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基于脂蛋白纳米载体的小干扰RNA靶向递送方法研究
摘要
RNA干扰作为一种治疗途径特别是恶性肿瘤的治疗具有巨大潜力。然而, 系统递送siRNA需要高效和生物相容性的递送手段。肿瘤细胞经过过度表示清道夫B型1受体类(SR-B1)受体以清除HDL(HDL)粒子来维持其高生长水平。本文利用这种细胞特性来实现高效siRNA递送, 经过siRNA偶联重组成HDL(rHDL)纳米粒子建立一种新型的siRNA制剂。这里,我们证实rHDL纳米粒子促进了siRNA体内高效递送。 另外, 概念证明治疗研究中,这些纳米粒能够有效沉默两种蛋白的表示, 在原位卵巢和结肠直肠癌小鼠模型中, 这两种蛋白是癌症生长和转移的关键(信号传感器和转录激活因子3以及粘着斑激酶)。这些数据表明, rHDL纳米粒是一种新型、 高效的siRNA载体, 因此。这种新型技术能够作为新型癌症治疗方法的基础。
介绍
RNA干扰( RNAi) 逐渐被认为是一种潜在, 高效的治疗途径。这个概念根源于干扰RNA( 例如, 小分子干扰RNA) 基因沉默的能力, 传统治疗方法很难靶向这些基因, 如抗体或小分子抑制剂。即使干扰RNA靶向特定基因确实很有前景的, 但需要体内高效和生物相容性的siRNA递送手段来实现其完整的治疗潜力。虽然一些使用脂质体或其它纳米粒子的跨膜转运方法也已经报道, 可是因毒性和其它因素其治疗应用受到限制。因此, 需要新型, 更具有特定性的方法以系统递送siRNA。
脂蛋白, 特别是HDL , 是脂质运输系统的必要成分。 HDL在胆固醇逆转中起着举足轻重的作用, 经过促进外周细胞多余胆固醇返回到肝脏进行消除( 胆汁排泄或在肝肠循环使用) 。关于内源性, HDL纳米粒是完全可生物降解的, 而且也无引起免疫反应的相关报道。另外, 众所周知, HDL纳米粒能够逃避网状内皮系统的吸收, 比大多数药物制剂或其它脂蛋白, 她们在循环中表现出更长的滞留时间。HDL纳米粒循环的核心部分就是摄取, 经过清道夫受体B类1型( SR-B1 ) 受体介导的机制, 这种受体主要表示在肝脏和恶性肿瘤细胞。基于体积小, 屏蔽疏水核心, 受体介导的摄取能力等这些有效特征, HDL纳米粒是一种理想的药物载体。重组HDL是由人的HDL合成得到的。该rHDL纳米粒的组成部分有磷脂酰胆碱, 载脂蛋白A -1 , 胆固醇和胆甾醇酯( 图1A) 。rHDL纳米粒都很小, 直径约12至18纳米。
为了研究siRNA靶向输送途径, 一些肿瘤细胞受体已被获知。SR- B1受体主要在肝脏中的表示, 也在肾上腺或正常卵巢组织也较小程度表示。然而, 在恶性肿瘤细胞中SR - B1非常显著表示。增加HDL摄取可使肿瘤细胞产生较高增殖率。例如, 乳腺癌细胞经过增加SR- B1的表示来增加胆固醇酯的摄取。因此, 考虑到SR- B1在HDL中的作用, 我们认为rHDL纳米粒能够作为选择性输送的有效载体。
siRNA基因沉默治疗非常有效, 其它方法很难靶向这些基因。信号传感器和转录激活因子3 [ STAT3 ]都能够介导正常细胞对多种细胞因子和生长因子的反应 。激活STAT3是恶性肿瘤转化和发展( 例如, 细胞增殖, 分化和存活) 的关键过程。虽然STAT3能够在许多实体瘤里激活, 可是它在正常组织中表示, 而且参与许多正常细胞过程。因此, 使用小分子抑制剂或其它非特异性靶向STAT3的手段可能会导致许多不必要的副作用, 因此需要有效途径限制毒性。同样, 粘着斑激酶( FAK ) 对于肿瘤细胞存活, 转移, 入侵也非常重要。在卵巢癌患者中, FAK过度表示与侵袭性肿瘤的特征相关, 这有助于弱势细胞生存。概念证明, 我们在卵巢癌和大肠癌模型中证实使用r HDL纳米粒靶向STAT3和FAK治疗有效性。
