CN107550864B - Eppt多肽-聚乙二醇-磷脂复合膜材料、其制备方法及主动靶向脂质体递药系统和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EPPT多肽‑聚乙二醇‑脂质复合膜材料及其制备方法，该种膜材料为EPPT多肽以其自身肽链中2位上的半胱氨酸与马来酰亚胺‑聚乙二醇‑脂质偶联形成的共聚物。本发明还提供了该种EPPT多肽‑聚乙二醇‑脂质复合膜材料介导的主动靶向脂质体递药系统及其应用，该递药系统对表达uMUC‑1的细胞具有靶向性，可应用于抗肿瘤药物对上皮细胞腺癌的靶向治疗。本发明克服了现有技术常识的束缚，利用EPPT多肽自身肽链中2位上的、被本领域技术人员普遍认为不适于参与偶联反应的半胱氨酸与马来酰亚胺‑聚乙二醇‑脂质偶联形成共聚物、并以该种共聚物进一步制备了主动靶向脂质递药系统，从而实现了EPPT多肽在上皮细胞腺癌治疗上的靶向应用。
Description
技术领域
本发明属于生物制药技术领域，具体地说，涉及一种EPPT多肽-聚乙二醇-磷脂复合膜材料、其制备方法及主动靶向脂质体递药系统和应用。
背景技术
脂质体是一种由磷脂和胆固醇组成的类似生物膜结构的双分子层微小囊泡。它于1971年首次制备成功，因其具有组织相容性、细胞亲和性等优点，被广泛地用于抗肿瘤药物的递送载体[1-3]。
为了延长普通脂质体制剂在体内的循环时间，有利于其给药后在肿瘤部位的聚集，人们成功开发了经PEG修饰的脂质体即长循环脂质体。然而该长循环脂质体其在肿瘤部位的聚集也仅仅基于实体瘤的高通透性和滞留效应(即EPR效应)，仍属于被动靶向机制。为了进一步提高脂质递药系统对肿瘤细胞的靶向性，减少其对正常组织细胞的侵袭，利用能与肿瘤细胞特异性高表达的受体相结合的配体，如抗体，多肽修饰主动靶向脂质递药系统成为了研究的热点。与抗体相比，多肽具有分子量小，稳定性高，特异性强以及低的免疫原性等特点，因此小分子多肽在靶向脂质递药系统的修饰上有着更为明显的优势[4]。
低糖基化黏蛋白(Underglycosylated mucin-1，uMUC-1)抗原是多种肿瘤早期特征之一，在几乎所有人类上皮细胞腺癌中过量表达，尤其包括90％以上的乳腺癌，卵巢癌，胰腺癌，结肠直肠癌，胃癌，肺癌以及前列腺癌。靶向uMUC-1抗原的多肽EPPT(氨基酸序列为YCAREPPTRTFAYWG)由治疗人上皮癌细胞的单克隆抗体的CDR3Va区域衍生而来，它已被认为是诊断乳腺癌的良好候选者；有文献报道，将EPPT与氧化铁交联形成纳米粒用于显像探针的制备，显著提高了对体内肿瘤的早期诊断能力[5]。因此我们考虑若将EPPT肽用于脂质体的修饰亦可赋予脂质递药系统更优越的主动寻靶能力，从而显著提高其所包载的抗癌药物的有效性。然而出乎意料的是，EPPT肽除了与氧化铁，荧光染料等交联用于制备各种形式的体内显像探针外[5-7]，却未见将其作为主动靶向头基修饰脂质体，用于治疗上皮细胞腺癌的进一步研究报道。
利用半胱氨酸的硫醇基与马来酰亚胺化的PEG-脂质发生反应，从而将多肽配体与PEG-脂质偶联，得到功能性膜材料，是多肽修饰脂质体常见的方法，例如：功能性膜材料NTCP-PEG-DSPE[8]，NGR-PEG-DSPE[9]，Lep-PEG-DSPE[10]和HBVP-PEG-DSPE[11]等均采用这一方法制备得到并用于脂质体的修饰。由于在连接反应过程中，多肽配体关键结合部位若参与反应一般都会引起配体的失活[12]，故为了不影响多肽配体自身的结构特点，上述方法均是在多肽肽链的末端(C端或N端)引入半胱氨酸Cys参与反应。
本申请的发明人也曾尝试用上述多肽偶联脂质体的一般方法，即在EPPT多肽末端引入另一个半胱氨酸，使其参与与脂质的偶联反应，但所修饰的脂质体未显现靶向性(详见对比实施例)。其原因在于，EPPT的氨基酸序列不同于上述多肽，为YCAREPPTRTFAYWG，在肽链结构中自身即含有一个半胱氨酸。在与马来酰亚胺化的PEG-脂质发生反应时，该半胱氨酸也参与到反应中无法得到有效的保护。
