上海交通大学《Nano Research》：PEG交联构建电荷可逆PDC纳米颗粒，改善肿瘤药物递送

肿瘤组织的复杂微环境、多重生物屏障以及药物本身的不良药代动力学特性，都严重制约了治疗效果。在抗肿瘤纳米药物的研发中，如何提高药物递送效率、克服体内复杂的生物屏障，一直是研究关注的重要方向。上海交通大学研究团队在国际知名期刊《Nano Research》上发表重要研究成果：他们开发了一种名为PDC NPs的电荷可逆交联纳米颗粒，通过精巧的“PEG交联”策略，实现了亲水性促凋亡肽的纳米递送与协同光动力治疗，为纳米药物克服多重生物屏障提供了全新思路。

纳米药物递送的“两难困境”

纳米药物递送体系需要面对血液循环稳定性、肿瘤组织渗透、细胞摄取以及胞内释放等多个环节的限制。然而，不同递送阶段对纳米颗粒理化性质的要求往往存在差异：

电荷调控方面：正电荷有利于增强细胞膜相互作用，提高细胞摄取效率，但也容易促进血清蛋白吸附和调理素作用，加速体内清除；相比之下，负电表面有助于降低非特异性相互作用，却可能削弱纳米颗粒与细胞之间的结合，降低胞内递送效率。

结构稳定方面：稳定的纳米结构能够减少运输过程中的药物泄漏，维持有效递送，但过高的稳定性可能影响后续药物释放；而稳定性不足的纳米体系又容易受到生理环境影响，导致结构变化。

因此，如何在体内稳定运输与响应性释放之间实现协调，是智能纳米递送体系设计的重要方向。

PDC NPs：智能响应型纳米平台

针对上述困境，研究团队设计了一种智能响应型纳米平台。他们利用光敏剂Chlorin e6（Ce6）与促凋亡肽dKLA进行超分子自组装——Ce6具有大平面环结构和3个可电离羧基，dKLA因含6个胺基而呈正电荷，两者通过静电相互作用、氢键和疏水作用驱动，自发形成纳米颗粒DC NPs。分子动力学模拟表明，氢键、π-π堆积和疏水作用是驱动组装的主要力量。经优化，dKLA与Ce6的摩尔比为1:2，所得DC NPs粒径约100 nm，PDI约为0.2，呈正电荷。

然而，DC NPs的正电荷表面易引发蛋白吸附，且非共价驱动的自组装结构在血液剪切力下稳定性不足。为此，团队以双氨基功能化PEG（PEG2k-2NH₂）为原料合成了双醛基PEG（PEG2k-2CHO）交联剂，其两端醛基与dKLA上的胺基形成对酸性pH具有响应性的席夫碱，将PEG交联于纳米颗粒表面，得到PDC NPs。PDC NPs总载药量高达68.3%（Ce6 33.6% + dKLA 34.7%），远超传统载体10%-15%的载药水平，临界聚集浓度（CAC）为1.82 μM。

PEG交联赋能的多重优势

PEG交联策略赋予了PDC NPs多重突破性性能：

延长血液循环：PEG交联屏蔽了正电荷，使PDC NPs表面呈轻微负电，有助于降低正电表面带来的调理素作用，从而改善血液循环。药代动力学显示，PDC NPs的AUC0→∞达39.48±1.29 μg/(mL·h)，是游离Ce6（22.29±2.64）的1.77倍，是DC NPs（24.75±1.98）的1.59倍；半衰期T1/2为1.5±0.2 h，显著优于游离Ce6（0.85±0.26 h）和DC NPs（1.3±0.19 h），有力证明了PEG交联策略在延长纳米药物血液循环方面的显著优势。

增强稳定性：PDC NPs在含10%血清环境中至少稳定1周，粒径和PDI无明显变化；而未交联的DC NPs在相同条件下粒径逐渐增加，蛋白吸附进一步加剧了其不稳定性。这充分证明了PEG共价交联对纳米结构的保护作用。

肿瘤微环境响应性电荷反转：席夫碱对酸性pH高度敏感。到达肿瘤部位后，微环境（pH 6.5-6.8）触发席夫碱水解，PEG交联结构逐渐脱离，暴露dKLA上的氨基，使颗粒表面由负转正。细胞摄取实验证实，酸预处理PDC NPs的荧光强度与带正电的DC NPs相当，电荷反转显著提升了内吞效率，巧妙化解了循环与摄取之间的矛盾。

溶酶体逃逸与线粒体靶向：进入细胞后，PDC NPs首先进入溶酶体。dKLA因其破坏阴离子膜的能力，可有效破坏溶酶体膜促进逃逸至胞质。随后dKLA靶向并破坏线粒体膜（其与细菌质膜高度同源），同时阻断呼吸链、降低耗氧量，为光动力治疗（PDT）节省宝贵的氧气资源。共定位分析证实，PDC NPs与溶酶体的共定位随时间逐渐减弱，而与线粒体的关联显著增强。

协同治疗促进肿瘤细胞杀伤：Western blot显示，处理后缺氧标志蛋白HIF-1α和ENO-1明显下调，证实胞内氧水平得到改善；促凋亡蛋白Bad上调、抗凋亡蛋白Bcl-2下调，证明线粒体依赖性凋亡通路被激活。激光照射后Ce6产生大量活性氧，进一步加剧线粒体损伤。联合指数（CI）结果显示，PDT与dKLA介导的凋亡具有协同作用。体外实验显示，经680 nm激光照射后，10 μM及以上浓度的PDC NPs能够杀伤大部分4T1细胞。 

体内抗肿瘤效果

研究团队在4T1乳腺癌小鼠模型中验证了PDC NPs的体内抗肿瘤效果。肿瘤小鼠每3天给药一次，共5次，激光组于注射后8 h给予680 nm激光照射（0.5 W/cm²，5 min）。结果显示，PDC NPs+L组终点肿瘤重量仅为0.34 ± 0.07 g，显著优于其他组别。H&E染色显示肿瘤细胞核呈现明显松散状态，提示大量细胞死亡。更重要的是，该组未观察到明显的肺、肝微转移结节，而对照组可见明显转移灶，这一效果可能得益于光治疗诱导的潜在抗肿瘤免疫响应。安全性方面，PDC NPs治疗组未出现明显的血液学、生化指标异常，主要脏器组织结构基本完整，提示该纳米制剂具有较好的体内生物相容性。

总结与展望

综上所述，上海交通大学研究团队开发的PDC NPs平台，通过PEG交联与电荷反转设计，成功化解了纳米药物递送中血液循环与细胞摄取、结构稳定与释放之间的矛盾。该平台不仅实现了68.3%的高载药量，还通过dKLA与Ce6的协同作用，在降低肿瘤耗氧的同时增强光动力治疗效果，展现出优异的抗肿瘤疗效和良好的安全性。这一策略为亲水性多肽药物的有效递送和线粒体靶向癌症治疗提供了有价值的参考，也为智能响应型纳米药物载体的设计开辟了新方向。

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本研究所使用的关键原料——双氨基功能化PEG（PEG2k-2NH₂），购自厦门赛诺邦格生物科技股份有限公司（Sinopeg）。

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参考资料：

Qu, H., Chen, H., et al. Charge-reversible crosslinked nanoparticles for improved pro-apoptotic peptide delivery and synergistic photodynamic cancer therapy. Nano Research, 2023.