原料与方法
rHDL纳米粒的制备和siRNA的偶联
siRNA偶联到rHDL纳米粒, 并储存在-20°C。简单地说, 载脂蛋白A-I , 是rHDL纳米粒的主要核蛋白, 在生产蛋白过程中用质粒载体进行分离和纯化。然后, 脂类混合物( 胆固醇[ C ] 胆固醇油酸[ CE ] 蛋黄卵磷脂[PC], 摩尔比的1:5:1.3:115 ) 在氮气流中干燥。5mg的siRNA用25μg低聚赖氨酸( 平均分子量为500- ) 在30℃预先孵育 30分钟, 然后加入到脂质成分中。 低聚赖氨酸 siRNA混合物偶联脂质, 分散在60μl的DMSO和1.4ml的缓冲液( 10mM Tris, 0.1M KCl, 1mM pH为8.0的EDTA) 。胆酸钠, 140μL ( 100mgml溶于为PBS ) 形成的蛋黄卵磷脂摩和胆酸的摩尔比为1:1.6 。载脂蛋白A- I( 12.7mgml) 溶于0.4mlPBS加入到混合物中, 终体积用PBS调整到2ml 。4 ℃孵育12h, 接着用2L的PBS透析 2天, 换 3次透析缓冲液。制剂的稳定性凝胶排阻色谱中用的RiboGreen检测 。rHDL靶向siRNA溶液用0.9 ％的生理盐水稀释到为0.2mgKg的siRNA0.2ml rHDL的溶液。另外, rHDL纳米粒子的ζ电位使用电位粒度分析仪检测 。简单地说, 1ml的纳米粒加入1ml的比色皿中作zeta电势检测。
透射电子显微镜法
在0.125M乙酸铵, 2.6 mM的碳酸铵, 0.26 mM的EDTA , pH值7.4中透析后, rHDL样品用 pH值7.2的2％磷钨酸钠并放在福尔瓦200目镍网支持膜包裹的碳涂层进行负染 。颗粒明显可见( 放大50000倍) , 经过使用Zeiss 910透射型电子显微镜。得到的图片有所增强, 粒径可经过Adobe ImageCS2 软件检测。
细胞系和培养条件
衍生和源于人体上皮卵巢癌细胞系的HeyA8 , SKOV3ip1, HeyA8 -MDR细胞系在之前已有研究。人类大肠癌细胞株(HCT116)对于Dr Lee Ellis。本篇文章中所用到所有细胞株都是德克萨斯大学MD安德森癌症中心的, 经过表征细胞线芯的研究得到认证。简单地说,HeyA8和SKOV3ip1细胞在添加15%胎牛血清和0.1%硫酸庆大霉素的RPMI1640培养基中培养。HeyA8-MDR细胞在添加有15%的FBS和300 ng ml紫杉醇以及0.1%硫酸庆大霉素的RPMI 1640培养基培养。HCT116细胞在添加10%的FBS和0.1%硫酸庆大霉素的改良伊格尔培养基中培养。所有的细胞都保存在37°C, 5% CO295%的孵箱中。　
体外基因沉默
STAT3 ( 靶序列5' - GCCUCUCUGCA GAAUUCAA -3' ) , 粘着斑激酶( 靶序列5'CCACCUGGGCCAGUAUUAU -3' ) , 和一个非定标性的控制序列( 靶序列的5' - UUCUCCGAACGUGUCACGU -3' ) 均购自Sigma-Aldrich公司 , RNAiFect转染试剂按照厂家建议使用。简单地说, SKOV3ip1和HeyA8 - MDR卵巢癌细胞系在一式三份的六孔板用1.33μg特定siRNA孔进行转染, 在70 ％处汇合。分别使用1:3.75的siRNA和转染试剂进行转染, 对照siRNA和STAT3 siRNA组无血清培养基培养6 = 50)在SB-R1的表示能够用福尔马林固定石蜡包埋标本检测, 这种方法源于德克萨斯大学MD安德森癌症中心, 是经过机构审查委员会批准。高表示或低表示都是由妇科病理学家使用下列程序来决定的:强度从1到3,分布是从1到4。
TUNEL染色
