而能够系统地改变头部基团、连接基团和尾部。通过体内筛选，发现具有独特连接基团的不对称PEG脂质Pr-181-277是一种显著增强mRNA向肝脏递送的关键化合物。用Pr-181-277替换基准LNPs中的传统PEG脂质后， luciferase mRNA的表达增加了4.5倍，Cre介导的基因编辑效率在肝脏中提高了5.3倍。机制研究表明存在一种协同的两步机制：1）在体内环境中，Pr-181-277促进富含白蛋白的蛋白质冠层的形成，从而促进肝脏特异性积累；2）其不对称连接基团同时增强了膜的不稳定性，在富含蛋白质的环境中这种不稳定性得到增强，从而实现快速的内体逃逸。这项工作表明，对微量PEG脂质成分进行最小限度的合理改造可以协同克服细胞外和细胞内的障碍，为基于LNPs的基因疗法提供了一种强大且简化的策略。
