阳离子脂质体的转染机制（舜纳纳米核酸递送载体技术）_公司新闻

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阳离子脂质体的转染机制（舜纳纳米核酸递送载体技术）

人阅读发布时间：2020-12-28 00:09

在将外源基因引入细胞的过程中，DNA会被体内的核酸酶降解，在未进入靶细胞，甚至未达到靶器官时便降解成小分子核苷酸，从而失去治疗作用。为了在体内运输过程中更好地保护治疗基因，可以将其与基因载体结合，一个合格的基因载体是基因治疗成功的有力保障。因此，基因载体的开发对基因治疗的发展尤为重要，它的有效开发将推动基因治疗向常规治疗方法的转变。目前用于临床的基因载体大致分为病毒载体和非病毒载体两类。病毒载体转染效率高，但存在很严重的安全问题，且目的基因容量小，制备复杂，成本高，不能体内反复使用；非病毒载体具有低毒、低免疫反应，外源基因整合几率低、无基因插入片段大小限制，以及使用简单、制备方便、便于保存和检验等优势，但其转染效率普遍偏低。

脂质体在所有已用于临床试验的基因载体中仅次于病毒载体居第二位，是最有发展前景的非病毒载体。在多种类型的脂质体(如阴离子脂质体、免疫脂质体、pH敏感脂质体、空间稳定化脂质体等)中，由于阳离子脂质体对阴离子型聚电解质阴离子敏感，对带负电荷的DNA有较高的转运能力，还能转运RNA、核糖体及其他大电荷的分子和大分子物质进入细胞，其转染效率比其它脂质体高出许多倍，因而被广泛应用于基因转移技术中。

1　阳离子脂质体的结构
阳离子脂质体分子主要由三部分构成：阳离子头部，连接键和疏水烃尾。带正电的阳离子脂质体分子头部与带负电的DNA的磷酸根之间存在静电引力，是阳离子脂质体DNA复合物形成的主要作用力。连接键是脂质体分子的重要组成部分，直接影响脂质体分子的化学稳定性及生物降解性，是转染效率高低以及细胞毒性大小的重要影响因素。疏水尾部大致有两种：一种是两条脂肪链，另一种是胆固醇，它们对形成稳定的双分子层十分重要。

2　阳离子脂质体介导基因转移的主要机制
阳离子脂质体介导基因转移的主要过程如下：首先，阳离子脂质体与带负电的DNA分子通过静电作用形成阳离子脂质体DNA复合物，由于阳离子脂质体过剩，复合物带正电；然后，带正电的阳离子脂质体DNA复合物由于静电作用吸附于带负电的细胞膜表面，然后通过与细胞膜融合或胞吞作用进入细胞；最后，阳离子脂质体DNA复合物在细胞内发生分离，阳离子脂质体连接键断裂形成小分子再通过新陈代谢排出细胞，而基因进一步被传递到细胞核内，并在细胞核内转录和翻译，最终产生目的基因编码的蛋白质。下面对这个过程进行具体阐述。

2.1　阳离子脂质体DNA复合物的形成 和其他类型的脂质体不同，阳离子脂质体并不将DNA包裹在其脂质双分子层中，只需将二者直接混合即可得到一种稳定的复合物———lipoplexes，因此，阳离子脂质体DNA复合物的形成不受DNA体积大小限制。
阳离子脂质体DNA复合物的平均粒径大小受阳离子脂质体和质粒DNA所带电荷比影响，正负电荷比越大，形成复合物的粒径也越大。Zabner等和Gerschon等用电镜发现，形成的阳离子脂质体DNA复合物具有多种不同的构型，至今尚不能确定哪一种构型最有利于有效的基因转染，这也许是阳离子脂质体转染基因效率不够稳定的原因之一。

2.2　阳离子脂质体DNA复合物进入细胞 阳离子脂质体DNA复合物在抵达目的细胞之前，到人体内很多其它组分的影响。例如，血浆中的核酸酶能引起复合物分解，使DNA提前从复合物中释放出来，从而降低转染效率。一些带阴离子的细胞外物质(如肝素)与阳离子脂质体结合，或者一些带阳离子的细胞外物质与带负电的DNA结合，也容易使复合物分解，降低转染效率。如果能够在阳离子脂质体分子上连接靶向性基团，使其快速集中地富集在目的细胞周围，将有效降低这些不利因素对转染效率的影响。顺利抵达目的细胞后，阳离子脂质体DNA复合物通过静电作用吸附在细胞膜上，复合物进入细胞的模式与具体的复合物结构和细胞类型有关。目前已提出的主要有三种模式：(1)直接与细胞膜融合：Felgner等将细胞与用碱性蕊香红标记的DOTMA、DOPE与DNA复合物一起培养，发现细胞膜表面分布有荧光标记物，有力地证明了该模式的可能性；(2)通过细胞内吞作用进入，随后与核内体膜发生融合：Zabner等用电子显微镜技术研究发现DMRIEDOPEDNA复合物主要通过细胞内吞机制进入COS细胞和Hela细胞。(3)通过细胞质膜上形成的小孔进入：由于基因转染需要较长的时间，有人提出了阳离子脂质体DNA复合物可能通过细胞膜上形成的小孔而进入细胞，此模式尚需进一步实验证实。

2.3　阳离子脂质体DNA复合物进入细胞核 阳离子脂质体DNA复合物进入细胞后首先会与核内体融合，但只有复合物从核内体中脱离后，才能将DNA释放出来，从而起到治疗作用。有人发现，脂质体的可溶性和细胞内的pH值对复合物和核内体分离起重要作用。当阳离子脂质体DNA复合物从核内体中脱离后，细胞通过细胞质中的微管网状结构或肌动蛋白微丝等主动转运系统将含DNA的微粒系统转移至细胞核周围^[14]。随后，DNA从复合物中分离出来，对于处于有丝分裂期的细胞，由于核膜破裂，DNA很容易进入细胞核；但对于非分裂期的细胞，小分子DNA可以通过核孔进入，而大于70kD的大分子DNA，只有通过细胞核的主动转运系统进入。

3　阳离子脂质体的发展方向
理想的基因载体应该在有效性和安全性上都能满足基因治疗的要求。阳离子脂质体用于基因治疗时，相对于其它的非病毒载体，在转染效率上有明显的优势；而与病毒载体比较时，其安全性又是一大优点。为了提高阳离子脂质体的转染效率，可以在合成和应用两个阶段入手。在合成方面，目前人们的研究大多集中在了针对不同的靶细胞寻找高选择性的靶向性配体方面；也有人另辟蹊径，在脂质体结构中引入含有多个氨基或者亚氨基的基团(如含有咪唑基的组氨酸)^[37，38]，利用其质子海绵效应使阳离子脂质体DNA复合物更容易从核内体中脱离出来，在提高转染效率方面颇有成效。在应用方面，将阳离子脂质体和病毒载体混合使用，使非病毒载体的安全性和病毒载体的高效性相结合，也取得了一定进展。随着生物化学和分子生物学的不断发展，阳离子脂质体转染基因机制的研究将不断深入，我们可以根据不同的治疗要求在已有的阳离子脂质体中进行选择或者设计合成新的阳离子脂质体，以达到良好的治疗效果。欢迎关注我们的科研产品Cas9编辑基因阳离子囊泡（SN-NP-R51）

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   使用周期：6-12个月

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