取新鲜冷冻的实验组(SKOV3ip1模型)肿瘤组织部分, 经过末端脱氧核苷酸转移酶介导的脱氧尿苷三磷酸缺口尾部标记进行末端染色, 再用1:10,000的Hoechst进行复染。凋亡小体经过绿色荧光表示。Tunel阳性细胞在10个200×区域, 每组分为5个部分进行计数, 得到平均值。
siRNA选择性递送
　SKOV3ip1雌性裸鼠用0.2mgKg的荧光标记对照siRNA 或无标记对照siRNA ( 每组n = 3时) 静脉注射或腹腔注射 。 48小时后, 处死小鼠, 收集肿瘤和器官( 脑, 心脏, 肺, 肝, 肾, 脾) 并冷冻。
荧光染色
取新鲜冰冻得原位卵巢癌模型( SKOV3ip1 ) 的肿瘤组织 , 置于丙酮中, 用PBS洗涤, 并用Hoechst ( 1:10,000 ) 复染。荧光显微镜在400 ×的视野来分析幻灯片。每张幻灯片有十个高倍区域, 取平均值。原位卵巢癌模型雌性裸鼠( 10〜12周龄) 购自美国美国国家癌症研究所。所有的实验都是由MD安德森癌症中心机构动物护理和使用委员会批准。
体内FAK靶向
对于FAK靶向实验( SKOV3ip1模型) , 治疗组分为( 每组n=10) : 1) 空rHDL纳米粒, 2) 对照siRNA rHDL, 3) FAK siRNA rHDL, 4) 对照siRNA +多烯紫杉醇, 5) FAK siRNA rHDL+多烯紫杉醇
体内STAT3靶向
STAT3基因沉默实验, 根据以下各组( 每组n=10) 进行试验 : 1 ) 对照siRNA rHDL, 2 ) 对照siRNA rHDL+多烯紫杉醇, 3 ) STAT3 siRNA rHDL, 4 ) STAT3 siRNA rHDL+多烯紫杉醇 。适合的肿瘤细胞来源于卵巢癌小鼠模型( HeyA8, SKOV3ip1和HeyA8 MDR ) 用腹腔注射接种。小鼠随机饲养并在第7天后开始处理。约HeyA8模型3周后或SKOV3ip1和 HEYA8 - MDR 5周后, 解剖小鼠, 收集肿瘤。
大肠癌转移模型
对于大肠癌转移模型, HCT116细胞注入雌性裸鼠脾脏( 治疗组 N = 10) 。两个星期后, 按照前面描述的开始用奥沙利铂处理, 根据图2C所示。4周后, 解剖小鼠, 收集肿瘤
体内沉默STAT3或FAK 基因的有效剂量经过在SKOV3ip1模型小鼠注入剂量范围为0.1〜 0.2mgKgSTAT3 siRNA rHDL或FAK siRNA rHDL来测定。小鼠在第2, 4或6天解剖 。收集肿瘤组织, 采用蛋白质印迹分析蛋白表示
统计分析
如果呈正态分布连续变量能够使用t检验(在两个组)或方差分析(所有组)进行比较。在非参数值中,连续变量使用曼-怀氏等级和检验或秩和检验(所有组)进行比较。rHDL体内研究将治疗组每10只小鼠被随机分配。我们使用SPSS和GraphPadPrism软件对所有结果进行处。我们认为P <0 .05就是显著差异。本研究中所有的数据使用双侧分析。
结果
包含 RNAi 的rHDL纳米粒的制备
因为RNAi分子是高度离子化,主要是因为磷酸基团带负电荷, 我们设计　　了一个新颖制剂是将siRNA偶联到rHDL里。反义寡赖氨酸多肽含有大约40赖氨酸残基, 这可使siRNA偶联到rHDL。siRNA偶联后, rHDL 纳米粒的直径约10 nm(图1, A和B)和带中性电荷(ζ电位−3.2 mV)。rHDL纳米粒具有强大的有效载荷承载能力( 最高至4mg siRNA ml)。另外, 含有siRNA纳米粒是非常稳定的。因为样品储存两周并再次透析后siRNA没有从rHDL损失。
SR-B1表示在肿瘤细胞