那么不在EPPT多肽末端引入另一个半胱氨酸，即利用EPPT的氨基酸序列中自身含有的半胱氨酸参与偶联反应是否具备一定的可行性呢？这就取决于人们对于EPPT多肽结构中该半胱氨酸与其靶向性关系的判断。专利US6174691B1图2揭示了不同氨基酸序列多肽(即“YCAREPPTFAYWGQG”“MYYCAREPPTRTFAYWGQG”和“EPPTRTFAY”以及“REPPTRTFAYWG”)对靶细胞的亲和力，通过比较它们的不同氨基酸结构对亲和力的差异，我们可以较为容易地判断出EPPT肽链结构中的半胱氨酸对靶细胞结合力的发挥起到关键性的作用。此外，现有文献中在用EPPT肽与氧化铁，荧光染料等交联制备各式的体内显像探针时，也均采取将EPPT肽末端功能化以完成偶联反应、而2位上的半胱氨酸被螯合剂保护起来的方法[5]，再次体现了该半胱氨酸对靶向性的贡献之大。因此，根据本领域一般技术人员的常识，可以判定若利用EPPT肽链结构中自身包含的半胱氨酸参与反应将必然引起该配体的失活，大大降低EPPT多肽对肿瘤细胞的亲和力，从而使修饰EPPT的脂质体无法有效地实现对肿瘤细胞的靶向作用，用EPPT肽修饰脂质体提高靶向性的目标难以实现。因此，虽然早在90年代初人们就发现了对uMUC-1具有靶向性的EPPT多肽[13]，但至今仍未见将其作为主动靶向头基修饰脂质体、用于治疗上皮细胞腺癌的应用研究报道。
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13.Courtenay-luck,N.S.,Minimum recognition unit of a PEM mucin tandemrepeat specific monoclonal antibody and detection method.
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术常识的束缚，提出一种EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料及其制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料介导的主动靶向脂质体递药系统。
本发明的还一目的在于提供上述主动靶向脂质体递药系统的应用，经验证，该递药系统对表达uMUC-1的细胞具有靶向性，可实现在上皮细胞腺癌治疗上的靶向应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料，所述膜材料为EPPT多肽以其自身肽链中2位上的半胱氨酸与马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质偶联形成的共聚物，其中，所述EPPT多肽与所述马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质的摩尔比为1:1。上述EPPT多肽链中2位上的半胱氨酸为EPPT多肽与靶细胞结合的关键部位，但在本发明中，该半胱氨酸参与偶联反应，成为反应的“锚点”。
其中，EPPT多肽的氨基酸序列为：
Tyr-Cys-Ala-Arg-Glu-Pro-Pro-Thr-Arg-Thr-Phe-Ala-Tyr-Trp-Gly；聚乙二醇的重均分子量为400-8000，优选地，聚乙二醇的重均分子量为2000-3500；脂质为磷脂酰乙醇胺。
本发明同时提供了上述EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料的制备方法为：将EPPT多肽溶解于磷酸缓冲液中，将马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质溶解于DMF中；将上述两种溶液混合搅拌，室温下避光反应；对反应产物进行纯化、冷冻干燥，即得到EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料。
本发明还提供了一种主动靶向脂质体递药系统，该递药系统含有上述EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料。
此外，本发明还提供了上述主动靶向脂质体递药系统在抗肿瘤药物(对上皮细胞腺癌)靶向治疗上的应用。其中，所述靶向药物为靶向抗肿瘤药物，所述肿瘤为上皮细胞腺癌。进一步地，所述上皮细胞腺癌为乳腺癌，卵巢癌，胰腺癌，结肠直肠癌，胃癌，肺癌或前列腺癌。
综上，本发明并未被现有技术常识所束缚，恰恰利用了EPPT多肽链中被本领域技术人员普遍认为不适于参与反应的半胱氨酸与聚乙二醇-脂质偶联形成共聚物、并以该种共聚物进一步制备了主动靶向脂质递药系统，经验证该递药系统对表达uMUC-1的细胞具有靶向性，可提高普通长循环脂质体对上皮细胞腺癌细胞的靶向性，并提高抗肿瘤药物的药效,从而实现了EPPT肽在上皮细胞腺癌治疗上的靶向应用。
