非病毒基因遞送載體的研究進展

胡 星（復旦大學藥學院2008級本科生，上海201203）

基因治療在癌癥、艾滋病等嚴重危害人類生命健康的疾病的治療中有良好的開發前景。基因治療的常見方法是將外源正常基因導入生物細胞，以糾正或補償因基因缺陷和異常引起的疾病，比一般的藥物治療有更加徹底的療效。將外源基因藥物導入生物細胞必須依賴于載體的協助，因此高效的基因載體成為目前基因治療研究的熱點。基因載體通常可以分為兩類：病毒載體和非病毒載體，病毒載體給藥效率高，但是存在的安全隱患限制了其臨床應用［1］。近幾年，有關非病毒基因遞送載體的研究取得了多方面的進展，本文對此做一綜述。

1 靶向遞送基因載體

在遞送系統表面連接對特定器官或細胞有特殊親和力的靶向配體，可以增強遞送系統中基因向病灶部位輸送的靶向性，提高轉染率。Huang等［2］設計了一種新型的腦靶向的非病毒基因遞送載體系統。聚酰胺－胺型樹枝狀聚合物（polyamidoamine dendrimer，PAMAM）是一種樹枝狀的大分子，可以作為載體的基本骨架，并連接聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG），以增強載藥系統在體內的循環時間。Angiopep－2是含有19個氨基酸殘基的小分子多肽，它具有靶向到在腦毛細血管內皮細胞（brain capillary endothelial cells，BCECs）和神經膠質細胞表面表達的低密度脂蛋白受體相關蛋白1（lipoprotein receptor－related protein－1，LRP1）的能力，因此Angiopep－2可以連接到PEG上作為載藥系統的靶向配體，合成PAMAM－PEG－Angiopep基因載體，最后結合DNA，生成PAMAM－PEGAngiopep／DNA納米粒。這種具有靶向功能的納米粒在神經膠質細胞的細胞攝取實驗中，顯示出經過內涵體／溶酶體途徑進入細胞核的機制。在體內生物分布實驗中，PAMAM－PEG－Angiopep／DNA在腦內，特別是腫瘤部位的蓄積比PAMAM－PEG／DNA和PAMAM／DNA納米粒要多，表明PAMAM－PEG－Angiopep有作為腦靶向非病毒基因載體的良好潛力。

2 多功能基因載體

最近，Namgung等［3］利用多功能的二氧化硅納米管（silica nanotube，SNT）研發出一種既可以裝載基因，又可以攜載核磁共振造影劑的新型基因載體（見圖1）。如圖1所示，SNT是一種內部中空的納米結構，其外部可以連接陽性的、低分子量的分支聚氮丙啶（branched polyethylenimine，BPEI），生成BPEI－SNT。BPEI－SNT可以攜帶質粒脫氧核糖核酸（pDNA）進入生物細胞，而SNT的內部則被填充了磁性－熒光納米復合物，即氧化鐵納米粒和綠色熒光量子點。因為低波長的紫外光和可見光都可以穿透SNT的外壁，所以用紫外光照射攝取了BPEI－SNT／pDNA的細胞時，磁性－熒光填充物使得細胞可以進行核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）；當用可見光照射細胞時，研究者可以通過熒光顯微鏡觀測SNT內化入胞的過程。當然，這種在體外成功構建的、有雙重功能的納米管，有待進一步的體內研究證實其基因遞載功能。

圖1 制備BPEI－SNT／pDNA復合物的過程示意圖Figure 1 Schematic illustration of preparation procedures of BPEI－SNT／pDNA complex SNT：二氧化硅納米管；BPEI：分支聚氮丙啶；pDNA：質粒脫氧核糖核酸

