Acid-ActiveCell-PenetratingPeptidesforinVivoTumor-Targeted解读.doc

Acid-Active Cell-Penetrating Peptides for in Vivo Tumor-Targeted Drug Delivery Erlei Jin,Bo Zhang.JACS.2013,135,933?940 摘要：细胞穿透肽（CPPs）像反式转录肽（TAT）对于提高细胞内的穿透力和多种物质细胞核靶标已经被探索很长时间，但他们的正电荷引起强烈的非特异性相互作用，使它们不适用于许多体内应用。在这次工作中，我们使用TAT证明小分子修饰方法在血液中可以抑制CPPs非特异性反应，之后在靶组织或细胞重新激活它们的功能。TAT赖氨酸残基胺基被酰胺化成琥珀酰胺（aTAT）,就可以完全抑制TAT在血液中的非特异性反应；当在酸性肿瘤间质或内化到细胞内或溶酶体中，aTAT的琥珀酰胺迅速被水解，完全恢复TAT的功能。因此，aTAT官能化成聚乙二醇嵌段聚ε-己内酯胶束可以在血液中实现长循环，有效积累传递阿霉素到肿瘤组织，从而产生较高的抗肿瘤活性和较低的心脏毒性。酰胺化方法有效和方便地实现了CPPs在体内的应用。 前言 细胞穿透肽（CPPs），高度阳离子肽通常富含精氨酸和赖氨酸等氨基酸，其特征在于它们能够快速转运进入几乎任何活细胞中。一些序列，如从HIV反式转录（TAT）蛋白（GRKRRQRRRPPQ）中蛋白转导结构域，可以被核孔复合物识别，因此可以积极地从胞浆转运蛋白质、DNA、纳米颗粒和其他物质进入细胞核。因此，CPPs已经被用作十分有效的“火车头”对于细胞内和核内多种物质转运，从抗癌小分子药物到生物大分子蛋白、甚至纳米颗粒。 大量的体外研究表明具有巨大的应用潜力，然而，CPPs是不能应用在许多体内细胞的，因为它们固有非特异性阳离子导致的。例如，β-半乳糖苷酶-TAT复合蛋白注射入小鼠的腹腔内，发现在几乎所有的组织都有分布。一旦静脉注射（I.V.）给药，CPPs激活网状内皮系统识别;因此，它们被迅速从循环中清除，并且很容易地渗透到大多数器官。 CPPs的阳离子电荷用聚阴离子屏蔽被用来抑制它们的非特异性反应。例如，CPP和阴离子肽结合通过一个可切割的连接臂，来掩盖它的细胞穿透功能和非特异性反应。当在靶组织如肿瘤中，接头的蛋白水解促进了两个结构域的解离，激活了CPP的功能。然而，一个最近的报到显示，激活在肿瘤细胞是少数的，绝大多数都发生在血管中。Sethuraman和Bae提出用合成的pH响应聚合物去屏蔽酸敏感，在中性条件下显负电性，但是在酸性条件下呈中性。因此，在中性pH值的聚合物形成复合物，但在酸性pH释放TAT。主要关注这个方法体内复合物的稳定性，因为一个短的TAT肽包含的阳离子数目有限；因此，它的静电相互作用非常微弱。作为参考，甚至TAT用大的阴离子作为复合物如DNA也会迅速溶解在血清蛋白中。Bae和同事也提出了其中的TAT由pH敏感的聚组氨酸（polyHis）锚定到胶束表面的一个“pop-up”的方法。聚组氨酸在pH7.4是难溶的，因此TAT被包埋在亲水层PEGk中；在酸性pH中，聚组氨酸开始具有水溶性，暴露TAT在胶束表面对于结合。这个方法并不适用核内转运，然而：当在细胞浆中pH大约在7.4，TAT部分将再次埋藏在PEG层中。 在这里，我们展示了小分子修饰方法在体内CPP的应用。几乎所有的CPP含有赖氨酸残基;它们的伯胺是非特异性相互作用的主要原因，但它们也在膜转导和核定位功能中发挥关键作用。一些β羧基酰胺在中性pH中是稳定，但在酸性pH很快水解再得到相应的胺。我们因此假设，酰胺化的赖氨酸残基胺基对于酸不稳定可能使CPPs失活，抑制它们在血液中的非特异性反应。在酸性肿瘤间质（pH7）或细胞内/溶酶体（pH4-5）,酸不稳定的酰胺将被水解，CPPs被活化和显示它们的功能（如图1a）。这个方法将使CPPs被应用在体内，尤其在传递系统中。 这一假说的关键问题是酰胺化赖氨酸残基胺基是否足以灭活CPP，因为它们还含有精氨酸残基，其阳离子基团不能容易地酰胺化。这里我们选择富含精氨酸的TAT肽包含两个赖氨酸残基和五个精氨酸残基去测试我们合成的。（如图1b）我们将TAT和酰胺化产物与聚乙二醇嵌接聚ε-已内酯胶束连接，比较体内和体外胶束功能化性质。与TAT功能化胶束相反的是aTAT-PEG-PCL胶束在血液中没有非特异性反应，因此体内循环与非功能化PEG-PCL胶束相同。更重要的是，aTAT-PEG-PCL的优先积聚在肿瘤组织中，其中aTAT在肿瘤的酸性胞外间质和溶酶体被再生为TAT;TAT恢复了功能在体内产生了不错的治疗功效。 图1.(a)一个细胞渗透肽（CPP）使用TAT作为例子插图证明，CPP在血液中失活和在肿瘤间质或体内肿瘤靶向药物传递细胞被激活。CPP的赖氨酸残基胺基酰胺化后，抑制在血液中的非特异性相互作用，而