附图说明
图1为根据实施例1制备的EPPT多肽的质谱图。
图2为根据实施例1制备的功能性膜材料EPPT–PEG3500-DSPE的质谱图。
图3为乳腺癌T47D细胞对表面修饰EPPT-PEG-DSPE的主动靶向脂质体(即本发明所制备的主动靶向脂质体，图A和B)和不含EPPT-PEG-DSPE的普通脂质体(即实施例2所制备的不含靶向脂质材料的普通脂质体PEG-LS，图C和D)的体外摄取比较图。
图4为根据对比例1按照常规方法所制备的表面修饰EPPT-PEG-DSPE的脂质体(图A和B)和不含EPPT-PEG-DSPE的普通脂质体(图C和D)的体外摄取比较图。
具体实施方式
以下采用实施例和对比例对本发明的进行详细说明，但本发明并不被这些实施例所限制，在不改变本发明宗旨的前提下，本领域技术人员可以对本发明的各要素进行合理的变更。
实施例1功能性膜材料EPPT–PEG3500-DSPE的合成、纯化和表征
采用Fmoc固相多肽合成技术合成EPPT多肽，其氨基酸序列为Tyr-Cys-Ala-Arg-Glu-Pro-Pro-Thr-Arg-Thr-Phe-Ala-Tyr-Trp-Gly(YCAREPPTRTFAYWG)(委托上海吉尔生化有限公司合成)；通过其肽链中第二个氨基酸即半胱氨酸上的疏基与马来酰亚胺-聚乙二醇-磷脂酰乙醇胺(Mal-PEG3500-DSPE)末端基团马来酰亚胺共价结合，得到功能性膜材料EPPT-PEG3500-DSPE。具体方法为:将EPPT和Mal-PEG3500-DSPE分别溶解于磷酸盐缓冲溶液(pH7.4)和二甲基甲酰胺(DMF)中，按EPPT：Mal-PEG3500-DSPE＝1.2:1物质的量比混合搅拌，室温避光反应2hr。采用透析袋法纯化后，冷冻干燥，得白色粉末。高效液相色谱法(HPLC)检测其纯度为85％以上，基质辅助激光解析飞行时间质谱(MAIDI-TOF-MS)鉴别反应产物。
反应物EPPT和反应产物EPPT-PEG3500-DSPE的质谱结果分别如图1和图2所示。反应物EPPT的分子量为1818(图1)，Mal-PEG3500-DSPE的平均分子质量约为4430，所得反应产物平均分子质量为6248(图2)，与EPPT-PEG3500-DSPE的理论分子量(约为1818+4430＝6248)相符，提示EPPT-PEG3500-DSPE合成成功。
实施例2由EPPT-PEG-DSPE修饰的主动靶向脂质体的制备和表征
采用薄膜水化法制备主动靶向中性脂质体，包载荧光素FAM作为模型药物。具体方法如下:分别称取氢化大豆磷脂HSPC，胆固醇Chol，功能性膜材料EPPT-PEG-DSPE以及PEG-DSPE于圆底烧瓶中，按摩尔比52:43:2:3溶于氯仿溶液，减压旋转蒸发，成一均匀脂质薄膜。真空干燥2hr后，加入1mL FAM溶液(pH 7.4，2mg/mL)，65℃振摇水化，得脂质混悬液。依次通过400nm、200nm、100nm和50nm聚碳酸酯膜挤出，以生理盐水为洗脱液过葡聚糖凝胶G-50层析柱，分离除去游离的FAM，得到包载荧光的主动靶向脂质体EPPT-PEG-LS。同法制备不含靶向脂质材料的普通脂质体PEG-LS，作为阴性对照。激光粒度分析仪检测脂质体颗粒粒径，多功能酶标仪测定并计算荧光素的含量和包封率。
实施例3乳腺癌细胞靶向性验证
取对数生长期的乳腺癌T47D细胞(对uMUC-1表达阳性的细胞)，分别用0.25％胰蛋白酶(含EDTA消化处理，用含10％FBS的DMEM培养液配成单细胞悬液，以每孔1×105个细胞接种于24孔培养板中，在铺板之前放入爬片，每孔500μL的培养液，将培养板移入二氧化碳培养箱中，37℃，5％二氧化碳及饱和湿度条件下培养过夜，使细胞贴壁。次日，分别加入表面修饰EPPT的脂质体EPPT-PEG-LS(或EPPT-PEG-LPD)和无靶向头基修饰的普通脂质体PEG-LS(或PEG-LPD)。每孔FAM最终浓度为100nmoL/L。37℃孵育3h，吸弃上清液。用PBS溶液洗板两次，再用4％多聚甲醛固定15min，轻轻吸取并弃去上清液，用PBS溶液洗板两次，加入300μLDAPI染核，染核15min，封片剂封片固定，凝固之后在激光共聚焦显微镜下观察(激光波长为408nm和488nm)。
乳腺癌T47D细胞对表面修饰EPPT-PEG-DSPE的主动靶向脂质体和不含EPPT-PEG-DSPE的普通脂质体(即实施例2所制备的主动靶向脂质体EPPT-PEG-LS和不含靶向脂质材料的普通脂质体PEG-LS)的体外摄取的比较图分别见图3-A,B和图3-C,D。
