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  藥物分子的細胞內轉導是藥物遞送系統中非常重要的一環。生物大分子或親水性藥物的透膜遞送仍然是一個重大挑戰。細胞透膜肽（cell penetrating peptides, CPPs）是一類陽離子短肽，可以有效地透過細胞膜并攜帶生物活性物質進入細胞。一般認為CPPs可以通過一種或多種途徑進入細胞，大多數情況下，內吞是主要的攝取途徑。通過內吞途徑遞送的局限性包括不可避免的內涵體/溶酶體的滯留和降解，這些局限性成為了降低細胞內遞送效率的主要因素。當內吞作用被抑制或濃度超過閾值時，CPPs可通過直接易位機制進入細胞，其中孔形成介導的直接易位機制以快速高效的穿膜優勢成為了研究熱點，最近，南開大學化學學院劉陽團隊首次基于孔形成的基本原理設計合成了一系列富含精氨酸的透膜聚合物，該聚合物可通過孔形成介導的非內吞機制有效進入細胞，從根本上解決了囊泡束縛的問題。將其應用于基因遞送，PT25-R2-C6顯示出比PEI 25K更高的轉染效率和更低的細胞毒性。

  通過對不同側鏈結構聚合物的篩選，確定了三種元素是保證高效直接易位的關鍵，包括（1）兩親性刷狀聚合物結構自組裝成納米顆粒，形成聚簇陽離子殘基，導致膜的局部大擾動；（2）降冰片烯基和多肽之間的柔性疏水連接臂有助于將富含精氨酸的側鏈插入磷脂雙分子層的疏水區域并與遠端層相互作用；（3）側鏈中適量的精氨酸不僅可以保證成孔能力，還可以保證安全性。PTn-R2-C6是一種類刷狀聚合物，其每條側鏈上有兩個精氨酸殘基和一個柔性己酸連接臂，能夠有效地在細胞膜上形成孔并通過直接易位機制內化到細胞中（圖2）。

  此外，團隊還研究了PTn-R2-C6作為基因遞送載體的潛力，PTn-R2-C6可通過相同的直接易位機制將質粒運輸到細胞質中（圖3a）。通過調節PTn-R2-C6的聚合度，進一步優化轉染效率。PT25-R2-C6顯示出比PEI 25K更高的轉染效率（圖3b）和更低的細胞毒性（圖3c）。PTn-R2-C6聚合物的發明為藥物的高效、快速的跨細胞膜胞內遞送提供了一個有價值的平臺，在疾病治療、疫苗開發、基因工程等領域具有巨大的應用潛力。

圖3. 聚合物PTn-R2-C6應用于基因遞送的研究

  以上相關成果以“Arginine-Rich Polymers with Pore-forming Capability Enable Efficient Intracellular Delivery via Direct Translocation Across Cell Membrane”為題發表于《Advanced Healthcare Materials》上，該論文通訊作者為南開大學化學學院高分子化學研究所劉陽教授。該研究得到了科技部重點研發專項以及國家自然科學基金等項目支持。