病毒载体研究进展
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载体的名词解释生物学生物学中,载体(Vector)是指用来传递、繁殖和表达外源DNA(或RNA)分子的工具。
在分子生物学和基因工程领域,载体扮演着至关重要的角色。
本文将探讨载体在生物学中的定义、种类、应用以及相关的研究进展。
一、载体的定义载体是指一种生物分子,能够携带外源DNA或RNA分子。
它为这些分子提供一个合适数量及合适的环境,使其稳定存在,并能进行复制、传递和表达。
载体可以是DNA、RNA或蛋白质,也可以是一个细胞、病毒、质粒等。
二、载体的种类1. DNA载体DNA载体是最常见且最重要的载体类别之一。
其中,质粒是最常用的DNA载体。
质粒是一种环状DNA分子,能够自主复制并存在于细胞质中。
质粒可以在接受外源DNA后进行基因复制,从而将外源DNA稳定的传递给目标细胞。
此外,噬菌体也是常见的DNA载体,它是一种病毒,能够感染细菌,并在细菌内复制自身。
2. RNA载体RNA载体主要指RNA病毒,它是一种只能通过RNA复制和传递基因的病毒。
RNA载体包括正义病毒和反义病毒。
正义病毒将其RNA转录成DNA并插入宿主细胞染色体中,从而实现基因传递。
反义病毒则利用RNA复制酶来生成更多的RNA病毒。
三、载体的应用1. 外源基因表达载体在基因工程中广泛应用于外源基因表达。
研究人员可以将感兴趣的基因插入载体中,然后将其导入目标细胞。
通过选择适当的载体和表达元件,外源基因可以被成功地表达出来。
这对于探究基因功能、生物制剂的生产以及疾病治疗等方面都具有重要意义。
2. 基因治疗载体在基因治疗中扮演着关键的角色。
基因治疗是一种利用外源基因修复或替代患者体内缺乏或异常基因的方法。
通过将修复好的基因插入载体中,并将其导入患者体内,可以实现基因的传递和修复,从而治疗患者的遗传性疾病。
3. 基因传递载体还可以用于基因传递研究。
通过将感兴趣的基因插入载体中,研究人员可以将其引入目标细胞,并观察和研究基因的功能和表达。
这对于揭示基因功能及相关生理机制具有重要意义。
疫苗的研制原理和进展随着新冠病毒在全球的肆虐,疫苗的重要性再次受到广泛关注。
作为一种有效预防传染病的方法,疫苗的研制历经了多年的科学研究和实验验证,并在世界各地得到了广泛的应用。
本文将介绍疫苗的研制原理和近年来的研究进展。
一、疫苗的研制原理疫苗的研制基于人体免疫系统的工作原理。
当人体受到感染时,免疫系统会产生抗体来对抗病原体并建立免疫记忆。
如果再次接触同一种病原体,人体免疫系统就能够迅速识别并消灭病原体,从而预防对应的疾病。
疫苗的基本原理就是通过给予机体一定量的病原体或病原体部分,刺激免疫系统产生免疫应答,建立免疫记忆,使机体能够在遇到同种病原体时迅速抵御和消灭它。
疫苗的研制需要先获得病原体,然后使用合适的方法将其杀死或削弱,使其失去致病能力同时保持其识别能力(抗原性能)。
这样处理后的病原体成为疫苗原,再通过一系列加工、保存和质检等工艺制成疫苗。
在接种时,将疫苗注射到机体内,刺激免疫系统产生免疫应答并建立免疫记忆,达到预防疾病的目的。
二、疫苗的研究进展近年来,疫苗研究发展迅速,新型疫苗不断涌现,为预防传染病提供了更多的选择。
以下是近几年主要的研究进展:1.重组疫苗重组疫苗是利用基因重组技术,将病原体中的有用抗原基因单独插入到载体病毒或细胞中合成病毒颗粒或蛋白质。
这种疫苗可以通过改变抗原表面信息和增加抗原数量提高疫苗的效果。
目前世界卫生组织(WHO)推荐的乙型肝炎疫苗就是一种重组疫苗。
2.基因疫苗基因疫苗是利用基因工程技术,将目标抗原的DNA或RNA直接注射入患者体内,让其自身表达并荟萃目标蛋白,从而诱发免疫应答。
中国疾控中心(CDC)在研发基因疫苗的防御试验中获得了100%的有效率,说明基因疫苗有很大的发展潜力。
3.病毒载体疫苗病毒载体疫苗是利用已知病毒为载体,将抗原基因序列整合在病毒基因组中,并使用病毒感染人体,诱发免疫应答。
这种疫苗可以使用多种病毒进行开发,目前九价HPV疫苗和流感疫苗都是采用这种技术进行研发的。
慢病毒载体的构建及其应用于转基因动物的研究进展孙克宁;朱化彬;林峰;王栋;郝海生;杜卫华;赵学明【摘要】为提高慢病毒载体构建水平,提高转基因整体效率,作者综述了慢病毒载体结构及围绕改善生物安全性、提高目标基因装载量、扩大宿主范围而进行的慢病毒载体改造研究发展历程,指出新型慢病毒载体去除了病毒所有辅助基因,引入了外源调控序列,替换了包膜蛋白,大大提高了慢病毒载体的安全性、基因转移效率和表达效率,使宿主细胞类型更广范,而下游表达载体转染方法的研究又为转基因方法的集成与优化奠定了基础.慢病毒载体制备与多种转基因技术的优化集成,将有助于发展简便、高效、经济的转基因新技术,提高转基因技术的整体水平.