四川大學華西醫院腫瘤生物治療研究室鞏長旸團隊于2016年12月在Biomaterials發表文章“Multifunctional “core-shell” nanoparticles-based gene delivery for treatment of aggressive melanoma”（影響因子10.273）（文章原文鏈接點擊文后二維碼，即可到達）。
近年來，惡性腫瘤的發病率呈不斷升高的趨勢，嚴重威脅著人類的生命健康。惡性腫瘤的治療已經成為了世界性的公共衛生難題。隨著生命科學的發展和疾病機理的深入研究，基因治療已經成為一種極具應用前景的治療手段。基因治療是指將外源正常基因導入靶細胞，以糾正或補償細胞基因缺陷和異常，從而達到治療因缺陷和異常基因所引起的疾病的目標。基因治療的優勢在于，治療腫瘤針對性強，具有很高的靶向性，在殺傷腫瘤細胞時對正常組織損傷小，副作用少，是未來惡性腫瘤治療中最具前景、最有效的治療策略之一。基因遞送系統是基因治療的重要組成部分，基因載體負載基因形成的基因復合物需要克服諸多生物屏障才能實現體內的靶向高效傳遞。近年來，化學、生物學、醫學等學科的交叉融合大大促進了非病毒基因載體材料的發展。構建新型高效安全的非病毒基因載體是目前基因治療領域的研究熱點。
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華西醫院腫瘤生物治療研究室鞏長旸團隊針對基因傳遞過程中的各個生物屏障，設計了一種多功能靶向非病毒基因載體（RRPHC），并將其用于黑色素瘤的靶向基因治療。該團隊首先合成了一系列能負載基因的材料PFs, 并通過預實驗選取出了其中一種優良的材料PF33。該材料能在較低N/P比下有效負載基因形成納米級二元基因復合物PF33/pDNA。該基因復合物能迅速逃逸內涵體-溶酶體系統，同時負載的基因能夠迅速進入細胞核進行轉錄。體外實驗中，PF33/pDNA基因復合物能有效轉染B16F10等多種細胞株，其基因轉染效率均超過90%，明顯優于常用的商業化轉染試劑，如PEI 25K，Lipofectamine 2000及Lipofectamine 3000。更重要的是，PF33/pDNA基因復合物轉染效率并不受轉染時培養基中的血清影響，即使在含30%血清的培養基中，該基因復合物依然能保持高效的轉染效率。
另外，為了進一步提高PF33/pDNA二元基因復合物在體液中的穩定性并同時增加靶向性，合成了多功能材料RGD-R8-PEG2000-HA（RRPH），并將其用于包裹上述二元基因復合物以制備成表面帶負電荷的三元基因復合物RRPH/PF33/pDNA（RRPHC/pDNA）。RRPHC/pDNA能夠通過與腫瘤細胞表面的整合素αvβ3受體和CD44受體結合增加腫瘤細胞對基因復合物的攝取效率。同時，該三元體系很好地維持了PF33/pDNA二元基因復合物優良的內涵體-溶酶體逃逸能力以及高效的基因轉染效率。
接下來，采用PF33、RRPH與mTRAIL一起構建了能夠靶向黑色素瘤的RRPHC/mTRAIL三元基因復合物納米粒。在體外細胞實驗中，該納米粒能夠顯著增加惡性黑色素瘤細胞株B16F10中TRAIL蛋白的表達，并引起顯著的細胞凋亡（圖1）。在惡性黑色素瘤皮下瘤模型中，靜脈注射RRPHC/mTRAIL納米粒能夠顯著增加惡性黑色素瘤組織中TRAIL蛋白的表達，降低腫瘤細胞增殖并增加其凋亡，進而顯著抑制腫瘤的生長。
綜上所述，該研究成功構建了具有多重靶向功能的新型非病毒基因載體RRPHC，體內外實驗表明該載體具有廣譜高效的基因轉染效率以及優良的腫瘤靶向性。運用該載體負載治療基因進行腫瘤治療，能夠顯著抑制腫瘤的生長，而不引起機體的系統毒性。因此，非病毒基因載體RRPHC有望開發成為新一代的基因治療傳遞系統。
圖1 RRPHC多功能“核-殼”結構納米基因遞送系統攜載mTRAIL基因在體內治療惡性黑色素瘤示意圖
專家點評
錢志勇教授：基因治療的瓶頸之一是其遞送系統，理想的基因遞送系統應該具有高效轉染、低毒性、較好的血清耐受性、易于制備等優點。華西醫院腫瘤生物治療研究室鞏長旸研究員團隊經過長時間的摸索，結合分子生物學、化學生物學、材料學等多學科，對基因遞送系統進行巧妙的設計，氟化修飾的PEI內核具有優良的轉染性能，多功能化修飾的外殼，增加了遞送系統整體的穩定性和腫瘤靶向性。此外，該基因遞送系統具有較高的血清耐受性，在30%血清條件下，保持了較高的轉染效率，非常適用于靜脈給藥。這項研究給我們帶來了關于基因遞送系統的全新設計和構建策略，為惡性黑色素瘤的基因治療載體提供了潛在的新選擇。目前在臨床上，考慮到遞送系統在基因治療中的重要意義，我們期待這項研究能夠應用到更多腫瘤治療中。
錢志勇，博士，四川大學二級教授，四川大學華西醫院腫瘤生物研究室/生物治療國家重點實驗室教授、博士生導師，國家杰出青年基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創新領軍人才，中國醫藥生物技術協會納米生物技術分會主任委員，擔任Materials Express、J Biomed Nanotechnol等學術期刊主編，擔任Chinese Chemical Letters、J Biological Engineering副主編。在納米生物材料的構建及其在腫瘤治療和組織修復中的應用進行了長期的研究，目前已經在Chem Soc Rev、Adv Function Mater、Adv Sci、ACS Nano、Nano Lett、Biomaterials等學術期刊以通訊作者身份發表SCI論文100余篇。
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作者投稿心得
本文發表于生物材料領域著名期刊Biomaterials（生物材料領域排名第一），該期刊對論文的創新性和實驗完整性（工作量）有較高的要求，同時對論文的語言和格式的要求也非常嚴格。由于論文工作量較大，同時雜志要求正文中最多只能有8張圖片，所以建議將其他圖片、表格等制作成詳細的補充材料。同時，該雜志的審稿專家可能較多，修改意見有時多達幾十條，修改文章時，需要逐條認真回答，并補充相關實驗數據。
通信作者
鞏長旸，四川大學華西醫院腫瘤生物治療研究室研究員，國家自然科學基金優秀青年基金獲得者，入選中組部“萬人計劃”青年拔尖人才支持計劃。主要研究領域為針對腫瘤治療的新型自組裝基因、疫苗和藥物遞送系統，在相關領域以通訊或第一作者發表SCI論文80余篇。
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本文編輯：張 敏
本文排版：陳紅梅 張洪雪