ROS响应的siRNA自递送系统的构建及应用

Developing stimuli-responsive and intelligent delivery system for nucleic acid based on the tumor microenvironment, has been regarded one of the hot topics in chemical biology. However, up to now, most of the siRNA delivery methods rely on additional vectors to achieve, and there are few reports on self-delivery systems based on covalently modified siRNAs. The siRNA self-delivery system with ROS (reactive oxygen species) response has not been reported in the literature. It is proved that the concentration of ROS in cancer cells is higher than normal cells. In this project, based on the chemical reaction of 2' and 3'-dihydroxyl group on the 3' terminal ribosomal ring of siRNA, we introduce liposome borate conjugate to achieve siRNA borate, which serve as an endogenous ROS responsive “siRNA self-delivery system”. On the one hand, it can effectively improve the stability of siRNA, on the other hand, it does not need to add additional carriers. This application will also study in detail the level, structure-activity relationship and mechanism of silencing of Survivin gene by siRNA self-delivery system. Through this study, we will provide a new method for construction of stimuli-responsive delivery system for siRNA.

基于肿瘤微环境的特点，构建可控智能型核酸递送体系一直是化学生物学研究的热点之一。但是截至目前siRNA的转运方法大多是依靠额外的载体来实现的，基于共价键修饰的siRNA自传递系统的报道较少，具有ROS响应的siRNA自传递系统更是未见文献报道。鉴于肿瘤细胞中活性氧簇（ROS）较高，本申请拟通过化学修饰将脂质体硼酸缀合物与siRNA 3’末端中核糖环上2’和3’邻二羟基反应形成硼酸酯，构建具有内源性ROS响应的siRNA自递送系统，一方面可以有效的提高siRNA的稳定性，另一方面也无需添加额外的载体；本申请还将详细研究siRNA自递送系统对Survivin基因沉默的水平、构效关系及作用机理，为开发新型可控以siRNA递送为基础的RNAi研究提供新的思路。

本项目在研究计划的基础上，围绕研究目标，进行了多层次、系统性的研究，得到了系列原创性成果。针对ROS响应型核酸/药物递送体系，根据前期探索结果对原设计进行了合理优化，合成了多个系列的阳离子脂质缀合分子库用作纳米递送载体，在核酸、蛋白、小分子化学药物的递送及相应的基因/免疫治疗方面发挥了优良的性能。脂质载体材料包括基于大环多胺及其锌配合物的阳离子脂质、基于Zn-DPA的可降解脂质、基于萘二酰亚胺的荧光响应型脂质等。此外，亦对阳离子聚合物类核酸递送载体进行了合理设计和性质考察。对这些材料用于活性生物分子递送及体内治疗应用进行了较为深入的研究，为抗炎、抗肿瘤治疗提供了新的思路和手段。如发现基于Zn-DPA的ROS响应降解型脂质可通过抗炎siRNA传递和ROS消耗策略协同治疗结肠炎；含硫缩醛的ROS响应型含氟侧链聚合物具有优良的基因递送性能；海藻酸钠掺杂的多元聚合物纳米粒可实现多种基因的共递送；理性设计的还原响应型聚合物可用作肿瘤化疗药物的前药等。同时，还对材料化学结构进行了深入构效关系研究，揭示了Zn配位有效促进基于大环多胺cyclen的基因递送材料的转染效率的机制。另一方面，我们在荧光骨架的构建方面做了系列原创性工作。报道了一种基于嘌呤核分子转子的新型分子转子系列，该系列分子转子可以方便地合成，并显示出颜色可调的发射。还构建了多种新型的近红外荧光平台，对溶酶体具有良好的溶解性和内在的靶向性。以上成果相辅相成，具有可融合性和深入研究的潜力。在本项目资助下，发表研究论文53篇，培养了博士生和硕士生各4名。