mRNA疫苗常使用的核苷修饰（如1-甲基假尿苷）提高稳定性和翻译效率，但会削弱抗原呈递细胞（APC）的先天免疫激活。这些APC包括LNP-mRNA疫苗的主要受体细胞，树突状细胞（DC）和巨噬细胞，他们的激活对产生疫苗特异性的适应性免疫反应至关重要。
现有LNP优化策略常整合佐剂（如TLR或STING激动剂），但这些佐剂具有“始终激活”的特性，导致系统性免疫毒性和脱靶效应，影响mRNA疫苗的翻译和疗效。
超声（US）作为一种非侵入性、可深度穿透、临床可及的技术，能够安全无创地将能量传递至深层组织，可用于局部控制免疫反应，精确控制抗肿瘤免疫反应，避免全身副作用。
近日，中科院上海药物所于海军教授团队联合华东师范大学徐志爱教授在J Am Chem Soc上研究论文：Ultrasound-Activatable Lipid Nanoplatform for Region-Confined Innate Immune Stimulation and mRNA Vaccination Therapy of Cancer。
研究开发了一种掺入声佐剂的LNP（ULNP），可通过超声激活增强mRNA和环状RNA（circRNA）在淋巴结（LN）的特异性递送，并促进先天免疫途径激活。ULNP+US递送circRNA，可诱导有效的抗肿瘤T细胞免疫，完全消除小鼠的原位肝肿瘤。US+ULNP策略为先天免疫刺激和癌症治疗的mRNA和circRNA疫苗提供一个时空可控的强大的递送平台。
ULNP+US体外验证：增强转染与免疫激活
研究将临床批准的声敏剂血卟啉单甲醚（HMME）共价连接到声佐剂脂质上，开发了时空可控佐剂活性的ULNP。
当受到超声刺激时，声敏剂吸收声能，然后与分子氧相互作用产生活性氧（ROS）。细胞内ROS的产生可提高溶酶体膜的通透性，从而促进ULNP的胞质释放，以实现mRNA的高效递送。此外，适当的细胞内ROS生成不仅不会削弱DC的活力，还能诱导内质网应激以刺激先天免疫通路（如TLR9和STING通路），从而精确增强LN中的先天免疫反应。
体外研究表明，ULNP+US可增强mRNA的细胞内递送，促进DC成熟、抗原交叉递呈和T细胞激活，刺激先天免疫途径。
图1 ULNP+US促进体外的mRNA递送、DC成熟和T细胞激活。
ULNP+US递送mRNA肿瘤疫苗疗效
在小鼠体内，相比传统的整合Toll样受体佐剂的LNP（LNP@CpG），负载OVA-mRNA的ULNP联合局部超声刺激（ULNP + US），促进了mRNA的LN特异性递送，诱导高于LNP@CpG组2.5倍的抗原特异性CD8+ T细胞反应，体现更强的抗肿瘤免疫作用，并完全治愈了6只黑色素瘤小鼠中的2只。
此外，ULNP表现出较低的炎症反应，可能是由于声佐剂脂质替代了部分可电离脂质。LNP@CpG积聚到靶外组织（如肝脏和肺），且会诱导全身免疫毒性；ULNP+US通过远程控制US刺激的区域、时间点、持续时间和强度，可解决靶外免疫毒性问题，治疗小鼠中未检测到明显的肝毒性，具有良好的生物安全性。
总之，ULNP+US促进体内LN特异性mRNA递送和抗原特异性T细胞免疫，重塑瘤内免疫微环境，抑制肿瘤生长，并体现良好的生物安全性。
图2 ULNP+US可促进LN特异性mRNA的传递和激活天然免疫，从而在体内诱导强大的T细胞免疫。
图3 ULNP+US改变了肿瘤内的免疫微环境，以抑制已建立的肿瘤生长。
US+ULNP递送circRNA肿瘤疫苗疗效
相比线性RNA，circRNA表现出独特的高稳定性和蛋白质编码能力，使其成为RNA疫苗领域的潜在候选平台。为验证ULNP递送circRNA的性能，研究将DLin-MC3-DMA、DOPE、胆固醇、DMG-PEG2k-Man和声佐剂脂质按一定比例通过微流控混合，配制成负载circRNA的ULNP（ci-ULNP）。
图4 通过微流控混合制备ci-ULNP。
研究利用circRNA编码此前鉴定的Hepa1-6肝肿瘤特异性新抗原（RWLYWQPTL）[1,2]，并构建基于ci-ULNP的肿瘤疫苗。体外超声刺激增强了基于ci-ULNP的circRNA肿瘤疫苗递送和DC激活。
研究在体内进一步验证ci-ULNP的功效，相比ci-LNP@CpG组，负载编码Hepa1–6肿瘤新抗原circRNA的ci-ULNP联合超声刺激，显著增加了体内成熟DC的比例，增强新抗原特异性CD8+T细胞应答，引发了更强大的细胞毒性T细胞免疫，在90天内完全消除了小鼠的原位肝肿瘤，并实现了100%的小鼠存活率。总之，基于声佐剂脂质的ULNP可显著增强基于circRNA的新抗原癌症疫苗疗效。
图5 ci-ULNP+US可促进LN特异性circRNA递送和先天免疫，从而在体内诱导新抗原特异性T细胞应答。
图6 ci-ULNP+US诱导强大的新抗原特异性T细胞免疫以消除原位肝肿瘤。
总结
研究创新性开发了一种超声激活的声佐剂整合脂质纳米颗粒平台（US+ULNP），赋予临床批准的LNP配方的时空可控性，为mRNA和circRNA疫苗提供了强大的递送平台。相比整合Toll样受体佐剂的LNP，声学佐剂脂质结合的ULNP体现更卓越的性能和更广阔的临床应用前景。
首先，ULNP中没有本能佐剂或自调节脂质，可以通过外部US刺激，在时空上调节天然免疫的激发和持续时间。US激活的ULNP策略可以优化mRNA和circRNA疫苗的体内靶向递送效率，同时减轻非靶标不良反应。
此外，ULNP+US可响应US触发的APC胞浆DNA释放，同时激活STING、TLR9和NLRP3通路，以协同增强免疫疗效。声佐剂脂质在小鼠模型中显示出良好的耐受性，并且结合的声敏剂HMME的癌症声动力疗法的已经获得临床批准，进一步验证了ULNP的翻译潜力。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06028
参考文献：
[1]Wang, F. et al. Circular RNA-based neoantigen vaccine for hepatocellular carcinoma immunotherapy. MedComm (2020) 2024, 5 (8), No. e667.
[2]Chen, H. et al. Personalized neoantigen vaccine combined with PD-1 blockade increases CD8(+) tissue-resident memory T-cell infiltration in preclinical hepatocellular carcinoma models. J. Immunother Cancer 2022, 10 (9), No. e004389.