基于净电荷可逆调节的微环境敏感型细胞穿膜肽在两亲性载体材料功能化设计中的应用

Lack of specificity is the major obstacle of cell-penetrating peptides (CPPs) for clinical applications. Many approaches have been investigated to confer CPPs with the property of specific accumulation, but no break-through technology has yet to be achieved. Recent years, we designed a pH sensitive histidine-glutamate acid (HE) repeats which could be used for regulate the activity of cell-penetrating peptides. It has also been verified that recombinant peptide, HE-CPP, with adjustable net charge under different pHs could specifically target the mildly acidic environment at tumor tissue, thereby achieving targeted delivery of biomacromolecules. In this project, a series of pH-sensitive mPEG-PLA-based novel drug delivery systems will be designed and engineered on the basis of the theory of HE-CPP. The novel carriers are expected to have different mechanisms of drug delivery and drug release so as to achieve controlled drug release, increased drug internalization, tumor-targeted drug delivery, reduced toxicity and side-effects. The achivement of this project will be meaningful for the application of functionalized peptides in the modification of normal drug carriers.

缺乏特异性是限制细胞穿膜肽(cell-penetrating peptides, CPPs)发展及临床应用的最主要因素。一直以来，研究人员尝试通过多种手段对CPPs赋予靶向性，但至今仍未有突破性进展。近年来，一种pH敏感的组氨酸-谷氨酸（HE）多肽重复序列被报道可用于调控CPPs的穿膜活性，这种基于不同pH条件下净电荷能够可逆调节的重组多肽HE-CPP被证明可以实现生物大分子的肿瘤靶向性传递。本课题将以HE-CPP的构建理论为基础，同时选用一种常见的两亲性载药系统(mPEG-PLA)为模型，旨在通过载体设计构建一系列具有不同递药机制和释药机制的pH敏感型药物传输系统，达到控制药物释放、提高药物摄取、实现肿瘤靶向性、减少毒副反应等效果，并进一步指导功能多肽设计在一般药物载体中的应用。

本研究基于“电荷屏蔽”多肽的设计，通过优化组合，设计了一种简单、智能、高效的难溶性药物递送系统，旨在根据内环境pH 的微弱变化实现对CPP 活性的自动、可逆及快速调节，实现高度肿瘤靶向性。.首先合成了两亲性嵌段共聚物mPEG-PLA。以此聚合物为载体基础，将融合多肽设计与细胞穿膜肽靶向性改造等分子生物学研究成果及其原理应用于构建功能性胶束载体，并通过多种连接方式制备了具有不同释药机制和递药机制的一系列载体，如CPP-PEG-PLA/HE-PEG-PLA (PHPO)、mPEG-PLA-CPP/mPEG-PLA-HE (PHPI)及CPP-HE-PEG-PLA (PHCH)。.其次，本研究中创新性的建立了三种载药多肽修饰混合胶束体系，分别为多西他赛复合胶束（DTX-PHPI/DTX-PHPO），去氧鬼臼毒素聚离子胶束（DPT-PCM）以及紫杉醇复合胶束（PTX/CPP-HE-PEG-PLA）。通过体外细胞实验发现，PHPO及PHCH的内化既是时间依赖也是浓度依赖过程，在酸性条件下能显著增加细胞摄取，PHCH通过网格蛋白介导等多种内化途径入胞，由于多肽中组氨酸的存在，胶束内化进入细胞后通过“质子海绵效应”实现溶酶体逃逸成功释放药物至胞浆。基于MTT实验结果，几种多肽修饰的载体均具有良好的安全性，载药胶束具有更强的肿瘤杀伤作用。小动物活体成像实验证明PHPO及PHCH载药胶束经静脉注射后，将药物定向递送至肿瘤部位，实现肿瘤靶向。体内药效学实验结果表明，PHPO及PHCH载药胶束显著地抑制肿瘤的生长，延长荷瘤鼠的生存期，且对正常组织无明显毒副作用。体内药动学研究表明，PHPO胶束通过表面电荷掩蔽作用，能明显延长消除半衰期，达到长循环作用，提高了生物利用度。.本研究表明HE-CPP能应用于一般药物载体系统，极大地拓展了HE-CPP的应用范围，具有很好的应用前景。