ATP刺激电荷反转型交联阳离子聚合物用于siRNA递送和肿瘤治疗研究
一、研究目的与意义
21世纪以来，刺激响应型阳离子聚合物材料发展迅速。由于其特殊的材料特性，刺激响应型阳离子聚合物常常被用于提高核酸转染以及增强治疗效果。正常情况下，阳离子片段具有减弱siRNA凝聚能力的特性，考虑到这一点，传统的siRNA控释策略大多采用通过特殊触发结构来引起阳离子聚合物的降解。然而，这种降解策略由于siRNA在动力学上以及与阳离子片段的结合上的缺陷，阻碍了RNA静默，所以还远远无法达到令人满意的程度。
在这项研究中，本课题将提出一种全新的思路，把降解与电荷反转相结合，设计出一种递送载体。该载体（CrossPPAA）将接有苯硼酸（Phenylboronic acid, PBA）的1.8k聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine, PEI）与海藻酸钠通过PBA和二醇结构间特殊的反应相交联。在细胞内被腺苷三磷酸（Adenosine Triphosphate, ATP）触发后，该载体会降解并进一步发生电荷反转。随后，呈负电性的载体复合物由于静电排斥作用快速释放siRNA。除此之外，本课题推测，该交联复合物在10%胎牛血清存在的情况下还可能可以显著增加siRNA对4T1细胞的转染，以及体现出比单纯的1.8k PEI和1.8k PEI-PBA有着更高的肿瘤蓄积能力。最终，这种载有Bcl2靶向的siRNA的CrossPPAA复合物将具有非常好的基因静默能力，从而产生显著的抗肿瘤效应。
总而言之，这种ATP触发降解和电荷反转的策略将会为刺激响应型基因载体的发展提供一条新的途径，并可以很好地被运用在解决负电性基因或蛋白运载等问题，同时为肿瘤治疗提供良好的方法参考。
二、研究综述
近些年来，RNA干扰技术在多种重症治疗上的表现出了巨大潜力，引起了学术界和工业研究者的广泛关注[1]。一般来说。一个成功的载体必须能够将siRNA有效运载到靶点并及时释放药物[2]。
在非病毒基因递送中，研究者们通常会利用静电作用来将阳离子聚合物与带有负电荷的siRNA来构建成人工合成多聚物[3]。然而，聚合物/siRNA多聚物有很强的热力学稳定性，并且其自身具有抵抗解离的作用，这将会极大地减弱基因静默的效率[4]。因此，对于基因载药系统来说，在高效的siRNA包载和可控的药物释放之间保持良好的平衡就显得至关重要。近几十年，研究者们采用了许多策略来促进siRNA在细胞内的可控释放，例如，有些研究者会采用将载体制备成可以降解成短链的刺激响应型聚合物来降低其电荷密度[5]。尽管这些策略能够促进siRNA的释放，但是留在短链里的活性部分仍然会与siRNA相互作用并随之影响基因静默。在这项研究中，本课题设计了一种交联阳离子聚合物。该聚合物在ATP（腺苷三磷酸）的刺激下，可以降解成短链片段并快速由正电荷反转为负电荷。
关于ATP，作为细胞中最丰富的一种核糖核苷酸，ATP可以为细胞增殖和代谢提供能量[6]。在细胞外微环境中，ATP通常以较低浓度（＜0.4 mM）存在，但是在细胞质中会相对较为集中（110 mM）[7]。因此，研究者们会利用细胞内外之间ATP成分的差异来作为一种触发机制，从而构建基于二醇结构和高亲水性材料的ATP响应型纳米载体[8]。值得注意的是，除这些性能以外，ATP的负电荷磷酸基团分还在构建肿瘤治疗药物递送载体方面表现出了巨大的潜力。据报道，ATP中第二个磷酸基团的pKa约为6.5[9]，而肿瘤细胞细胞质的pH也正好处于6.8-7.2之间[10]。
鉴于此，ATP在细胞质中呈负电性这一事实使研究者们意识到，细胞质内的ATP可以被利用来将载体的Zeta电位从正电性反转为负电性，并借此促使载有基因的阳离子聚合物发生分解。具体原理是通过电荷排斥力来有效触发阳离子载体中载有的治疗组分（例如siRNA，DNA或者蛋白质）从中释放。当然，与之相似的还有葡萄糖、果糖等物质，学术界都有相关报道称可以利用这些物质分子中常见的顺式邻二醇或1,3-二醇结构，独立且快速地与PBA发生动态化学反应从而形成硼酯键[11]。而这些糖类和PBA之间的结合能力通常会对许多外部条件（如pH[12]、糖类[13]和过氧化氢[14]）有着极高的敏感性，这样一来，PBA也就逐渐成为了研究者们构建刺激响应型药物递送系统的明星化合物。
