基于铁蛋白笼的金属配合物药物输送研究

发布时间：2020-08-23 08:23

【摘要】：功能性金属配合物和金属药物越来越广泛地应用到生物医药领域,但也存在生物相容性差和无靶向性等现实问题。铁蛋白作为一种普遍存在于生物体中维持体内环境铁平衡的金属结合性功能蛋白,在药物靶向递送领域具有重要研究意义。本文探究了去铁蛋白对不同类型的功能性金属配合物和金属药物的有效包载方法,考察了这些蛋白纳米颗粒在细胞摄取、细胞成像和癌症治疗中的潜在应用价值。本论文的内容主要分为以下四个部分:第一部分:制备了亲疏水性不同的三种钌配合物,载入去铁蛋白形成钌-去铁蛋白复合物,并递送至细胞内进行光学成像。为防止钌配合物诱导的聚集体的形成,在有机溶剂存在条件下实现了去铁蛋白对一系列钌配合物的包载,而且包载量随钌配合物疏水性的增加而提高。具有dppz配体的钌配合物(Ru-dppz)的“光开关”效应揭示了去铁蛋白内腔的疏水环境。钌蛋白复合物在水溶液中表现出规整的颗粒形状和优良的稳定性。升高温度能够触发钌配合物的释放,比如在37℃,钌复合物从去铁蛋白内释放的半衰期(t1/2)约6小时。细胞活性测试结果表明,去铁蛋白包载后的钌配合物非特异性毒性显著降低。在铁蛋白表面修饰叶酸配体进一步增强钌蛋白复合物的肿瘤靶向能力和细胞摄取效率。上述钌配合物的递送方法解决了疏水性金属配合物水溶性低和生物相容性差等问题,有利于扩展铁蛋白笼在生物医学领域中的应用。第二部分:罗森黑盐(RBS)是一种对水和光敏感的一氧化氮(NO)供体,本部分工作通过在去铁蛋白中高载入量结合RBS构建了 一种光控NO释放体系。去铁蛋白是铁储存蛋白,铁配合物与去铁蛋白,特别是去铁蛋白内腔,具有很好的结合亲和力。去铁蛋白宽敞的空腔中能够容纳大量RBS分子,通过屏蔽RBS与水接触而显著提高Fe-NO配位键的稳定性,在低光照水平的水溶液或细胞中均可保持NO的光敏感性,并使细胞光毒性受光通量的调控。为了增强递送系统对长波长区域的光敏感性,进一步将金属卟啉配合物ZnPPIX与RBS共包载到去铁蛋白笼中,锌卟啉作为能量供体将吸收的能量转移至RBS并诱导Fe-NO键的解离。由此可通过580 nm光激发多组分纳米复合物实现NO的释放,扩大了RBS在可见光区域的光控释放范围。这是一种简单有效的递送系统,有望用于光控释放气体信号分子的研究。第三部分:3-甲基-(三嗪-1-)咪唑-4-甲酰胺(MTIC)是替莫唑胺降解的高活性中间体,也是很强的核酸甲基化试剂,我们使用铜离子与MTIC形成金属配合物的方法,在溶液以及去铁蛋白中实现MTIC的稳定化以及可控释放。作为治疗胶质母细胞瘤(GBM)的一线化疗药物,替莫唑胺在碱性pH下快速水解、被广泛用作MTIC的前药。然而,在大多数情况的生理pH条件下,替莫唑胺转化为MTIC是缓慢且低效的,这限制了替莫唑胺在其他疾病治疗中的应用。在本研究中,我们发现MTIC能选择性地与铜离子发生配位作用并形成在生理pH的水溶液中稳定存在的新型金属药物Cu-MTIC。有趣的是,该金属药物在蛋白环境的保护下于弱酸性和碱性条件下都具有优良的稳定性,同时可以被细胞中最为丰富的内源性硫醇物质谷胱甘肽选择性激活。此外,通过配位相互作用可在去铁蛋白中原位地生成金属药物Cu-MTIC而构建MTIC递送体系,该体系具有高负载效率(～92.9%)和高包载量(每分子去铁蛋白包载185个MTIC)等优点。并且,该递送系统可以诱导替莫唑胺敏感性和耐药性肿瘤细胞的凋亡,IC50值显著降低;更重要的是,活体实验结果表明其具有低肝代谢毒性、增强的肿瘤积累能力和抗癌作用。该体系在解决替莫唑胺耐药性问题和提高GBM治疗效果方面具有潜在的应用价值。第四部分:利用去铁蛋白的铜结合能力,将去铁蛋白作为铜离子与双硫仑分解产物(二乙基二硫代氨基甲酸酯,DTC)以1:2计量比形成的配合物CuET的载体,用于DTC的抗肿瘤研究。双硫仑是众所周知的戒酒药,因其与铜离子结合后的优异抗癌作用而进入大量的临床试验研究。CuET在谷胱甘肽、半胱氨酸或者过氧化氢等内源性活性分子存在下表现出优异的氧化还原稳定性。然而,CuET存在水溶性差、因缺乏靶向能力引发非特异性毒性等问题,限制了其作为药物直接应用。我们系统表征了 CuET载入去铁蛋白形成的纳米复合物的结构,发现极低浓度的复合物即可诱导多种恶性细胞凋亡。此外,通过铜的配位作用,去铁蛋白可对阿霉素和DTC进行共包载(包载效率97%),体系中的Dox可通过GSH响应性释放,进一步增强体系的抗肿瘤效果。上述对基于去铁蛋白的递送体系的研究为金属配合物的靶向递送以及联合治疗提供了坚实的基础。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O641.4;TQ460.4
【图文】：

