本發(fā)明涉及基因治療技術(shù)領(lǐng)域,具體是一種miR-214納米基因復(fù)合物及其制備方法、應(yīng)用。
背景技術(shù):
結(jié)直腸癌是人類最常見的惡性腫瘤之一,且發(fā)病率逐年上升。超過60%的結(jié)直腸癌患者都會(huì)出現(xiàn)肝轉(zhuǎn)移,其中約10%~25%的患者首診時(shí)就已經(jīng)存在肝轉(zhuǎn)移(同時(shí)性肝轉(zhuǎn)移),可見肝轉(zhuǎn)移是結(jié)直腸癌主要的死亡原因之一。為了能夠有效治療結(jié)直腸癌、降低肝轉(zhuǎn)移發(fā)生的機(jī)率,基因治療已經(jīng)成為越來越受到重視的治療方法。
miRNA是小分子非編碼RNA家族的重要成員,許多研究表明,miRNA表達(dá)譜在惡性腫瘤中會(huì)發(fā)生改變。如果能夠通過基因治療的方法,改變腫瘤中miR-214的基因的表達(dá),這將為結(jié)直腸癌的治療提供新的思路。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明公開一種miR-214納米基因復(fù)合物及其制備方法和應(yīng)用,以通過基因治療降低結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的發(fā)生。
第一方面,本發(fā)明公開一種miR-214納米基因復(fù)合物,所述miR-214納米基因復(fù)合物是聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇-DNA納米基因聚合物,其中DNA是嵌有miR-214的DNA。
在本發(fā)明中,miR-214是miRNA-214,嵌有miR-214的DNA可通過商業(yè)購買得到,也可通過本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)手段制得,例如通過基因修飾技術(shù)將miR-214嵌入到DNA中。嵌有miR-214的DNA材料屬于現(xiàn)有技術(shù),在本發(fā)明中不作進(jìn)一步描述。
進(jìn)一步地,所述miR-214納米基因復(fù)合物是通過將聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物與嵌有miR-214的DNA進(jìn)行孵育得到的。
進(jìn)一步地,所述聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物是以聚乙烯咪唑?yàn)榇蠓肿右l(fā)劑,通過開環(huán)聚合反應(yīng)合成聚天冬氨酸主體化合物,通過化學(xué)連接將膽固醇分子引入所述主體化合物末端,再通過氨解反應(yīng)及化學(xué)鏈接將胱胺和R8多肽引入所述主體化合物主體的側(cè)鏈形成的。
其中,R8多肽是指具有八個(gè)精氨酸的多肽結(jié)構(gòu),可以通過商業(yè)購買獲得,例如R8多肽可購自于上海吉爾生化有限公司。
第二方面,本發(fā)明公開一種上述miR-214納米基因復(fù)合物的制備方法,包括以下步驟:
制備聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液;
將所述聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液與嵌有miR-214的DNA溶液進(jìn)行孵育,通過靜電作用力形成所述納米基因復(fù)合物。
進(jìn)一步地,在所述納米基因復(fù)合物的制備方法中,制備聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液的步驟為:將所述聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶解在二甲基亞砜中,得到濃度為5mg/mL的母液,再用pH為5.2、濃度為25mM的乙酸鈉緩沖液稀釋,得到濃度為1mg/mL的所述聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液;所述聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液與所述DNA溶液的孵育時(shí)間為30min。
第三方面,本發(fā)明公開一種上述miR-214納米基因復(fù)合物的應(yīng)用,所述miR-214納米基因復(fù)合物用于制備預(yù)防癌癥和/或治療癌癥的藥物。
進(jìn)一步地,所述癌癥是結(jié)直腸癌和/或結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移。
第四方面,本發(fā)明公開一種具有預(yù)防結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移和/或治療結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移功能的藥物,所述藥物包含上述的miR-214納米基因復(fù)合物。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具備以下有益效果:
第一,本發(fā)明中的miR-214納米基因復(fù)合物能夠改變結(jié)直腸癌中miR-214基因的表達(dá),通過上調(diào)miR-214的表達(dá)來抑制細(xì)胞的增殖,轉(zhuǎn)移,侵襲以及體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)和向肝臟的轉(zhuǎn)移,可有效減少結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移的發(fā)生。
第二,本發(fā)明的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物具有較高的自組裝能力及穩(wěn)定性,其自組裝形成的納米基因載體具有較強(qiáng)的跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力,能夠提高DNA分子的核靶向能力,使得納米基因載體具有高效的體內(nèi)外基因轉(zhuǎn)染效率。
