8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline, 8-HQ）及其金屬配合物憑借獨(dú)特的金屬螯合、生物相容性可調(diào)及結(jié)構(gòu)修飾靈活性，成為基因傳遞載體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其核心優(yōu)勢在于可通過配位作用構(gòu)建穩(wěn)定的基因復(fù)合物，同時(shí)兼具緩沖內(nèi)涵體、保護(hù)核酸免受酶解、調(diào)控細(xì)胞攝取與胞內(nèi)釋放的多重功能，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化，能顯著提升基因轉(zhuǎn)染效率并降低細(xì)胞毒性，為非病毒基因載體的開發(fā)提供了新路徑，以下展開系統(tǒng)解析。

一、8-羥基喹啉在基因傳遞中的作用機(jī)制與核心應(yīng)用形式

8-羥基喹啉在基因傳遞中的應(yīng)用核心是通過自身的喹啉環(huán)與羥基結(jié)構(gòu)，結(jié)合金屬離子形成配位復(fù)合物，進(jìn)而通過靜電作用、疏水作用或氫鍵作用負(fù)載質(zhì)粒DNA、siRNA、mRNA等核酸分子，構(gòu)建“8-HQ-金屬-核酸”三元復(fù)合物載體，其作用機(jī)制貫穿基因傳遞的全流程：在胞外，金屬配合物的正電荷可中和核酸的負(fù)電荷，形成粒徑可控的納米顆粒，避免核酸被血清中的核酸酶降解；在細(xì)胞攝取階段，復(fù)合物可通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，8-羥基喹啉及其金屬配合物的緩沖能力可在內(nèi)涵體酸性環(huán)境（pH 5.0–6.0）中發(fā)生質(zhì)子化，引發(fā)“質(zhì)子海綿效應(yīng)”，破壞內(nèi)涵體膜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)核酸的胞質(zhì)釋放；在胞質(zhì)中，金屬-核酸復(fù)合物的解離可釋放游離核酸，進(jìn)入細(xì)胞核完成基因表達(dá)。

其核心應(yīng)用形式分為三類：一是8-HQ金屬配合物載體，如8-羥基喹啉與鋅、鎂、鋁、銅等金屬離子形成的螯合物（ZnQ₂、MgQ₂、AlQ₃等），通過金屬離子的配位作用穩(wěn)定載體結(jié)構(gòu)并提供正電荷；二是8-羥基喹啉改性高分子載體，通過化學(xué)接枝將其引入聚乙二醇、聚乙烯亞胺、殼聚糖等高分子材料中，提升載體的內(nèi)涵體逃逸能力與生物相容性；三是8-羥基喹啉復(fù)合納米載體，將8-羥基喹啉金屬配合物與脂質(zhì)體、納米金、氧化石墨烯等納米材料復(fù)合，結(jié)合不同材料的優(yōu)勢，優(yōu)化基因傳遞的各個(gè)環(huán)節(jié)。

二、轉(zhuǎn)染效率的核心影響因素與優(yōu)化策略

基因轉(zhuǎn)染效率的提升需圍繞載體的胞外穩(wěn)定性、細(xì)胞攝取效率、內(nèi)涵體逃逸能力、胞內(nèi)解離效率及生物相容性五大核心環(huán)節(jié)展開，針對8-羥基喹啉基載體的特性，以下是具體的優(yōu)化策略。

（一）載體結(jié)構(gòu)與組成優(yōu)化

載體的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)直接決定其基因負(fù)載能力與轉(zhuǎn)染效率。對于8-羥基喹啉金屬配合物載體，金屬離子的種類與配位比例是關(guān)鍵調(diào)控因素，Zn²⁺、Mg²⁺等二價(jià)金屬離子形成的配合物（如ZnQ₂、MgQ₂）具有適中的穩(wěn)定性，在內(nèi)涵體酸性環(huán)境中易解離，轉(zhuǎn)染效率高于Al³⁺等三價(jià)金屬形成的配合物（AlQ₃）；配位比例的優(yōu)化（如Zn²⁺與8-HQ的摩爾比1:2）可確保載體表面帶有適量正電荷，提升對核酸的負(fù)載能力，同時(shí)避免過高正電荷導(dǎo)致的細(xì)胞毒性。對于8-羥基喹啉改性高分子載體，接枝率的控制至關(guān)重要，接枝率過低則內(nèi)涵體逃逸能力不足，接枝率過高易導(dǎo)致載體水溶性下降與細(xì)胞毒性增加，如聚乙烯亞胺接枝8-羥基喹啉的適宜接枝率通常在15%–25%之間。此外，通過引入親水基團(tuán)（如聚乙二醇）對載體進(jìn)行表面修飾，可提升載體的血清穩(wěn)定性，減少非特異性蛋白吸附，延長載體在體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間。

（二）基因復(fù)合物的制備工藝優(yōu)化

制備工藝直接影響基因復(fù)合物的粒徑、電位與分散性，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)染效率。采用納米沉淀法、乳化溶劑揮發(fā)法等制備8-羥基喹啉金屬配合物-核酸復(fù)合物時(shí)，需控制制備過程中的pH值、溫度、攪拌速率與原料濃度。pH值需控制在7.0–7.4的生理范圍內(nèi)，避免影響8-羥基喹啉金屬配合物的穩(wěn)定性；溫度控制在25℃左右，防止高溫導(dǎo)致核酸變性；攪拌速率適中（300–500rpm），確保復(fù)合物粒徑均勻（100–200nm），該粒徑范圍的納米顆粒可高效通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞。對于8-羥基喹啉復(fù)合納米載體，如脂質(zhì)體-8-HQ-Zn²⁺復(fù)合載體，可通過薄膜分散法制備，控制脂質(zhì)體與8-羥基喹啉金屬配合物的比例，確保復(fù)合物表面電位在+10–+30mV之間，既能提升細(xì)胞攝取效率，又能避免過高電位導(dǎo)致的細(xì)胞毒性。