在研究rHDL作为siRNA的有效递送系统之前, 我们首先分析了多个细胞系和人类肿瘤存在的SR-B1受体。在50种人类卵巢上皮癌, 96%的肿瘤细胞表示了SR-B1受体(图1 C)。另外, 我们检测在人类正常器官的SR-B1表示并用RT-PCR分析乳腺癌、 直肠癌、 胰腺癌和卵巢癌细胞系的表示 (图W1)。用RT-PCR也检测了一些细胞系(图1 D)。所有的癌症细胞系测试证实了SR-B1的高水平表示。在正常的组织里, 只有肝脏SR-B1高度表示, 而其它组织很少表示。

Figure 1.Characterization of rHDL nanoparticles. (A) Illustrations of rHDL nanoparticle composition. (B) Electron micrograph of rHDLnanoparticles containing control siRNA. (C) Expression of SR-B1 in epithelial ovarian cancer (IHC). (D) mRNA expression of SR-B1 in ovarian and colorectal cancer cell lines.
在体内rHDL纳米粒的选择性输送
比起正常组织, 考虑到SR-B1受体在肿瘤细胞中的高度表示, 我们接下来检测用rHDL纳米粒递送siRNA 在体内的有效性。荧光标记(Alexa555)siRNA被包入到rHDL纳米粒子, 并进行IV或IP(图2)。单剂量注射后, siRNA均匀分布到约80%的特定肿瘤组织。我们进一步验证rHDL纳米粒的递送是否由受体介导。为了解决这个问题,, 我们首先分析了用Alexa555标记siRNA rHDL纳米粒处理的小鼠器官(图W2)。rHDL纳米粒在肝脏中的吸收最高, 而在大脑、 心脏、 肺、 肾、 或脾中吸收很少。静脉注射或腹腔注射rHDL Alexa555后, 肿瘤组织对rHDL纳米粒的吸收无显著差异。
用该方法进行长期治疗实验之前, 我们下一个验证STAT3 siRNA偶联到rHDL纳米颗粒(siRNA rHDL)在体内基因沉默的有效性。STAT3 siRNA的有效性首先在体外SKOV3细胞上测试(图W3A), 与对照组siRNA相比, 5μg 的STAT3 siRNA导致STAT3蛋白表示超过80%的减少。接下来, 检测在体内沉默STAT3基因的有效剂量。在SKOV3ip1小鼠模型中我们注射STAT3 siRNA rHDL, 剂量范围从0.1至0.2mgKg。第四天, 单剂量注射0.2mgKg的siRNA, 我们发现降低了88% STAT3蛋白水平(图W3B), 在第6天, 蛋白表示有些回升。根据这个实验, 我们在后续实验中使用0.2mgKg的剂量。另一个关于癌症生长和转移的关键基因, FAK也具有类似的结果(图W3C)。在SKOV3ip1小鼠模型中单剂量注射FAK siRNA rHDL纳米粒4天后, FAK水平降低了87% 。

Figure 2.Systemic delivery of siRNA using rHDL nanoparticles. (A) Uptake of Alexa555-labeled siRNArHDL in SKOV3ip1 tumors. A single IV or IP injection of 0.2 mgkg of Alexa555 labeled or 0.2 mgkg of IV and IP injection of untagged siRNArHDL was administered in mice bearing SKOV3ip1 tumors, and 48 vivo efficacy of STAT3 siRNArHDL in chemosensitive (HeyA8 and SKOV3ip1) and chemoresistant (HeyA8-MDR) mouse