3 同時載基因與化療藥物的載體

兩種或多種藥物的聯合使用在癌癥的治療中常常是必要的。一般來說，成功的聯合用藥或基因治療要求將兩種藥物作用于同一群腫瘤細胞。但是由于小分子藥物和基因藥物在體內的藥動學性質不同，所以需要靶向遞釋多種藥物或同時遞釋化療藥物與基因的載體。Bhattarai等［4］用PEG與2－（二甲基氨基）甲基丙烯酸乙酯聚合物或2－（二乙基氨基）甲基丙烯酸乙酯聚合物修飾有介孔的二氧化硅納米粒（mesoporous silica nanoparticle，MSN），MSN裝載有氯喹和pDNA或者siRNA。氯喹是一種向溶酶體藥物，可以提高非病毒基因給藥的轉染效率。這種多聚陽離子修飾的MSN與沒有裝載氯喹的MSN相比，基因轉染和基因沉默都可以在小鼠黑素瘤高轉移細胞中觀測到。氯喹單獨給藥時，為提高轉染所要達到的必要濃度已經是中毒濃度，利用MSN同時遞載氯喹和核酸物質顯著提高了基因轉染率和沉默能力。

4 智能基因遞釋載體

最近，Yamashita等［5］研發出一種對腫瘤特殊環境和外界刺激敏感、具有光熱效應的金納米棒（見圖2），可以作為單鏈DNA的控釋載體。金納米棒在近紅外區有很強的吸收帶，并且被吸收的光能可以轉換為熱能，具有獨特的光熱效應。由于近紅外光可以穿透人體組織，所以被雙鏈DNA修飾的金納米棒可以作為控釋系統。當雙鏈DNA修飾的金納米棒被近紅外光照射時，光熱效應產生的熱量將雙鏈DNA降解為單鏈DNA釋放，釋放的單鏈DNA的數量取決于光照的時間和強度。在實驗中，雙鏈DNA修飾的金納米棒被直接注射到小鼠結腸－26癌細胞內，并接受光的照射，可以檢測到單鏈DNA釋放。這種具有特殊光熱效應的金納米棒作為低聚核酸的控釋載體將會有非常廣闊的應用范圍。

圖2 制備雙鏈DNA修飾的金納米棒過程示意圖Figure 2 Schematic illustration of preparation procedures of dsDNA－modified gold nanorod PEG：聚乙二醇；PEI：聚氮丙啶

5 脂質體

脂質體常被用作基因載體，以保護被包裹的基因不受核酸酶的降解，被脂質體完整包裹的核酸可以在體內達到長循環的效果。最近，Li等［6－9］研發了一種將壓縮的核酸包裹在脂質細胞膜內的新型結構（見圖3）。它的制備方法是首先將DNA和魚精蛋白壓縮到一個復合體內，然后用陽性脂質體包裹，自組裝得到脂質體－聚陽離子－DNA（liposome－polycation－DNA，LPD）納米粒。這種壓縮復合物的核心是DNA和魚精蛋白。與陽性脂質體－DNA復合物相比，LPD可以更好地保護質粒DNA不受酶降解，并在靜脈給藥的小鼠體內達到更高水平的基因表達。LPD也可以通過修飾的方式在體內或體外選擇性遞送siRNA至表達受體的腫瘤細胞。siRNA首先與一個載體DNA雜交，之后與魚精蛋白混合，再用脂質細胞膜包裹，最后將連接了PEG的脂質插入到脂質細胞膜中，以提高復合物的穩定性。PEG的末端連接靶向于sigma－1受體的配體anisamide，以此達到靶向表達sigma受體的腫瘤細胞的目的。

圖3 制備PEG修飾的脂質體－聚陽離子－DNA納米粒過程示意圖igure 3 Schematic illustration of preparation procedures of PEGlated liposome－polycation－DNA nanoparticles PEG：聚乙二醇；DSPE：二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺；DOTAP：N－［1－（2，3－二油酰丙氧基）－N，N，N－三甲基溴化銨］；AA：氨基酸

6 結 語

雖然非病毒基因遞送載體在治療癌癥、艾滋病、遺傳病等多種疾病中有很好的前景，但目前在臨床上的應用非常有限。存在的問題包括：尋找和篩選更高效、穩定的靶向配體，以提高納米基因遞釋系統的靶向治療效果［10］，以及尋找控制基因釋放的途徑等［11］。本文介紹的幾種新型非病毒基因載體為基因治療提供了很好的研究思路和方法，其臨床療效需要相關體內、體外研究進一步確證。

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Huang RongQin，Ke WeiLun，Jiang Chen，et al.Progress on brain－targeting non－viral gene delivery systems［J］.J Int Pharm Res，2010，37（1）：36－39.In Chinese with English abstract.

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