基于环糊精构建的基因载体进展

ＰＲＯＧＲＥＳＳＩＮ

ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ

ＤＯＩ：１０ ７５３６／ＰＣ１３０６３２

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｒｏｇｃｈｅｍ．ａｃ．ｃｎ㊀㊀ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１４，２６（２／３）：３７５ ３８４

基于环糊精构建的基因载体进展∗

徐妮为１，２㊀刘梦艳１㊀洪诗斌１㊀颜㊀蔚１㊀付继芳１㊀邓㊀维１∗

∗

（１．上海大学材料学院纳米科学与技术研究中心㊀上海２００４４４；２．湖南中医药高等专科学校㊀株洲

４１２０１２）

摘㊀要㊀安全有效的基因载体对于基因治疗有着重要的潜在价值㊂相对于病毒性基因载体，化学合成的载体具有低免疫原性，易于大规模生产和生产成本较低的特性，因而受到越来越多的关注，但是非病毒基因载体在转染效率和选择性方面有一定的限制性，当前的主要研究工作集中在这两方面㊂基于环糊精构建的基因载体，可以有效地提供基因载体的立体构象和功能性的选择性㊂作为ＦＤＡ批准的生物材料，环糊精具有无毒和生物降解性，其不但可以保护基因，避免在体内降解，同时有助于通过细胞膜，进入细胞内达到基因转染的作用㊂环糊精具有大量可修饰的羟基基团，因此对环糊精修饰不但可以通过主客体作用构建超分子体系，并且可以作为多官能团核形成星状高分子，被广泛应用于制备低毒㊁可降解㊁靶向性和高效率的转基因载体㊂目前，环糊精修饰的非病毒正离子载体转移ｓｉＲＮＡ，已经成功进行了色素瘤的临床试验，取得了很好的治疗效果，表明了环糊精非病毒载体的巨大应用前景㊂本文对基于环糊精基因载体的最新研究进展进行了综述，详细介绍了基于环糊精的超分子自组装构建的聚轮烷型㊁侧链分子识别型的基因载体，以及基于环糊精多羟基构型而构建的星型聚合物基因载体和树枝状基因载体，并对环糊精基因载体的优越性和未来应用做了相应的介绍㊂

关键词㊀环糊精㊀超分子㊀自组装㊀基因载体

中图分类号：Ｏ６３６；Ｑ７８２㊀文献标识码：Ａ㊀文章编号：１００５⁃２８１Ｘ（２０１４）０２／３⁃０３７５⁃１０

收稿：２０１３年６月，收修改稿：２０１３年８月，网络出版：２０１４年２月２５日

㊀∗上海市东方学者资助㊁国家自然科学基金项目（Ｎｏ．２１１０２０８８，２１１７４０８１）㊁浦江学者（１２ＰＪ１４０３４００）和湖南省教育厅科研课题（１０Ｃ０２６８）

资助

ＴｈｅｗｏｒｋｗａｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＥａｓｔｅｒＳｃｈｏｌａｒ，ｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．２１１０２０８８，２１１７４０８１），ＰｕｊｉａｎｇＳｃｈｏｌａｒ（１２ＰＪ１４０３４００）ａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｊｅｃｔｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＨｕｎａｎ（１０Ｃ０２６８）

∗∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ㊀ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｄｅｎｇ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

ＲｅｃｅｎｔＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＧｅｎｅＤｅｌｉｖｅｒｙＢａｓｅｄｏｎＣｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ∗