【期刊名称】《中国畜牧兽医》【年(卷),期】2010(037)008【总页数】5页(P116-120)【关键词】转基因;慢病毒载体;载体构建策略【作者】孙克宁;朱化彬;林峰;王栋;郝海生;杜卫华;赵学明【作者单位】中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193;河南农业大学牧医工程学院,郑州,450002;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193;河南农业大学牧医工程学院,郑州,450002;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193;中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京,100193【正文语种】中文【中图分类】S813.3转基因技术使人类根据主观意愿定向改变生物体的性状表型成为可能,而载体种类和质量直接关系到后续转基因的效率,所以表达载体构建成为转基因研究的关键环节之一。
相比较而言,质粒载体、噬菌体DNA载体和人工染色体载体需要借助于昂贵的显微操作仪,并因极低的整合率影响了转基因的效率。
转座子载体虽有较好的应用前景并大量应用于低等动物转基因,但由于受构建哺乳动物高效转座子技术瓶颈的限制,近期内很难在高等动物中取得进展。
基于反向遗传学操作技术新城疫病毒载体的研究进展林初文;谢金文;王善辉;苗立中;沈志强【摘要】新城疫病毒是严重危害养禽业的重要疫病——新城疫的病原微生物.随着反向遗传学操作技术的快速发展,重组新城疫病毒载体已成为新城疫研究的重点,也是当今病毒载体系统研究的热点之一.笔者在简要综述了新城疫病毒的基因组结构和反向遗传载体的构建等的基础上,重点阐述了新城疫病毒载体在外源基因表达方面的研究概况.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(040)035【总页数】4页(P17146-17149)【关键词】反向遗传学;新城疫病毒;载体【作者】林初文;谢金文;王善辉;苗立中;沈志强【作者单位】山东省滨州畜牧兽医研究院,山东滨州256600;山东绿都生物科技有限公司,山东滨州256600;山东省滨州畜牧兽医研究院,山东滨州256600;山东绿都生物科技有限公司,山东滨州256600;山东省滨州畜牧兽医研究院,山东滨州256600;山东绿都生物科技有限公司,山东滨州256600;山东省滨州畜牧兽医研究院,山东滨州256600;山东绿都生物科技有限公司,山东滨州256600【正文语种】中文【中图分类】G813.1新城疫(Newcastle disease,ND)是由新城疫病毒(Newcastle disease virus,NDV)引起的多种禽类易感的一种急性、高度接触性、毁灭性传染病,也是目前严重危害我国养禽业的重要疫病之一。
反向遗传学(Reverse genetics)是相对于经典遗传学而言的。
经典遗传学是从生物的表型、性状到遗传物质来研究生命的发生与发展规律,而反向遗传学与经典遗传学的研究思路正好相反,是直接从生物遗传物质入手,通过对遗传物质进行加工和修饰来研究基因突变后产生的生物体的特性(表型和性状等),从而确定生物体基因组的结构与功能以及这些突变可能对生物体特性的影响。
与之相关的各种研究技术统称为反向遗传学技术(Reverse genetics manipulation technique)[1-3],主要包括 RNA 干扰 (RNA interference,RNAi)技术、基因沉默技术、基因体外转录技术等,是DNA重组技术应用范围的扩展与延伸。
慢病毒载体的研究进展及应用张蕊;龚道清【摘要】慢病毒载体是近年来受到广泛关注的一种逆转录病毒载体,具有更安全、转移效率高、可将目的基因整合入宿主基因组和可感染非分裂期细胞等优点,因此有望成为理想的基因转移载体,并在临床和生产实践中广泛应用.作者主要以HIV-1为代表对慢病毒载体的构建及其在基因治疗和转基因动物生产中的应用作一综述.【期刊名称】《中国畜牧兽医》【年(卷),期】2010(037)006【总页数】5页(P227-231)【关键词】慢病毒;慢病毒载体;基因治疗;转基因动物【作者】张蕊;龚道清【作者单位】扬州大学动物科学与技术学院,扬州,225009;扬州大学动物科学与技术学院,扬州,225009【正文语种】中文【中图分类】S852.65慢病毒(Lentivirus)属于逆转录病毒科(Retroviridae),为RNA病毒,由于这类病毒的一个重要特点是病毒粒子中含有依赖RNA的多聚酶即逆转录酶,故现名为逆转录病毒。
慢病毒已经从绵羊(绵羊脱髓鞘性脑白质炎/慢性进行性肺炎病毒)、山羊(羊关节炎脑炎病毒)、牛(牛免疫缺损病毒)、马(马传染性贫血病病毒)、猫(猫免疫缺损病毒)、猴(猴免疫缺陷病毒)和人(人免疫缺陷病毒)中分离得到(Robl等,2007)。
慢病毒在宿主细胞内,能以病毒RNA为模板在自身反转录酶的作用下合成cDNA,再以此cDNA为模板合成双链DNA,经环化后通过病毒整合酶作用整合在宿主细胞的染色体上并长期表达(李跃萍等,2006)。
