超支化茶多糖化学改性用作胰岛素基因转染载体的研究

Gene therapy is considered as an effective method for the treatment of diabetes. Tea polysaccharides are bioactive polysaccharides with decreasing blood glucose, good biocompatibility, biodegradability and nontoxicity. In this project, the hyperbranched tea polysaccharide derivatives (HTPSs) with the targeting factor of liver cells (galactose residues) will be synthesized through some gentle and effective reactions such as thiol-ene click chemistry. They will be used as a gene carrier for the liver targeting delivery of the insulin genes. As expected, the insulin genes will be transfected in the liver cells, and then insulin will be expressed and released, resulting decreasing blood glucose. The gene therapeutic effect will be further investigated in mice with 1 type diabetes. Besides, the effect of the chemical structure of HTPSs on the liver targeting delivery of the insulin genes will be studied, such as the targeting factor, the kind and content of cationic groups, the molecular size, hyperbranched structures and the nutrition factor of glucose residues. The interaction between the insulin genes and HTPSs, and the conformation changes of the insulin genes during transfection will be investigated by 2D NMR, fluorescence spectroscopy, capillary electrophoresis and circular dichroism analyses. To our knowledge, the above mentioned research is still limited at present.

基因治疗法被认为是当今治疗糖尿病比较理想的方法。茶多糖生物相容性和降解性较好，无毒，具有降血糖生物活性。本课题将以含有肝细胞靶向因子-半乳糖基团的超支化茶多糖为原料，通过温和、高效的"硫醇-烯"点击化学合成法等方法，合成含多种胺基的阳离子超支化茶多糖衍生物作为载体，传输胰岛素基因，预期实现肝细胞靶向转染胰岛素基因，从而诱导肝细胞产生胰岛素并调节胰岛素的释放，降低血糖；将通过动物实验研究胰岛素基因复合物对1型糖尿病小鼠的治疗性能。本课题还将深入研究超支化茶多糖衍生物的半乳糖基团靶向因子、阳离子基团种类和含量、分子尺寸、超支化结构和葡萄糖基团营养因子对肝细胞靶向转染胰岛素基因的影响；将通过二维核磁共振波谱法、荧光光谱法、毛细管电泳法和圆二色谱法，深入研究胰岛素基因在转染过程中的构象变化对基因转染性能的影响。上述研究工作，目前国内外未见文献报道，具有理论和实际应用研究价值。

茶多糖生物相容性和降解性较好，无毒，具有降血糖生物活性，并且是一种含有肝细胞靶向因子—半乳糖基团的天然超支化多糖。在执行本项目工作的一年期间，申请人分离提取出三种超支化茶多糖，深入研究了它们的超支化结构、溶液构象以及降血糖机制，合成出阳离子超支化茶多糖衍生物，并正在研究其在肝细胞转染质粒DNA（pDNA）的性能，在此基础上正在开展茶多糖衍生用作胰岛素基因转染载体的研究工作，以开拓茶多糖在胰岛素基因转染治疗糖尿病方面的应用。具体包括以下三个方面工作：(1) 从粗老绿茶分离提取出两种超支化酸性茶多糖(TPSA和TPSV)和一种超支化中性茶多糖(TPSN)，气相色谱-质谱法和二维核磁共振波谱法等研究结果表明茶多糖为含有多种糖单元和氨基酸残基的超支化杂多糖。采用动/静态光散射法和粘度法的结果表明茶多糖在溶液中的构象为超支化的球形构象。TPSN及TPSA能从一定程度上抑制α-淀粉酶的活性，这在一定程度上揭示了茶多糖降血糖的作用机制。(2) 合成出阳离子超支化TPSA衍生物(DMAPA-NACU-TPSA)和TPSN衍生物(DMAPA-TPSN)。凝胶电泳实验结果显示DMAPA-NACU-TPSA能与质粒DNA（pDNA）形成稳定的复合物。细胞实验结果初步表明，DMAPA-NACU-TPSA能将pDNA运输到肝细胞并表达成绿色荧光蛋白，说明茶多糖衍生物具备在肝细胞转染胰岛素基因的潜在能力，目前正在研究中。(3) 本项目还拓展了其它超支化多糖（糖原和支链淀粉）衍生物的合成及在基因转染和药物释放方面的研究，通过核磁共振波谱法研究阳离子超支化支链淀粉衍生物与光敏剂药物、叶酸靶向因子的复合机理及相互作用，以及两亲性多糖（壳聚糖和海藻酸钠）衍生物负载光敏剂的纳米凝胶用于治疗胰腺癌的研究。这些研究工作为进一步深入研究超支化多糖衍生物作为胰岛素基因转染载体治疗糖尿病奠定了更加坚实的基础。