不同納米材料作為基因載體的效率比較

董亞賢+堯慧燕+梁兵+鐘高賢+刁芳明+石紅婷

【摘要】 目的 比較不同靶向納米材料作為基因載體的細胞毒性大小及其轉染效率。方法 以聚乙烯亞胺（PEI）為對照， 化學合成髓鞘堿性蛋白68-86（MBP68-86）-多聚賴氨酸（PLL）-聚乙烯亞胺-聚乙二醇（PEG）接枝支化特異性配體乳鐵蛋白 （Lf）及PLL-PEI-PEG， 并采用MTT法檢測細胞毒性， 倒置顯微鏡熒光觀察法和流式細胞儀法檢測轉染效果。結果 MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf細胞毒性比PLL-PEI-PEG及PEI低， 三組兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）；MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP 的轉染效率為（41.8±0.9）%；PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP的轉染效率為（28.4±1.1）%；PEI/pAAV-EGFP 為的轉染效率（20.5±1.2）%， 兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）。結論 MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf和PLL-PEI-PEG可作為基因轉染的傳輸載體， 其中MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf最好。

【關鍵詞】 納米材料； MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf；基因載體；PLL-PEI-PEG

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2016.20.193

目前所有的基因治療研究領域， 都存在轉基因載體系統在轉染效率、定向性、可控性、安全性等方面的不足[1]。而納米載體憑借其低毒、高效負載等優點在基因治療中發揮越來越重要的作用。作者前期實驗已經成功合成并驗證了PLL-PEI-PEG[2] 。因此， 本文在前期實驗的基礎上合MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf， 并在體外比較不同新型靶向納米材料的細胞毒性和轉染效率， 以篩選出更加高效、低毒和高靶向性的基因載體， 為神經系統的基因治療帶來新的希望。

1 材料與方法

1. 1 細胞來源及培養 大鼠單個核細胞（PBMC）購自美國ATCC公司， 由本實驗室保存。采用加有10% 胎牛血清（FBS）和1%抗生素（青霉素/鏈霉素）的DMEM培養基培養。

1. 2 PLL-PEI-PEG-Lf/MBP68-86的制備 MBP68-86用Traut試劑硫酸化后再與納米材料以分子比4∶1混合， 在室溫下反應1h， 去除過剩的MBP68-86。

1. 3 質粒DNA（pDNA）的制備 質粒在大腸桿菌中擴增， 然后用質粒提取試劑盒提取純化。得到的質粒通過紫外分光光度計檢測其純度和濃度。檢測合格的質粒保存于-20℃保存備用。

1. 4 MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/質粒DNA復合物的制備 在Eppendorf管中， 將1 μg pDNA稀釋在50 μl不含FBS的DMEM中， 振蕩均勻， 按不同N/P比把相應量的納米材料加入到另外一管裝有50 μl不含FBS的DMEM的Eppendorf管中， 然后把兩溶液在室溫下振蕩5min得到均勻復合物。

1. 5 細胞毒性 采用四唑鹽（MTT）比色法檢測細胞毒性， 具體方法參見文獻[2]。

1. 6 細胞轉染效率 采用倒置熒光顯微鏡觀測轉染結果， 并采用流式細胞術檢測轉染效率， 具體轉染過程及檢測方法參見文獻[2]。

1. 7 統計學方法 采用SPSS17.0統計學軟件進行數據統計分析。計量資料以均數±標準差（ x-±s）表示， 采用t檢驗；計數資料以率（%）表示， 采用χ2檢驗。P<0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2. 1 細胞毒性檢測結果 采用MTT檢測細胞毒性。當N/P<10時， 三種納米材料載體的細胞存活率都>80%；在N/P=15時， MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP為78%， PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP為63%， 比PEI/pAAV-EGFP的細胞存活率（52%）要高， 兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）；N/P<15時， MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP和PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP的存活率相當， 但兩者比PEI25kD/pAAV-

EGFP要高， 只是在N/P>15時MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP的細胞存活率才比PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP和PEI/pAAV-EGFP低， 兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）。

納米材料形成復合物后在PBMC細胞中的細胞毒性。見圖1。

2. 2 細胞轉染效果

2. 2. 1 倒置熒光顯微鏡觀測細胞轉染效果 采用倒置熒光顯微鏡觀測細胞轉染效果， 發現在N/P=15時載體綠色熒光蛋白表達量最多， 同時MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP 的細胞熒光表達效果比PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP和PEI/pAAV-EGFP要好。

2. 2. 2 流式細胞儀檢測細胞轉染效果 本實驗還利用流式細胞儀檢測了N/P=15時三種納米材料的轉染效率， 結果發現MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf/pAAV-EGFP 的轉染效率為（41.8±0.9）%；PLL-PEI-PEG/pAAV-EGFP的轉染效率為（28.4±1.1）%；PEI/pAAV-EGFP 為的轉染效率（20.5±1.2）%， 兩兩比較差異有統計學意義（P<0.05）。

3 討論

新型納米材料作為基因載體具有良好的安全性和生物相容性[3]。近來許多實驗[4， 5]通過改變陽離子聚合物的結構或對其進行化學修飾而降低毒性， 并實現高轉染效率。在以前的工作中， 作者已經成功合成并驗證了靶向、高效及可降解型PLL-PEI-PEG基因載體， 并作了相關的報道[2]。由于乳鐵蛋白（Lf）可通過受體介導的跨細胞轉運通過血腦屏障。考慮到這一點， 作者擬將Lf主要結構序列連接到PEG末端， 從而使這種納米材料PLL-PEI-PEG-Lf可通過跨細胞轉運進入腦組織。雖因PLL-PEI-PEG-Lf可透過血腦屏障進入腦組織， 但對腦的不同組織并無特異性。因此本實驗在PEG的基礎上加以MBP68-86修飾， 使新的載體同時具備血腦屏障穿透性和活化的免疫細胞靶向性。

同樣用量的時候MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf的毒性最低。基因載體除了應具有較低的毒性， 較高的轉染效率也非常關鍵。MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf的轉染效果較PLL-PEI-PEG及PEI好， 另外流式細胞儀檢測也證實了同樣的結果。由此可以得出MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf作為基因傳輸載體較好。

綜上所述， MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf和PLL-PEI-PEG都可作為基因傳輸的載體， 但由于MBP68-86-PLL-PEI-PEG-Lf作為PLL-PEI-PEG的改進品， 各方面的性能都優于PLL-PEI-PEG， 因此具有更高的可塑性和價值。

參考文獻

[1] 梁兵， 袁芳， 楊寧， 等. 3種不同類型基因導入系統轉染類神經元細胞的效率比較.重慶醫學， 2012， 41（18）：1792-1798.

[2] 董亞賢， 石紅婷， 梁兵， 等. 新型靶向納米材料作為基因載體的評估. 現代預防醫學， 2015， 42（13）：2405-2408.

[3] 梁兵， 袁芳， 殷建瑞， 等. 納米材料PEG-PEI介導雙基因促體外擬神經細胞凋亡的作用. 山東醫藥， 2012， 52（25）：1-4.

[4] 謝黎崖， 胡權， 吳永良， 等.葉酸和聚乙二醇雙修飾的殼聚糖納米粒的制備及其性能表征.中國現代應用藥學， 2013， 30（3）：284-289.

[5] 劉文文， 王曉梅， 趙永波， 等.重組大鼠質粒pEGFP-GDNF的構建及真核細胞轉染.中風與神經疾病雜志， 2005， 22（2）：104-106.

[收稿日期：2016-03-31]