Nature BME重磅综述：破解下一代基因治疗模式（AAV、LNP、EV）的工程瓶颈与转化障碍

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

近日，来自北京大学深圳研究生院、深圳湾实验室的Andrew Lee联合 MD 安德森癌症中心的Wen Jiang博士与Betty Kim博士，在Nature Biomedical Engineering期刊共同发表了一篇具有领域前沿代表性的重磅综述：Engineering challenges and translational opportunities in emerging gene delivery platforms.

该综述系统总结了下一代基因疗法，深度比较了基于非病毒细胞外囊泡（EV）的基因疗法与腺相关病毒（AAV）及脂质纳米颗粒（LNP）在设计原理、靶向能力、免疫原性和临床进展方面的差异，深度剖析各平台的工程挑战、优缺点以及转化机遇，并前瞻性探讨了下一代基因疗法的发展。

基因治疗的临床成功，依赖于能否实现遗传有效载荷在体内精准、高效和组织特异性的递送。经历了数十年的创新与迭代，递送系统正在经历从病毒到非病毒、从合成材料到生物衍生载体的深刻范式演进。尽管腺相关病毒（AAV）在罕见病领域屡建奇功，脂质纳米颗粒（LNP）在新冠 mRNA 疫苗中一战成名，但它们仍面临着包装容量受限、内体逃逸率低以及免疫原性等棘手挑战。2025 年Elevidys（AAV-rh74 载体，DMD 适应症）连续出现患者死亡事件，再度引发学界和监管层对 AAV 安全边界的广泛关注。与此同时，具备天然跨屏障能力的细胞外囊泡（EV）正作为非病毒递送领域的“新星”冉冉升起。

这篇综述不是一场简单的优劣评比，而是一次关乎未来基因治疗战略选择的全景式分析。

以下是综述的核心要点解析：

三大基因递送平台概览

一图读懂基因递送六十年：AAV、LNP与EV的底层博弈与转化全景

六十年的技术演进时间轴，见证了基因治疗从概念验证到临床转化的技术变革。自 2012 年首个基因治疗药物 Glybera 在欧盟获批以来，已有 Luxturna、Zolgensma、Hemgenix、Roctavian、Elevidys、Casgevy 等多款产品陆续上市，适应症从罕见遗传病扩展到血液肿瘤、神经退行性疾病。然而，基因治疗的赛道上没有绝对完美的单一载体，其安全性和有效性的局限，催化了非病毒载体的迅速发展。尽管基于 EV 的基因疗法尚未获得监管批准，但在过去五年中，临床前和临床开发工作均呈指数级增长。递送系统决定了疗效、安全性和临床可行性的上限。尽管 AAV、LNP 与 EV 各具优势，但它们在临床推广的道路上，都面临着难以回避的严峻挑战。

三大递送平台的横向博弈

基因递送平台的选择直接决定了靶向特异性、胞内表达效率与生物耐受性

• 腺相关病毒（AAV ）：源自非致病性病毒，是目前临床应用最成熟的载体，具备转导率高、基因表达持久以及 GMP 工艺相对成熟的优势。但其核心瓶颈在于载荷受限（ ~4.7kb），无法满足大基因的单载体递送需求。此外，预存免疫和高剂量免疫毒性风险也限制了其广泛应用。

• 脂质纳米颗粒（LNP）： LNP 具备强大的载药广谱性能，支持可重复给药。然而，LNP 面临内体逃逸率极低（通常仅约 1-2%）的困境，且 ApoE 介导极易富集于肝， 而在肝脏以外的部位摄取量极少。PEG 抗体限制重复给药以及转染持续时间短也是制约临床转化的主要问题。 目前正在进行大量工作以解决 LNP 所存在的现有局限性问题。

• 细胞外囊泡（EV）：作为天然分泌的脂质双层囊泡， EV 具有得天独厚的优势：极佳的生物相容性、低免疫原性、跨越复杂生物屏障（例如血脑屏障）的能力和天然归巢能力。EV 通过结合内含体膜成分实现的内体逃逸率可达 20% 左右。然而，如何高效装载长转录本以及实现标准化的大规模制造，仍是当前 EV 实现迈向临床转化需要攻克的核心壁垒。

三大平台临床获批成就一览表

对 AAV、LNP 与 EV 在过去五年间的临床获批情况进行系统梳理，其中 AAV 及 LNP 共计 8 款临床获批产品，而 EV 平台虽然尚未有正式获批上市的药物，但凭借其天然的极高生物相容性和独特的跨屏障能力，其临床转化正在多个前沿治疗领域内全面加速，多款基于 EV 的基因疗法已迈入早期临床阶段：在组织再生领域，用于治疗皮肤衰老的 SPOT-mRNA01（COL1A1 mRNA）已被批准用于人体给药；在肿瘤靶向治疗中，针对晚期肝癌与转移性胰腺癌（PDAC）的 CDK-004（exoASO-STAT6）和 iExosomes 也已推进至 I 期临床阶段 ；而在罕见代谢遗传病方面，递送 LDLR mRNA 治疗纯合子家族性高胆固醇血症（HoFH）的 ENDFH 疗法同样处于临床评估中。

