全 文 ：生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2009年第 2期·综述与专论·
收稿日期：2008-11-11
基金项目：国家自然科学基金资助项目（20876023）
作者简介：张书民（1983-），男，硕士研究生，研究方向：脂质体研究；E-mail：shuminzhang@yahoo.cn
通讯作者：乔卫红，副教授，研究方向：表面活性剂研究；Tel：0411-39893879，E-mail：qiaoweihong2001@sina.com
基因治疗是医学界最活跃的研究领域之一，其
原理是把适当的正常外源基因导入人体靶细胞或
组织，并整合至染色体中，通过其正常表达，生成相
应的蛋白质，补充缺失基因或关闭异常基因 ，从根
本上消除产生疾病症状的内在因素 [1]。 作为一种新
的、具有革命性的治疗手段，基因治疗的有效性已
得到临床验证。但有三个因素制约了它的发展：（1）
高效、具有靶向性的基因导入系统；（2）外源基因表
达的调控；（3）开发更多、更有效的治疗基因。 其中
开发高效、具有靶向性的基因导入系统即基因载体
成为关键因素。
阳离子脂质体与 DNA 的复合物（lipoplex）和阳
离子聚合物与 DNA 的复合物 （polyplex）被认为是
有前途的非病毒基因载体而被广泛研究。
对于以载体-基因复合物为媒介的转染，载体-
基因复合物连接到细胞膜是转染过程的第一步。与
Lipoplex 和 polyplex 类似， 大部分非病毒载体-基因
复合物表面带有正电荷，表现出与细胞膜强的亲和
力，造成细胞转染。 但是，同样由于正电荷，复合物
表现出细胞靶向性转运的难度大、毒性强和抗血清
性缺乏等缺点， 从而在基因载体上连接靶向性配
体， 使载体具有靶向性来增加基因被细胞的摄入
量，也成为研究的热点。
除了表面特性，具有能够控制基因的分子内运
输功能对于载体达到有效的转染是很重要的 。 其
中，载体从内涵体到细胞质转移的能力是非常重要
的，否则，载体-基因复合物将进入溶酶体被降解 [2]。
目前已经发展了许多方法来增强基因从内涵
体中的逃离。经常采用将膜去稳定性分子结合到基
因载体上破坏内涵体膜的稳定性来增强转染活性 [3]。
膜分裂肽，例如病毒融合肽和合成的聚合物能够增
强 polyplex 和 lipoplex 的转染效率。 但是连接肽活
一种新型基因载体——SucPG络合物的研究进展
张书民 1 乔卫红 1 刘栋良 2
（1大连理工大学精细化工国家重点实验室，大连 116012；2东华大学化学与化工学院，上海 201620）
摘 要： 简要介绍了一种新型基因载体——SucPG络合物的研究进展，它由连有转铁蛋白的SucPG（琥珀酰多聚
甘油）修饰的脂质体与lipoplex络合形成，具有较高的转染活性，抗血清性和毒性低等一系列的优点。
关键词： 基因载体 SucPG络合物 转染活性 抗血清性 毒性
The Research Progress of a Novel Gene
Vector——SucPG-complex
Zhang Shumin1 Qiao Weihong1 Liu Dongliang2
（1State Key Laboratory of Fine Chemicals，Dalian University of Technology，Dalian 116012；2College of Chemmistry and
Chemical Engineering，Donghua University，Shanghai 201620）
Abstract： The research of gene vectors has received growing attention in recent years. In this paper，the research
progress of a novel gene vector which is called SucPG-complex was introduced briefly. The SucPG-compl x whic was
prepared by complexation of the transferrin-bearing SucPG-modified liposomes with the lipoplex， features many
advantages such as high transfection activity，serum-resistance，low ytotoxicity.