慢病毒以其基因组为基础去除部分基因代之以所需的目的基因和标记物,构建而成的慢病毒载体(Lentiviral vector)具有转移效率高、可整合入宿主细胞基因组、包装后更安全并可转染非分裂期细胞等优点,在基因治疗和转基因动物生产中得以广泛的使用。
1 慢病毒载体1.1 慢病毒的基本结构慢病毒载体种类很多,其中对HIV-1的结构和生物学特征的研究较多,而HIV-1型已成为目前较为常用的慢病毒载体系统。
第42卷㊀第5期2023年㊀10月北京生物医学工程BeijingBiomedicalEngineeringVol 42㊀No 5October㊀2023㊃综㊀述㊃作者单位:1㊀上海理工大学健康科学与工程学院(上海㊀200093)2㊀上海健康医学院(上海㊀201318)通信作者:朱君,E⁃mail:yzjzhu@163 com;李伟,E⁃mail:410416827@qq comsiRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展王飞1㊀严辰玥2㊀孙嘉2㊀商宇萌2㊀李伟2㊀朱君2摘㊀要㊀近年来基于RNA干扰(RNAinterference,RNAi)的基因治疗技术在肿瘤治疗方面引起广泛关注㊂在常规药物治疗无效的情况下,RNAi为癌症患者带来了新的希望㊂但是,由于小分子干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA)在体内存在易降解㊁难递送等问题,极大地限制了其临床转化潜力㊂纳米载体以其独特的尺寸效应和多样的修饰策略,能够介导高效㊁靶向的RNA递送,以实现其基因沉默㊂本文综述了RNAi在基因治疗中的作用机制以及体内递送siRNA的不同载体,介绍了载体体内递送siRNA的主要障碍和作用靶点,并比较了不同载体在siRNA递送中的优势和不足,为新载体的设计提供借鉴,推动RNA干扰疗法向临床的转化㊂关键词㊀RNA干扰;小分子干扰RNA;基因沉默;纳米载体;肿瘤治疗DOI:10 3969/j.issn.1002-3208 2023 05 018.中图分类号㊀R318 04㊀㊀文献标志码㊀A㊀㊀文章编号㊀1002-3208(2023)05-0541-05本文著录格式㊀王飞,严辰玥,孙嘉,等.siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展[J].北京生物医学工程,2023,42(5):541-545.WANGFei,YANChenyue,SUNJia,etal.Researchprogressofnon⁃viraldeliveryofsiRNAfortumortherapy[J].BeijingBiomedicalEngineering,2023,42(5):541-545.Researchprogressofnon⁃viraldeliveryofsiRNAfortumortherapyWANGFei1,YANChenyue2,SUNJia2,SHANGYumeng2,LIWei2,ZHUJun21㊀SchoolofHealthScienceandEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai㊀200093;2㊀ShanghaiUniversityofMedicine&HealthSciences,Shanghai㊀201318Correspondingauthors:ZHUJun(E⁃mail:yzjzhu@163 com);LIWei(E⁃mail:410416827@qq com)ʌAbstractɔ㊀Inrecentyears,genetherapybasedonRNAinterference(RNAi)hasattractedwideattentionintumortherapy.RNAioffersnewhopeforcancerpatientswhenconventionaldrugtreatmentsareineffective.However,duetotheproblemssuchaseasydegradationanddifficultdeliveryofsmallinterferingRNA(siRNA)invivo,itsclinicaltransformationpotentialisgreatlylimited.Withitsuniquesizeeffectandvariousmodificationstrategies,nano⁃carriercanmediateefficientandtargetedRNAdeliverytoachievegenesilencing.ThispaperreviewsthemechanismofRNAiingenetherapyanddifferentcarriersfordeliveringsiRNAinvivo,introducesthemainobstaclesandtargetsofsiRNAdeliveryinvivo,andcomparestheadvantagesanddisadvantagesofdifferentcarriersinsiRNAdelivery,soastoprovidereferenceforthedesignofnewvectorsandpromotethetransformationofRNAitherapytoclinic.