三大核心工程难题的深度拆解

推动基因递送系统走向临床，不仅取决于载体的设计，还必须在 GMP 标准下对上下游工艺和平台特定的质量控制进行严格优化

• 递送底层的性能与安全博弈：基因载体的底层物理化学特性直接决定了其临床应用的天花板。

AAV 的入核表达效率（约 80%）极高，但其载货容量严格受限于约 4.7 kb。此外，Elevidys 死亡事件对 AAV 的免疫原性问题再次提出质疑。EV 作为生物体内源性囊泡，几乎不会激发固有或适应性免疫反应，并且能通过膜成分融合实现 >20% 的高效内体逃逸。LNP 突破了容量限制，但其极低的内体逃逸率，使得大量纳米颗粒被溶酶体降解失效。LNP 当前优化方向集中于调控可电离脂质的表观 pKa（6.2–6.8）、引入 pH 响应性融合肽及可裂解 PEG 脂质。

• 制造路线的底层分歧与下游工艺成熟度断层：跨越临床转化的“死亡之谷”，高度依赖于平台工艺的可扩展性。

AAV 和 EV 依赖活细胞的“生物合成”，受限于复杂的细胞培养体系与外源因子干扰，相比之下，LNP 化学工程主导的生产路线更具放大潜力。AAV 和 LNP 已拥有高度可扩展的层析和切向流过滤（TFF）纯化管道，产率与纯度双高。EV 目前仍缺乏 GMP 标准化流程，纯化仍然具有挑战性。

• 规模化量产的严峻挑战：没有稳定且标准化的关键质量属性，产品就无法获得监管放行。

AAV 和 LNP 受益于成熟的 GMP 流程，但 AAV 的放大工艺缺乏统一的参考标准，极易面临跨规模、跨平台的工艺可比性波动，而 LNP 面对个性化治疗时，高度定制化的原料使得质控放行指标变得异常繁琐。EV 疗法在质量保证标准化方面仍处于早期阶段。

临床转化的未来版图

从互补到融合，打破单一平台的先天局限，针对场景定制的跨平台混合策略正成为极具潜力的前沿赛道

三类主要杂合体策略：

• EV-AAV 杂合体：EV 外层膜包裹 AAV 颗粒，降低免疫原性、提升稳定性；EV-AAV6/9 在免疫动物中的心脏转导效率提升超 2 倍。

• LNP-EV 杂合体：结合 LNP 高载药量与 EV 天然归巢/低免疫原性；新型融合立方液晶脂质体（fusogenic cubosomes）可在 10 分钟内实现近 100% 的 mRNA 装载，无需额外工程化步骤。

• 病毒-脂质杂合体：AAV 或其他病毒颗粒外包覆脂质膜（proteolipid vehicles），规避中和抗体、增强屏障穿越能力。

• 制造与纯化的挑战：EV-AAV 杂合体的共包装效率通常低于 20%，并且这些杂化技术在进行冻融等物理干预时，容易导致 EV 聚集或破裂，从而使粒径分布变宽并造成货物泄漏 。此外，融合后混合物中存在的未融合成分和残留试剂，在 GMP 标准下对质量控制和下游纯化提出了更高的要求。

平台-疾病的场景定制：

• 血液/代谢遗传病：AAV（血友病 A/B 已获批）+ LNP（CRISPR 碱基编辑，NTLA-2001实现 TTR 蛋白降低 96%）。

• 中枢神经系统疾病：EV（天然跨越血脑屏障）+ 工程化 AAV（BI-hTFR1 靶向人转铁蛋白受体，中枢神经系统转导提升 40-50 倍）。

• 肺部疾病：LNP（吸入型，MRT5005 用于囊性纤维化I/II期临床）+ EV（雾化干粉制剂）。

• 眼科疾病：AAV（Luxturna，视网膜下注射）+ EV（聚合物微胶囊，玻璃体内释放超1个月）。

• 肿瘤免疫：LNP（个性化mRNA肿瘤疫苗，KEYNOTE-942 II期阳性）+ EV（IL-12 mRNA 吸入递送，肺癌模型中优于脂质体）。

• CAR-T/体内免疫重编程：LNP-mRNA（靶向 T 细胞，体内 CAR-T，首个骨髓细胞靶向临床试验 MT-302 启动）。

总的来说，AAV、LNP 与 EV 各具不可替代的生物学特征，未来的临床策略将是基于适应症的精准选择与多平台的协同互补。AAV 凭借持久且稳定的靶基因表达和成熟的工艺，是适用于需长期疗效的遗传性疾病的基础性递送载体；LNP 以其卓越的成分可调性与载药广谱性，确立了核酸高效包封与临床规模化生产的技术准则；而 EV 作为天然来源的递送载体，凭借其固有的低免疫原性、卓越的生物相容性，以及通过受体介导的转胞吞作用与膜融合机制跨越血脑屏障（BBB）等复杂生理屏障的独特潜能，为攻克中枢神经系统（CNS）等传统递送策略难以触达的靶组织提供了关键的技术路径。

随着人工智能（AI）技术深度融入基因递送系统的研发逻辑，面对患者群体中广泛的生物学异质性，传统以经验驱动的开发模式已难以满足精准医疗的需求。从突破性的跨平台杂化策略，到深度结合 AI 算法驱动的载体理性设计与高通量筛选，基因递送正从“单一载体”策略向“系统集成”转化。跨越从底层机制探索到标准化量产的“死亡之谷”，一个更具精准性、高效性及可及性的下一代基因治疗时代正在逐步形成。

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