Key words： Gene vector SucPG-complex Transfection activity Serum-resistance Cytotoxicity
2009年第 2期
化分子并不能有效的增强载体的转染活性 。 据报
道，来自于流行感冒病毒红血球凝聚素的膜活化肽
能够极大的提高有较低转染活性的 lipoplex 的转染
效率， 却只能很小影响有理想组成的 lipoplex 的活
性 [4]。因此，对于有效的大的载体-基因复合物，膜活
化分子的连接可能不能起到显著的破坏内涵体的
稳定性的作用。
聚合物中含有仲胺和叔胺引起的质子海绵效
应也被用于提高基因从内涵体的逃离。聚乙烯亚胺
（PEI）和聚酰胺-胺（PAMAM）通过质子海绵效应达
到了有效的转染，但是引入膜去稳定分子（如蜂毒
素和环糊精）到 PEI 和 PAMAM 能提高它们的转染
活性，表明质子海绵效应并不能足够的引起有效的
基因从内涵体中逃离 [5]。
对于以脂质体为基础的基因载体，与内涵体的
融合对于提高转染效率是尤其重要的 [6]。 许多研究
表明，在有效的基因转染方面，融合过程起到了很
关键的作用 [7]。 另外，基因从复合物中脱离可能发
生在复合物与内涵体膜融合时。 因此，具有较高融
合能力的基因载体可能具有较高的转染活性。具有
中性或负电性的表面 、有细胞靶向性配体、与内涵
体膜的融合能力较强的基因载体对于达到较高的
转染效率是可行的。 SucPG 络合物是一种符合上述
要求的新型基因载体，对其研究很有意义。
1 SucPG络合物的结构特性
2001 年 Kono 等 [8]设计并制备研究了由连有转
铁蛋白的 SucPG（琥珀酰多聚甘油 ）修饰的脂质体
与 lipoplex 络合形成的新型基因载体（图 1）。 负电
荷的 SucPG 修饰的脂质体与正电荷的 lipoplex 通过
静电相互作用连接在一起。 SucPG 修饰的脂质体在
弱酸条件下具有脂溶性。 SucPG 络合物通过转铁蛋
白受体介导的细胞内吞作用进入细胞，与内涵体膜
相互融合而释放 DNA，从而达到基因转染。 结构中
的 lipoplex 由 3β[N-（N′，N′-二甲基氨基乙基 ）氨甲
酰基 ]-胆固醇 （DC-chol）、二油酰磷脂酰乙醇胺 （D-
OPE） 和质粒 DNA 构成，DC-chol 与核苷酸的摩尔
比率为 2.0。
SucPG 络合物的 zeta 电位和直径随着 SucPG
修饰的脂质体与 lipoplex 摩尔比率变化而改变。 在
Kono 等 [8]的研究中 ，lipoplex 的 zeta 电位为 17 mV，
当加入 SucPG 修饰的脂质体时电位降低，表明 lip-
oplex与 SucPG修饰的脂质体形成了络合物， 随着比
例的增大，负电性增强，直到达到一个常数-6 mV，与
SucPG 修饰的脂质体的电位一致， 说明 lipoplex 的
表面可能被脂质体完全覆盖。络合物在中性电荷时
表现出最大直径，其它比率时直径与 lipoplex 类似。
在中性条件下，SucPG 络合物是稳定的， 在弱
酸条件下 lipoplex 与 SucPG 修饰的脂质体之间发生
融合， 这表明在弱酸条件下，SucPG 络合物的融合
能力增强，也说明其能与具有弱酸环境的内涵体或
者溶酶体融合。
2 SucPG络合物的性能研究
2.1 SucPG 络合物的转染活性
SucPG 络合物与 lipoplex 相比具有较高的转染
活性。 Kono 等将带有转铁蛋白的 SucPG 络合物和
不带转铁蛋白的 SucPG 络合物处理的 HeLa 细胞的
荧光素酶的活性进行比较 [8]。 与 lipoplex 相比，不带
转铁蛋白的 SucPG 络合物在细胞中表现出 2 倍高
的荧光素酶表达 ，SucPG 修饰的脂质体与 lipoplex
的络合能增强其转染能力，只要络合物具有正电荷
的表面即使络合物没有连接转铁蛋白，表明 SucPG
修饰的脂质体能够通过与内涵体或溶酶体的融合
来增强质粒 DNA 的释放。
当 SucPG 络合物具有负电荷时，如果络合物上
不连接转铁蛋白则几乎不表现出转染能力，连接转
铁蛋白的络合物能有效的转染细胞。结果表明负电
荷时络合物通过转铁蛋白的受体介导内吞作用进
入细胞实现转染。
Sakaguchi 等 [9]测试了与 SucPG 修饰的脂质体
的络合是否增强了在葡萄糖溶液中制得的小的 T-



图 1 SucPG 和 SucPG 络合物的结构