ＸｕＮｉｗｅｉ１，２㊀ＬｉｕＭｅｎｇｙａｎ１㊀ＨｏｎｇＳｈｉｂｉｎ１㊀ＹａｎＷｅｉ１㊀ＦｕＪｉｆａｎｇ１㊀ＤｅｎｇＷｅｉ１∗

∗

（１．Ｎａｎｏ⁃Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００４４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｕｎａｎＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２０１２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｓａｆｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｅｌｉｖｅｒｙｏｆｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｔｏｔａｒｇｅｔｃｅｌｌｓｈａｓｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｇｅｎｅｔｉｃｄｉｓｅａｓｅｓ．Ｎｏｎ⁃ｖｉｒａｌｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｉｍｍｕｎｏｇｅｎｉｃｉｔｙａｎｄｓａｆｅｔｙｃｏｎｃｅｒｎｓ．Ｗｈｅｒｅａｓ，ｎｏｎ⁃ｖｉｒａｌｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｓｔｉｌｌｓｕｆｆｅｒｅｄｆｒｏｍｌｏｗｔｒａｎｓｆｅｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌａｃｋｏｆｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｉｓｔｈｅｍａｉｎｔａｒｇｅｔｏｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｂａｓｅｄｏｎｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ（ＣＤ）ｃａｎｏｆｆｅｒｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｖａｒｉｏｕｓｍｕｌｔｉ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ．ＡｓａＦＤＡａｐｐｒｏｖｅｄｂｉｏ⁃ｍａｔｅｒｉａｌ，ＣＤｓｈａｖｅｂｅｅｎｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｕｓｅｄｆｏｒｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒａｂｉｌｉｔｙｔｏｓｔａｂｉｌｉｚｅｔｈｅｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄｓｉｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｄｉａａｎｄｔｈｅｉｒａｂｉｌｉｔｙｔｏｄｅｓｔａｂｉｌｉｚｅａｎｄｐｅｒｍｅａｔｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｍｂｒａｎｅｓａｎｄｆｏｒｏｂｖｉａｔｉｎｇｕｎｄｅｓｉｒａｂｌｅｓｉｄｅｅｆｆｅｃｔｓ．ＣＤｉｓｎｏｔｏｎｌｙａｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｈｏｓｔｍｏｌｅｃｕｌｅｃａｐａｂｌｅｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｉｚｉｎｇｇｕｅｓｔｍｏｌｅｃｕｌｅｓｉｎｗａｔｅｒ，ｂｕｔａｌｓｏａｃｏｒｅｗｉｔｈａｂｕｎｄａｎｔＯＨｇｒｏｕｐｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｎｏｎｖｉｒａｌｖｅｃｔｏｒｓｈａｖｅｂｅｅｎ

㊃３７６㊀㊃

ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１４，２６（２／３）：３７５ ３８４

ｅｘｐｌｏｒｅｄｂａｓｅｄｏｎＣＤ ｓｈｏｓｔ⁃ｇｕｅｓｔｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ＣＤｍｏｄｉｆｉｅｄｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｔｏｔｈｅｃｌｉｎｉｃｔｅｓｔｗｉｔｈｒｅｍａｒｋａｂｌｅｒｅｓｕｌｔ，ｓｈｏｗｉｎｇｇｒｅａｔｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗｔｈｅｎｅｗｅｓｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｂａｓｅｄｏｎｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｐｒｏｖｉｄｅｓｄｅｔａｉｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｒｏｔａｘａｎｅｓｔｙｐｅ，ｓｉｄｅ⁃ｃｈａｉｎｔｙｐｅ，ｓｔａｒ⁃ｓｈａｐｅｔｙｐｅａｎｄｂｒａｎｃｈｅｄｔｙｐｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓｏｆｎｕｃｌｅｉｃａｃｉｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｏｆＣＤｂａｓｅｄｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｉｓｅｍｐｈａｓｉｚｅｄｈｅｒｅｉｎ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｃｌｉｎｉｃａｌｔｅｓｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ；ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌｅ；ｓｅｌｆ⁃ａｓｓｅｍｂｌｙ；ｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙＣｏｎｔｅｎｔｓ

１㊀Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

２㊀Ｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｙｂａｓｅｄｏｎｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ２ １㊀Ｒｏｔａｘａｎｅｔｙｐｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ２ ２㊀Ｓｉｄｅ⁃ｃｈａｉｎｔｙｐｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ２ ３㊀Ｓｔａｒ⁃ｓｈａｐｅｔｙｐｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ２ ４㊀Ｂｒａｎｃｈｅｄｔｙｐｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ２ ５㊀Ｏｔｈｅｒｔｙｐｅｇｅｎｅｄｅｌｉｖｅｒｉｅｓ３㊀Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎａｎｄｏｕｔｌｏｏｋ

