[发明专利]含苯硼酸修饰的高分子材料及其在蛋白质、多肽胞内递送中的应用

说明书

本发明提供一种含苯硼酸修饰的高分子材料在蛋白质、多肽胞内递送中的应用，所述含苯硼酸修饰的高分子材料由阳离子聚合物和含苯硼酸的功能基团组成，所述含苯硼酸功能基团共价连接在阳离子聚合物上；所述阳离子高分子包括聚酰胺‑胺树形高分子、聚丙烯亚胺、聚赖氨酸等；所述含苯硼酸修饰的高分子材料可以作为蛋白质、多肽的胞内递送载体，即将蛋白质、多肽分子由细胞外递送到细胞内的载体。本发明提供的含苯硼酸修饰的高分子材料作为蛋白质、多肽胞内递送载体的方法可以达到高效率，对不同分子量和等电点的蛋白质均有效，并且可以保持蛋白质的生物活性，同时对细胞产生的毒性小，具有良好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及生物技术、高分子化学、细胞生物学等领域，具体涉及含苯硼酸修饰的高分子材料及其在蛋白质、小肽胞内递送中的应用。

背景技术

蛋白质胞内递送是指将外源蛋白质或多肽等生物分子递送到细胞质中，从而实现细胞生物学功能的调控、疾病的治疗等作用。相比于基因转染，递送到细胞内的功能蛋白质能够快速的响应，且不改变细胞的基因组，降低脱靶风险，作用完成后易被降解，从而避免对细胞的长期毒副作用。但是，由于蛋白质或多肽属于分子量较大的亲水性分子，表面电荷少，自身无法通过细胞膜进入细胞，而目前大部分蛋白质药物是基于细胞膜外的靶点开发的。因此若使蛋白质或多肽能够高效穿过细胞膜，并实现内涵体逃逸，进入细胞质内，就需要借助载体来实现递送。目前蛋白质胞内递送方法主要包括外泌体囊泡、电穿孔、微流体、细胞穿膜肽、脂质体、高分子载体、无机纳米颗粒载体等。其中，相比于其他众多的递送方式，高分子载体具有合成成本低、易进行化学修饰、容易实现内涵体逃逸、生物相容性好等优势，在蛋白质、多肽胞内递送中具有广阔的应用前景。

但是由于蛋白质、多肽种类多样，分子量、空间结构、带电状态差异巨大，很难开发一种高分子载体能够具有普适性，可以高效递送多种蛋白质。同时蛋白质表面的电荷数量少、结合位点少，对于蛋白质与高分子载体的结合存在着巨大障碍。尤其对于正电荷蛋白质，由于表面电势为正，会与同样表面带有正电荷的阳离子高分子载体发生静电排斥，阻碍了蛋白质与阳离子高分子的结合，不能形成易于被细胞内吞的复合物。目前这方面的研究大多数是基于蛋白质或多肽进行化学或生物修饰，例如在蛋白质、多肽表面化学修饰负电荷功能基团；通过基因工程的方式在蛋白质、多肽合成时增加一段带负电荷的氨基酸序列，从而获得带负电荷的蛋白质或多肽。这些方式可以增加蛋白质表面的负电荷，进而通过静电相互作用与阳离子高分子结合。但这些方式都需要对蛋白质或多肽进行化学修饰或生物改造，合成成本高，并且可能会破坏蛋白质原有的生物活性，不便于普及和应用。

如何使得阳离子高分子与天然蛋白质、多肽高效结合是目前该技术领域最关键的难题。阻碍蛋白质与阳离子高分子结合的关键是蛋白质表面的正电荷基团，包括氨基(赖氨酸残基)、咪唑(组氨酸残基)和胍基(精氨酸残基)。我们的设想是在阳离子高分子表面修饰能与这三种阳离子基团相互作用的功能基团，使阳离子高分子可以通过自身的正电荷结合蛋白质的负电荷基团，通过修饰的功能基团结合蛋白质表面的正电荷基团，通过多种相互作用力形成复合物，实现蛋白质、多肽的高效胞内递送。针对以上设想，含苯硼酸的阳离子高分子可以实现上述功能，解决阳离子高分子与蛋白质、多肽的结合问题。一方面苯硼酸分子能与阳离子基团氨基或咪唑基团，在中性条件下形成氮-硼配位键；另一方面带有苯环结构的苯硼酸能通过苯环与胍基的形成阳离子-π相互作用。将苯硼酸功能基团修饰到阳离子高分子表面有望解决阳离子高分子与蛋白质的结合问题。我们利用这一原理，设计合成了一类含有苯硼酸分子的阳离子高分子，进而获得高效、低毒的蛋白质、多肽胞内递送载体。尽管含苯硼酸的阳离子高分子被广泛应用于核酸递送，但是含苯硼酸的阳离子高分子主要通过静电相互作用与核酸结合，而在蛋白质、多肽胞内递送中，含苯硼酸的阳离子高分子通过氮-硼配位、离子相互作用、阳离子-π等多种相互作用结合，两者在相互作用方式以及作用机理方面不同，属于含苯硼酸阳离子高分子的新应用。

发明内容