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ATP介导的质子聚集使得细胞内体和溶酶体小室的酸性(pH5.0-6.2)比细胞质(pH7.4)更强。能够利用内涵体和溶酶体的酸性环境防止降解的非病毒基因载体一般都有较好的转染效率。为了利用溶酶体的酸性环境，研究者们将氯喹接到DNA/载体复合物上，众所周知，氯喹是一种趋溶酶体试剂，它能提高溶酶体环境的pH值，从而抑制溶酶体降解过程中酶的作用[18]。类似的，将膜不稳定肽，如合成的鼻病毒VP-1的N-端基肽或者流感病毒HA-2，接到阳离子复合物上能够促进内涵体逃逸。在酸性条件下，这些肽形成两性的α-螺旋结构，与内涵体膜作用，从而促进复合物逃逸[19]。另外，pKa值较低的含有氨基的大分子具有“质子海绵效应”。当这些大分子与DNA形成复合物，与细胞结合时，它们能对内涵体囊泡起到缓冲作用，从而导致内涵体肿胀，溶解，进而将DNA释放到细胞质。一旦进入细胞质，DNA/载体复合物必须克服细胞质中其它阻碍其进入宿主细胞的细胞核的障碍。
1.1.1.3 细胞质的流动性和进入细胞核
载体-DNA复合物从细胞质进入细胞核的途中会遇到很多障碍。裸DNA质粒在细胞质中基于扩散的流动性是不可忽略的，可能是由于细胞质中细胞骨架成分起到分子筛的作用，阻碍了大分子的扩散[20]。病毒包括腺病毒血清型-5和单纯疱疹病毒通过微管介导的运输穿越细胞质。阳离子介导的基因传递通常缺少这一辅助运输工具。将DNA包裹成小颗粒的载体必须能帮助DNA进入细胞核。另一个障碍是DNA在细胞质中的断裂，通过末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记实验(TUNEL)可以检测到这种断裂[21]。阳离子载体可以保护DNA在细胞质中不被降解。
为了到达细胞核的转录机制，质粒DNA必须跨越核膜。只有直径小于9-11nm的化合物才会发生通过核孔复合物(NPC)的扩散[22]。然而，受到短肽序列重组的激发，蛋白质结构(>20 kDa)经过依赖ATP的过程进入到细胞核，特定的抗体和麦胚凝集素(WGA)会阻碍这一运输过程[23]。同样，WGA也会抑制外源质粒DNA的表达，这意着基因和蛋白质采取类似的路线跨越核膜。与非有丝分裂的细胞相比，正在分裂的细胞通常表现出更高的转染能力，这意着质粒DNA可以在细胞分裂，核膜分解时到达细胞核[24]。转染研究表明，阳离子载体/DNA复合物的基因表达远远高于裸质粒DNA，这说明带有正电荷的载体可能具有核定位效应。研究人员利用核定位序列(NLS)促进细胞核摄取。体外转染时，不论采取哪种方式进入细胞核，被阳离子载体包裹的基因序列与裸质粒DNA相比都具有一定的优势，然而问题在于体外转染效率好不代表体内转染就一定能成功。
1.1.2 基因转染载体
一个理想的基因传递系统应该具有如下的特征：（1）具有良好的生物相容性（无细胞毒性和免疫原性，可生物降解）；（2）有一定的包装容量；（3）可以保护DNA在血液转移过程中不被核酶降解；（4）能够将DNA输送至特定种类的细胞，包括处于静止期的细胞；（5）在细胞水平上，能将DNA送至所需的细胞器；（6）一旦达到合适位置，能释放DNA进行核转位或调节基因表达；（7）可以引起功能蛋白在特定细胞类型的持续表达，而绝不会导致癌变；（8）制备方便。
基因载体通常分为病毒载体和非病毒载体。
1.1.2.1 非病毒基因载体
非病毒基因载体主要包括脂质体，阳离子聚合物以及多肽等，它们具有安全，灵活性高，容易制备和修饰等优点，近年来引起了人们广泛的研究兴趣。它们能够与DNA或RNA静电相结合，从而将基因物质包裹成纳米级的小颗粒，运送到细胞内，进入细胞核，从而实现基因传递。
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