ʌKeywordsɔ㊀RNAinterference;smallinterferingRNA;genesilencing;nano⁃carrier;tumortherapy0㊀引言癌症是全球死亡率最高的非传染性疾病之一,已经成为人类生命健康的主要威胁[1]㊂通过手术㊁放化疗等传统方法治疗癌症通常费用昂贵,且患者痛苦,有时甚至效率低下㊂癌症的基因治疗具有疗效高㊁副作用小等优点[2]㊂其中RNAi是一种是将非编码双链RNA(double⁃strandedRNA,dsRNA)送入癌细胞,引发靶向信使RNA(messengerRNA,mRNA)的同源依赖性降解,从而导致特异性的基因沉默机制[3-4]㊂由dsRNA引起的基因沉默现象最早在植物中观察到,其中siRNA是一种可以沉默靶基因表达,具有特定序列和长度(21 23个碱基对)的dsRNA分子㊂它可以由dsRNA经Dicer酶裂解后在胞内生成,也可以通过人工合成㊂进入胞浆后的siRNA与Ago蛋白形成RNA诱导的沉默复合物(RNA⁃inducedsilencingcomplex,RISC)㊂在RISC中siRNA裂解,随后由反义链对靶mRNA进行碱基配对酶切,抑制了目标RNA翻译为蛋白质,达到基因沉默的目的[5-6]㊂FDA批准Alnylam生产的ONPATTRO投入临床治疗[7],标志着RNA成为继化学和蛋白质疗法之后在制药学的第三个里程碑㊂目前siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗已成为纳米生物医药的研究热点㊂siRNA可以通过诱导mRNA的降解,以序列特异性的方式抑制致癌基因的表达,在细胞信号转导中发挥重要作用,因此基于siRNA的抗癌药物具有广泛的应用前景㊂但是目前siRNA递送的主要障碍有:全身给药后siRNA在体内的非特异性分布造成的低转染效率,引起免疫反应及毒性;siRNA易受核酸酶的降解以及网状内皮系统的清除;血管内皮壁㊁多重组织的物理屏障阻碍了siRNA药物导入肿瘤细胞;siRNA被细胞摄取和内吞效应低;siRNA无法实现高效的内体逃逸以及其对mRNA的脱靶效应㊂为了克服这些问题,本文将围绕siRNA非病毒载体进行综述,主要包括载体的体内递送过程㊁不同载体用于siRNA递送中的优势和不足,以及它们中一些已经进入临床试验的siRNA载体及制剂,为新载体的设计提供借鉴,推动RNAi疗法向临床的转化㊂1㊀siRNA药物用于治疗的主要障碍及作用靶点㊀㊀通过化学修饰和特定序列设计的RNAi疗法几乎能够降解任何基因mRNA转录物,具有高度特异性㊂同时它依赖ATP的供能,通过天然的调节途径,以催化作用的方式将抑制特定基因表达的效率最大化㊂选择合适的靶点和给药途径非常重要㊂siRNA在消化道内的不稳定性以及其对于肠道上皮细胞的低渗透性都严重阻碍了口服给药的进行㊂同时皮下注射也受到亲脂性和载体大小的限制㊂相比之下,静脉注射是首选㊂静脉注射后裸露的siRNA分子会被血清核酸内切酶降解,最终被肾脏清除[8]㊂同时网状内皮系统(如肝㊁脾)巨噬细胞的非特异性摄取也会对它们造成吞噬破坏㊂在细胞外屏障方面,细胞外基质的复杂性㊁siRNA与细胞膜之间的电荷排斥以及选择性区域(如血脑屏障)的紧密连接都阻碍siRNA对组织的渗透[9-10]㊂在细胞内屏障中,通过内吞作用进入胞内的siRNA分子如果无法实现早期的内体逃逸,则会被溶酶体酸化降解以及胞吐排出[11]㊂逃逸到细胞质中的外源性siRNA还可能会造成靶基因以外的基因表达减少,具有潜在治疗风险㊂此外,siRNA序列中的特殊结构可能会通过激活Toll样受体,产生干扰素(α或β)和炎性细胞因子,触发不必要的免疫反应㊂针对药物和抗体难以抑制的转录因子和某些关键的肿瘤蛋白(如Ras)[12],siRNA可以通过碱基配对识别其靶标㊂目前已有多种靶点被开发出来用于抗肿瘤药物的筛选,包括程序性死亡因子配体-1(programmeddeathligand1,PD-L1)㊁细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(cytotoxicT-lymphocyte⁃associatedprotein4,CTLA4)㊁表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)㊁血管内皮生长因子等㊂根据靶标作用机制可以将其分为靶向肿瘤形成调控机制㊁肿瘤微环境㊁肿瘤免疫调节㊁肿瘤生物标志物及肿瘤干细胞㊂EGFR常在非小细胞肺癌中表达异常,其中19号外显因子缺失突变最为常见㊂它激活了EGFR的酪氨酸激酶活性,从而诱导下游的促生长信号通路㊂Nascimento等[13]将构建的针对致癌EGFR突变体的等位基因特异性siRNA递送到肺肿瘤模型中,成功诱导了其凋亡㊂针对PD-L1和CTLA4的免疫疗法已经在治疗黑色素瘤㊁霍奇金淋巴瘤㊁非小细胞肺癌和膀胱癌中获得了进展㊂2㊀siRNA递送载体的主要类型开发合适的载体显得非常必要㊂目前研究主要集中在开发保护siRNA不受核酸酶影响的载体㊂载体通常以静电或共价方式[14]与siRNA结合形成纳米颗粒㊂㊃245㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷2 