基于希夫碱键合的金纳米颗粒酸触发核酸释放系统：内体逃逸与基因沉默的体外验证

研究人员针对核酸药物(Nucleic acid drugs, NADs)细胞内递送过程中面临的内体逃逸难题，开发了基于希夫碱(Schiff base)键合的酸响应型金纳米颗粒(AuNPs)递送系统。通过将氨基修饰的核酸(Cy5-DNA-NH2)与4-巯基苯甲醛反应形成希夫碱连接，构建了DNA-Schiff-AuNPs。实验证实该系统在pH 4.0-5.0条件下可实现核酸释放，并在HeLa细胞中展现出83%的EGFR基因沉默效率，显著优于传统siRNA-AuNPs。该研究为核酸药物递送提供了新型pH响应平台。

　　

在生物医学领域，核酸药物(NADs)如小干扰RNA(siRNA)和反义寡核苷酸(ASOs)因其精准调控基因表达的潜力而备受关注。然而，这些"基因药物"在临床应用上面临着多重障碍：血液中的核酸酶降解、肾脏快速清除、细胞摄取效率低下，以及最关键的内体逃逸难题——就像被锁在细胞内的"快递包裹"无法送达目的地。目前FDA批准的siRNA药物不足10种，凸显了递送系统的瓶颈问题。

金纳米颗粒(AuNPs)因其独特的物理化学性质被视为理想的核酸载体，但传统AuNPs递送系统存在核酸释放不可控的问题。东京理科大学的研究团队独辟蹊径，从化学键的"智能响应"角度出发，设计了一种基于希夫碱(Schiff base)连接的酸触发释放系统。希夫碱就像一种"酸敏感开关"，在生理pH(7.4)下保持稳定，而在内体酸性环境(pH 4.5-5.5)中则会断裂，从而实现核酸的精准释放。

研究人员采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)和荧光光谱等技术表征纳米颗粒性质；通过流式细胞术和荧光显微镜观察细胞摄取；使用实时定量PCR(RT-qPCR)评估基因沉默效率。实验选用HeLa细胞作为模型，并采用内体抑制剂Pitstop 2验证内吞途径。

在"核酸-Schiff-AuNP的制备"部分，研究团队首先优化了反应条件，发现二甲基亚砜(DMSO)是实现DNA-NH₂与4-巯基苯甲醛高效缩合的最佳溶剂。通过盐稳定性测试证实，所得DNA-Schiff-AuNPs能在0.5 mol/L NaCl条件下保持稳定，每个15 nm金颗粒表面可负载约70条DNA链。对照实验显示，未端基修饰的DNA-OH无法形成稳定复合物，验证了希夫碱形成的特异性。

"核酸-Schiff-AuNP的理化表征"结果显示，该系统展现出显著的pH响应特性：在pH 7.4时保持稳定分散(红色)，而在pH 4.0-5.0时发生聚集变色(紫色)。荧光标记实验进一步证实，pH 5.0条件下1小时内即可释放50%的Cy5-DNA，释放动力学与内体酸化过程高度匹配。值得注意的是，在模拟细胞内还原环境(含10 mmol/L谷胱甘肽GSH)中，系统仍保持良好的稳定性。

"生物学评价和核酸-Schiff-AuNP的活性"部分展示了令人振奋的结果。荧光显微成像显示，Cy5-DNA-Schiff-AuNPs处理组的胞内荧光强度显著高于非裂解型对照组，且信号主要分布在细胞质中。Pitstop 2抑制实验证实其通过内吞途径进入细胞。细胞毒性实验显示，即使在最高测试浓度(1 nmol/L，相当于67.1 nmol/L DNA)下，细胞存活率仍超过90%。

最关键的基因沉默实验表明，在血清存在条件下，siRNA-Schiff-AuNPs对表皮生长因子受体(EGFR)的沉默效率达到83%，IC₅₀值为20.3 nmol/L，显著优于传统siRNA-AuNPs(36.5 nmol/L)。这种增效主要归因于酸触发释放机制促进了内体逃逸和细胞质递送。

这项发表在《Biomaterials and Biosystems》的研究具有多重创新价值：首次将希夫碱化学应用于核酸-AuNPs的pH响应设计；建立了DMSO体系中DNA末端修饰的简易方法；实现了不依赖阳离子载体的高效基因沉默。尤为重要的是，该系统避免了传统递送载体(如聚乙烯亚胺PEI)的细胞毒性问题，为核酸药物的临床转化提供了新思路。未来，这种模块化设计还可拓展应用于抗体-药物偶联物(ADCs)等功能化修饰，展现出广阔的临床应用前景。