穿膜肽介导的视网膜内核酸递送系统的研究

作     者：刘婉琴 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姚凯

授予年度：2022年

学科分类：1002[医学-临床医学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 100212[医学-眼科学] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

主      题：非病毒载体 穿膜肽 基因治疗 视网膜疾病 

摘      要：背景:遗传性视网膜疾病（Inherited Retinal Degenerations,IRDs）是一组由遗传性基因突变引起的眼部疾病,在世界范围内引起人们视力降低甚至失明。随着近几年来对核酸及基因药物的深入研究,人们发现用CCPs（Cell-penetrating peptides）改造传统非病毒载体（表面电荷、粒径和两亲性等理化性质）,不仅能够提高基因载体穿膜效率,还能减少高剂量用药引起的细胞毒性问题。目前已经发展出了多种不同的穿膜肽CPPs的改造策略,包括开发一些在不同分子量或支链程度的聚乙烯亚胺上修饰连接的纳米复合物等,被认为可以应用到各种遗传性疾病的基因治疗中去,但事实上,这些纳米复合物在视网膜疾病上的治疗效果还有待提高。目的:我们试图构建一种穿膜肽（89W）介导的非病毒眼部核酸递送系统,以期实现视网膜内安全高效的核酸药物递送,本研究扩展了非病毒载体在眼部基因治疗中的应用,为今后开发有效的靶向治疗方法奠定基础。方法:文章第一部分对合成的穿膜肽89W的穿膜效果进行了体内和体外评价,首先在穿膜肽的细胞内化实验和细胞毒性实验中初步筛选出了无毒高效的89W作用浓度和时间,然后在其他三种细胞系中验证了该条件下89W的内化效果,最后在小鼠体内证明89W是否能够穿透细胞膜进入视网膜各层;第二部分实验分别对89W和BPEI（polyethylenimine branched）在细胞内的核酸递送能力进行评价,并检测了不同浓度下BPEI的细胞毒性;第三部分利用绿色荧光蛋白质粒（pGFP）、穿膜肽89W,以及25KD的分枝状聚乙烯亚胺（BPEI）设计并制备了不同比例的89W@BPEI/pGFP复合物,并对其进行了氮磷比筛选和物理性质表征;第四部分结合前面筛选的实验条件和复合物性质,在体外评估了不同比例的89W修饰对BPEI质粒转染和基因敲降效果的影响,并对89W@BPEI复合物在小鼠视网膜内的核酸递送效果进行了验证。结果:首先在体外筛选得到了89W的无毒高效的穿膜条件,即在89W浓度3?M,处理时间10 h条件下89W不会表现出细胞毒性,并且表现出良好的穿膜效率,体内实验也进一步证明89W能够穿透细胞膜进入视网膜。随后我们检测了细胞内89W的核酸递送能力,发现在无细胞毒性条件下其质粒转染能力较差,而把转染效率相对较高的BPEI的浓度提高又会表现出明显细胞毒性。BPEI和89W在细胞毒性和转染效率上具有互补性的特点,引导我们考虑用89W修饰的BPEI（89W@BPEI）递送核酸药物至视网膜。然后通过设计89W@BPEI在质粒递送过程中89W和BPEI的比例及琼脂糖凝胶电泳实验筛选,我们得到各级复合物电荷性质发生临界改变的氮磷比,初级复合物BPEI/pGFP中电荷性质发生临界改变的氮磷比中BPEI:pGFP=1:1,次级复合物89W@BPEI/pGFP中电荷性质发生临界改变的氮磷比是89W:BPEI:pGFP=2:1:1,并且进一步物理表征表明89W虽然会增大复合物粒径,但BPEI能够起到降低粒径的作用。最后结合89W穿膜特性和89W@BPEI的物理性质,我们在不同细胞系中发现89W能够有效提高BPEI的质粒转染和基因敲降效果,并且体内实验也证明,89W@BPEI能够有效将siRNA递送至小鼠视网膜内。结论:本文通过体内外实验筛选得到一种无毒高效的视网膜内核酸递送系统（89W@BPEI）,初步研究表明其具有递送遗传性视网膜疾病核酸药物的潜力。