陽離子聚合物基因載體的研究進展

楊方

陽離子聚合物基因載體的研究進展

楊方

與病毒基因載體相比, 非病毒基因載體具有毒性低、免疫原性小、結構改造可實現基因靶向遞送、可重復應用等優點。而其中陽離子聚合物能夠與基因形成穩定復合物, 促進細胞對復合物的內吞, 受到越來越廣泛的關注。本文主要從修飾方法以及靶向傳遞等方面介紹了陽離子聚合物在基因傳遞方面的應用。

基因傳遞；非病毒載體；陽離子聚合物；靶向傳遞

常用的基因載體主要可分為病毒基因載體(viral gene delivery)和非病毒基因載體(non-viral gene delivery)兩種。其中病毒載體的基因表達效率很高, 但存在著毒性及高免疫原性等根本性問題, 因此其應用受到限制。與之相比, 非病毒基因載體在低免疫原性、特異靶向性及造價低廉等方面均有著較優的性質, 因此受到越來越廣泛的關注［1］。

1 聚乙烯亞胺(PEI)

PEI分子結構中包含多個氨基, 這些氨基在生理pH條件下被質子化, 產生高密度電荷, 從而增強復合物的緩沖能力, 使得PEI-DNA復合物避免被溶酶體降解, 這就是PEI的質子海綿效應。通過對PEI結構進行修飾可以降低其在體內的毒性。Zhao等［2］合成了殼聚糖-PEI共聚物, 與PEI(25 kDa)相比, 殼聚糖-PEI共聚物在人子宮頸癌細胞系(HeLa),人非小細胞肺癌細胞(A549)和肝癌細胞(HepG2)上均表現出較高的體外轉染效率。對PEI進行線性烷基鏈修飾、聚醚修飾和環形疏水分子修飾等疏水修飾均可以降低載體毒性。

2 殼聚糖(chitosan)

殼聚糖, 即α(1, 4)2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖, 是由幾丁質部分脫乙酰化得到一種線性陽離子多糖。殼聚糖生物相容性良好、細胞毒性低、可生物降解、無免疫原性,并且具有一定的抑制微生物和抗癌作用。殼聚糖/DNA聚合物的轉染效率與載體分子的脫乙酰度、分子量、以及介質pH等因素有關,脫乙酰度增高, 殼聚糖分子量增大以及介質pH＜5.5都有利于殼聚糖分子與DNA形成聚合物。盡管殼聚糖具有很好的生物相容性, 然而其轉染效率低下以及缺少特異性的缺陷, 限制了臨床上的應用。

3 新型樹枝狀聚合物(dendrimers)

樹枝狀聚合物是由人工合成的新型納米級材料, 其直徑范圍從G0到G10(G表示代)分別為10～130?。樹枝狀聚合物結構上具有高對稱性, 并且分子體積、形狀、功能基種類及數目都可在合成過程中精確控制。目前研究較多的樹枝狀聚合物是聚酰胺——胺型樹枝狀聚合物(PAMAM)。Steele等［3］以PAMAM-PEI為核心, 在其外層加入不同的修飾基團來促進轉染, 如在外層用寡陽離子修飾來增加DNA在胞漿中的釋放, 或疏水烷基修飾來逃脫內涵體作用, 或以敏感鍵連接使其在內涵體酸性環境中水解。

4 小結

將陽離子聚合物作為非病毒基因載體, 為治療基因在體內的靶向傳遞和可控釋放提供了一個可靠的平臺。然而以陽離子聚合物為基礎的基因傳遞體系也存在著一定的問題, 如基因轉染效率較低, 生物相容性差, 以及對機體有較大的毒副作用等。相信隨著對體內細胞生物學特性和疾病機制了解的不斷深入, 基因治療會取得最大的療效, 實現其臨床應用價值。

［1］ Morille M, Passirani C, Vonarbourg A, et al.Progress in developing cationic vectors for non-viral systemic gene therapy against cancer .Biomaterials, 2008(29):3477-3496.

［2］ Zhao QQ, Chen JL, Lv TF, et al.N/P ratio significantly influences the transfection efficiency and cytotoxicity of a polyethylenimine/ chitosan/DNA complex .Biol Pharm Bull, 2009, 32(4):706-710.

［3］ Steele TW, Shier WT.Dendrimeric alkylated polyethylenimine nano-carriers with acid-cleavable outer cationic shells mediate improved transfection efficiency without increasing toxicity .Pharm Res, 2010, 27(4):683-698.

2014-06-26］

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