基因治疗是近年来生命医学中的研究热点. 临床基因治疗的关键挑战在于如何高效、安全地将核酸递送到细胞或组织中. 现有的基因载体中, 阳离子高分子具有无免疫原性, 易大规模制备, 易化学改性, 可实现对特异细胞的选择性递送等优点, 已成为基因载体的重要候选材料. 阳离子高分子主要通过静电相互作用与核酸形成转染复合物. 但是, 这类复合物在生理条件下不稳定: 对复合物溶液稀释, 会导致其解离; 而蛋白质等生物大分子的存在易导致复合物团聚, 这些不稳定行为都会导致复合物失去转染性能. 此外, 阳离子高分子的基因递送效率远远低于病毒类载体, 往往达不到临床基因治疗的需求.

  针对这些问题, 华东师范大学程义云课题组发展了一类含氟高分子基因载体, 借助含氟烷基链的疏水、疏油特性来提高转染复合物的生物稳定性以及基因转染性能. 这些含氟高分子载体表现出如下特点(图1): 

• (1)转染效率高, 可达95%, 接近病毒类载体;

• (2)材料用量少，相对于传统阳离子高分子来说, 它的材料用量降低了5倍以上;

• (3)具有良好的生物稳定性, 可在高达50%, 甚至70%的血清溶液中保持高转染性能. 

  由于含氟高分子优异的基因递送性能, 目前已经成为高分子基因递送领域的一个研究热点. 

  近日, 程义云研究员应邀撰写了含氟高分子基因载体的特约专论, 并被选为封面文章. 专论系统地评述了含氟高分子基因载体的研究进展, 介绍了含氟高分子的基因递送性能、作用机理以及在基因治疗、基因编辑中的应用, 并对含氟高分子载体的未来发展进行了展望. 重点论述了含氟高分子在基因递送过程中展现的氟效应.

图1  含氟高分子具有优异的基因递送性能, 可在极低的氮磷比(N/P)条件下实现高效转染.

  含氟高分子的氟效应主要体现在以下几个方面: (1)含氟功能基团如含氟烷基链、含氟芳香化合物等显著改善了高分子的细胞内吞、内涵体逃逸、胞内核酸释放、抗血清性能等环节, 从而使含氟高分子具有高转染效率(图2).

图2  含氟高分子能够同时克服基因递送过程中的多个屏障.

  (2)含氟功能基团间的亲氟效应有助于稳定高分子/核酸复合物，从而在极低的氮磷比条件下实现高效转染(图1、图2).

  (3)含氟高分子具有优异的自组装性能, 这一特性可用于解决高分子转染效率对高分子量和高氮磷比的依赖, 所制备的含氟高分子组装体兼具脂质体和高分子类载体的优点(图3).

图3  含氟高分子具有优异的自组装性能, 所形成的组装体兼具高分子和脂质体类基因载体的优点, 在细胞、三维组织以及动物体内均具有高性能.

  (4)相对于碳氢基烷基链, 含氟烷基链接枝的高分子实现高效转染所需的烷基链长度更短, 由于其疏水、疏油的特点，含氟高分子不容易和细胞膜中磷脂分子发生融合, 在细胞膜中的滞留时间短, 相应的细胞摄入水平更高, 细胞毒性更低(图4).

图4  含氟高分子与传统烷基链改性的高分子的性能对比, 以及在细胞膜磷脂环境中的稳定性差异.

  近3年来, 含氟高分子基因载体已发展成为一类具有优异性能的新材料, 基于含氟高分子的转染试剂TransExcellent®已经实现了商品化. 这些含氟高分子载体的氟效应不依赖于聚合物的化学组成、拓扑结构和分子量(图5). 通过结构改性或单体共聚制备的含氟高分子在体外、体内均可以实现高转染性能. 随着含氟高分子载体的进一步发展, 相信会催生可替代现有基因、蛋白质递送技术的新材料. 这类具有独特理化性质和功能的高分子材料会越来越多地在基因治疗、基因编辑、免疫治疗、T细胞治疗等领域发挥重要的作用.

图5  含氟高分子基因载体的氟效应具有普适性.

  链接地址：http://www.gfzxb.org/CN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=14857

  DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.17095