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(jié)構(gòu)改造可實現(xiàn)基因靶向遞送、可重復(fù)應(yīng)用等優(yōu)點。而其中陽離子聚合物能夠與基因形成穩(wěn)定復(fù)合物, 促進細胞對復(fù)合物的內(nèi)吞, 受到越來越廣泛的關(guān)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(yīng)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(yīng)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(yōu)的性質(zhì), 因此受到越來越廣泛的關(guān)注［1］。

1 聚乙烯亞胺(PEI)

PEI分子結(jié)構(gòu)中包含多個氨基, 這些氨基在生理pH條件下被質(zhì)子化, 產(chǎn)生高密度電荷, 從而增強復(fù)合物的緩沖能力, 使得PEI-DNA復(fù)合物避免被溶酶體降解, 這就是PEI的質(zhì)子海綿效應(yīng)。通過對PEI結(jié)構(gòu)進行修飾可以降低其在體內(nèi)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(xiàn)出較高的體外轉(zhuǎn)染效率。對PEI進行線性烷基鏈修飾、聚醚修飾和環(huán)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(zhì)部分脫乙?；玫揭环N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(zhuǎn)染效率與載體分子的脫乙酰度、分子量、以及介質(zhì)pH等因素有關(guān),脫乙酰度增高, 殼聚糖分子量增大以及介質(zhì)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(zhuǎn)染效率低下以及缺少特異性的缺陷, 限制了臨床上的應(yīng)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(jié)構(gòu)上具有高對稱性, 并且分子體積、形狀、功能基種類及數(shù)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(zhuǎn)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(nèi)涵體作用, 或以敏感鍵連接使其在內(nèi)涵體酸性環(huán)境中水解。

4 小結(jié)

將陽離子聚合物作為非病毒基因載體, 為治療基因在體內(nèi)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(chǔ)的基因傳遞體系也存在著一定的問題, 如基因轉(zhuǎn)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(nèi)細胞生物學(xué)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(xiàn)其臨床應(yīng)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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