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科研战神来了

新虫 (初入文坛)

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[交流] 做了那么久转染，你知道PEI是如何促进转染的吗

聚乙烯亚胺(Polyethylenimine，PEI)又被称作为聚亚乙基亚胺、聚氮杂环丙烷，是一种具有线性或支链结构的高分子聚合物，其分子链上含有大量氨基(包括伯氨基、仲氨基和叔氨基，是目前已知的电荷密度最大的阳离子有机高分子材料。在生物学研究者，PEI最受关注的特性是其作为非病毒载体的转染能力。由于氨基在生理 pH 条件下可发生质子化而带正电荷，能与带负电荷的核酸(如 DNA、RNA)通过静电作用形成稳定的复合物，从而实现对核酸的包裹、保护和递送，帮助外源核酸进入细胞内并发挥作用，因此被广泛用于基因转染研究。那么PEI是如何工作的呢?
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嗨贤
一.与核酸分子形成复合物PEI分子中含有大量氨基，在生理pH(约 7.4)条件下，部分氨基会发生质子化，使 PEI整体带强正电荷;而核酸(DNA/RNA)因磷酸基团带负电荷，二者可通过静电相互作用紧密结合。这种结合会将核酸“包裹”形成直径约 50-200nm 的纳米复合物(polyplex)，这种纳米复合物的形成，能够保护核酸免受避免其被细胞外或细胞内的核酸酶降解，增加其在细胞外环境的稳定性

二.复合物结合到细胞表面，并通过内吞作用进入细胞表面的细胞膜(含磷脂、糖胺聚糖等)整体带负电荷而 PEI-核酸复合物因 PEI的正电荷，可通过静电吸引与纸胞膜表面结合,进而触发细胞的内吞作用(这是复合物进入细胞的主要途径。
网格蛋白介导的内吞:复合物与细胞膜表面受体(因电荷作用更易靠近)结合后，网格蛋白聚集形成内吞小泡，将复合物包裹进入细胞;
小窝蛋白介导的内吞或巨胞饮:部分 PEI(如高浓度或特定分子量)可能通过改变细胞膜流动性，促进其他内吞途径，进一步提高摄取效率。
三.内体逃逸(避免核酸降解)
复合物进入细胞后，会先被包裹在内体(endosome)中:内体随时间会逐渐酸化(pH从6.5降至 5.0以下)，最终与溶酶体融合，溶酶体中的核酸酶会降解核酸 --这是转染失败的主要障碍之一。
而 PEI能通过“质子海绵效应”(Proton Sponge Effect)帮助复合物逃逸内体，具体机制:
1.质子化与离子积累:内体酸化时，PEI中大量未质子化的氨基会结合 H*(质子化)，导致内体内 H*浓度升高;2.渗透压失衡:为维持电荷平衡，c1-等阴离子会大量进入内体，使内体内渗透压显著升高;
3.内体破裂:高渗透压驱动水分子涌入内体，导致内体肿胀、破裂，PEI-核酸复合物被释放到细胞质中，避免被溶酶体降解。
四.进入细胞内
释放到细胞质的核酸(如质粒 DNA)需进入细胞核才能进行转录和表达。对于这一过程，有研究表明PEI可能通过两种方式发挥作用:一是当细胞分裂时，核膜暂时解体，复合物可随细胞质成分进入细胞核;二是在非分裂细胞中PEI可能与核孔复合物中的特定蛋白(如 importin)结合介导复合物通过核孔主动进入细胞核，帮助质粒穿过核膜进入细胞核。进入细胞核后，核酸与 PEI解离，启动转录和表达过程。
总之PEI之所以能成为高效的转染试剂，关键在于其带正电的分子属性，这使得它可以与带负电的质粒等核酸分子相互结合，并借助一系列连续的生物学过程，成功将外源遗传物质输送到细胞内部。

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1楼2025-11-07 14:10:52

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