1㊀脂质体及脂质类似物脂质体制剂具有高度的生物相容性,作为最成熟的RNA载体已成功应用于COVID-19mRNA疫苗的递送,推动了基因治疗的边界㊂脂质体中阳离子脂类最常见,它通过静电吸附的方式显著提高了体外转染效率㊂目前大多数脂质复合物在阳离子脂类的基础上添加了如二油酰磷脂酰胆碱(dioleoylphosphatidylcholine,DOPC)㊁二油酰磷脂酰乙醇胺(dioleoylphosphatidylethanolamine,DOPE)㊁胆固醇[15]和其他一些天然脂类㊂这些中性辅助脂质提高了载体的稳定性和细胞摄取率㊂Hattori等[16]制备了17种由阳离子脂质和DOPE组成的脂质复合物,结果表明不同的阳离子脂质类型对静脉注射后siRNA的生物分布和抑制效率影响显著㊂相比之下,环境响应型脂质是一类新型的脂质传递系统㊂这些脂质具有简单的化学结构,并对肿瘤微环境的变化作出响应(如可电离且pH敏感的可质子化氨基脂)㊂与阳离子脂质不同,可质子化氨基脂中的氨基头基在酸性pH下会电离而带强正电荷,电荷密度控制着颗粒之间的相互作用并抗衡离子的吸附,从而控制着纳米颗粒的稳定性㊂多项研究表明肿瘤微环境响应型脂质疗效高且副作用低,但其在克服免疫系统的清除实现最大递送效率方面还需进一步优化㊂临床上脂质体制剂Atu027和ALN-VSP02已经分别完成了Ⅰ/Ⅱ期和Ⅰ期试验㊂其中Atu027是一种针对蛋白激酶N3的特异性siRNA制剂,它联合吉西他滨在治疗晚期胰腺癌受试者上显示出良好的安全性和耐受性㊂同时Tekmira公司研发出一款靶向于Polo样激酶1的siRNA药物TKM-080301㊂针对该药物开展的Ⅰ/Ⅱ期临床研究在晚期实体瘤患者中进行,结果证明了它的抗肿瘤活性和良好耐受性㊂2 2㊀聚合物聚合物容易大规模合成与生产,且其只依赖于非共价作用,如静电效应或氢键压缩siRNA㊂目前多种阳离子聚合物(cationicpolymer,CP)已被广泛用于核酸传递,它们具有共同的理化特性[17],如阳离子电荷㊁两亲性和融合性㊂具有代表性的CP有聚乙烯亚胺(polyethylenimine,PEI)㊁聚β-氨基酸酯(Polyβ-aminesters,PBAE)㊁聚赖氨酸(poly⁃L⁃lysine,PLL)㊁聚丙交酯乙交酯(polylactide⁃co⁃glycolide,PLGA)以及聚酰胺胺(polyamidoamine,PAMAM)等㊂CP方便进行化学修饰,与阳离子脂质体相比它不含疏水部分而直接溶于水㊂目前CP的转染效率和细胞毒性之间的平衡问题是其用于临床的主要挑战㊂聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)可将外源基因转染到悬浮细胞或贴壁细胞中㊂它的高缓冲能力可以通过 质子海绵效应 促进内体释放[18]㊂然而PEI通常不易降解,聚合链上的高密度电荷与蛋白质之间的强烈作用也会降低多聚体的血清稳定性㊂Xue等[19]通过三氟乙酸乙酯和全氟丁酰氯的酰胺化反应合成的两个系列的氟化PEI,发现经氟化处理后的PEI细胞毒性显著降低㊂氟化已被证明是降低PEI的细胞毒性和提高siRNA递送效率的有效方法㊂PLL和PBAE与PEI相比生物相容性更好,但是化学键的不稳定性增加了它们进行高效递送的难度[20]㊂PLGA具有粒径小㊁相对无毒和持续释放轮廓的优点㊂表面具有大量活性基团的PAMAM树枝状大分子可以通过修饰不同的官能团(配体)来实现其药物靶向[21]㊂然而高度分支化的PAMAM提供了高效基因转染的同时也具有高度毒性㊂不同于线型结构的CP,分支化的CP通过其多功能末端基团组成的三维结构能更紧密地包裹siRNA,在生理pH下形成多聚复合物㊂与CP相比,天然类聚合物生物相容性更好㊂胶原蛋白是天然类聚合物的代表㊂目前试验中常通过靶向修饰siRNA/胶原蛋白复合物来抑制肿瘤生长㊂基于环糊精聚合物的纳米颗粒CALAA-01是第一个进入癌症临床试验的靶向siRNA传递系统[22],但是Ⅰ期临床试验由于患者出现剂量限制的毒副反应而终止㊂壳聚糖(chitosan,CS)是一种线性多糖,pKa值为6 2 7 0的D-氨基葡萄糖残基弱化了壳聚糖的碱性㊂当pH低于pKa时,伯胺会质子化㊂CS与siRNA结合构成的磷酸骨架转染效率较低㊂Choi等[23]通过加入阳离子谷氨酰胺偶联壳寡糖构建了纳米载体系统,显著提高了转染效率㊂在治疗胰腺癌方面,以聚合物胶束为制剂的NC-6004已经进入到Ⅲ期临床试验㊂而NC-4016也投入到治疗各种实体瘤初步的临床药理学㊁人体安全性评价试验中㊂同时,SilenSeed公司研发出的靶向siRNA药物siG12D-LODER也进入Ⅱ期临床试验㊂它是一种可生物降解的聚合物基质,其Ⅰ期数据显示出与化疗药物(如吉西他滨㊁厄洛替尼以及奥沙利铂)联用对胰腺导管腺癌具有一定疗效㊂㊃345㊃第5期㊀㊀㊀㊀㊀㊀王飞,等:siRNA非病毒载体递送用于肿瘤治疗的研究进展2 