一種天然薯蕷皂苷元衍生的合成陽離子脂質、合成方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及面向生物有機功能材料、制備方法與生物醫藥應用領域，特別涉及到 一種含有天然薯蕷皂苷元結構片段的合成陽離子脂質及其在制備基因轉染載體試劑中的 應用。 技術背景
[0002] 薯蕷皂苷元是一種留體類脂質化合物，其作為重要的次級代謝產物廣泛分布在如 薯蕷、川地龍、黃姜等多種植物中，具有維持植物正常生理活動、介導自身防御和調控植物 生殖的功能。在實際應用中，薯蕷皂苷元是合成許多生理活性物質及其中間體的前體物質， 由該前體出發可合成制備系列具有治療風濕病、心血管疾病、淋巴疾病、皮膚病、以及抗腫 瘤等藥效功能的藥物或前藥。其中，合成的代表性藥物之一為留體激素可的松，其可采用薯 蕷皂苷元為原料通過黃鳴龍改良合成法經七步連續反應制得。從資源化工的角度而言，由 于我國的薯蕷皂苷元資源非常豐富，產量位居世界前列，因此很有必要對薯蕷皂苷元源進 行深入的、合理的開發與利用。這首先需要從分子水平上綜合考慮薯蕷皂苷元資源轉化、衍 生過程中的技術可行性、生產經濟性和可操作性。其后可利用薯蕷皂苷元所具有的基本分 子骨架和官能團，遵照綠色化學和原子經濟性的原則，嘗試建立簡便、實用、低成本的合成 及衍生方法進行化學轉化，以期提高薯蕷皂苷元資源衍生物的分子多樣性和結構利用度。 最后，在上述分子多樣性平臺的基礎上，研制開發系列具有實用價值的薯蕷皂苷元衍生產 品，拓展該類衍生物的實際應用，并進一步根據實際性能的反饋，對上述薯蕷皂苷元功能分 子進行高性能導向的結構優化和功能化修飾，以期繼續提高分子的綜合應用性能。實現上 述目標，對于充分開發利用具有我國特色的薯蕷皂苷元資源、發展具有高附加值、性能優良 的精細化工產品、以及減輕天然資源化合物轉化過程對環境的污染，具有重要的實際意義 和應用價值。
[0003] 另一方面，近年來隨著對天然生物基功能材料研宄的深入，一些來源豐富、具有 獨特分子結構和生理功能的天然產物分子被逐步應用于構建具有基因、藥物傳輸性能的納 米生物載體材料。目前，基于天然陽離子脂質來構建高效、低毒、可控的陽離子基因載體材 料受到了人們的廣泛關注，因此，作為基因輸送載體的天然脂質材料需要滿足自身的低毒 性、無免疫原性、生物可降解性，還需要能夠與治療用外源基因DNA或RNAi有效地復合形成 穩定的納米尺度的聚集體（通常在50-400nm)，使其具有血液長循環周期，減少器官的選擇 性濾出以及與血液成份的非特異性相互作用。通常，為了實現陽離子分子載體和基因間的 高效結合，需要保證載體分子有較高的陽離子片段分子量及電荷密度。然而，這也導致了載 體分子的細胞毒性顯著增大，從而不能滿足臨床基因治療的實際應用要求。最近的大量研 宄發現，在陽離子載體中適當的引入生物相容性的疏水砌塊，可以同時起到增加基因結合 能力和降低毒性的效果。因此，如何采用合適的生物相容性天然脂質為原料，研發具有高效 基因復合、負載性能的新型脂質基因載體，是發展高效、低毒基因轉染試劑和相關生物載體 材料的重要方向。
[0004] 基于天然甾醇類（主要包括動物甾醇和植物甾醇）化合物的疏水骨架結構，通過 進一步化學修飾連接水溶性天然產物陽離子片段，制備得到系列留醇衍生的兩親類脂質體 功能分子，將有可能同時具有較低細胞毒性和水溶性。近年來，國內外已經報道了一些由動 物甾醇衍生的兩親性陽離子功能分子（BioconjugateChem, 2013, 24, 487 - 519)，具體的如 膽固醇-生物素偶聯的陽離子脂質（ChemBiolDrugDes，2013, 82, 376 - 383)，大環取代 胺類（ChemPlusChem，2012, 77, 584 - 591)等，其性能已經在構建功能基因載體中得到了初 步研宄。本發明團隊在前期的相關工作中開發了系列基于二硫鍵的膽固醇脂質基因載體 (Biomaterials2011，11，3507-3519 ;ZL201010182428. 4)，發現二硫化學鍵的引入對降低 合成脂質載體的細胞毒性具有重要作用。進一步還發展了系列基于膽固醇的類脂質陽離子 有機功能分子作為基因轉染試劑（CN201110138577. 5,ZL201110040189. 3)，并成功應用 于質粒DNA的高效細胞轉染。此外亦深入研宄探索了膽固醇功能陽離子脂質體結構-基因 轉染性能之間的構效關系（ColloidSurfacesB:Biointerface, 2014, 116, 32)，上述工作 為研發新型留醇類功能基因轉染試劑提供了良好的基礎。
[0005] 然而，迄今為止，國內外基于薯蕷皂苷元的兩親陽離子類脂質分子的研宄與應用 開發的相關報道非常少。另一方面，從治療基因、藥物的載體的實際應用考慮，現有已經報 道的基于天然留醇結構的基因載體功能分子普遍存在合成步驟繁瑣，產率較低、制備成本 高等實際問題。因此，很有必要開發基于天然薯蕷皂苷元的新型陽離子類脂質分子作為高 效、低毒的基因載體。在此基礎上，發展新型綠色、高效、易操作、原料模塊化的制備方法，并 通過相關細胞生物學性能評價，進一步反饋指導上述基于天然薯蕷皂苷元的功能基因載體 的設計和制備，從而促進其作為基因載體材料（或轉染試劑）的應用，這也是本發明所致力 解決的目標。
[0006] 發明的內容
[0007] 本發明要解決的問題之一在于提供一種天然薯蕷皂苷元衍生的合成陽離子脂質。
[0008] 本發明要解決的問題之二在于提供一種天然薯蕷皂苷元衍生的合成陽離子脂質 的合成方法，即運用常溫化學偶聯方法高效制備得到所述的一種天然薯蕷皂苷元衍生的合 成陽離子脂質。
[0009] 本發明要解決的問題之三是提供一種天然薯蕷皂苷元衍生的合成陽離子脂質作 為生物相容性載體材料的用途。本發明的陽離子脂質具有水溶性、兩親性、低細胞毒性、良 好生物相容性等優點，能在緩沖液中高效結合基因物質形成納米尺度的、穩定的復合體。通 過相關細胞生物學評價發現該類陽離子脂質載體負載的綠色熒光蛋白報告基因（eGFP)在 人肺癌細胞株H1299內能夠高效轉染、表達目標蛋白，較市售參比轉染試劑聚乙烯亞胺 (bPEI_25k