上海交大Angew. Chem. Int. Ed.：交联的核酸纳米凝胶用于有效的siRNA递送和抗肿瘤治疗

【引言】

RNA干扰（RNAi）技术是通过改变siRNA序列来抑制基因表达并治疗难治性疾病的工具。然而，无毒有效的siRNA递送载体的缺乏阻碍了RNAi疗法的临床应用。在过去的几十年中，基因递送在开发病毒和非病毒载体方面取得了巨大进展，但仍然存在重大挑战。病毒载体可以有效地转染带有靶基因的细胞，但其免疫原性和致突变毒性存在极大的隐患。非病毒载体（例如：胶束、脂质体、和无机纳米粒子）可以在体外和体内传递siRNAs，却也面临着效率和安全性问题。作为最常用的非病毒载体，胶束和脂质体由阳离子聚合物和脂质组成，可以通过静电相互作用有效地压缩siRNA并将它们递送到靶细胞中，所获得的基因沉默功效与这些载体的阳离子性质密切相关。载体的阳离子电荷越高，越能有效地将siRNA缩合并随后使靶基因的表达沉默，但是随着阳离子材料的毒性增强也会出现严重的副作用。此外，阳离子纳米颗粒可与血浆中带负电荷的蛋白质产生强烈的相互作用，导致纳米载体不稳定和循环中的快速清除，降低了RNAi的治疗功效。因此，寻求siRNA递送载体还有漫长的道路。

【成果简介】

近日，上海交通大学张川特别研究员（通讯作者）等人研究发现了交联的核酸纳米凝胶用于有效的siRNA递送和抗肿瘤治疗。功能性siRNAs被用作交联剂以引导DNA连接聚己内酯（DNA-g-PCL）刷的自组装，通过核酸杂交形成纳米级球形水凝胶，其中siRNA被完全包被并用于全身性递送。由于内部存在多价相互交联，尺寸可调的交联纳米凝胶不仅具有良好的热稳定性，而且具有显着的生理稳定性，能够抵抗酶降解。作为具有球形核酸（SNA）结构的新颖的siRNA递送系统，交联的纳米凝胶可协助将siRNAs递送到不同的细胞中，并且在体外和体内均实现有效基因沉默，达到抗癌治疗中的肿瘤生长抑制。该成果以“A Crosslinked Nucleic Acid Nanogel for Effective siRNA Delivery and Antitumor Therapy”为题于2018年2月22日发表在期刊Angewandte Chemie-International Edition上。

【图文导读】

图1. 纳米凝胶的细胞摄取和表征

A）通过0.5％琼脂糖凝胶电泳表征纳米凝胶；

B）纳米凝胶的AFM图像；

C）不同尺寸的纳米凝胶的DLS分析；

D）在不同培养时间下，FAM标记的siRNA-L和纳米凝胶的细胞摄取的流式细胞术分析（FAM浓度：3μm）；

E）在不同时间用FAM标记的siRNA-L培养的HeLa细胞和纳米凝胶的CLSM图像，细胞核用DAPI染色（比例尺为30 μm；FAM浓度：3μm）。

图2. 体外基因沉默

A）用不同剂量的nanogel-siEGFP培养的U2OS⋅EGFP细胞的流式细胞荧光强度；

B）用不同剂量的纳米凝胶-siEGFP转染的U2OS⋅EGFP细胞的荧光显微镜图像（比例尺为100 μm）；

C）用含抗EGFP siRNA（浓度为100nm）的不同制剂处理后，U2OS⋅EGFP细胞中EGFP表达的蛋白质印迹分析；

D）用含抗PLK1 siRNA（浓度为100nm）的不同制剂处理后，MDA-MB-231细胞中PLK1表达的蛋白质印迹分析。

图3.体内基因沉默和体内抗肿瘤活性

A）静脉注射抗PLK1 siRNA的不同制剂后，记录MDA-MB-231异种移植荷瘤小鼠的肿瘤体积（每组n = 3）；

B）在第12天收获的肿瘤的图像。1-5分别为：盐水、裸露的siPLK1、纳米凝胶-SiScram、lipo2000-siPLK1、纳米凝胶-SiPLK1（比例尺为1cm）；

C）最后一次注射后24小时收集肿瘤组织，肿瘤组织中PLK1蛋白质表达的蛋白质印迹分析；

D）裸体siPLK1、Lipo2000-siPLK1、Nanogel-siPLK1的药代动力学，用FAM标记siRNA。

E）分别用Cy5.5标记的裸露siPLK1、Lipo2000-siPLK1、Nanogel-siPLK1处理的小鼠，注射后24小时小鼠不同组织的荧光图像。 1-6分别为：肿瘤、心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏。

【小结】

研究通过将DNA连接到PCL骨架上合成完全水溶性的DNA-g-PCL刷，通过核酸杂交进一步组装交联的纳米凝胶。它具有可调整的尺寸、良好的生理稳定性，包被siRNA的纳米凝胶表现出对RNA酶降解的抵抗力，可增强的细胞摄取以及更有效地将siRNA递送至肿瘤位点，实现体外和体内有效的基因沉默。除了PLK1之外，通过简单地改变siRNA序列，可以使用这种新的递送系统来调节其他疾病相关基因。此外，还可将功能性核酸（例如，miRNA，mRNA，长非编码RNA），蛋白质和活性靶向配体引入交联纳米凝胶中以扩展其能力或改善生物医学应用。

文献链接：A Crosslinked Nucleic Acid Nanogel for Effective siRNA Delivery and Antitumor Therapy （Angew. Chem. Int. Ed.，2018，DOI: 10.1002/anie.201711242）

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