药物分子的细胞内转导是药物递送系统中非常重要的一环。生物大分子或亲水性药物的透膜递送仍然是一个重大挑战。细胞透膜肽（cell penetrating peptides, CPPs）是一类阳离子短肽，可以有效地透过细胞膜并携带生物活性物质进入细胞。一般认为CPPs可以通过一种或多种途径进入细胞，大多数情况下，内吞是主要的摄取途径。通过内吞途径递送的局限性包括不可避免的内涵体/溶酶体的滞留和降解，这些局限性成为了降低细胞内递送效率的主要因素。当内吞作用被抑制或浓度超过阈值时，CPPs可通过直接易位机制进入细胞，其中孔形成介导的直接易位机制以快速高效的穿膜优势成为了研究热点，最近，南开大学化学学院刘阳团队首次基于孔形成的基本原理设计合成了一系列富含精氨酸的透膜聚合物，该聚合物可通过孔形成介导的非内吞机制有效进入细胞，从根本上解决了囊泡束缚的问题。将其应用于基因递送，PT25-R2-C6显示出比PEI 25K更高的转染效率和更低的细胞毒性。

  通过对不同侧链结构聚合物的筛选，确定了三种元素是保证高效直接易位的关键，包括（1）两亲性刷状聚合物结构自组装成纳米颗粒，形成聚簇阳离子残基，导致膜的局部大扰动；（2）降冰片烯基和多肽之间的柔性疏水连接臂有助于将富含精氨酸的侧链插入磷脂双分子层的疏水区域并与远端层相互作用；（3）侧链中适量的精氨酸不仅可以保证成孔能力，还可以保证安全性。PTn-R2-C6是一种类刷状聚合物，其每条侧链上有两个精氨酸残基和一个柔性己酸连接臂，能够有效地在细胞膜上形成孔并通过直接易位机制内化到细胞中（图2）。

  此外，团队还研究了PTn-R2-C6作为基因递送载体的潜力，PTn-R2-C6可通过相同的直接易位机制将质粒运输到细胞质中（图3a）。通过调节PTn-R2-C6的聚合度，进一步优化转染效率。PT25-R2-C6显示出比PEI 25K更高的转染效率（图3b）和更低的细胞毒性（图3c）。PTn-R2-C6聚合物的发明为药物的高效、快速的跨细胞膜胞内递送提供了一个有价值的平台，在疾病治疗、疫苗开发、基因工程等领域具有巨大的应用潜力。

图3. 聚合物PTn-R2-C6应用于基因递送的研究

  以上相关成果以“Arginine-Rich Polymers with Pore-forming Capability Enable Efficient Intracellular Delivery via Direct Translocation Across Cell Membrane”为题发表于《Advanced Healthcare Materials》上，该论文通讯作者为南开大学化学学院高分子化学研究所刘阳教授。该研究得到了科技部重点研发专项以及国家自然科学基金等项目支持。