１㊀引言

基因治疗是将基因通过一定方式导入到靶细胞内进行表达，以达到治疗和修复的目的，其作为现代生物医学技术在肿瘤治疗㊁基因缺陷修复和基因疫苗等方面发挥着越来越重要的作用［１］㊂选择合适

的基因载体和药物基因复合，使目的基因能够在靶细胞中获得安全㊁高效㊁可控且稳定的表达是基因治疗的关键问题之一㊂目前，用于基因治疗的载体主要有病毒载体（ｖｉｒａｌｖｅｃｔｏｒ）和非病毒载体（ｎｏｎ⁃ｖｉｒａｌｖｅｃｔｏｒ）㊂相对于病毒载体的免疫原性㊁插入突变性和有限携带ＤＮＡ能力，非病毒载体作为安全㊁低成本和易于规模化生产的载体具有更广的应用前景［２］㊂制约非病毒载体的最大问题在于其转基因效率低和靶向选择性差，因此众多的非病毒载体被设计制备，以提高其体内外转染效率和靶向特异性㊂

聚合物载体是非病毒类载体的重要组成部分，通常聚合物在生理条件下通过超分子作用与基因形成载体／ＤＮＡ复合物（ｐｏｌｙｐｌｅｘ），紧密的复合物可保护ＤＮＡ免受核酸酶破坏，通过内吞作用进入细胞后，复合物从内涵体中释放出来并解离，释放出目的基因转入细胞核，经转录和翻译，最终产生目的基因编码的蛋白质㊂聚乙烯亚胺（ＰＥＩ）由于其较好的基因转染效率，被最早也最广泛地研究［３］㊂高分子量枝状ＰＥＩ效率高但毒性大，低分子线型ＰＥＩ效率低毒性也小，并且ＰＥＩ难代谢，易于聚集引起细胞毒性，因而限制其单独作为基因载体应用㊂

环糊精由于低毒㊁良好的水溶性和完全可生物降解而在生物医用领域广为应用，尤其利用其分子识别能力和分子间超分子作用，构建不同拓朴结构的智能材料是基因载体的新思路，越发受到生物化学科学家的青睐㊂单纯的环糊精是电中性的，在水相中只是形成疏水性的空腔，无法和基因形成复合物，并不具有基因载体的功能，因此通常需要功能化修饰才能作为基因载体［４］㊂

目前基于环糊精构建的基因载体主要有：（１）

利用其在水相中的主客体作用形成的超分子体系；（２）基于环糊精的多羟基的桶状结构为核心而构建的载体㊂结合ＰＥＩ修饰的环糊精基因载体可以有效地减轻毒性㊁提高转染效率和增加靶向性等，其方法包括改变立体结构㊁增加功能基团以及连接靶向分子等［５］，从而得到靶向智能型的基因载体㊂

２㊀基于环糊精的基因载体

２．１㊀聚轮烷构型的基因载体

聚轮烷结构是以疏水性的高分子作为轴，通过

主客体作用穿入环糊精的空腔而得到聚轮烷或准聚轮烷的超分子构型，其作为基因载体，空间结构对性能有着重要的影响㊂该类结构具有丰富的可修饰功能基团，提供载体的功能化和智能化修饰的可能，因此被应用于基因载体材料［６］㊂

Ｙｕｉ等［７］报道了一系列对ｐＨ值敏感的准聚轮

烷，使用不同分子量的线型ＰＥＩ和环糊精反应，考察了不同ｐＨ值环境下的结果发现，在ｐＨ＝１１ ０时得到的产率最高，在ｐＨ＝８ ０时，由于ＰＥＩ的氨基被正离子化而阻碍了轮烷的生成㊂因此，他们设计了许多ｐＨ值敏感的准聚轮烷，以三段的ＰＥＩ⁃ＰＥＧ⁃ＰＥＩ为高分子轴，在ｐＨ值刺激源作用下，实现了轮烷合成和脱落的过程控制（图１）㊂由于细胞内外酸碱度环境不同，因此ｐＨ值敏感的材料在生物材料范围内有着重要的潜在应用价值㊂

聚乙二醇（ＰＥＧ）／聚己内酯（ＰＣＬ）和聚乙烯亚胺（ＰＥＩ）的三嵌段共聚物在水相中形成ＰＣＬ为疏水