张书民等：一种新型基因载体——SucPG络合物的研究进展 39
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 2期
RX-20 lipoplex 的活性。 5 种带有不同电荷比例但包
含相同数量质粒 DNA 的 TRX-20 lipoplex 与不同数
量的 SucPG 修饰的脂质体在 5%葡萄糖溶液中制备
络合物。检测络合物在 Hela 细胞中的转染情况。结
果如图 2 所示，络合物的转染活性随着脂质体数量
的增加增强，得到一个最大值，进一步增加脂质体
引起了活性的降低。脂质体的络合增强了转染活性
通过增强配体的摄取和络合物的融合能力。但是过
量的脂质体产生了游离的脂质体，通过竞争连接阻
止了络合物的摄取。
2.2 SucPG 络合物的抗血清性
合成基因载体的一个主要问题是它们的血清
敏感性。许多阳离子虽然在无血清的条件下能达到
有效的细胞转染，但在血清存在下载体失去转染活
性。考虑到载体应用于体内或者是含有血清的媒介
中，抗血清性是特别受关注的。
Kono 等 [8]对 SucPG 络合物的抗血清性进行了
研究。 图 3 为用不同数量的 SucPG 络合物和lipoplex
在有无血清存在下转染细胞的比率。 总体而言，试
验条件下 SucPG 络合物要比 lipoplex 更有效的转
染。 不存在血清情况下，用 SucPG 络合物处理的转
染效率最大为 38%，在 10%血清存在下，转染效率
达到 44%。
图 4 显示了在不同的血清浓度下用 SucPG 络
合物和 lipoplex 处理的 HeLa 细胞的荧光素酶的活
性。 SucPG 络合物的转染能力并没有降低，甚至在
浓度为 40%时 。 相反 ，lipoplex 的转染活性降低
20%。
Sakaguchi 等 [9]测试了在 5%葡萄糖溶液中制得
的络合物的抗血清性，并与常用的转染试剂 Lipofe-
ctamine 比较。 如图 5 所示，在无血清存在下 SucPG
络合物在 HeLa 细胞中与 Lipofectamine 具有相似水
平的表达。但是，在血清存在时观察到明显的不同。
Lipofectamine 在血清存在的条件下降低了转染活
性，SucPG 络合物却表现出较高的转染活性。 考虑
到许多载体系统降低了它们的转染活性，这个特点
从实用的角度看可能很重要。
图 2 用组成不同的 SucPG 络合物处理的细胞的
荧光素酶的表达
图 3 SucPG 络合物和 lipoplex 对 HeLa 细胞的转染效率
左斜线 .lipoplex； 右斜线 .SucPG 络合物 ；
黑色 .有血清；白色 .为无血清

图 4 血清对 SucPG 络合物和 lipoplex 转染的影响
图 5 血清对 SucPG 络合物和 Lipofectamine
的转染活性影响
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2.3 SucPG 络合物对细胞的毒性
Kono 等 [8]在不同浓度的血清中用 SucPG 络合
物和 lipoplex 处理 HeLa 细胞，通过评价细胞存活性
来测试 SucPG 络合物和 lipoplex 细胞毒性。 由图 6
可知，在试验条件下，络合物的毒性比复合物的小。
许多阳离子载体表现出高的毒性，可能是由于
所带有的正电荷与细胞膜表面负电荷的相互作用
可以破坏细胞膜的活性和干扰细胞的功能。但是负
电荷的 SucPG 络合物并不引起这样的非选择性相
互作用导致对细胞致命的损害。
2.4 lipoplex 的结构对于 SucPG 络合物的转染活
性的影响
Sakaguchi 等 [10]用带有二甲基氨基头基的 DC-
chol，带有三甲基铵头基的 DOTAP，带有苯眯头基
的 TRX-20 制备了 lipoplex，如图 7 所示 ，并研究了
这些 lipoplex 与 SucPG 修饰的脂质体络合对于转染
活性的影响，从而得到了 lipoplex 的结构特性（阳离
子脂质的类型和电荷）对于转染活性增强的影响。
图 8 显示了荧光素酶基因在用不同的 SucPG
络合物处理的 HeLa 细胞中的表达。 图中数据说明
了络合物的转染效果依赖于 lipoplex 的类型，DOT-
AP lipoplex 的转染活性几乎不变 ，TRX-20 lipoplex
的活性明显的增强。当有合适数量的脂质体络合到
