Nature BME重磅綜述：破解下一代基因治療模式（AAV、LNP、EV）的工程瓶頸與轉化障礙

編輯丨王多魚

排版丨水成文

近日，來自北京大學深圳研究生院、深圳灣實驗室的Andrew Lee聯合 MD 安德森癌癥中心的Wen Jiang博士與Betty Kim博士，在Nature Biomedical Engineering期刊共同發表了一篇具有領域前沿代表性的重磅綜述：Engineering challenges and translational opportunities in emerging gene delivery platforms.

該綜述系統總結了下一代基因療法，深度比較了基于非病毒細胞外囊泡（EV）的基因療法與腺相關病毒（AAV）及脂質納米顆粒（LNP）在設計原理、靶向能力、免疫原性和臨床進展方面的差異，深度剖析各平臺的工程挑戰、優缺點以及轉化機遇，并前瞻性探討了下一代基因療法的發展。

基因治療的臨床成功，依賴于能否實現遺傳有效載荷在體內精準、高效和組織特異性的遞送。經歷了數十年的創新與迭代，遞送系統正在經歷從病毒到非病毒、從合成材料到生物衍生載體的深刻范式演進。盡管腺相關病毒（AAV）在罕見病領域屢建奇功，脂質納米顆粒（LNP）在新冠 mRNA 疫苗中一戰成名，但它們仍面臨著包裝容量受限、內體逃逸率低以及免疫原性等棘手挑戰。2025 年Elevidys（AAV-rh74 載體，DMD 適應癥）連續出現患者死亡事件，再度引發學界和監管層對 AAV 安全邊界的廣泛關注。與此同時，具備天然跨屏障能力的細胞外囊泡（EV）正作為非病毒遞送領域的“新星”冉冉升起。

這篇綜述不是一場簡單的優劣評比，而是一次關乎未來基因治療戰略選擇的全景式分析。

以下是綜述的核心要點解析：

三大基因遞送平臺概覽

一圖讀懂基因遞送六十年：AAV、LNP與EV的底層博弈與轉化全景

六十年的技術演進時間軸，見證了基因治療從概念驗證到臨床轉化的技術變革。自 2012 年首個基因治療藥物 Glybera 在歐盟獲批以來，已有 Luxturna、Zolgensma、Hemgenix、Roctavian、Elevidys、Casgevy 等多款產品陸續上市，適應癥從罕見遺傳病擴展到血液腫瘤、神經退行性疾病。然而，基因治療的賽道上沒有絕對完美的單一載體，其安全性和有效性的局限，催化了非病毒載體的迅速發展。盡管基于 EV 的基因療法尚未獲得監管批準，但在過去五年中，臨床前和臨床開發工作均呈指數級增長。遞送系統決定了療效、安全性和臨床可行性的上限。盡管 AAV、LNP 與 EV 各具優勢，但它們在臨床推廣的道路上，都面臨著難以回避的嚴峻挑戰。

三大遞送平臺的橫向博弈

基因遞送平臺的選擇直接決定了靶向特異性、胞內表達效率與生物耐受性

• 腺相關病毒（AAV ）：源自非致病性病毒，是目前臨床應用最成熟的載體，具備轉導率高、基因表達持久以及 GMP 工藝相對成熟的優勢。但其核心瓶頸在于載荷受限（ ~4.7kb），無法滿足大基因的單載體遞送需求。此外，預存免疫和高劑量免疫毒性風險也限制了其廣泛應用。

• 脂質納米顆粒（LNP）： LNP 具備強大的載藥廣譜性能，支持可重復給藥。然而，LNP 面臨內體逃逸率極低（通常僅約 1-2%）的困境，且 ApoE 介導極易富集于肝， 而在肝臟以外的部位攝取量極少。PEG 抗體限制重復給藥以及轉染持續時間短也是制約臨床轉化的主要問題。 目前正在進行大量工作以解決 LNP 所存在的現有局限性問題。

• 細胞外囊泡（EV）：作為天然分泌的脂質雙層囊泡， EV 具有得天獨厚的優勢：極佳的生物相容性、低免疫原性、跨越復雜生物屏障（例如血腦屏障）的能力和天然歸巢能力。EV 通過結合內含體膜成分實現的內體逃逸率可達 20% 左右。然而，如何高效裝載長轉錄本以及實現標準化的大規模制造，仍是當前 EV 實現邁向臨床轉化需要攻克的核心壁壘。

三大平臺臨床獲批成就一覽表

對 AAV、LNP 與 EV 在過去五年間的臨床獲批情況進行系統梳理，其中 AAV 及 LNP 共計 8 款臨床獲批產品，而 EV 平臺雖然尚未有正式獲批上市的藥物，但憑借其天然的極高生物相容性和獨特的跨屏障能力，其臨床轉化正在多個前沿治療領域內全面加速，多款基于 EV 的基因療法已邁入早期臨床階段：在組織再生領域，用于治療皮膚衰老的 SPOT-mRNA01（COL1A1 mRNA）已被批準用于人體給藥；在腫瘤靶向治療中，針對晚期肝癌與轉移性胰腺癌（PDAC）的 CDK-004（exoASO-STAT6）和 iExosomes 也已推進至 I 期臨床階段 ；而在罕見代謝遺傳病方面，遞送 LDLR mRNA 治療純合子家族性高膽固醇血癥（HoFH）的 ENDFH 療法同樣處于臨床評估中。