癌症治疗中最为成熟的金属基化合物是铂类金属药物。从配体构建、手性分逡逑析到中心原子的氧化还原价态的开发和设计，铂类金属药物已发展为金属基药物逡逑的一个庞大家族分支（图１．１）。２４它们在多种癌症中表现出高水平的活性，如肺逡逑癌、卵巢癌、睾丸癌、宫颈癌和胰腺癌等。６现今，被普遍认可的铂类金属药物逡逑经由以下三个过程产生抗癌活性：首先为细胞中的药物积累，铀类金属药物经由逡逑铜转运蛋白（ＣＴＲ１）和有机阳离子转运蛋白（ＯＣＴ）被细胞摄取；随之，在细逡逑胞内水化后形成活性产物，并结合亚细胞器和细胞内相关位点；最后，细胞识别逡逑铂类药物产生的细胞损伤而诱导凋亡（图１．２）。１１在这些过程中，铂类金属药物逡逑主要通过与ＤＮＡ的不可逆性共价结合，干扰其复制、转录和翻译过程。另外，逡逑金属药物还可结合到各类细胞器，甚至会影响引发免疫反应的信号转导通路而致逡逑２逡逑

在此背景下，为了研发更高效的新型药物，研宄者们也致力于除铂以外的不逡逑同种类金属药物的研宄，且其中一些已经应用于临床治疗，如Ｒｕ配合物逡逑ＮＫＰ－１３３９邋（图１．３）。在过去的２０年中，钌化合物作为一类独特的抗癌化合物，逡逑其研宄稳步发展。３１Ｒｕ在生理条件下具有多种价态，Ｒｕ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩＩ）和Ｒｕ（ＩＶ），逡逑可通过还原机制产生抗癌活性。另外，研宄发现Ｒｕ配合物还可与白蛋白、转铁逡逑蛋白受体识别性结合而进入癌症细胞，靶向癌细胞的信号传导通路，以此对癌细逡逑胞产生特异性疗效。３２逡逑士。Ｊｘ＋邋ＨＶ邋Ｎａ＋逡逑ａ＞＜ａ邋ｈｎＯ逡逑ａ邋ＡＨ逡逑ＮＡＭＩ－Ａ逦ＮＫＰ－１８３９逦ＴＬＯ－１４３３逡逑图１．３进入临床研究的Ｒｕ类配合物的化学结构。３３逡逑另外，Ｃｕ类金属药物的发展也备受关注（图１．４ｄｈ３４Ｃｕ的常见价态为Ｃｕ（Ｉ）逡逑和Ｃｕ（ＩＩ），其可与含有Ｃ、Ｎ、０、Ｓ、Ｐ等元素的配体通过不同空间结构形式进逡逑行络合。３５铜基抗肿瘤药物中，Ｃａｓｉｏｐｅｉｎａｓ？的研究和应用最为广泛，其不仅可逡逑与ＤＮＡ结合使之断裂降解，还可诱导细胞产生活性氧物种（Ｒｅａｃｔｉｖｅ邋ｏｘｙｇｅｎ逡逑ｓｐｅｃｉｅｓ

或Ｈ２0２）等细胞毒性物质；在ＩＩ型过程中，Ｔｆ激发态的ＰＳ参与三线态氧（３0２）逡逑的能量转移过程并产生高活性的单线态氧ＵＯａ），是ＰＤＴ中的主要活性物种逡逑（图１．５）。４ＱＰＤＴ具有非侵入性、固定位点选择性、全身性毒性低等优点，ＰＳ逡逑仅在光照射区域被激活发挥毒性作用，可用于反复多次的治疗过程而不会引发恶逡逑性细胞的抗性，并且治疗部位可迅速愈合。４１过去几十年，ＰＤＴ在临床应用中越逡逑来越受到关注，用于治疗各类实体癌症和肿瘤。逡逑５逡逑

本文编号：2801303