复合物上时 SucPG 络合物比原来的 TRX-20 lipopl-
ex 表现出明显高的转染活性。 相似的趋势出现在
DC-chol lipoplex，但是 DC-chol lipoplex 的转然活性
低于 TRX-20 lipoplex，同时转染活性的提高也低。
研究表明，不考虑电荷的比率（脂质与 DNA 的
摩尔比），随着 SucPG 修饰的脂质体的增加，络合物
的转染活性提高。但是用太多的 SucPG 修饰的脂质
体络合降低了转染活性，因此合适数量的脂质体与
lipoplex 络合得到最大的转染活性。 高电荷比率的
lipoplex 需要更多的脂质体来得到最大活性， 高电
荷比率的 lipoplex 可以得到更强的活性。
最优组成的 SucPG 络合物和 lipoplex 的转染活
性随 lipoplex 电荷比率的增加明显的增强，但 lipop-
lex 随着电荷比率的增加活性降低， 这表明 SucPG
络合物的活性与 lipoplex 的活性没有关联。
2.5 SucPG 络合物形成的介质对其性能的影响
SucPG 络合物主要通过转铁蛋白受体介导的
细胞内吞作用进入细胞，因此认为络合物的大小对
转染活性有较大的影响。 而 Kono 等制作的络合物
直径在 500~1 200 nm，对于有效的进入细胞是不理
想的。
研究者分别用 5%葡萄糖溶液和磷酸盐缓冲溶
液（PBS）为介质制备了 TRX-20 lipoplex 及其 SucPG
络合物。 如图 9A 所示，在 PBS 中形成的 lipoplex 尺
寸依赖于阳离子脂质与 DNA 的电荷比。 在电荷比
图 6 血清对于用 SucPG 络合物和 lipoplex 处理的
HeLa 细胞的存活性的影响
图 7 DC-chol(A), DOTAP(B), RX-20(C) 的结构
图 8 DC-chol, DOTAP, RX-20 的 SucPG 络合物在
SucPG 修饰的脂质体不同含量时的转染活性
张书民等：一种新型基因载体——SucPG络合物的研究进展 41
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2009年第 2期
小于 1.5 时复合物表现出小的直径，大于 2 时直径
极大地增加。 相比较而言， 在 5%葡萄糖中得到的
lipoplex 小得多，直径在 250~300 nm。
图 9B 所示，当在 PBS 中时 SucPG 络合物的直
径随着 SucPG 修饰的脂质体含量的增加而增大。当
SucPG 修饰的脂质体与核苷酸的摩尔比例为 1 时
达到最大， 此时为中性络合物 。 虽然进一步增加
SucPG 修饰的脂质体降低了络合物的直径，但它们
的直径大于 700 nm。 在 5%葡萄糖溶液中络合时 ，
SucPG 络合物表现小的微粒半径。 络合物在比例小
于 3 时表现出直径 200~300 nm， 虽然比例大于 5
时直径大于 400，可能是由于在复合物上连接了过
多的脂质体。 在 PBS 中，离子的存在屏蔽了复合物
和络合物的表面电荷，因此增强了聚集。 在葡萄糖
溶液中，没有屏障的静电斥力阻碍了结合，因此得
到了小的络合物。
在进一步比较了 5%葡萄糖溶液中和 PBS 中制
得的络合物的转染活性（图 10），当 TRX-20 lipoplex
具有低的电荷密度时，在葡萄糖溶液中制得的络合
物要比 PBS 中表现出高的转染活性，可能是由于在
5%葡萄糖溶液中制得的络合物直径小， 易被细胞
摄取。
3 展望
新型基因载体 SucPG 络合物由 lipoplex 与 Suc-
PG 修饰的脂质体络合而成， 与传统的非病毒基因
载体相比具有较高的转染活性，抗血清性和毒性低
等一系列的优点。目前，对其研究正逐步深入，以进
一步提高其转染活性和降低其毒性，实现其在基因
治疗中的广泛应用。
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图 9 SucPG 络合物形成的介质对其性能的影响
图 10 在 5%葡萄糖溶液 (黑色 )和在 PBS(无色 )中
制得的络合物的转染活性比较
A.PBS（菱形）和 5%葡萄糖溶液中 （正方形 ）制备的 TRX-20
lipoplex 的直径 ；B.PBS （菱形 ）和 5%葡萄糖溶液中 （正方
形）制备的 SucPG 络合物的直径
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