models of ovarian carcinoma. *P< .05 compared with controls. **P< .05 compared with controls as well as docetaxel alone. (C)In vivo efficacy of STAT3 siRNArHDL in colorectal cancer model of liver metastases (HCT116). *P< .05 compared with control siRNArHDL, **P< .05 compared with STAT3 or oxaliplatin alone.In vivoefficacy of FAK siRNArHDL in the SKOV3ip1 ovarian cancer model.*P< .05 compared with controls. **P< .05 compared with controls as well as docetaxel alone. Error bars, SEM
STAT3或FAK基因沉默对肿瘤的生长和转移的影响
体内成功沉默 FAK 或STAT3基因后(图W3B) , 我们接下来测试了这种是否用多烯紫杉醇化疗药方法的治疗有效性。我们首先用STAT3 siRNA rHDL 靶向STAT3(图2 B)。在三个原位卵巢癌小鼠模型中用单独STAT3 siRNA rHDL或偶联多烯紫杉醇进行治疗。在HeyA8 模型中, 单独给STAT3 siRNA rHDL或多烯紫杉醇减少了的62%的肿瘤重量(P <0.5年,两者)。与对照组比较, STAT3 siRNA rHDL和多烯紫杉醇的联合治疗使肿瘤重量减少的最多(92%, P <0.05)。在SKOV3ip1模型中结果类似(图2 B)。另外, 当STAT3 siRNA rHDL有无多烯紫杉醇处理小鼠, HeyA8 和SKOV3ip1卵巢癌模型中证实了肿瘤结数量的剧减。(图W4A)
考虑到STAT3的耐药性, 我们还进行了紫杉醇耐药HeyA8-MDR模型实验(图2 B)。正如预期, 多烯紫杉醇对肿瘤的生长无显著影响。STAT3 siRNA rHDL 单药疗法使肿瘤生长减少了76%(P<0.01)。多烯紫杉醇和STAT3 siRNA rHDL联合疗法使肿瘤细胞的增长减低的更多(比起对照组, 91%, P <0.001; 比起多烯紫杉醇, 89%, P <0.1)。肿瘤节数量也有类似的效果( 图2) 。我们在每一个治疗组的动物的局部转移频率进行了分析。相比于对照组和多烯紫杉醇单药疗法, STAT3 siRNA rHDL是否偶联多烯紫杉醇都能显著降低上腹部和薄壁肝组织的转移。
接下来, 我们研究在转移性结直肠癌小鼠模型( HCT116 ) 研究STAT3沉默基因的治疗效果 , 该模型使SR -B1表示( 图2C) 。肿瘤细胞注射到脾脏后, 转移扩散到肝脏。 STAT3 siRNA rHDL单独治疗导致在肿瘤的重量减少79％ ( P <0.01) 。对于这些实验, 我们常见细胞毒性, 奥沙利铂, 偶联STAT3 siRNA rHDL。奥沙利铂降低55 ％的肿瘤生长( P <0.01 ) 。与对照组相比, 奥沙利铂和STAT3 siRNA rHDL偶联治疗可使肿瘤重量( 96 ％, P <0.01 ) 和肝脏中转移损坏数目( 86％ , P < 0.01 ) 显着减少。为了评估rHDL纳米粒的安全性, 我们评估用rHDL纳米粒处理小鼠的几个参数( 图W5 ) 。在两个不同治疗组中, 动物体重或肝功能测试( AST和ALT比值) 没有显着差异( 图W5 , A和B ) 。与对照组相比, 治疗结果显示没有显着变化后, 多个正常器官用苏木精和伊红( H ＆ E ) 染色( 图W5C )