3㊀无机纳米颗粒无机纳米粒子(inorganicnanoparticles,INPs)尺寸可控㊁表面易于化学修饰,显示出对酶降解优异稳定性的同时体内示踪效果也较好㊂目前主要需要克服其在体内长期滞留带来的潜在不良反应㊂常用的INPs如下:金纳米颗粒(goldnanoparticles,GNPs)的尺寸很小,能够直接通过核孔复合体进行核靶向㊂此外,GNPs通过改变不同的生物活性配体如肽㊁聚合物和抗体来实现其功能多样性㊂据报道,环状精甘天冬氨酸(arginylglycylasparticacid,RGD)肽修饰的GNPs抗癌效果良好㊂相对于Cu和Ag,S与Au配体的共价性较强㊂利用GNPs传递siRNA的最直接方法是通过Au-S共价将siRNA偶联到其表面㊂例如,Ahwazi等[24]将人类免疫缺陷病毒的反式激活蛋白通过Au-S键偶联到GNPs上来治疗乳腺癌㊂磁性氧化铁纳米颗粒通过磁响应性在控制粒子目标成像的同时还能产生高热来消融组织㊂介孔二氧化硅纳米颗粒(mesoporoussilicananoparticles,MSNs)比表面积大,结合位点多,易于官能化㊂Pinese等[25]将PEI接枝到粒子的表面,设计了一种纤维表面吸附的新型siRNA/MSN-PEI涂层支架,基因沉默效果良好㊂目前已证明用阳离子聚合物包覆的MSNs可以有效地负载siRNA㊂最近,一种用于正电子发射断层扫描光学成像的124I环状RGD多肽无机杂化纳米粒子由于其尺寸极小㊁靶向性好而受到了关注㊂它在Ⅰ期临床试验中对转移性黑色素瘤的整合表达病灶产生了明显的对比㊂2 4㊀细胞穿透肽细胞穿透肽(cell⁃penetratingpeptides,CPP)因病毒跨膜蛋白结构域的研究而被发现[26]㊂在增强CPP靶向特异性方面主要有两种方法:设计以肿瘤细胞为首选和针对癌细胞内特性的工程肽㊂药物可以与肿瘤归巢蛋白㊁膜受体特异性抗体相连接㊂此外,基于CPP的药物可以被设计成只在肿瘤特殊的生理微环境中激活㊂如Ben等[27]通过研究由细胞穿透肽gH625功能化的siRNA纳米载体(称为CS⁃MSN)在三阴性乳腺癌模型中的细胞转运,发现CS⁃MSN转染效率比相同的不含gH625肽的纳米载体高1 7倍㊂同人工合成载体的内吞作用不同,CPP最大的特征在于其可以不依赖能量直接穿膜㊂CPP与siRNA共价或非共价结合成纳米颗粒,但其在体内递送的稳定性还有待提高㊂2 5㊀外泌体外泌体具有长循环的半衰期和可变形的细胞骨架,它在细胞间充当着通信媒介的作用㊂同时部分细胞分泌的外泌体对肿瘤还具有归巢能力[28]㊂Xu等[29]以P21激活激酶(4P21-activatedkinase4,PAK4)为靶点,通过瘤内注射将来自胰腺癌的外泌体包裹PAK4特异性siRNA(PAK4-specificsiRNA,siPAK4)输送到肿瘤细胞中,H&E染色显示siPAK4处理组有明显的组织细胞凋亡,小鼠的存活率显著提高(P<0 001)㊂外泌体具有和脂质体类似的双层磷脂,膜上特定的蛋白与脂质有助于其靶向融合㊂但与人工合成脂质不同,细胞自身分泌的膜囊泡可以最大限度地降低机体的免疫反应㊂目前提高外泌体的RNA装载量是需要解决的首要问题㊂3㊀结语siRNA是一种可以下调那些直接或间接导致癌细胞异常增殖基因的有效工具[30]㊂本文综述了各种递送载体用于肿瘤治疗的现状㊂传统的阳离子脂质和聚合物转染效率高㊁生产简单,但还存在高电荷引起的潜在毒性㊁靶向能力弱㊁难以在体内追踪等问题㊂新型环境响应型脂质是一种具有明确㊁简单化学结构的载体㊂在临床上,脂质体(如阿霉素脂质体)是第一类获得FDA批准用于治疗癌症的纳米颗粒[31]㊂与聚合物和脂质体相比,尺寸可控的INPs更加稳定㊂INPs由于其独特的物理化学性质便于体内示踪,然而它们的生物安全性还有待进一步检验㊂目前已有大量CPP成功实现了体外细胞对siRNA的高效转染,细胞毒性小,但是它在体内并不稳定㊂而外泌体生物相容性好,前景广阔㊂理想的siRNA递送系统应该是无毒且非免疫原性的,以保护siRNA在递送过程中不被降解,并促进肿瘤组织的特异性高效摄取㊂相信随着纳米载药技术的不断发展,在不久的将来,基于基因突变的个性化治疗将成为可能㊂参考文献[1]㊀SigelRL,MillerKD,FuchsHE,etal.Cancerstatistics,2021[J].CA:ACancerJournalforClinicians,2021,71(1):7-33.[2]㊀TangY,LiuY,XieYW,etal.ApoptosisofA549cellsbysmallinterferingRNAtargetingsurvivindeliveryusingpoly-β-aminoester/guanidinylatedO⁃carboxymethylchitosannanoparticles[J].AsianJournalofPharmaceuticalSciences,2020,15(1):121-128.