三大核心工程難題的深度拆解

推動基因遞送系統走向臨床，不僅取決于載體的設計，還必須在 GMP 標準下對上下游工藝和平臺特定的質量控制進行嚴格優化

• 遞送底層的性能與安全博弈：基因載體的底層物理化學特性直接決定了其臨床應用的天花板。

AAV 的入核表達效率（約 80%）極高，但其載貨容量嚴格受限于約 4.7 kb。此外，Elevidys 死亡事件對 AAV 的免疫原性問題再次提出質疑。EV 作為生物體內源性囊泡，幾乎不會激發固有或適應性免疫反應，并且能通過膜成分融合實現 >20% 的高效內體逃逸。LNP 突破了容量限制，但其極低的內體逃逸率，使得大量納米顆粒被溶酶體降解失效。LNP 當前優化方向集中于調控可電離脂質的表觀 pKa（6.2–6.8）、引入 pH 響應性融合肽及可裂解 PEG 脂質。

• 制造路線的底層分歧與下游工藝成熟度斷層：跨越臨床轉化的“死亡之谷”，高度依賴于平臺工藝的可擴展性。

AAV 和 EV 依賴活細胞的“生物合成”，受限于復雜的細胞培養體系與外源因子干擾，相比之下，LNP 化學工程主導的生產路線更具放大潛力。AAV 和 LNP 已擁有高度可擴展的層析和切向流過濾（TFF）純化管道，產率與純度雙高。EV 目前仍缺乏 GMP 標準化流程，純化仍然具有挑戰性。

• 規模化量產的嚴峻挑戰：沒有穩定且標準化的關鍵質量屬性，產品就無法獲得監管放行。

AAV 和 LNP 受益于成熟的 GMP 流程，但 AAV 的放大工藝缺乏統一的參考標準，極易面臨跨規模、跨平臺的工藝可比性波動，而 LNP 面對個性化治療時，高度定制化的原料使得質控放行指標變得異常繁瑣。EV 療法在質量保證標準化方面仍處于早期階段。

臨床轉化的未來版圖

從互補到融合，打破單一平臺的先天局限，針對場景定制的跨平臺混合策略正成為極具潛力的前沿賽道

三類主要雜合體策略：

• EV-AAV 雜合體：EV 外層膜包裹 AAV 顆粒，降低免疫原性、提升穩定性；EV-AAV6/9 在免疫動物中的心臟轉導效率提升超 2 倍。

• LNP-EV 雜合體：結合 LNP 高載藥量與 EV 天然歸巢/低免疫原性；新型融合立方液晶脂質體（fusogenic cubosomes）可在 10 分鐘內實現近 100% 的 mRNA 裝載，無需額外工程化步驟。

• 病毒-脂質雜合體：AAV 或其他病毒顆粒外包覆脂質膜（proteolipid vehicles），規避中和抗體、增強屏障穿越能力。

• 制造與純化的挑戰：EV-AAV 雜合體的共包裝效率通常低于 20%，并且這些雜化技術在進行凍融等物理干預時，容易導致 EV 聚集或破裂，從而使粒徑分布變寬并造成貨物泄漏 。此外，融合后混合物中存在的未融合成分和殘留試劑，在 GMP 標準下對質量控制和下游純化提出了更高的要求。

平臺-疾病的場景定制：

• 血液/代謝遺傳病：AAV（血友病 A/B 已獲批）+ LNP（CRISPR 堿基編輯，NTLA-2001實現 TTR 蛋白降低 96%）。

• 中樞神經系統疾病：EV（天然跨越血腦屏障）+ 工程化 AAV（BI-hTFR1 靶向人轉鐵蛋白受體，中樞神經系統轉導提升 40-50 倍）。

• 肺部疾病：LNP（吸入型，MRT5005 用于囊性纖維化I/II期臨床）+ EV（霧化干粉制劑）。

• 眼科疾病：AAV（Luxturna，視網膜下注射）+ EV（聚合物微膠囊，玻璃體內釋放超1個月）。

• 腫瘤免疫：LNP（個性化mRNA腫瘤疫苗，KEYNOTE-942 II期陽性）+ EV（IL-12 mRNA 吸入遞送，肺癌模型中優于脂質體）。

• CAR-T/體內免疫重編程：LNP-mRNA（靶向 T 細胞，體內 CAR-T，首個骨髓細胞靶向臨床試驗 MT-302 啟動）。

總的來說，AAV、LNP 與 EV 各具不可替代的生物學特征，未來的臨床策略將是基于適應癥的精準選擇與多平臺的協同互補。AAV 憑借持久且穩定的靶基因表達和成熟的工藝，是適用于需長期療效的遺傳性疾病的基礎性遞送載體；LNP 以其卓越的成分可調性與載藥廣譜性，確立了核酸高效包封與臨床規模化生產的技術準則；而 EV 作為天然來源的遞送載體，憑借其固有的低免疫原性、卓越的生物相容性，以及通過受體介導的轉胞吞作用與膜融合機制跨越血腦屏障（BBB）等復雜生理屏障的獨特潛能，為攻克中樞神經系統（CNS）等傳統遞送策略難以觸達的靶組織提供了關鍵的技術路徑。

隨著人工智能（AI）技術深度融入基因遞送系統的研發邏輯，面對患者群體中廣泛的生物學異質性，傳統以經驗驅動的開發模式已難以滿足精準醫療的需求。從突破性的跨平臺雜化策略，到深度結合 AI 算法驅動的載體理性設計與高通量篩選，基因遞送正從“單一載體”策略向“系統集成”轉化。跨越從底層機制探索到標準化量產的“死亡之谷”，一個更具精準性、高效性及可及性的下一代基因治療時代正在逐步形成。

https://www.nature.com/articles/s41551-026-01643-5