为了测试rHDL纳米粒对其它靶点的效用潜力,我们进行了FAK siRNA rHDL实验。我们在SKOV3ip1原位卵巢癌模型中用FAK siRNA rHDL 纳米粒靶向FAK(图2 C)。FAK或多烯紫杉醇单药治疗可使肿瘤重量减少62%和74%(两者P <0.01)。联合治疗显著减少肿瘤重量(96%, P <0.01), 肿瘤节的数量(74%, P < 0.05)。空rHDL 纳米粒和对照siRNA rHDL处理的小鼠之间没有显著差异。
　STAT3靶向肿瘤微环境的影响
为了了解STAT3 rHDL的生物效应, 在药物敏感的(SKOV3ip1)和药物耐药(HeyA8-MDR)卵巢癌模型中进行一系列的体内体外实验。在SKOV3ip1卵巢癌模型中(图3), STAT3基因沉默减少26%细胞增殖(P < 0.05), 而多烯紫杉醇抑制30%肿瘤细胞增殖(P < 0.05)。与对照组比较, STAT3 siRNA rHDL 和多烯紫杉醇联合治疗可抑制48%肿瘤细胞增殖(P < 0.05)(图3)。在HeyA8-MDR卵巢癌模型中(图W6), 就多烯紫杉醇处理对于细胞增殖就没有效果, STAT3 siRNA rHDL单药可减少19%细胞增殖。对照组比较, STAT3 siRNA rHDL 和多烯紫杉醇偶联治疗可显著降低细胞增殖(39%, P <0.05) 。
为了确定STAT3沉默对肿瘤相关血管生成的影响,我们从所有四个实验组取新鲜冷冻肿瘤组织的样品进行CD31染色实验(图3和W5)和检测MVD。在SKOV3ip1模型,STAT3 siRNA rHDL或多烯紫杉醇单药治疗在MVD(图3)产生66%至69%的降低(P < 0.05)。比起对照组, STAT3 siRNA rHDL和多烯紫杉醇偶联治疗在MVD可减少88%(P < 0.05)。同样,在HeyA8-MDR模型中, 就多烯紫杉醇处理对MVD　的降低没有影响, 但多烯紫杉醇和 STAT3 siRNA rHDL偶联治疗可显著降低(图W6)。
众所周知, STAT3被认为是增加细胞存活和抑制细胞凋亡。因此, 我们在SKOV3ip1卵巢癌模型中用TUNEL染色法(图3), 在HeyA8-MDR模型活化型半胱天冬酶染色法(图W6)研究了肿瘤细胞的凋亡效果。在SKOV3ip1模型, 与对照组比较, STAT3基因沉默或多烯紫杉醇治疗可增加8-12倍的细胞凋亡(P <0.05)。与对照组(P < 0.05)相比, STAT3 siRNA rHDL 和多烯紫杉醇的联合治疗可增加30倍的肿瘤细胞凋亡。除此之外, 在HeyA8-MDR模型中, 就多烯紫杉醇处理不影响细胞凋亡, 对照组siRNA rHDL相比, STAT3 siRNA rHDL 或STAT3 siRNA rHDL与多烯紫杉醇联合治疗可大幅增加(分别为61%和76%, 两者P < 0.05)凋亡细胞(阳性活化型半胱天冬酶-3 )(图W6)

Figure 3.Effect of rHDL-incorporated STAT3 siRNA on tumor microenvironment. Tissues (Ki-67), angiogenesis (CD 31), and apoptosis (TUNEL). For the TUNEL stain, five random fields per slide were examined with fluorescence microscopy, and the number of apoptotic bodies and nuclei is reported as average percent apoptotic cells (200×). Error bars, SEM.
