利用肿瘤微环境逐级响应型siRNA层释系统双重阻断基于CXCR4/CXCL12信号轴的肿瘤转移

This study will design a MMP-2, pH and GSH responsive, siRNA stepwise-release delivery system which has dual-antagonistic functions for tumor metastasis. The system, which bases on the "seed-soil" theory and aims at the CXCR4/CXCL12 signal axis, has the dual suppression abilities with priority releases of CXCR4 antagonist outside cells and silences the gene expression of CXCR4 receptor inside cells to destroy the "rooting ability" of tumor cells, and then realizes the function to inhibit tumor metastasis. The nanoparticles have a core-shell structure with CS-SS-9R as a core and AMD070-PAA-G8-TC14012 as a shell. The core has the ability of gene condensed, effective gene transfection and GSH-triggering release, while the shell has the ability of MMP-triggering release of CXCR4 antagonist, accurate uptake and escaping from the core in the acid environment. The core with positive charges loads anti-CXCR4 siRNA and is coated with the negatively charged shell by electrostatic force. In addition, this study is expected to establish a new method based on FRET for supervise the stepwise-release of carrier materials.

本课题拟制备具有肿瘤微环境MMP-2酶、pH及GSH还原敏感逐级响应及双重拮抗功能的siRNA递送系统。该系统基于肿瘤转移的“种子-土壤”理论，针对肿瘤转移密切相关的CXCR4/CXCL12信号轴，采用胞外优先释放CXCR4拮抗剂与胞内沉默肿瘤细胞CXCR4受体表达基因的双重抑制手段，“内外夹击”，“标本兼治”，全面破坏肿瘤细胞“种子”转移“生根”的能力，从而实现抗肿瘤转移的作用。本课题拟设计壳-核结构的纳米载体来实现上述功能。载体内核CS-SS-9R具有压缩基因、高效转染及胞内GSH触发释放的功能，外壳AMD070-PAA-G8-TC14012具有胞外酶促释放TC14012、靶向摄取和酸性条件下脱离内核的功能，荷正电的内核结合靶向CXCR4的siRNA后被荷负电的外壳静电包覆形成纳米粒。除此之外，本课题期望创建一种基于FRET效应的环境刺激响应型载体材料逐层释放的监测新方法。

癌症是威胁人类生命健康的主要杀手，治疗策略以控制肿瘤生长和转移为主，但临床治疗手段非常有限。靶向沉默肿瘤生长和转移信号轴基因表达的核酸干扰siRNA药物在肿瘤治疗上表现出极大的优势。然而，裸siRNA在体内易被核酸酶降解、半衰期短、转染效率低等缺点阻碍了其临床应用。因此，研发高效靶向、稳定安全的核酸干扰药物载体成为肿瘤基因治疗的关键。.课题利用肿瘤微环境低pH、高浓度还原型谷胱甘肽和基质金属蛋白酶（MMP）高表达的特点，设计肿瘤微环境双重响应的层释型siRNA递送系统，构建了核壳结构纳米粒，保护siRNA体内转运的稳定性，并运载siRNA浓集到肿瘤细胞实现高效的基因沉默和抗肿瘤生长的作用。此外，课题还重点研究了载体外壳对纳米粒的性质和功能的影响，并对纳米粒吸附的血清蛋白冠进行分析。.课题构建了以二硫键接合九聚精氨酸修饰的季胺化壳聚糖为内核，牛血清白蛋白修饰环肽RGD为外壳的siRNA递送载体TsR/BSA-cRGD NPs。载体可保护siVEGF的体内转运稳定性，实现了siVEGF在肿瘤细胞的浓集、可控的胞内释放、高效的基因沉默和肿瘤增殖抑制。外壳吸附提高了载体的稳定性，维持了内核功能，增加了细胞摄取，并在溶酶体中解吸附使暴露的内核实现逃逸。特别的是，蛋白外壳在血液中可保持稳定吸附并有效减少血清蛋白冠的形成。进而，课题将具有靶向和抑制肿瘤转移功能的CXCR4拮抗剂AMD3100连接酶敏感G8肽修饰的聚丙烯酸为外壳构建TMC/PGA NPs，该载体具有较低的细胞毒性，可保护siCXCR4并进入肿瘤细胞内，沉默CXCR4 mRNA表达。此外，预吸附外壳可以减少内核纳米粒的血清蛋白吸附量，改变蛋白吸附种类和比例。.综上所述，肿瘤微环境响应的壳核结构层释型纳米递药载体在实现多重阻断肿瘤生长和转移信号轴的siRNA的体内递送及肿瘤治疗上具有积极的意义，而血清蛋白冠研究为设计载体用于调控纳米粒的体内行为和功能的发挥提供重要依据。