[发明专利]一种聚乙烯亚胺衍生物及其作为基因传递的载体

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子聚合物，具体地说，涉及一种聚乙烯亚胺衍生物及其作为基因传递的载体。

背景技术

基因治疗是指通过适当的载体将目的遗传物质导入特定组织细胞(靶细胞)内进行适当的表达，替代或纠正自身基因结构或功能上的错乱，杀死病变细胞或增强机体清除病变细胞的能力等，从而达到治疗目的。现代基因技术和人类基因组工程图谱的完成为采用基因分子生物学方法治疗各类疾病提供了广阔的前景。基因治疗的研究已经深入医学研究的各个领域，成为当今最活跃的生物高技术领域之一。

由于核酸物质易被核酸酶水解且带大量负电荷而不利于细胞吞噬，因此，基因治疗的关键是载体材料的选择。研究和开发具有高效安全和组织特异性的基因传递体系成为制约基因治疗发展的瓶颈问题之一。

目前研究的基因载体可以分为两大类：病毒载体和非病毒载体。病毒载体包括反转录病毒、腺病毒、腺相关病毒和单纯疱疹病毒等。在多数情况下，病毒载体的转染效率高，但存在毒性、免疫原性及严重的安全性等问题，限制了其在临床治疗中的应用。而非病毒载体由于容易制备、运输、储藏，且安全、有效、无免疫原性等优点，已引起越来越多专家学者的注意。

将目的基因连接在表达的质粒或噬菌体中直接注射而不依赖其它物质的介导，是最简单的非病毒载体系统。电穿孔(electroporation)技术和微粒子轰击法(microparticle bombardment，此法也称作基因枪)的出现，大大提高了裸DNA的转染效率，而且避免了各种酶对DNA的降解，但是对于解剖学上不能进入的部位如器官里的实体瘤，给予裸DNA是无效的。因而出现了更多的非病毒类载体，主要分为阳离子脂质体和阳离子聚合物。

(1)阳离子脂质体

阳离子脂质体是一种人工制备的携有双层膜的磷脂质小囊，自从Felgner等科学家于1987年首次发现脂质体具有转移基因的作用后，大量的阳离子脂质体被改良后用于基因的转移。这些脂质体主要区别在于它们所带电荷及细微结构的不同。当把目的DNA与这种脂质体混合后，DNA就会浓缩并与之形成较稳定的脂质体DNA复合物(lipoplex)。由于脂质体具有类似生物膜的性质，因此当脂质体DNA复合物与细胞膜接触后，通过胞吞作用而进入胞内。除了较高的转染效率，脂质体没有免疫原性，细胞毒性小，也易于制备，因此阳离子脂质体已成为现今用于基因转移的最常用载体之一。

(2)阳离子聚合物

人工合成或者天然形成的阳离子聚合物是另外一种已经被广泛用于基因转移的物质。阳离子聚合物是一种新型的非病毒类基因传递系统，在基因治疗领域中有广阔的应用前景。多聚赖氨酸(PLL)是第一个被用于体内基因转移的阳离子聚合物，此后越来越多的线型或树型的阳离子聚合物被用于体内外的基因转移。其中主要包括人工合成的如聚乙烯亚胺(polyethyleneimine，PEI)，树型聚酰胺，以及天然高分子壳聚糖等。

阳离子聚合物与DNA形成的复合物(polyplexes)是借助于简单的静电作用，而阳离子脂质体与DNA形成的复合物(lipoplexe)除静电作用外，还包括磷脂分子间的疏水作用以及其它的引力和斥力。因此polyplexes比lipoplexes具有更大的可变性，表现在可以通过对阳离子聚合物的结构修饰来改变它的理化性质、提高转染效率、增加稳定性和靶向性。

在聚阳离子非病毒基因载体中，PEI由于具有较高的转染效率，一直都是研究热点之一。PEI分子中每两个碳原子就相应有一个可以质子化的氮原子，由于这些氮原子构成的伯胺、仲胺和叔胺基团的pKa值不同，使PEI具有好的吸收质子的能力，产生所谓的质子海绵效应。这一特性使PEI能在内涵体的酸性环境中吸收H⁺和反离子，使内涵体内的渗透压增高，导致膜不稳定甚至破裂，从而使被吞噬的复合物逃逸出来，避免DNA降解，实现较好的转染效率。

但是一般来讲，PEI的转染效率与其分子量有关，有研究表明当其分子量小于2000时，就几乎没有转染效果，随分子量的增大，PEI的转染效率会显著增强，但是其毒性也会显著增加。以商品化的PEI25k(M_w＝25000Da)为例，PEI25k是高效的转染试剂，经常用于转染实验的阳性对照，但是其毒性也非常大，只能低N/P下使用，限制了它们的应用。一般认为，PEI较高的毒性是由于其分子中高密度的胺基含量所导致的。并且，PEI不具有生物降解性，也不具有靶向性，这些缺陷制约了PEI的应用。为此，许多研究者对PEI进行结构修饰，开发了各种衍生物，取得了良好的效果。