（三）細(xì)胞攝取與內(nèi)涵體逃逸的強(qiáng)化

細(xì)胞攝取效率與內(nèi)涵體逃逸能力是轉(zhuǎn)染效率的關(guān)鍵瓶頸，針對8-羥基喹啉基載體的特性，可通過以下策略強(qiáng)化。一是引入靶向基團(tuán)，如葉酸、轉(zhuǎn)鐵蛋白、RGD肽等，修飾在載體表面，實(shí)現(xiàn)載體對特定細(xì)胞的靶向識別，提升細(xì)胞攝取效率，如葉酸修飾的8-HQ-Zn²⁺載體對葉酸受體高表達(dá)的腫liu細(xì)胞的攝取效率顯著提升；二是優(yōu)化載體的內(nèi)涵體逃逸能力，通過調(diào)控8-羥基喹啉的含量或引入輔助內(nèi)涵體逃逸成分（如氯喹、溶菌酶），增強(qiáng)“質(zhì)子海綿效應(yīng)”，如在它改性殼聚糖載體中添加10%的氯喹，內(nèi)涵體逃逸效率提升40%以上；三是采用光響應(yīng)或pH響應(yīng)的載體設(shè)計(jì)，如在8-羥基喹啉復(fù)合載體中引入偶氮苯等光響應(yīng)基團(tuán)，通過光照觸發(fā)載體結(jié)構(gòu)解離，實(shí)現(xiàn)核酸的快速胞內(nèi)釋放。

（四）生物相容性與毒性的平衡

8-羥基喹啉基載體的細(xì)胞毒性主要源于游離8-羥基喹啉分子的釋放與金屬離子的過量釋放，需通過優(yōu)化載體結(jié)構(gòu)與組成，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)染效率與生物相容性的平衡。一是選擇低毒性的金屬離子，如Zn²⁺、Mg²⁺等人體必需的金屬離子，替代毒性較高的Cu²⁺、Al³⁺等；二是通過化學(xué)鍵合或復(fù)合涂層的方式，控制8-羥基喹啉與金屬離子的釋放速率，如在8-HQ-Zn²⁺載體表面包覆一層聚乙二醇涂層，可顯著降低游離分子的釋放量；三是通過體外實(shí)驗(yàn)確定載體的適宜使用濃度，確保在轉(zhuǎn)染效率極高的同時(shí)，細(xì)胞存活率>90%，如ZnQ₂-質(zhì)粒DNA復(fù)合物的適宜濃度通常在20–50μg/mL之間。

三、應(yīng)用案例與效果驗(yàn)證

（一）8-羥基喹啉金屬配合物載體轉(zhuǎn)染案例

在體外轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)中，采用ZnQ₂作為載體負(fù)載綠色熒光蛋白（GFP）質(zhì)粒，在人肝ai細(xì)胞（HepG2）中進(jìn)行轉(zhuǎn)染，結(jié)果顯示，ZnQ₂-質(zhì)粒復(fù)合物在N/P比為10時(shí)，轉(zhuǎn)染效率達(dá)45%，顯著高于裸質(zhì)粒（<5%），且細(xì)胞存活率>90%；在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，將該復(fù)合物通過尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，在肝臟組織中可檢測到GFP的高效表達(dá)，且無明顯的肝臟毒性，證明了8-羥基喹啉金屬配合物載體在體內(nèi)基因傳遞中的應(yīng)用潛力。

（二）8-羥基喹啉改性高分子載體轉(zhuǎn)染案例

采用8-羥基喹啉接枝聚乙烯亞胺（PEI）作為載體，負(fù)載siRNA用于沉默人乳腺ai細(xì)胞（MCF-7）中的HER2基因，接枝率為20%的8-HQ-PEI載體在N/P比為8時(shí)，siRNA的轉(zhuǎn)染效率達(dá)55%，HER2基因的沉默效率達(dá)70%，且細(xì)胞毒性顯著低于未接枝的PEI載體（細(xì)胞存活率從60%提升至90%），證明了8-HQ改性可顯著提升高分子載體的轉(zhuǎn)染效率與生物相容性。

四、現(xiàn)存挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

當(dāng)前，8-羥基喹啉基基因載體仍面臨一些挑戰(zhàn)，如體內(nèi)轉(zhuǎn)染效率低于病毒載體、血清穩(wěn)定性不足、體內(nèi)分布非特異性等。未來的發(fā)展方向?qū)@以下幾個(gè)方面展開：一是開發(fā)多功能復(fù)合載體，如將8-羥基喹啉金屬配合物與免疫檢查點(diǎn)抑制劑、化療藥物等結(jié)合，構(gòu)建“基因處理+免疫處理+化療”的聯(lián)合處理載體；二是實(shí)現(xiàn)載體的智能化調(diào)控，通過引入響應(yīng)性基團(tuán)，實(shí)現(xiàn)載體在腫liu微環(huán)境等特定條件下的精準(zhǔn)釋放；三是開展體內(nèi)長期安全性與有效性評價(jià)，優(yōu)化載體的體內(nèi)循環(huán)與靶向分布，為臨床應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://m.chexianwx.cn/