高分子纳米载体材料用于基因递送的研究

高分子纳米载体材料用于基因递送的研究中文摘要

中文摘要

基因治疗是一项革命性的高科技生物治疗方法，其原理是将表达正常基因的核酸分子（如DNA）或有“沉默”作用的核酸序列（如siRNA）导入靶细胞，纠正蛋白的表达，发挥治疗作用。然而，在基因递送过程中存在诸多屏障：1）体内循环过程中，易被存在于血液中大量的蛋白质和酶等物质吸附或降解，无法保持稳定，进而无法顺利递送至靶标部位，甚至引起一系列毒副作用；2）细胞结构中的诸多生物膜屏障（如细胞膜、内涵体/溶酶体膜、核膜等），使核酸分子无法穿透生物膜，不能被细胞摄取；3）胞吞进入细胞的核酸分子被内涵体/溶酶体捕获，在溶酶体内的酸性环境和水解酶作用下，快速被降解，从而无法有效地转移至细胞质或细胞核发挥作用。因此需要选择合适的基因载体来克服基因递送屏障，使核酸分子在靶细胞中安全、高效、可控地表达。

衍生于细胞穿膜肽的α螺旋阳离子聚多肽是一类具有穿膜活性的阳离子聚合物，能有效克服生物膜屏障，促进核酸分子进入细胞、并逃避内涵体。衍生于脂质体的聚合物囊泡是一类具有中空囊泡结构的基因递送载体，具有致密的疏水膜和中空的亲水内核，能稳定装载疏水性或亲水性药物、核酸、蛋白质等，有效防止装载分子降解或泄露，保证在血液循环中的稳定性。

结合以上理解，本论文第一章对基因治疗、基因递送屏障、基因递送载体和溃疡性结肠炎等进行了概述。

第二章我们设计了一种光可激活的四臂α螺旋阳离子聚多肽用于基因递送。以末端为氨基的光敏剂（TAPP）为引发剂，引发N-羧酸酐（NCA）开环聚合，从而合成含光敏剂的四臂聚多肽；通过“点击化学”向聚多肽侧链末端引入胍基，得到光可激活、富含胍基的星形聚多肽。该星形聚多肽能有效地包裹DNA，并形成纳米尺寸的复合物（~150 nm）。相比线形聚多肽，含四臂结构的星形聚多肽具有更强的穿膜活性和更高的细胞摄取率。此外，星形聚多肽不仅可通过“打孔”方式进入细胞，还能通过光照诱导产生活性氧自由基，激活“光动力破膜”效应，协同克服生物膜屏障，使近90%的基因载体实现内涵体逃逸，提高基因转染效率。

中文摘要高分子纳米载体材料用于基因递送的研究因此，相比线形聚多肽，星形聚多肽介导的基因转染效率提高近10倍。同时，光照后其介导的基因转染效率进一步提高，比商业化试剂25k PEI提高2个数量级。体内基因转染结果表明光照后星形聚多肽的基因转染效率比光照前提高3倍，并显著高于线形聚多肽和25k PEI。

第三章我们合成了一种靶向巨噬细胞的还原敏感型聚合物囊泡（TKPR-RCP）用于治疗溃疡性结肠炎。该囊泡由三嵌段聚合物聚乙二醇-b-聚（三亚甲基碳酸酯-co-二硫戊环三亚甲基碳酸酯）-b-聚乙烯亚胺（PEG-P(TMC-DTC)-PEI）和偶联TKPR短肽的PEG-P(TMC-DTC)组成。它能在水中自组装形成中空型聚合物囊泡（~140 nm），并利用内部亲水层高效包载肿瘤坏死因子-α（TNF-α）siRNA和地塞米松磷酸钠（DSP）。其致密的疏水膜不仅能有效防止亲水内腔的药物降解或泄露，还能保证基因载体在血液循环中的长效稳定性。同时，相比无TKPR短肽修饰的聚合物囊泡，TKPR-RCP聚合物囊泡的结肠靶向率和巨噬细胞摄取率显著提高。在脂多糖（LPS）诱导的巨噬细胞模型中，TKPR-RCP在胞内高浓度的还原型谷胱甘肽（GSH）的作用下发生解交联，快速释放TNF-α siRNA和DSP，使细胞内TNF-α mRNA和蛋白含量降低，具有较高的基因沉默效率。在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的溃疡性结肠炎小鼠模型中，含基因和药物的TKPR-RCP可使结肠部位的TNF-α mRNA表达量降低，进而抑制TNF-α细胞因子的表达，有效缓解小鼠体重下降、血便和结肠缩短等症状，达到治疗溃疡性结肠炎的效果。尾静脉注射TKPR-RCP的小鼠血常规指标和生化指标与正常小鼠相比无显著性差异，充分证明聚合物囊泡具有优良的生物相容性。

关键词：基因递送、阳离子聚多肽、聚合物囊泡、溃疡性结肠炎、RNA干扰、亲水性抗炎药

作者：许欣

指导老师：殷黎晨教授