8-羥基喹啉（8-Hydroxyquinoline, 8-HQ）及其金屬配合物憑借獨特的金屬螯合、生物相容性可調及結構修飾靈活性，成為基因傳遞載體領域的研究熱點，其核心優勢在于可通過配位作用構建穩定的基因復合物，同時兼具緩沖內涵體、保護核酸免受酶解、調控細胞攝取與胞內釋放的多重功能，通過結構設計與工藝優化，能顯著提升基因轉染效率并降低細胞毒性，為非病毒基因載體的開發提供了新路徑，以下展開系統解析。

一、8-羥基喹啉在基因傳遞中的作用機制與核心應用形式

8-羥基喹啉在基因傳遞中的應用核心是通過自身的喹啉環與羥基結構，結合金屬離子形成配位復合物，進而通過靜電作用、疏水作用或氫鍵作用負載質粒DNA、siRNA、mRNA等核酸分子，構建“8-HQ-金屬-核酸”三元復合物載體，其作用機制貫穿基因傳遞的全流程：在胞外，金屬配合物的正電荷可中和核酸的負電荷，形成粒徑可控的納米顆粒，避免核酸被血清中的核酸酶降解；在細胞攝取階段，復合物可通過內吞作用進入細胞，8-羥基喹啉及其金屬配合物的緩沖能力可在內涵體酸性環境（pH 5.0–6.0）中發生質子化，引發“質子海綿效應”，破壞內涵體膜結構，實現核酸的胞質釋放；在胞質中，金屬-核酸復合物的解離可釋放游離核酸，進入細胞核完成基因表達。

其核心應用形式分為三類：一是8-HQ金屬配合物載體，如8-羥基喹啉與鋅、鎂、鋁、銅等金屬離子形成的螯合物（ZnQ₂、MgQ₂、AlQ₃等），通過金屬離子的配位作用穩定載體結構并提供正電荷；二是8-羥基喹啉改性高分子載體，通過化學接枝將其引入聚乙二醇、聚乙烯亞胺、殼聚糖等高分子材料中，提升載體的內涵體逃逸能力與生物相容性；三是8-羥基喹啉復合納米載體，將8-羥基喹啉金屬配合物與脂質體、納米金、氧化石墨烯等納米材料復合，結合不同材料的優勢，優化基因傳遞的各個環節。

二、轉染效率的核心影響因素與優化策略

基因轉染效率的提升需圍繞載體的胞外穩定性、細胞攝取效率、內涵體逃逸能力、胞內解離效率及生物相容性五大核心環節展開，針對8-羥基喹啉基載體的特性，以下是具體的優化策略。

（一）載體結構與組成優化

載體的化學組成與結構直接決定其基因負載能力與轉染效率。對于8-羥基喹啉金屬配合物載體，金屬離子的種類與配位比例是關鍵調控因素，Zn²⁺、Mg²⁺等二價金屬離子形成的配合物（如ZnQ₂、MgQ₂）具有適中的穩定性，在內涵體酸性環境中易解離，轉染效率高于Al³⁺等三價金屬形成的配合物（AlQ₃）；配位比例的優化（如Zn²⁺與8-HQ的摩爾比1:2）可確保載體表面帶有適量正電荷，提升對核酸的負載能力，同時避免過高正電荷導致的細胞毒性。對于8-羥基喹啉改性高分子載體，接枝率的控制至關重要，接枝率過低則內涵體逃逸能力不足，接枝率過高易導致載體水溶性下降與細胞毒性增加，如聚乙烯亞胺接枝8-羥基喹啉的適宜接枝率通常在15%–25%之間。此外，通過引入親水基團（如聚乙二醇）對載體進行表面修飾，可提升載體的血清穩定性，減少非特異性蛋白吸附，延長載體在體內的循環時間。

（二）基因復合物的制備工藝優化

制備工藝直接影響基因復合物的粒徑、電位與分散性，進而影響轉染效率。采用納米沉淀法、乳化溶劑揮發法等制備8-羥基喹啉金屬配合物-核酸復合物時，需控制制備過程中的pH值、溫度、攪拌速率與原料濃度。pH值需控制在7.0–7.4的生理范圍內，避免影響8-羥基喹啉金屬配合物的穩定性；溫度控制在25℃左右，防止高溫導致核酸變性；攪拌速率適中（300–500rpm），確保復合物粒徑均勻（100–200nm），該粒徑范圍的納米顆粒可高效通過內吞作用進入細胞。對于8-羥基喹啉復合納米載體，如脂質體-8-HQ-Zn²⁺復合載體，可通過薄膜分散法制備，控制脂質體與8-羥基喹啉金屬配合物的比例，確保復合物表面電位在+10–+30mV之間，既能提升細胞攝取效率，又能避免過高電位導致的細胞毒性。