从图3可以看出，按照实施例2所制备的表面修饰EPPT-PEG-DSPE的主动靶向脂质体与不含靶向脂质材料的普通脂质体相比，3h内已有明显的荧光，EPPT-PEG-DSPE的修饰显著提高了脂质体的细胞靶向性。
对比例1
本发明在研究过程中，发明人也曾尝试用本领域常识性的多肽偶联脂质体的方法，即在EPPT多肽末端引入另一个半胱氨酸，使其参与与脂质的偶联反应，但试验结果显示用此末端引入另一个半胱氨酸的EPPT肽(序列为Tyr-Cys-Ala-Arg-Glu-Pro-Pro-Thr-Arg-Thr-Phe-Ala-Tyr-Trp-Gly-Cys：以下缩写为YCAREPPTRTFAYWGC)修饰的脂质体在后续的靶向性验证试验中未显现阳性结果。
用此新的EPPT肽(序列为YCAREPPTRTFAYWGC)修饰的脂质体制备如下：
A功能性膜材料的制备：将EPPT多肽的序列变更为YCAREPPTRTFAYWGC，即末端引入另一个半胱氨酸，其余步骤同实施例1；所得的功能性膜材料用MAIDI-TOF-MS无法表征，提示通过该偶联反应所得到的产物分子量巨大，EPPT肽中自身包含的半胱氨酸也参与了偶联反应，未因引入末端半胱氨酸而得到有效的保护。
B包载FAM荧光的主动靶向中性脂质体的制备：由于步骤A通过偶联反应所得到的功能性膜材料不溶于pH7.4的磷酸盐缓冲液，因此将其溶解于DMF，其余步骤同实施例2。
乳腺癌细胞靶向性验证试验(步骤同实施例3)结果见图4。用此新的EPPT肽(序列为YCAREPPTRTFAYWGC)修饰的脂质体在靶向性验证试验中未被细胞高效摄取，未显现阳性结果。
Claims (9)
1.一种EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料，其特征在于，所述膜材料为EPPT多肽以其自身肽链中2位上的半胱氨酸与马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质偶联形成的共聚物，其中，所述EPPT多肽与所述马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质的摩尔比为1:1，所述EPPT多肽的氨基酸序列为：
Tyr-Cys-Ala-Arg-Glu-Pro-Pro-Thr-Arg-Thr-Phe-Ala-Tyr-Trp-Gly。
2.根据权利要求1所述的EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为400-8000。
3.根据权利要求2所述的EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料，其特征在于，所述聚乙二醇的重均分子量为2000-3500。
4.根据权利要求1所述的EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料，其特征在于，所述脂质为磷脂酰乙醇胺。
5.权利要求1至4中任一项所述的EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料的制备方法，其特征在于：
将EPPT多肽溶解于磷酸缓冲液中，将马来酰亚胺-聚乙二醇-脂质溶解于二甲基甲酰胺中；将上述两种溶液混合搅拌，室温下避光反应；对反应产物进行纯化、冷冻干燥，即得到EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料。
6.一种主动靶向脂质体递药系统，其特征在于，含有权利要求1至5中任一项所述的EPPT多肽-聚乙二醇-脂质复合膜材料。
7.权利要求6所述的主动靶向脂质体递药系统在制备抗肿瘤靶向药物中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述靶向药物为靶向抗肿瘤药物，所述肿瘤为上皮细胞腺癌。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述上皮细胞腺癌为乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌、结肠直肠癌、胃癌、肺癌或前列腺癌。
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