自組裝環(huán)肽納米管介導的藥物跨膜轉運及其抗腫瘤活性研究.pdf

1、惡性腫瘤是嚴重威脅人類健康的最主要疾病之一，長期以來除了手術治療、放療以外，化療是最重要的治療手段。然而，由于腫瘤細胞對化療藥物的敏感性降低以及多藥耐藥的產生，往往導致化療的效果不佳甚至失敗。尋找全新途徑增強腫瘤細胞對化學藥物的敏感性，克服MDR，成為腫瘤化學治療的當務之急。細胞膜作為細胞的天然屏障是阻礙化療藥物進入腫瘤細胞的主要因素，而膜轉運蛋白的外排作用使化療藥物進入腫瘤細胞變得更加困難。若能采取適宜的手段突破細胞膜屏障使化療藥物快

2、速地以高濃度進入細胞內，將削弱腫瘤細胞的外排作用，從而大大增強化療藥物的藥理作用，使腫瘤細胞在尚未產生耐藥性之前而死亡。本文的目的是研究能夠在細胞膜脂質雙分子層中自組裝形成環(huán)肽納米管跨膜通道，考察其介導小分子抗腫瘤藥物跨人工脂質膜轉運的情況，以及評價該介導作用對于腫瘤細胞和實體瘤的抑制效果。
　　 本文主要內容包括：環(huán)肽合成和環(huán)肽納米管制備與表征、環(huán)肽納米管介導小分子藥物跨人工脂質膜轉運、環(huán)肽納米管介導的5-氟尿嘧啶跨細胞膜轉運

3、、環(huán)肽納米管介導5-氟尿嘧啶跨膜轉運的體外抗腫瘤細胞活性和S180實體瘤小鼠體內抑瘤活性的考察、環(huán)肽納米管分子動力學模擬研究。
　　 根據目標環(huán)肽cyclo[-(Trp-D-Leu)14-Gln-D-Leu-]的結構特點和性質，采取了先固相法合成前體線型肽，再液相環(huán)合制備環(huán)肽的兩步法策略。合成的環(huán)肽純度>95％，總收率30～35％，通過HPLC、LC/MS、1H-NMR等手段驗證了其結構。在成功合成環(huán)肽的基礎上，在溶液條件下制備

4、了環(huán)肽納米管的針狀或短棒狀結晶。
　　 納米管內部管道區(qū)域呈親水性，能使水溶性小分子物質通過，而其外壁性質取決于環(huán)肽氨基酸殘基的性質。環(huán)肽cyclo[-(Trp-D-Leu)4-Gln-D-Leu-]主要由疏水性氨基酸組成，因此該環(huán)肽形成的納米管外壁具有很強的親脂性，能夠嵌入脂質膜中形成跨膜通道。本文制備了5-氟尿嘧啶(5-FU)、替加氟、順鉑和阿糖胞苷的大單室脂質體，考察了環(huán)肽在脂質體膜上自組裝形成納米管后介導這四種藥物的跨膜

5、轉運情況。藥物轉運研究表明，環(huán)肽納米管能夠介導小分子親水性藥物通過其水性孔道實現(xiàn)跨人工脂質膜的轉運，而藥物的分子大小是影響其轉運速率以及能否被轉運的主要因素。比納米管范德華內徑小的5-FU、替加氟、順鉑能夠被轉運，而較大的阿糖胞苷則無法轉運。5-FU、替加氟、順鉑的一級速率常數(shù)(k)和90 min累計轉運百分率與環(huán)肽的加入量呈正相關，曲線擬合的結果證實環(huán)肽納米管介導小分子藥物的跨膜轉運符合一級釋放動力學特征，其轉運機制不同于藥物載體介導

6、的非線性動力學轉運。5(6)-羧甲基熒光素脂質體的膜通透性實驗則證實了環(huán)肽納米管與脂質膜的作用機制不是破壞膜結構的完整性，而是嵌入脂質膜雙分子層形成水性的孔道而發(fā)揮其介導小分子藥物轉運的功能。
　　 在人工脂質膜的研究基礎上，選取了BEL7402和Hela兩種腫瘤細胞來考察環(huán)肽在細胞膜上自組裝形成納米管后對5-FU抗腫瘤活性的影響。BEL7402和Hela細胞的藥物敏感性實驗顯示在環(huán)肽納米管的介導轉運下，兩種細胞對5-FU的敏感

7、性均有了不同程度的提高。該結果同時說明環(huán)肽納米管介導小分子藥物對腫瘤細胞的協(xié)同作用機制是沒有細胞選擇性的。細胞形態(tài)學研究和流式細胞儀實驗表明環(huán)肽納米管對腫瘤細胞具有細胞毒性，能夠誘導腫瘤細胞的凋亡。環(huán)肽納米管和5-FU聯(lián)合作用于細胞時，環(huán)肽納米管通過介導5-FU的跨膜轉運對其抑瘤作用有著顯著的促進和增強作用。
　　 抗腫瘤藥物必須進入腫瘤細胞內才能產生抑制效果，而細胞膜的屏障作用卻使藥物的入胞變得困難。BEL7402細胞的5-F

8、U攝取實驗證實了環(huán)肽納米管能夠在細胞膜上形成跨膜的水性通道，從而介導小分子親水性藥物5-FU繞過膜屏障快速地進入腫瘤細胞內。該介導作用提高了5-FU細胞攝取量，從而能夠更快地產生抑制效果。而且當環(huán)肽的加入量增加時，入胞的通道越多，藥物進入的越快，細胞攝取量也越多。
　　 在體外細胞實驗的基礎上，進一步地研究了小鼠體內環(huán)境下環(huán)肽納米管介導5-FU對S180實體瘤的聯(lián)合抑制效果。通過放射標記和活體成像技術證實環(huán)肽經瘤內注射給藥后絕大

9、部分集中于給藥部位，該分布特點有利于提高局部藥效和降低全身毒性。環(huán)肽納米管介導5-FU對S180實體瘤的抑制實驗表明，經瘤內注射給藥，5-FU在環(huán)肽所形成的納米管介導下其抗腫瘤效果得到了增強。對二者聯(lián)合作用的分析表明，環(huán)肽在較低劑量時與5-FU聯(lián)合用藥產生加合抑瘤作用，而在較高劑量時則與5-FU聯(lián)合用藥則產生協(xié)同抑瘤作用。實體瘤組織切片觀察表明，環(huán)肽納米管介導的5-FU組抑瘤效果明顯強于5-FU單獨應用組。增加環(huán)肽的給藥量，5-FU的抑

10、瘤作用也相應得到增強。
　　 分子動力學是在分子力學的基礎上描述分子運動的一種方法，是研究生物大分子動態(tài)模擬的有力工具。本文采用InsightⅡ軟件從頭構建了三種拓撲異構體環(huán)肽納米管(ortho-nanotubes，meta-nanotubes，para-nanotubes)的PDB結構文件。然后對三種拓撲異構體環(huán)肽納米管進行了分子動力學模擬研究，系統(tǒng)分析了三種環(huán)肽納米管結構穩(wěn)定性以及相關影響因素，證實了Gln殘基的相對位置對環(huán)