自1989年第一个成功的基因治疗案例之后,已经有数千起针对各种疾病的基因治疗进入了临床应用阶段。基因治疗在基因紊乱、心血管疾病、传染病、神经退行性疾病、眼科疾病,尤其是癌症的治疗方面上具有巨大的潜力。成功的基因治疗系统除了要选择合适的目的基因以外,还需要具备低毒高效的特征。虽然病毒载体具有较高的基因转染效率,但是它具有诸如免疫反应大,目的基因容量小等缺陷。于是,免疫反应小且制备简单的非病毒基因载体逐渐得到人们的关注。但是迄今为止,数千种非病毒基因载体仍然存在着各种缺点,例如,缺乏靶向特异性、转染效率低、毒性较高、血清存在时不稳定等等,直接限制了它们的临床应用。因此,本文制备了一系列基于功能肽的非病毒载体,具有功能多样化、生物相容性好、转染效率高以及靶向选择明显等特点,有望于用于基因治疗。第一章介绍了基因治疗的现状和应用中存在的障碍,并对引入基因载体系统的功能肽进行了综述。由于细胞内吞和核定位是基因传递中的两大障碍。第二章中,设计了含有核定位信号肽(来自于SV40大T抗原的PKKKRKV)并对其N端进行烷基化封端的穿膜肽类基因载体体系,通过材料同时具有穿越细胞膜和核孔的性能来提高转染能力。本章中,制备了这一系列的四种多肽：STR-PKKKRKV-R8, STR-VKRKKKP-R8,PKKKRKV-R8和VKRKKKP-R8,并且分别检测了这四种多肽载体在可分裂和不分裂的293T和HeLa细胞系中的转染效率。对于STR-PKKKRKV-R8, STR-VKRKKKP-R8而言,转染的最佳N／P比为4,而PKKKR KV-R8和VKRKKKP-R8的最佳转染N／P比仅为0.25。在这四种多肽中,VKRKKKP-R8的最佳转染效果接近jetPEITM,且几乎不显示细胞毒性。在实验过程中,一个特殊的现象是肽段N端的烷基化对转染效率并没有明显的提升,尤其是在最佳转染效率和较低N／P比时。激光共聚焦实验直观地显示了这四种多肽都能有效地促进外源性基因进入细胞核。“人源肿瘤靶向性”是基因治疗成功的另一个关键步骤。在第三章中,设计了末端含有邻碘苯甲酸的核定位信号肽,命名为NLS-I,研究其对人乳腺癌细胞的靶向能力。在实验中构建了基于NLS-I PEI 1800、DNA的三元复合物,以表达钠/碘离子转运体的MCF-7细胞和无此转运体表达的HeLa细胞为研究对象,研究了NLS-I引入PEI1800转染体系对提升基因转染效率的作用。碘离子的引入有助于肽在MCF-7细胞中的内化和入核,因而将NLS-I引入PEI 1800/DNA二元复合物之后,该体系在MCF-7中的转染效率提升了130倍。相应地在HeLa细胞中,引入碘离子的核定位信号肽无论在细胞内化、入核、还是提升PEI1800转染能力上都没有明显的促进作用。结果表明,本章中制备的NLS-I可以有效地靶向MCF-7细胞,可明显促进PEI1800在其中的转染能力,证明了PEI1800//DNA/NLS-I三元复合物是一种靶向性较高的针对乳腺癌的基因载体。第四章中,为了构建新型非病毒载体,并将其用于体内基因治疗,我们以5kDa PEI为骨架,在其分子键上修饰了小分子抗肿瘤肽酪丝亮肽(YSL)和分子量为550 Da的PEG,命名为YSL-PEI-PEG。YSL已被证实在体内和体外都能够有效抑制肿瘤生长。本章中考察了利用含治疗肽YSL的载体复合治疗基因p53后,在体内和体外对肿瘤的基因治疗效果。首先,YSL-PEI-PEG在实验中表现出了很好的复合DNA,以及在有血清条件下介导外源基因转染的能力,接着为了考察YSL-PEI-PEG/p53的抗肿瘤效果,进行了一系列的体内和体外实验。结果表明,与25 kDa PEI/p53相比,YSL-PEI-PEG/p53在体内实验中显示出了更强地杀伤肿瘤细胞的能力和抑制肿瘤生长的能力,同时,它在普通细胞中没有表现出明显的细胞毒性。结果表明,YSL-PEI-PEG/p53体系具有临床应用的潜力。最后,在第五章中,考察了将功能肽引入基因转染体系的最佳方法。为了考察几种方法的特异性靶向能力,我们合成了含RGD肽的化合物：SS-PEI-GRGDSF;合成了中性GRGDSF肽,并将它直接与SS-PEI/DNA复合物共混,作为非共价范德华力作用的代表；合成了含负电荷的E8GRGDSF肽,也将它直接与带正电荷的SS-PEI/DNA复合物共混,这种方式代表了静电作用。并且比较了这三种引入RGD的方式在整合素受体特异性转运中的作用。所有的实验都在能表达αvβ3整合素的HeLa细胞和不能表达该整合素的COS-7细胞中进行。在HeLa细胞中,通过共价键结合含RGD肽的载体,以及通过静电作用引入RGD肽的载体都能提升转染效率。而在COS-7细胞中,这三种,引入方法都导致了转染效率的下降。结果证明,RGD的适当引入可以提升载体的靶向能力。以共价键连接RGD配体和通过静电作用的引入RGD的方法都具有高效、靶向、低毒的优势。而物理共混的方法则没有体现出提升作用。