阳离子聚合物基因载体的研究进展

杨方

阳离子聚合物基因载体的研究进展

杨方

与病毒基因载体相比, 非病毒基因载体具有毒性低、免疫原性小、结构改造可实现基因靶向递送、可重复应用等优点。而其中阳离子聚合物能够与基因形成稳定复合物, 促进细胞对复合物的内吞, 受到越来越广泛的关注。本文主要从修饰方法以及靶向传递等方面介绍了阳离子聚合物在基因传递方面的应用。

基因传递；非病毒载体；阳离子聚合物；靶向传递

常用的基因载体主要可分为病毒基因载体(viral gene delivery)和非病毒基因载体(non-viral gene delivery)两种。其中病毒载体的基因表达效率很高, 但存在着毒性及高免疫原性等根本性问题, 因此其应用受到限制。与之相比, 非病毒基因载体在低免疫原性、特异靶向性及造价低廉等方面均有着较优的性质, 因此受到越来越广泛的关注［1］。

1 聚乙烯亚胺(PEI)

PEI分子结构中包含多个氨基, 这些氨基在生理pH条件下被质子化, 产生高密度电荷, 从而增强复合物的缓冲能力, 使得PEI-DNA复合物避免被溶酶体降解, 这就是PEI的质子海绵效应。通过对PEI结构进行修饰可以降低其在体内的毒性。Zhao等［2］合成了壳聚糖-PEI共聚物, 与PEI(25 kDa)相比, 壳聚糖-PEI共聚物在人子宫颈癌细胞系(HeLa),人非小细胞肺癌细胞(A549)和肝癌细胞(HepG2)上均表现出较高的体外转染效率。对PEI进行线性烷基链修饰、聚醚修饰和环形疏水分子修饰等疏水修饰均可以降低载体毒性。

2 壳聚糖(chitosan)

壳聚糖, 即α(1, 4)2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖, 是由几丁质部分脱乙酰化得到一种线性阳离子多糖。壳聚糖生物相容性良好、细胞毒性低、可生物降解、无免疫原性,并且具有一定的抑制微生物和抗癌作用。壳聚糖/DNA聚合物的转染效率与载体分子的脱乙酰度、分子量、以及介质pH等因素有关,脱乙酰度增高, 壳聚糖分子量增大以及介质pH＜5.5都有利于壳聚糖分子与DNA形成聚合物。尽管壳聚糖具有很好的生物相容性, 然而其转染效率低下以及缺少特异性的缺陷, 限制了临床上的应用。

3 新型树枝状聚合物(dendrimers)

树枝状聚合物是由人工合成的新型纳米级材料, 其直径范围从G0到G10(G表示代)分别为10～130Å。树枝状聚合物结构上具有高对称性, 并且分子体积、形状、功能基种类及数目都可在合成过程中精确控制。目前研究较多的树枝状聚合物是聚酰胺——胺型树枝状聚合物(PAMAM)。Steele等［3］以PAMAM-PEI为核心, 在其外层加入不同的修饰基团来促进转染, 如在外层用寡阳离子修饰来增加DNA在胞浆中的释放, 或疏水烷基修饰来逃脱内涵体作用, 或以敏感键连接使其在内涵体酸性环境中水解。

4 小结

将阳离子聚合物作为非病毒基因载体, 为治疗基因在体内的靶向传递和可控释放提供了一个可靠的平台。然而以阳离子聚合物为基础的基因传递体系也存在着一定的问题, 如基因转染效率较低, 生物相容性差, 以及对机体有较大的毒副作用等。相信随着对体内细胞生物学特性和疾病机制了解的不断深入, 基因治疗会取得最大的疗效, 实现其临床应用价值。

［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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