本發(fā)明的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物分子結(jié)構(gòu)中末端具有膽固醇基團(tuán)沒能夠增強(qiáng)該高分子聚合物的自組裝能力及穩(wěn)定性。該高分子聚合物自組裝形成納米基因載體后,由于納米基因載體的聚乙烯咪唑片段中具有咪唑環(huán)基團(tuán),其不僅可以提高該納米基因載體的質(zhì)子緩沖作用,還可以實(shí)現(xiàn)其表面電位在腫瘤部位由負(fù)向正的翻轉(zhuǎn),從而增強(qiáng)了該納米基因復(fù)合物的跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力。這主要是由于咪唑環(huán)基團(tuán)的pKa值為6.5,具有在弱酸性環(huán)境中質(zhì)子化的特性。這一特性一方面可以使納米基因載體在進(jìn)入溶酶體后,通過質(zhì)子緩沖作用逃離溶酶體,避免核酸分子在溶酶體中被降解;另一方面,咪唑環(huán)的質(zhì)子化作用可使納米基因載體在弱酸性的腫瘤微環(huán)境中實(shí)現(xiàn)表面電位由負(fù)向正的翻轉(zhuǎn),從而增強(qiáng)了納米載體與細(xì)胞膜的相互作用及其跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力。
R8多肽通過二硫鍵連接在聚合物的側(cè)鏈,可使納米基因載體在溶酶體中經(jīng)谷胱甘肽(GSH)還原后快速釋放出DNA分子,而被釋放的DNA分子可繼續(xù)與R8多肽結(jié)合,并通過R8多肽與核定位信號(hào)蛋白的結(jié)合能力,提高DNA分子的核靶向能力,從而最終使該納米基因載體具有高效的體內(nèi)外基因轉(zhuǎn)染效率。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明制備例中聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物的氫核磁譜圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例miR-214納米基因復(fù)合物對(duì)腫瘤細(xì)胞克隆形成、侵襲和轉(zhuǎn)移能力的影響。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例miR-214納米基因復(fù)合物用于治療結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的效果。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
除非特別說明,以下實(shí)施例所述試劑和材料均為市購。
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種miR-214納米基因復(fù)合物及其制備方法、應(yīng)用,能夠降低結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的發(fā)生。以下進(jìn)行結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
制備例
本制備例提供一種高分子聚合物,該高分子聚合物為聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物,其制備方法包括如下步驟:
合成聚乙烯咪唑(PVIm):以偶氮二異丁腈為引發(fā)劑,半胱胺為鏈轉(zhuǎn)移引發(fā)劑,乙烯基咪唑?yàn)閱误w,通過自由基聚合合成理論分子量為5000的聚乙烯咪唑。
合成N-羧基-L-天冬氨酸-芐脂-環(huán)內(nèi)酸酐(BLA-NCA):采用Fuchs-Farthing法進(jìn)行N-羧基-L-天冬氨酸-芐脂-環(huán)內(nèi)酸酐的合成。具體步驟如下:稱取摩爾比為1:2.5的L-天冬氨酸-芐脂和三光氣溶于無水四氫呋喃以形成反應(yīng)液,在50攝氏度、氮?dú)獗Wo(hù)下攪拌0.5-1h。當(dāng)反應(yīng)液澄清透亮?xí)r,滴加入無水正己烷,直至反應(yīng)液中出現(xiàn)白色沉淀并迅速消失。將反應(yīng)液置于-20攝氏度冰箱靜置過夜,通過重結(jié)晶得到N-羧基-L-天冬氨酸-芐脂-環(huán)內(nèi)酸酐的粗產(chǎn)物。將粗產(chǎn)物溶于無水乙酸乙酯,過濾,將濾液滴加入無水正己烷中進(jìn)行重沉淀,重復(fù)2次后真空干燥得到N-羧基-L-天冬氨酸-芐脂-環(huán)內(nèi)酸酐。
合成聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂(PVIm-PBLA):以聚乙烯咪唑?yàn)榇蠓肿右l(fā)劑,以N-羧基-L-天冬氨酸-芐脂-環(huán)內(nèi)酸酐為單體,通過開環(huán)聚合反應(yīng)合成聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂。
合成聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂-膽固醇(PVIm-PBLA-Cholesteryl):將合成好的聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂溶于無水四氫呋喃與無水二甲基亞砜的混合溶劑中,形成第一混合溶液,其中無水四氫呋喃與無水二甲基亞砜的體積比為1:1;將膽固醇甲酰氯溶于無水四氫呋喃中,并加入三乙胺,形成第二混合溶液,且聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂與所述膽固醇甲酰氯的摩爾比為1:5;將第二混合溶液緩慢滴加至第一混合溶液中,先在冰上反應(yīng)30min,再在室溫下反應(yīng)24h,得到所述聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂-膽固醇。