（三）細胞攝取與內涵體逃逸的強化

細胞攝取效率與內涵體逃逸能力是轉染效率的關鍵瓶頸，針對8-羥基喹啉基載體的特性，可通過以下策略強化。一是引入靶向基團，如葉酸、轉鐵蛋白、RGD肽等，修飾在載體表面，實現載體對特定細胞的靶向識別，提升細胞攝取效率，如葉酸修飾的8-HQ-Zn²⁺載體對葉酸受體高表達的腫liu細胞的攝取效率顯著提升；二是優化載體的內涵體逃逸能力，通過調控8-羥基喹啉的含量或引入輔助內涵體逃逸成分（如氯喹、溶菌酶），增強“質子海綿效應”，如在它改性殼聚糖載體中添加10%的氯喹，內涵體逃逸效率提升40%以上；三是采用光響應或pH響應的載體設計，如在8-羥基喹啉復合載體中引入偶氮苯等光響應基團，通過光照觸發載體結構解離，實現核酸的快速胞內釋放。

（四）生物相容性與毒性的平衡

8-羥基喹啉基載體的細胞毒性主要源于游離8-羥基喹啉分子的釋放與金屬離子的過量釋放，需通過優化載體結構與組成，實現轉染效率與生物相容性的平衡。一是選擇低毒性的金屬離子，如Zn²⁺、Mg²⁺等人體必需的金屬離子，替代毒性較高的Cu²⁺、Al³⁺等；二是通過化學鍵合或復合涂層的方式，控制8-羥基喹啉與金屬離子的釋放速率，如在8-HQ-Zn²⁺載體表面包覆一層聚乙二醇涂層，可顯著降低游離分子的釋放量；三是通過體外實驗確定載體的適宜使用濃度，確保在轉染效率極高的同時，細胞存活率>90%，如ZnQ₂-質粒DNA復合物的適宜濃度通常在20–50μg/mL之間。

三、應用案例與效果驗證

（一）8-羥基喹啉金屬配合物載體轉染案例

在體外轉染實驗中，采用ZnQ₂作為載體負載綠色熒光蛋白（GFP）質粒，在人肝ai細胞（HepG2）中進行轉染，結果顯示，ZnQ₂-質粒復合物在N/P比為10時，轉染效率達45%，顯著高于裸質粒（<5%），且細胞存活率>90%；在體內實驗中，將該復合物通過尾靜脈注射到小鼠體內，在肝臟組織中可檢測到GFP的高效表達，且無明顯的肝臟毒性，證明了8-羥基喹啉金屬配合物載體在體內基因傳遞中的應用潛力。

（二）8-羥基喹啉改性高分子載體轉染案例

采用8-羥基喹啉接枝聚乙烯亞胺（PEI）作為載體，負載siRNA用于沉默人乳腺ai細胞（MCF-7）中的HER2基因，接枝率為20%的8-HQ-PEI載體在N/P比為8時，siRNA的轉染效率達55%，HER2基因的沉默效率達70%，且細胞毒性顯著低于未接枝的PEI載體（細胞存活率從60%提升至90%），證明了8-HQ改性可顯著提升高分子載體的轉染效率與生物相容性。

四、現存挑戰與未來發展方向

當前，8-羥基喹啉基基因載體仍面臨一些挑戰，如體內轉染效率低于病毒載體、血清穩定性不足、體內分布非特異性等。未來的發展方向將圍繞以下幾個方面展開：一是開發多功能復合載體，如將8-羥基喹啉金屬配合物與免疫檢查點抑制劑、化療藥物等結合，構建“基因處理+免疫處理+化療”的聯合處理載體；二是實現載體的智能化調控，通過引入響應性基團，實現載體在腫liu微環境等特定條件下的精準釋放；三是開展體內長期安全性與有效性評價，優化載體的體內循環與靶向分布，為臨床應用奠定基礎。

本文來源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網 http://www.shengbao888.com.cn/