卵巢癌细胞的STAT3沉默的组织标记　
为了识别潜在组织标记对STAT3基因沉默的响应,我们在卵巢癌细胞对对照和STAT3 siRNA进行基因组分析(图4, A和B)。这两组间有460个基因表示差异。　　生物数据指出, STAT3沉默后凋亡和修复是细胞生存的主要影响, 我们重点研究这些途径的基因(表W1)。从表中知, 我们使用RT-PCR验证STAT3基因沉默后最显著改变的12个基因(图4 C)。STAT3基因沉默的程度与两个模型保持一致。STAT3基因沉默大量减少了关键生存基因, 这些基因主要用来调节 MAP 激酶和AKT通路( 图4) 。这些基因能够作为响应靶向STAT3疗法的重要组织标记基因。在HeyA8-MDR模型中也有类似的结果(数据未显示)。

Figure 4.Effect of STAT3 silencing on gene expression profile of ovarian cancer cells. (A) STAT3 silencing modulates gene expression of apoptosis related genes. After STAT3 silencing with siRNA (in vitro), microarray analysis was performed. Heat map (A) represents the over all gene expression changes. Analysis of apoptosis-related (B) genes are shown. (C) Validation of microarray. Apoptosis-related genes that were differentially expressed between control siRNA and STAT3 siRNA treatment groups were validated with quantitative real-time RT-PCR. Average fold change is presented. Error bars, SEM.
体外STAT3沉默对细胞凋亡的影响
为了确定STAT3基因沉默是否直接影响肿瘤细胞的凋亡, 在卵巢癌细胞(SKOV3ip1和HeyA8-MDR)的模型中, 我们检测STAT3 siRNA是否含有多烯紫杉醇对细胞存活的影响(图5)。STAT3沉默用免疫印迹分析证实(图W3A)。在SKOV3ip1细胞,STAT3 siRNA或多烯紫杉醇单药治疗增加凋亡(分别是3 和5.2倍, 两者P <0.05), 而对照组相比, 联合治疗增加7.7倍细胞凋亡(P <0.05)。与多烯紫杉醇治疗相比, STAT3 siRNA可增高41%的细胞凋亡(P <0.05), 这表明在体内凋亡效应的确实受到直接影响(图5A)。另外, 在HeyA8-MDR细胞多烯紫杉醇治疗没有产生显著凋亡(图5 b)　然而,STAT3沉默后增加多烯紫杉醇, 比对照组相比可增加175%(P < 0.05)的细胞凋亡, 与单独多烯紫杉醇治疗可增加98%的细胞凋亡(P <0. 05)。

Figure 5.Effect of STAT3 silencing on apoptosis. STAT3 was silenced using STAT3-specific siRNA in (A)SKOV3ip1 and (B) HeyA8-MDR cells with and without docetaxel treatment, and apoptosis was assessed using flow cytometry (annexin V). Average percent apoptosis (Annexin VPE–positive SKOV3 cells) and average percent apoptosis compared with control (annexin VPE–positive HeyA8-MDR cells) are reported. Error bars, SEM
讨论
本研究的关键发现就是在体内rHDL纳米粒能有效地传递siRNA以沉默基因, 这些基因对癌症的增长和发育很重要。这个概念建立在多个肿瘤模型中, 经过siRNA包入rHDL纳米粒以介导的高效STAT3或FAK基因沉默。生物效果是经过降低肿瘤细胞增殖, 减少降低血管生成, 降低细胞生存率来评估。
尽管干扰RNA是一个高度特定基因沉默的模式,源于在体内全身输送的障碍, 当前其治疗应用受到限制。为了克服这些障碍,选择性生物相容性的运载系统是必要的。到当前为止,一些纳米粒系统已经具有潜在的治疗措施, 然而,由于缺乏组织特异性和体内广泛分布大部分这些系统可能在对正常组织产生毒性。因此,非特异性递送系统可能需要更高的剂量来达到有效性和持续的基因沉默。因此,　比起其它方法, 靶向性递送系统克服这些障碍更理想。
递送siRNA的rHDL传输系统具有许多的优点。例如, rHDL核心成分的细胞摄取经过一个特定的受体(SR-B1)完成。我们的数据表明, 与正常组织相比, SR-B1受体在肿瘤细胞中的表示增加。这些表示差异可能有助于避免副作用。在当前研究中, rHDL纳米粒的吸收主要局限于肿瘤和肝。这种吸收模式与SR-B1表示分布完全一致。另外,我们的安全研究表明, 对照组siRNA相比, STAT3 rHDL在小鼠肝脏中吸收没有任何不良反应。
概念验证, 我们证实了多种临床前模型成功靶向两个关于癌症生长和增殖重要的基因。STAT3是一个良好的转录因子, 涉及到肿瘤增殖和转移的许多关键过程。干扰RNA是一种有效的治疗策略, 特别是对其它方法不易给药的靶点。即使STAT3被广泛认为是一个重要的癌症启动子, 传统治疗方法因其靶向性受到的限制。因此, 所说的siRNA递送系统对于靶向STAT3和恶性肿瘤增长促进剂是很重要的途径。减少血管生成的生物效应, 继发于肿瘤细胞的STAT3沉默, 这点已经得到支持, 是经过STAT3激活剂来调节血管内皮生长因子的表示。在肿瘤细胞中激活STAT3与血管内皮生长因子表示的增加是相关的。因此, 药理干预靶向STAT3对于这里描述的纳米技术是可能的。