合成聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物(PPCRC):以胱胺為胺解試劑,通過胺解反應(yīng)使合成的聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂-膽固醇中的芐脂基團(tuán)被胱胺取代;再通過化學(xué)連接將R8多肽連接在胱胺末端的氨基上,形成聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物。
具體的胺解反應(yīng)包括以下步驟:將胱胺溶于無水二甲基亞砜并加入三乙胺進(jìn)行脫質(zhì)子化反應(yīng)15min,其中胱胺的用量為聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂-膽固醇中芐脂基團(tuán)摩爾數(shù)的50倍;將脫質(zhì)子化反應(yīng)后的溶液滴加至聚乙烯咪唑-聚L-天冬氨酸-芐脂-膽固醇 的二甲基亞砜溶液中,在40攝氏度、氮?dú)獗Wo(hù)下反應(yīng)24h;將反應(yīng)后的液體滴加至冷的鹽酸水溶液中,再將其置于至5000Da的透析袋中,分別在0.01M的鹽酸水溶液及超純水中進(jìn)行透析,之后冷凍干燥得到聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺)-膽固醇(PPCC)。
具體的化學(xué)連接包括以下步驟:稱取R8多肽和聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺)-膽固醇(PPCC)溶解至無水二甲基亞砜,并加入EDC和NHS,且EDC和NHS的摩爾數(shù)是R8多肽的2倍,在室溫、氮?dú)獗Wo(hù)下反應(yīng)24h。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至3500Da的透析袋中,分別在二甲基亞砜及超純水中進(jìn)行透析,并通過冷凍干燥得到產(chǎn)物聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇(PPCRC)聚合物。
本實(shí)施例制備的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為:
其中,x為正整數(shù),y為正整數(shù),z為正整數(shù)。
采用氫核磁共振譜儀對(duì)聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。具體氫核磁譜圖如圖1所示。
實(shí)施例
本實(shí)施例提供一種miR-214納米基因復(fù)合物,其制備方法包括以下步驟:將制備例中制備的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶解在二甲基亞砜中,得到濃度為5mg/mL的母液,再用pH為5.2、濃度為25mM的乙酸鈉緩沖液稀釋,得到濃度為1mg/mL的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液;
根據(jù)不同的聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物與DNA的質(zhì)量比,將聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇聚合物溶液與DNA溶液在室溫下孵育30min,通過靜電作用力形成聚乙烯咪唑-(聚天冬氨酸-胱胺-R8多肽)-膽固醇-DNA納米基因復(fù)合物(以下簡(jiǎn)稱PPCRC/DNA納米基因復(fù)合物)。其中,DNA是嵌有miR-214的DNA,可通過商業(yè)購買得到。
將制備好的PPCRC/DNA納米基因復(fù)合物稀釋在1mL的超純水中,并采用納米激光粒度分析儀,在25攝氏度條件下對(duì)PPCRC/DNA納米基因復(fù)合物的粒徑及Zeta電位進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果如下表1所示:
表1:PPCRC/DNA納米基因復(fù)合物的粒徑電位表
通過表1可知,PPCRC/DNA納米基因復(fù)合物的平均粒徑分布在160nm-230nm,Zeta電位則隨著聚合物/DNA質(zhì)量比的增加而增加,并主要分布在19mV~34mV。
測(cè)試?yán)籱iR-214納米基因復(fù)合物對(duì)體外細(xì)胞功能學(xué)的影響
1、miR-214的轉(zhuǎn)染
培養(yǎng)低表達(dá)miR-214的結(jié)腸癌細(xì)胞株HCT116,取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞鋪六孔板,并在含10%FBS(v/v)的RPIM-1640培養(yǎng)基中孵育,使其貼壁生長(zhǎng),當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)至30%-40%,吸去培養(yǎng)基,在無血清培養(yǎng)基條件下用商用轉(zhuǎn)染試劑(脂質(zhì)體lipofactamine 2000)、本發(fā)明制備例自組裝形成的納米基因載體(以下簡(jiǎn)稱本發(fā)明納米基因載體)分別轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA,6小時(shí)后換成正常的培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)后,收集細(xì)胞。
2、細(xì)胞平板克隆形成實(shí)驗(yàn)
將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞用胰酶消化成單細(xì)胞,將300-500個(gè)細(xì)胞加入到六孔板中,培養(yǎng)1-2周待肉眼可見克隆時(shí)中止培養(yǎng),染色固定,結(jié)果如圖2中的A圖和B圖所示。
通過圖2中的A圖和B圖可知:采用商用轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA可抑制HCT116單細(xì)胞克隆形成,而采用本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后對(duì)HCT116單細(xì)胞克隆形成抑制更為明顯,說明本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后對(duì)HCT116的克隆形成的抑制作用要優(yōu)于商用轉(zhuǎn)染試劑。
