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微小核糖核酸(microRNA,miRNA)是一类细胞内源性、长度约为18-25个核苷酸的小分子非编码核糖核酸,在基因表达中具有重要的调控作用。现有的生物医学研究成果表明,miRNA不仅广泛参与到了正常的生理活动中并且与病理过程紧密相关,在多种人类疾病如癌症中均发现了 miRNA的异常表达以及功能。因而,细胞内miRNA现已成为生物医学研究中的重要目标生物分子,以特定miRNA的表达谱作为疾病诊断的分子标志物或以特定异常表达的miRNA作为疾病治疗的靶标等也已成为化学生物学研究中的热点。通过与内源miRNA序列一致的寡核苷酸(miRNA mimics)或与内源miRNA互补的寡核苷酸(anti-miRNA)对细胞内异常表达的miRNA进行调控已被证实可在分子水平对细胞内miRNA进行人为的干预调节从而实现治疗相关疾病的目的,这一方法也已在临床应用中展现出巨大的潜力。然而,寡核苷酸的负电性以及易降解性决定了其自身并不能跨越细胞膜进入细胞内,因而寡核苷酸的细胞内运输往往需要额外的载体进行辅助。目前广泛应用在寡核苷酸运输中的载体包括病毒载体、脂质体以及纳米颗粒等,这些载体虽在寡核苷酸运输中具有较高的效率,然而其生物相容性仍然不尽如人意。如何开发具有良好生物相容性同时又可对miRNA进行高效运输的载体则成为miRNA细胞内运输及治疗中的热点以及难点。在本论文中,我们以具有良好生物相容性的九聚精氨酸(R9)这一阳离子型的短肽片段为载体,通过对R9的不同化学修饰构建包裹miRNA/anti-miRNA的miRNA纳米复合物,建立可靶向运输miRNA和anti-miRNA的系统策略,并在对细胞内多种miRNA进行调控的基础上研究相关疾病治疗的效率。本论文主要围绕以下两部分展开:1.基于miRNA纳米复合物的anti-miR-21的靶向运输及抑癌功能研究利用单链anti-miRNA对细胞内的致癌性相关miRNA进行抑制调控已被证实可对相关疾病进行治疗。在本部分的研究中,我们选取在多种癌细胞中均高表达的致癌性miR-21作为调控的生物靶标构建了基于纳米复合物的靶向运输体系。在R9上修饰可靶向细胞膜表面叶酸受体的叶酸分子后,我们研究了其与anti-miR-21自组装形成miRNA纳米复合物的能力。通过比较叶酸分子与R9之间的不同连接方式对其与miRNA形成纳米复合物的能力及相应的纳米复合物运输anti-miR-21的效率,揭示带有靶向基团的R9的结构要素与其在运输miRNA功能方面的相关性。我们进而用该靶向型纳米复合物对宫颈癌细胞内的miR-21进行抑制,从而诱导癌细胞发生凋亡的功能进行了研究,展示出此类基于纳米复合物靶向运输anti-miR-21的策略在癌症治疗中的潜在应用。2.基于miRNA纳米复合物的miR-34a及PNAanti-miR-21的靶向运输及抑癌功能研究癌症相关miRNA可分为抑癌miRNA以及致癌miRNA,对抑癌miRNA的上调或者对致癌miRNA的下调均已分别被证实可抑制肿瘤的生长。因此,发展可同时向细胞内转运抑癌miRNA及可抑制致癌miRNA的功能核酸的方法,可望获得更为显著的抑癌效果,然而这一策略仍然鲜有报道。在本部分的研究中,我们设计了在R9上同时连接了可靶向细胞膜表面叶酸受体的叶酸分子及可抑制miR-21功能的肽核酸(PNA),并通过点击反应和光点击反应构建了该类多功能肽分子。这一多功能肽分子可与抑癌miR-34a自组装形成miRNA纳米复合物,从而将抑癌的miR-34a及可抑制miR-21的PNA同时运输进入带有叶酸受体的癌细胞中。我们对于该类多功能纳米复合物对宫颈癌细胞内miR-21以及miR-34a的调控效率,展示了其通过调节miRNA下游生物分子促进细胞凋亡的功能,为多种miRNA靶向运输及治疗的化学生物学研究提供了新的策略。