[发明专利]一种基于基因干扰载体和铁纳米粒子用于杀灭癌细胞的组合物及其应用

说明书

本发明公开了一种基于基因干扰载体和铁纳米粒子用于杀灭癌细胞的组合物及其应用，该组合物包括基因干扰载体和铁纳米粒子，所述基因干扰载体为癌细胞特异性启动子DMP控制的CRISPR/Cas13a表达载体或microRNA表达载体，该载体所表达的Cas13a‑gRNA或microRNA可靶向抑制细胞内铁代谢及活性氧相关基因的表达，其中铁纳米粒子进入细胞后可降解产生铁离子、升高活性氧水平。本发明在基因干扰载体和铁纳米粒子共同作用下，可导致癌细胞内铁离子及活性氧水平急剧升高，诱发癌细胞发生显著的铁凋亡，本发明的提出的基因干扰载体和铁纳米粒子组合可用于制备新型癌症治疗试剂。

技术领域

本发明涉及癌症基因治疗生物技术领域，具体涉及一种基于基因干扰载体和铁纳米粒子用于杀灭癌细胞的组合物及其应用。

背景技术

癌症是困扰人类健康和威胁人类生命的重要疾病。在于癌症的长期斗争中，人类已经发展了手术、化疗、靶向治疗、免疫治疗等多种癌症治疗手段，也取得了显著的进步，癌症生存率显著提高。但目前癌症治疗的水平，仍然于广大患者对健康和生命的期望存在很大的距离。因此，积极发展新型癌症治疗技术仍是医学领域的持续努力的目标。基因治疗是未来医学的前沿领域和技术高地，基因治疗在遗传病治疗领域取得的进展已经受到医学界的瞩目，但该技术用于癌症治疗尚没有显著突破。因此，探索癌症单基因治疗技术也发展新型癌症治疗技术的主要突破口。

癌症基因治疗就是通过向癌细胞内导入遗传物质，通过遗传物质发挥治疗作用，干扰癌细胞生长或杀灭癌细胞。特别是向细胞中导入某种基因，通过表达基因产物如干扰RNA或蛋白，引发癌细胞生长抑制或凋亡、坏死。基因治疗中两个问题至关重要，一是基因的选择，直接决定治疗效率；二是控制基因只在癌细胞中表达，即癌细胞特异性。相对而言，基因的选择问题不大，基于目前基因组科学对大量基因功能的研究，不少基因特别是编码干扰RNA及其抑癌蛋白的基因，导入细胞后其表达产物都会或多或少产生对癌细胞的抑制作用。最关键的是如何控制基因只在癌细胞中表达，即癌细胞特异性。目前基于合成生物学原理，已经发展了一些基因开关，用于控制基因在癌细胞中的特异性表达，但这些基因控制元件构成复杂、效率较低，与应用还有较大的距离。

作为细胞的基本生物学现象，程序性细胞死亡(PCD)在消除多细胞生物中不需要的或异常的细胞中起着重要作用，这对于正常发育、体内平衡以及预防过度增殖性疾病(例如癌症)至关重要。最近，作为一种新型的PCD，铁凋亡(ferroptosis)引起了越来越多的关注。斯托克韦尔(Stockwell)等在2012年鉴定出铁凋亡是一种铁依赖性形式的非凋亡调控性细胞死亡。铁凋亡依赖于细胞内的铁，而不依赖于其他金属，并且在形态、生化和遗传上与其他众所周知的调控性细胞死亡类型如细胞凋亡(apoptosis)、坏死(necrosis)、坏死性凋亡(necroptosis)及自噬(autophagy)等不同。然而，铁凋亡与细胞内活性氧(ROS)水平升高有关，可以通过铁螯合或细胞铁摄取的遗传抑制来阻止。通过谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)失活的细胞组分可诱导铁依赖性形式的细胞死亡，因为这会导致ROS在膜脂质上的积聚。

尽管已证明ROS可调节细胞存活，但高水平的ROS会引起不可逆的细胞损伤，从而导致各种类型的癌细胞发生凋亡、自噬和坏死。到目前为止，许多研究已证实某些天然产物可通过上调ROS水平而在乳腺癌中产生特定的杀伤作用，这表明ROS可能介导凋亡的选择性激活，从而特异性杀伤癌细胞。当亚铁(ferrous iron，Fe²⁺)与过氧化物和氧气一起存在时，可通过芬顿(Fenton)反应生成ROS。铁不仅直接参与许多与铁凋亡有关的反应，而且还负责由芬顿反应介导的ROS积累，这一点已被铁摄取增加和铁螯合剂的抑制作用所证明。ROS水平通常通过抗氧化剂生产和铁转运系统相结合来平衡，典型的铁转运系统包括运铁蛋白(transferrin)的摄取、铁蛋白(ferritin)的贮存和铁转运蛋白(ferroportin，FPN)。包括转铁蛋白(transferrin，Tf)、转铁蛋白受体1(transferrin receptor 1，TFR1)和FPN在内的三种蛋白质在调节体内铁含量的平衡中起着关键作用。