靶向肝癌阿霉素纳米药物的治疗效应研究 ——细胞行为及结构分析

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背景与目的:肝癌(Hepatocellular Carcinoma,HCC)发病率居全球癌症发病率第6位,治疗难度大,死亡率高,而且HCC对放疗不敏感,所以一般只能化疗,目前临床上的化疗药物种类繁多,对肿瘤细胞的杀伤力强,但是因其靶向性弱或无靶向性、以及多药耐药性(Multiple Drug Resistance,MDR)的快速形成两大瓶颈问题而使治疗效果仍然不佳、预后很差。阿霉素(Doxorubicin,DOX)是目前临床常用的肝癌化疗一线药物,由于该药具有强大的癌细胞杀伤能力被认为是最有效的HCC化疗药物之一,然而,DOX对心脏和其他增殖细胞有高度毒性,特别是对心脏,会导致严重的心肌损伤和心力衰竭。脂质体是目前临床上常见的一种纳米载体,其生物相容性良好,可有效包载多种化疗药物,而且具有缓控释能力,具备良好的临床癌症治疗应用前景。目前,Lipo-DOX已作为脂质体药物制剂上市。由于脂质体的水溶性,Lipo-DOX更容易与细胞膜融合,使更多的DOX进入肿瘤细胞,增加在细胞中的浓度,提高了 DOX对癌细胞的杀伤效率,在HCC的临床治疗上存在非常大的应用前景。然而该脂质体药物制剂仍然没有显著的靶向性,导致癌细胞也可以快速建立MDR。实验室前期已筛选出肝癌靶向多肽HCSP4,进行了一系列HCC细胞特异性和敏感性验证并证实了其对HCC细胞的靶向性。结合文献和数据库分析预测,认为miR101可以抑制化疗药物的MDR,并将miR101的前体(pre-miR101)构建为其质粒表达载体。所以我们将肝癌靶向多肽HCSP4链接在脂质体外,miR101包裹在脂质体内并载有临床化疗药物DOX构建成HCSP4-Lipo-DOX-miR101脂质体体系,在体外转染HCC细胞HepG2和DOX耐药HCC细胞HepG2/ADR,研究了该脂质体药物制剂对HCC细胞的细胞毒性、增殖能力、运动能力、凋亡性、杀伤力的生物学效应。本研究的目的是为了向研发肝癌新型靶向化疗药物提供新思路以及积累实验基础。本研究的创新性有以下三点:(1)对HCC的靶向性;(2)MDR抑制性的miR101应用;(3)同时把HCC的靶向性和MDR的抑制特性结合到一种药物递送体系。研究方法:本研究基于上述现状,试图以本室之前获得的HCC细胞靶向性多肽HCSP4为导向元件,以我们基于数据库筛选的可能对于某些MDR相关基因具有靶向性的miR101为MDR抑制元件,构建成功符合体内外应用要求的HCC靶向性载药体系 HCSP4-Lipo-DOX-miR101。(1)通过检测脂质体体系的粒径,包封率,分散系数等质控分析证明脂质体的可实用性;(2)以pcDNA6.2-GW/EnGFP质粒作为表达质粒转染HCC细胞并在倒置荧光显微镜下检测我们制备的脂质体体系HCSP4-Lipo-DOX-miR101对HCC细胞HepG2的靶向性,以及转染效率,并确定最佳转染条件;(3)通过MTT和细胞克隆形成对HCC细胞特别是DOX耐药HCC细胞毒性进行检测;(4)通过DAPI染细胞核、Mitoview633染线粒体以及DNA ladder实验检测脂质体体系对两种HCC细胞凋亡的影响;(5)通过划痕法和Transwell小室实验检测在脂质体体系转染HCC细胞后,HepG2以及HepG2/ADR细胞的运动和增值能力;(6)利用流式细胞仪检测HCC细胞HepG2和HepG2/ADR的细胞周期;(7)通过扫描电子显微镜观察、考马斯亮蓝染色、β-tubulin实验检测并观察两种HCC细胞特别是DOX耐药HCC细胞的细胞骨架整体形态。(8)通过网络数据库分析常用化疗药物的MDR有关基因。实验结果:本研究基于上述实验得出以下结果:(1)通过薄膜分散发成功制备了 HCSP4-Lipo-DOX-miR101载药体系,粒径在100-135nm之间,对DOX的包封率为了 90%,扫描电镜和透射电镜结果显示脂质体呈球形、分布均匀、大小均一、符合体外实验要求。(2)通过对不同细胞的转染效率证明HCSP4能特异性靶向HCC细胞。(3)通过MTT和细胞克隆形成实验证实了 HCSP4-Lipo-DOX-miR101性能安全,增强了 DOX对HCC细胞的杀伤力。(4)通过DAPI染细胞核、Mitoview633染线粒体以及DNA ladder实验证实了HCSP4-Lipo-DOX-miR101 显著促进 HCC 细胞凋亡。(5)通过划痕实验和Transwell小室侵袭实验证实了 HCSP4-Lipo-DOX-miR101显著抑制HCC细胞运动和增值能力。(6)通过流式细胞仪检测证实了 HCSP4-Lipo-DOX-miR101阻滞HCC细胞周期在G0/G1期。(7)通过扫描电子显微镜观察、考马斯亮蓝染色、β-tubulin染色实验证实了HCSP4-Lipo-DOX-miR101显著抑制HCC细胞运动相关微结构的发育。(8)通过网络数据库分析得到阿霉素的耐药相关基因有ABHD2、ANPEP、CHSY1、GDPGP1、RCCD1、ACAN等;5-氟尿嘧啶的耐药相关基因有CDH3、DVL2、FBX039、MPDU1、SAT2、SENP3 等;顺铂的耐药相关基因有 MTUS2、AC064874.1、AGAP1、C8orf49、GATA4。研究结论:我们所制备的脂质体体系HCSP4-Lipo-DOX-miR101对培养的HCC细胞具有靶向性,尤其是对HepG2细胞具有较高的特异性。HCSP4-Lipo-DOX-miR101对HCC细胞HepG2特别是DOX耐药HCC细胞HepG2/ADR具有明显的细胞毒性和恶性抑制作用。miR101介导的DOX的MDR明显受到抑制。在这两个关键性的导向元件存在下,靶向脂质体载药体系HCSP4-Lipo-DOX-miR101对HCC的治疗效率提高,毒性降低,同时逆转了对化疗药物的多药耐药性,为临床上肝癌及其它癌症治疗克服瓶颈问题。
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