另外, 其它实体瘤中, FAK在直肠癌、 乳腺癌、 卵巢癌、 甲状腺、 前列腺癌上过度表示这一点也曾报道过。在卵巢癌患者中, FAK的过度表示与肿瘤相关功能在所有存活者中并不明显。用脂质体或小分子抑制剂系统性靶向 FAK显示减少肿瘤生长和转移, 可是, 这种方法并非肿瘤特异性而且可能产生毒性。FAK siRNA rHDL 治疗方法具有高度肿瘤特异性, 能够显著抑制肿瘤的生长和转移而且对其它器官无明显副作用。
总之, 用rHDL纳米粒系统性递送siRNA为治疗人类恶性肿瘤开拓了新的视野。这个递送方法不但高效的, 而且具有选择性和生物相容性。因此,rHDL纳米粒癌症管理中具有显著的应用。

Figure W1.Expression of SR-B1 mRNA in different organs and tumors using RT-PCR. Actin is used as a loading control.

Figure W2.Distribution of systemic delivery of fluorescent-labeled siRNArHDL.Alexa555-labeled control siRNArHDL or untagged siRNArHDL was injected (IV or IP), and 48 tissues were counterstained with Hoechst, and the level of fluorescent-labeled siRNA (red) was assessed with fluorescent microscopy. Average fluorescence uptake is represented by the graphs. *P< .05 compared with untagged siRNArHDL. H&E represents the organ morphology

Figure W3.STAT3 and FAK silencing with siRNArHDL. (A) STAT3 siRNA treatment (in vitro) in SKOV3ip1 ovarian cancer cells. (B)STAT3 siRNArHDL. (C) FAK siRNArHDL was injected in mice bearing SKOV3ip1 ovarian tumors. Western blot analysis demonstrates relative protein expression. Graphs represent mean expression intensity measured with densitometry

Figure W4.In vivo effect of STAT3 siRNArHDL with and without docetaxel therapy on tumor nodules in (A) HeyA8 and SKOV3 and (B) HeyA8-MDR ovarian cancer models. The average number of tumor nodules is presented as a bar graph. Error bars, SEM. Three-dimensional graph depicts the distribution of ovarian tumor metastasis in HeyA8-MDR (Taxol-resistant) ovarian cancer model

Figure W5.Safety of rHDL nanoparticles. (A) Body weights. (B) Liver function tests (LFTs) measured at the end of therapy experiment from all treatment groups are reported (for LFTs, AST and ALT ratio is presented). (C) Immunohistochemistry (IHC) performed on organs after a long-term therapy experiment. Representative images of IHC from each treatment group are presented

Figure W6.Effect of rHDL-incorporated STAT3 siRNA on tumor microenvironment. Tissues cancer mouse model were subjected to immunohistochemistry for markers of proliferation (Ki-67), angiogenesis (CD 31), and apoptosis (cleaved caspase-3). For the analysis, five random fields per slide were examined with light microscopy and number of average number of microvessels (MVD) or the number of cells positive (Ki-67 and cleaved caspase-3) and nuclei are reported as average percent positive cells (200×). Error bars, SEM.