此外,對(duì)照組DNA采用商用轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染的克隆形成率要低于本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染組,說明本發(fā)明的納米基因載體的毒性要低于商用轉(zhuǎn)染試劑載體的毒性。
3、Transwell實(shí)驗(yàn)檢測(cè)侵襲和轉(zhuǎn)移能力
轉(zhuǎn)染后繼續(xù)培養(yǎng)12-24小時(shí),將細(xì)胞用胰酶消化成單細(xì)胞,加入Transwell板中,12-18小時(shí)后終止培養(yǎng),用棉簽擦去未轉(zhuǎn)移的細(xì)胞,并染色固定。結(jié)果如圖2中的C圖和D圖所示,其中C圖是鏡下未轉(zhuǎn)染以及不同載體轉(zhuǎn)染對(duì)照組DNA和嵌有miR-214的DNA后結(jié)腸癌細(xì)胞HCT116的侵襲轉(zhuǎn)移的結(jié)果,D圖為相應(yīng)的每個(gè)視野中侵襲轉(zhuǎn)移的細(xì)胞數(shù)。
結(jié)合圖2中的C圖和D圖可知:本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后的細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力下降了59%,而商用轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后的細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力下降了78%,說明本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后對(duì)細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力的抑制作用要明顯優(yōu)于商用轉(zhuǎn)染試劑。
4、劃痕實(shí)驗(yàn)檢測(cè)細(xì)胞的遷移能力變化
將轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞用胰酶消化后加入6孔板培養(yǎng),待細(xì)胞長(zhǎng)至80%密度時(shí)劃痕,每6小時(shí)用顯微鏡記錄細(xì)胞的變化。結(jié)果如圖2中的E圖和F圖所示。
通過圖2中的E圖和F圖可知:未轉(zhuǎn)染的細(xì)胞劃痕48小時(shí)后,劃痕已近彌合,而兩種載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后,細(xì)胞的遷移運(yùn)動(dòng)均被明顯抑制,比較起來采用本發(fā)明納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA對(duì)細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)的抑制較商用轉(zhuǎn)染試劑更為明顯。同時(shí)也可觀察到本發(fā)明的納米基因載體轉(zhuǎn)染嵌有miR-214的DNA后細(xì)胞的增殖也被明顯抑制。
通過本測(cè)試?yán)梢缘贸鼋Y(jié)論,當(dāng)本發(fā)明制備例的高分子聚合物自組裝形成納米基因載體后,其負(fù)載嵌有miR-214的DNA形成的納米基因復(fù)合物能顯著抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移能力,其轉(zhuǎn)染效率要優(yōu)于商用轉(zhuǎn)染試劑。
測(cè)試?yán)簃iR-214納米基因復(fù)合物對(duì)體內(nèi)腫瘤轉(zhuǎn)移治療作用
1、建立裸鼠荷結(jié)腸癌細(xì)胞肝轉(zhuǎn)移模型:將結(jié)腸癌細(xì)胞注射入裸鼠脾臟,10天后癌細(xì)胞將轉(zhuǎn)移至肝臟,以用于肝轉(zhuǎn)移作用的研究。
2、采用負(fù)載有miR-214的納米基因復(fù)合物對(duì)裸鼠荷結(jié)腸癌細(xì)胞肝轉(zhuǎn)移模型進(jìn)行治療。分別于腫瘤接種后10、13、16、19、21、25天尾靜脈給予負(fù)載miR-214的納米基因復(fù)合物或空載的納米基因載體治療,第28天處死裸鼠,觀察脾臟和肝臟轉(zhuǎn)移瘤情況,計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移瘤數(shù)目。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。
根據(jù)圖3可以看出,治療組的肝轉(zhuǎn)移數(shù)目明顯少于對(duì)照組,表明負(fù)載有miR-214的納米基因載體能夠顯著抑制結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移,對(duì)結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移具有顯著的療效,可用于制備治療結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的藥物。
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例公開的一種miR-214納米基因復(fù)合物及其制備方法、應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹,本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述,以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;同時(shí),對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。