分享一篇Biomacromolecules在线发表的工作，Esterase-Responsive Polypeptide Vesicles as Fast-Response and Sustained-Release Nanocompartments for Fibroblast-Exempt Drug Delivery。本文通讯作者是来自青岛科技大学的周现锋教授和李志波教授。

基于聚多肽的纳米药物载体材料具有良好的生物相容性和可降解性，近年来的研究热度不断提高，许多聚多肽荷载的纳米药物已经进入临床试验阶段。构成聚多肽的氨基酸由于侧基性质不同，可以形成不同的自组装纳米结构，其中囊泡结构能够有效对药物进行包载并产生缓释效果，是纳米抗癌药物的重要构成形式。然而，囊泡药物受到有效成分释放效率的影响，其药效会在一定程度上被限制。近年来，刺激响应材料使得纳米药物朝着靶向化、智能化的方向发展，有效促进了药物在病灶部位的富集和释放，而这样又会使得具有毒性的药物分子穿透凋亡细胞膜和肿瘤外基质，对邻近正常细胞和组织产生急性毒性。李志波教授课题组从这一点出发，对构成囊泡的载体进行功能性修饰，一方面使得载体能对酯酶进行响应，改善囊泡通透性以便药物释放；另一方面囊泡结构的维持可以继续让药物进行缓释，不至于对邻近细胞产生急性毒性，提高了药物的生物安全性。

基于赖氨酸成分，作者首先对其侧基进行了保护性修饰。如图1所示，修饰后的赖氨酸衍生物（LLNA）可以在酯酶的作用下生成不稳定的酚类物质，随后发生消除反应，将赖氨酸的氨基暴露出来。此时，囊泡的亲水性大大增加，提高了通透性，使得药物可以进行释放。另一方面，裸露的氨基与其他未脱保护的赖氨酸侧基发生酰胺化反应形成交联体系，维系了囊泡结构的稳定性，这有效避免了由于囊泡亲疏水性改变导致的溃散以及药物的急速释放，进而降低对邻近细胞的影响。基于以上设计理念，作者构建了包载DOX的PEG-b-PLLNA囊泡，并对其结构、释放特性以及体内外抗癌效果进行了系统性评估。

图1. PEG-b-PLLNA囊泡的结构设计及酯酶响应机制

作者从PEG-b-PLL出发，对其侧基氨基进行保护修饰，得到PEG-b-PLLNA。¹H NMR谱图显示，几乎100 %的氨基都得到了修饰。在水溶液中，PEG-b-PLLNA自组装成为半径约为50 nm的囊泡（图2），CMC值约为20 μg/ml。圆二色谱显示该材料水溶液在208 nm和222 nm处有两个负峰，具有典型的α-螺旋结构，这说明了PEG-b-PLLNA在水溶液中具有螺旋棒状结构并规律堆叠从而形成紧实的囊泡。

图2. 囊泡的TEM图像(a)，DLS测量结果(b)，CMC(c)以及圆二色谱结果(d)

对酯酶具有响应性是该材料的特点之一。实验结果显示，与酯酶作用后，聚合物体系中¹H NMR谱图的芳香包峰消失，取而代之的是对羟基苯甲醇上的芳香氢a和b以及羟基邻位的氢c（图3）。这说明PEG-b-PLLNA在酯酶的作用下充分水解为PEG-b-PLL并释放出了小分子产物。随后对模型分子尼罗红的监测结果显示，在酯酶的作用下，囊泡发生了由疏水向亲水的变化，通透性增加导致尼罗红染料的加速释放。作者也对该载体包载DOX的特性进行了评估，载药率和包封率分别为16.0 ± 1.0 和 49.3 ± 3.5 wt %。在酯酶的作用下，DOX释放明显加速，这有力证明了该载体材料对酯酶的响应性。值得一提的是，12 h后，药物释放速率明显趋缓，这可能是酰胺化反应促进了囊泡的交联而维系了囊泡的结构，使药物释放速度放缓，这在生物体内可以有效避免药物的快速释放对邻近细胞造成的急性毒性。

图3. 与酯酶作用前后聚合物的¹H NMR谱图(a)，尼罗红(b)及DOX(c)的释放曲线

进一步，作者采用酯酶表达水平不同的两种细胞——HeLa以及L929进行对照实验。结果显示，DOX小分子能够有效对两种细胞产生杀伤效果，而包载DOX的PEG-b-PLLNA囊泡则对酯酶表达水平较低的L929细胞无明显作用（图4）。这说明了该药物能够有效被癌细胞摄取，并能对其中的酯酶产生响应从而释放药物，而对于酯酶含量较低的成纤维细胞则不会造成明显毒性。这再一次说明该药物递送体系具有更好的安全性。随后的小鼠体内实验也证实了该载体能够有效提高抗癌药物作用效果，并且提高了生物安全性。

图4. DOX及囊泡对HeLa和L929细胞的杀伤效果

本文介绍了一种酯酶响应的聚氨基酸纳米药物递送体系，在酯酶的作用下，囊泡的通透性显著提高加速了药物的释放，同时赖氨酸侧基通过酰胺反应与其他修饰侧基发生交联，维持了囊泡结构，避免了药物的急速释放，进而降低了对邻近正常细胞的毒副作用。这一刺激响应药物递送材料具有更高的生物安全性，为设计安全高效的抗癌药物提供了新的思路。

作者：WYY 审校：WH

DOI: 10.1021/acs.biomac.0c01251

Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.0c01251