随着针对严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）的mRNA疫苗的批准，脂质纳米颗粒（LNP）已成为核酸递送的重要工具。尽管聚乙二醇（PEG）通常被认为免疫原性较低，但健康个体血液中抗PEG抗体的存在已有诸多报道。本研究旨在评估预存抗PEG IgM抗体对肌肉注射PEG化mRNA负载脂质纳米颗粒（mRNA-LNP）的蛋白翻译、生物分布和体液免疫反应的影响。研究发现，血液中抗PEG IgM的存在对注射部位mRNA-LNP的翻译和分布影响较小，但显著降低了肝脏中的蛋白翻译，主要通过将mRNA-LNP递送至库普弗细胞而非肝细胞。此外，重复肌肉注射SARS-CoV-2刺突蛋白mRNA-LNP能够引发强烈的免疫反应，表明预存抗PEG IgM抗体并不干扰肌肉注射mRNA疫苗的效率。

示意图

01
实验结果详细描述

为了探究预存抗PEG IgM抗体对肌肉注射PEG化mRNA负载脂质纳米颗粒（mRNA-LNP）的影响，研究首先通过静脉注射空PEG化脂质体（PEG-Lip）在小鼠体内诱导产生了抗PEG IgM抗体（抗PEG IgM（+）小鼠），并与注射PBS的对照组（抗PEG IgM（-）小鼠）进行比较。在肌肉注射DiR标记的火萤荧光素酶mRNA-LNP后，利用体内成像系统（IVIS）观察了荧光素酶表达和LNP的分布情况。

注射部位：在抗PEG IgM（+）和抗PEG IgM（-）小鼠中，注射部位（股四头肌）均检测到了强烈的荧光素酶表达和DiR信号，表明循环中的抗PEG IgM抗体不影响注射部位的mRNA翻译和LNP分布。

肝脏：有趣的是，在抗PEG IgM（-）小鼠中，肝脏中不仅检测到了DiR信号，还检测到了显著的荧光素酶表达，表明mRNA在肝脏中得到了翻译。然而，在抗PEG IgM（+）小鼠中，尽管肝脏中仍能检测到DiR信号，但荧光素酶表达几乎完全消失。这一结果表明，循环中的抗PEG IgM抗体显著抑制了肝脏中的mRNA翻译。

Fig. 1. Influence of anti-PEG IgM on mRNA translation and LNP distribution after i.m. injection of mRNA-LNP.

为了进一步理解抗PEG IgM抗体影响肝脏mRNA翻译的机制，研究评估了静脉注射DiI标记的mRNA-LNP后肝脏细胞的摄取情况。

肝细胞和库普弗细胞的摄取：通过流式细胞术分析发现，在抗PEG IgM（-）小鼠中，mRNA-LNP在肝细胞和库普弗细胞中均有摄取，但肝细胞中的摄取量略高于库普弗细胞。然而，在抗PEG IgM（+）小鼠中，库普弗细胞中的mRNA-LNP摄取量显著增加，而肝细胞中的摄取量则有所下降。

蛋白翻译：进一步分析发现，在抗PEG IgM（+）小鼠中，肝细胞和库普弗细胞中的荧光素酶表达均显著降低，表明抗PEG IgM抗体通过改变mRNA-LNP在肝脏中的细胞分布，进而影响了其蛋白翻译效率。

Fig. 2. Influence of anti-PEG IgM on hepatic accumulation and protein translation of i.v.-injected mRNA-LNP.

研究还探讨了预存抗PEG IgM抗体是否与肌肉注射的mRNA-LNP结合并激活补体系统。

抗PEG IgM滴度：在肌肉注射mRNA-LNP后，抗PEG IgM（+）小鼠血清中的抗PEG IgM滴度随着mRNA-LNP剂量的增加而降低，表明部分mRNA-LNP与循环中的抗PEG IgM抗体结合并被清除。

补体激活：在抗PEG IgM（+）小鼠中，肌肉注射高剂量mRNA-LNP后，血液中C3b片段显著增加，表明补体系统被激活。而在抗PEG IgM（-）小鼠中，即使注射高剂量mRNA-LNP，也未检测到C3b片段的增加。

Fig. 3. Association of i.m.-injected mRNA-LNP with circulating pre-induced anti-PEG IgM and consequent complement activation

最后，研究评估了预存抗PEG IgM抗体对肌肉注射SARS-CoV-2刺突蛋白mRNA-LNP后体液免疫反应的影响。

抗体产生：在抗PEG IgM（+）和抗PEG IgM（-）小鼠中，重复肌肉注射SARS-CoV-2刺突蛋白mRNA-LNP均能引发强烈的抗刺突蛋白IgG抗体反应。两组小鼠之间的抗体水平无显著差异，表明预存抗PEG IgM抗体不影响疫苗诱导的体液免疫反应。

这些实验结果共同表明，预存抗PEG IgM抗体对肌肉注射PEG化mRNA-LNP在注射部位的翻译和分布影响较小，但显著改变肝脏中mRNA-LNP的分布和翻译效率，主要通过激活补体系统并增加库普弗细胞的摄取来实现。然而，这一变化并不影响疫苗诱导的体液免疫反应。

Fig. 4. Impact of pre-existing anti-PEG IgM on induction anti-Spike protein IgG.

02
讨论

本研究表明，预存抗PEG IgM抗体对肌肉注射PEG化mRNA-LNP在注射部位的翻译和分布影响较小，但显著降低肝脏中的翻译效率。这可能是由于mRNA-LNP在肝脏中被库普弗细胞摄取而非肝细胞所致。此外，预存抗PEG IgM抗体可能通过减少非特异性蛋白表达来降低mRNA疫苗的不良反应，如肝炎和心肌炎。

03
结论

预存循环抗PEG IgM抗体不影响肌肉注射PEG化mRNA-LNP诱导的特异性抗体产生，但显著改变肝脏中mRNA-LNP的分布和翻译效率。这一发现为理解PEG化治疗剂的药代动力学和免疫原性提供了新视角，并可能有助于优化mRNA疫苗的设计和应用。