㊃445㊃北京生物医学工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷[3]㊀CondeJ,AmbrosoneA,HernandezY,etal.15yearsonsiRNAdelivery:BeyondtheState⁃of⁃the⁃ArtoninorganicnanoparticlesforRNAitherapeutics[J].NanoToday,2015,10(4):421-450.[4]㊀HattabD,BakhtiarA.BioengineeredsiRNA⁃Basednanoplatformstargetingmolecularsignalingpathwaysforthetreatmentoftriplenegativebreastcancer:preclinicalandclinicaladvancements[J].Pharmaceutics,2020,12(10):929.[5]㊀黄林卓,蔡佩娥,尹东,等.肿瘤微环境响应的纳米载体用于siRNA体内递送研究进展[J].中国科学:生命科学,2020,50(10):1082-1102.HuangLZ,CaiPE,YinD,etal.Progressinthetumorenvironment⁃responsivenanocarriersforinvivosiRNAdelivery[J].SCIENCECHINA:LifeSciences,2020,50(10):1082-1102.[6]㊀ShiJJ,KantoffPW,WoosterR,etal.Cancernanomedicine:progress,challengesandopportunities.[J].NatureReviewsCancer,2017,17(1):20-37.[7]㊀BinzelDW,GuoSC,YinHR,etal.Rationaldesignforcontrolledreleaseofdicer⁃substratesiRNAharboredinphi29pRNA⁃basednanoparticles[J].MolecularTherapy⁃NucleicAcids,2021,25:524-535.[8]㊀CharbeNB,AmnerkarND,RameshB,etal.SmallinterferingRNAforcancertreatment:overcominghurdlesindelivery.[J].ActaPharmaceuticaSinica.B,2020,10(11):2075-2109.[9]㊀WangJJ,WangYC,WangRF,etal.Targetednanoparticlesforprecisecancertherapy[J].ScienceChinaLifeSciences,2019,62(10):1392-1395.[10]㊀LiuY,XuCF,IqbalS,etal.Responsivenanocarriersasanemergingplatformforcascadeddeliveryofnucleicacidstocancer[J].AdvancedDrugDeliveryReviews,2017,115:98-114.[11]㊀KimB,ParkJH,SailorMJ.RekindlingRNAitherapy:materialsdesignrequirementsforinvivosiRNAdelivery[J].AdvancedMaterials,2019,31(49):1903637.[12]㊀RankAP,KochA.Lab⁃to⁃fieldtransitionofrnasprayapplications⁃Howfararewe?[J].FrontiersinPlantScience,2021,12:755203.[13]㊀NascimentoAV,SinghA,BousbaaH,etal.Overcomingcisplatinresistanceinnon⁃smallcelllungcancerwithMad2silencingsiRNAdeliveredsystemicallyusingEGFR⁃targetedchitosannanoparticles[J].ActaBiomaterialia,2017,47:71-80.[14]㊀AlshaerW,ZureigatH,AIKarakiA,etal.siRNA:Mechanismofaction,challenges,andtherapeuticapproaches[J].EuropeanJournalofPharmacology,2021,905:174178.[15]㊀AntipinaAY,GurtovenkoAA.Towardunderstandingliposome⁃basedsiRNAdeliveryvectors:atomic⁃scaleinsightintosiRNA⁃lipidinteractions[J].Langmuir,2018,34(29):8685-8693.[16]㊀HattoriY,NakamuraM,TakeuchiN,etal.EffectofcationiclipidincationicliposomesonsiRNAdeliveryintothelungbyintravenousinjectionofcationiclipoplex[J].JournalofDrugTargeting,2019,27(2):217-227.[17]㊀WangH,MiaoWJ,WangF,etal.Aself⁃assembledcoumarin⁃anchoreddendrimerforefficientgenedeliveryandlight⁃responsivedrugdelivery[J].Biomacromolecules,2018,19(6):2194-2201.[18]㊀CaoY,HuangHY,ChenLQ,etal.EnhancedlysosomalescapeofpH⁃responsivepolyethylenimine⁃betainefunctionalizedcarbonnanotubeforthecodeliveryofsurvivinsmallinterferingRNAanddoxorubicin[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2019,11(10):9763-9776.[19]㊀XueL,YanYF,KosP,etal.PEIfluorinationreducestoxicityandpromotesliver⁃targetedsiRNAdelivery[J].DrugDeliveryAndTranslationalResearch,2021,11(1):255-260.[20]㊀ElJundiA,MorilleM,BettacheN,etal.Degradabledoublehydrophilicblockcopolymersandtripartitepolyioniccomplexmicellesthereofforsmallinterferingribonucleicacids(siRNA)delivery[J].JournalofColloidAndInterfaceScience,2020,580:449-459.[21]㊀LiJ,LiangH,LiuJ,etal.Poly(amidoamine)(PAMAM)dendrimermediateddeliveryofdrugandpDNA/siRNAforcancertherapy[J].InternationalJournalofPharmaceutics,2018,546(1-2):215-225.[22]㊀MousazadehH,Pilehvar⁃SoltanahmadiY,DadashpourM,etal.Cyclodextrinbasednaturalnanostructuredcarbohydratepolymersaseffectivenon⁃viralsiRNAdeliverysystemsforcancergenetherapy[J].JournalofControlledRelease:OfficialJournalofTheControlledReleaseSociety,2021,330:1046-1070.[23]㊀ChoiB,CuiZK,KimS,etal.Glutamine⁃chitosanmodifiedcalciumphosphatenanoparticlesforefficientsiRNAdeliveryandosteogenicdifferentiation[J].JournalofMaterialsChemistryB,2015,3(31):6448-6455.[24]㊀AhwaziRP,KianiM,DinarvandM,etal.ImmobilizationofHIV⁃1TATpeptideongoldnanoparticles:AfeasibleapproachforsiRNAdelivery[J].JournalofCellularPhysiology,2020,235(3):2049-2059.[25]㊀PineseC,LinJQ,MilbretaU,etal.SustaineddeliveryofsiRNA/mesoporoussilicananoparticlecomplexesfromnanofiberscaffoldsforlong⁃termgenesilencing[J].ActaBiomaterialia,2018,76:164-177.[26]㊀KiisholtsK,K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