生物大分子藥物遞送系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

       近年來(lái)，得益于生物技術(shù)與分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，生物大分子藥物不斷涌現(xiàn)，成為新藥開(kāi)發(fā)非常具有前景的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。生物大分子藥物是利用現(xiàn)代生物技術(shù)方法生產(chǎn)的源自生物體內(nèi)或體外合成用于疾病的診斷、預(yù)防或治療的生物大分子，包括重組蛋白、多肽、疫 苗、抗體和基因藥物等，具有作用位點(diǎn)專(zhuān)一、藥理活性高、使用劑量小等特點(diǎn)。

       相較于小分子藥物，生物大分子藥物藥理活性的發(fā)揮更加依賴(lài)于安全高效的遞藥系統(tǒng)。如何在體內(nèi)遞送過(guò)程中保持生物大分子藥物的藥理活性，使其在體內(nèi)有效穿透多重生理屏障并精準(zhǔn)靶向至病灶部位的細(xì)胞內(nèi)，是目前生物大分子藥物遞送中亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。大量研究表明，生物大分子在體內(nèi)的遞送是一個(gè)系統(tǒng)性級(jí)聯(lián)過(guò)程，主要難點(diǎn)在于：(1) 生物大分子藥物對(duì)空間構(gòu)型要求高，制備過(guò)程及體內(nèi)傳遞過(guò)程中需要保證其活性和穩(wěn)定性；(2) 發(fā)揮局部作用的生物大分子藥物需要靶向傳遞至作用部位(如腫瘤等) 以發(fā)揮作用；(3) 生物大分子藥物難以穿越人體內(nèi)存在的各個(gè)生理屏障，如胃腸道屏障、血腦屏障、肺氣血屏障、血胰屏障，以及細(xì)胞膜甚至核膜屏障等；(4) 絕大多數(shù)生物大分子藥物進(jìn)入細(xì)胞后需要經(jīng)過(guò)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和胞內(nèi)釋放才能發(fā)揮作用。

       藥物制劑中的常規(guī)手段，諸如藥物結(jié)構(gòu)修飾、添加穩(wěn)定劑和吸收促進(jìn)劑等，無(wú)法同時(shí)解決生物大分子藥物體內(nèi)遞送過(guò)程中滲透性、穩(wěn)定性、免疫原性以及靶向性的問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)生物大分子的體內(nèi)高效傳遞，必須同時(shí)克服以上4個(gè)相互關(guān)聯(lián)過(guò)程中的生物屏障。

       1、生物大分子藥物的生物活性保持

       蛋白質(zhì)藥物具有高級(jí)結(jié)構(gòu)，包括二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。一方面，這些結(jié)構(gòu)特性決定了蛋白質(zhì)藥物的空間構(gòu)型以及功能和活性；另一方面，藥物分子形態(tài)學(xué)的同質(zhì)多晶行為比較突出，不同的晶型對(duì)于蛋白質(zhì)藥物的生物利用度、治療效果及藥物遞送系統(tǒng)的選擇有著重要影響。目前在使用載體傳遞藥物的過(guò)程中，由于復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，生物大分子很可能受環(huán)境或載體材料的影響而喪失其活性，或者難以完全從載體中釋放出來(lái)。因此，為維持最 佳的結(jié)晶形態(tài)和最好的生物活性，提高生物大分子藥物高效化的過(guò)程，既要注重遞送系統(tǒng)的構(gòu)建與功能化，又必須充分考慮到蛋白質(zhì)藥物本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以及在分離純化時(shí)蛋白質(zhì)活性的保留和恢復(fù)。有國(guó)內(nèi)研究者通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化制備工藝或合成特殊的載體材料(如PEG-PCL和DEX-PCL) ，已在保護(hù)生物大分子藥物天然構(gòu)象與活性方面取得了一定成果。比如，為避免蛋白質(zhì)藥物在制備時(shí)因與水油界面或水氣界面等直接接觸而失活，利用冷凍共析出法制備了由葡聚糖包裹的蛋白質(zhì)微球，該微球在經(jīng)過(guò)渦旋、離心及高溫處理后仍能保持很好的天然活性。除維持蛋白質(zhì)藥物生物活性外，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)藥物進(jìn)入體內(nèi)后，還面臨著另一個(gè)挑戰(zhàn)-酶對(duì)蛋白質(zhì)藥物的破壞，這將影響蛋白質(zhì)藥物在體內(nèi)的分布和生物活性。研究表明，運(yùn)用制劑的方法可以增強(qiáng)蛋白質(zhì)藥物在運(yùn)輸中和體內(nèi)的穩(wěn)定性。如將蛋白質(zhì)包載于 PLGA 微球中可以提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，而且顯示出了一定的緩釋效果。

       除蛋白質(zhì)藥物外，另一類(lèi)生物大分子藥物，反義核酸和小干擾RNA( siRNA) 已經(jīng)成為兩種調(diào)控基因表達(dá)的重要工具。然而，天然的核苷酸在體內(nèi)外極易受到核酸酶的降解。目前， 已有科研團(tuán)隊(duì)將siRNA包載于白蛋白納米粒中，有效防止了siRNA 的降解，增強(qiáng)了其體內(nèi)穩(wěn)定性。

       2、生物大分子藥物的靶向遞送

       生物大分子藥物除了需要克服體內(nèi)存在的各種蛋白酶、核酸酶的降解作用，還需要克服各種屏障，才能到達(dá)作用部位，如針對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的藥物必須穿過(guò)血腦屏障才能起效。藥物遞送系統(tǒng)可以改變藥物原有的體內(nèi)分布和藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)藥物的靶向傳遞。比如，脂質(zhì)體、納米粒等一些常用的藥物遞送系統(tǒng)，通過(guò)化學(xué)修飾接上配體，與靶標(biāo)部位高表達(dá)的某些受體結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)藥物在靶標(biāo)部位的富集。有學(xué)者合成了一系列具有雙季胺結(jié)構(gòu)的膽堿衍生物，實(shí)驗(yàn)表明該系列化合物均與血腦屏障膽堿受體有很好的親和力。將這些膽堿衍生物修飾聚賴(lài)氨酸樹(shù)突狀載體用于基因傳遞，可顯著提高該外源基因透過(guò)血腦屏障的能力，增加在腦組織的攝取和表達(dá)。另外，用轉(zhuǎn)鐵蛋白、乳鐵蛋白等作為配體修飾載體，也能使生物大分子藥物實(shí)現(xiàn)腦靶向的目的。

       由聚氰基丙烯酸丁酯制得的聚合物納米粒已被證明可以傳遞肽類(lèi)藥物穿過(guò)血腦屏障， 提高作用部位的藥物濃度。另一方面，針對(duì)某些病灶部位的特殊微環(huán)境，國(guó)內(nèi)學(xué)者也設(shè)計(jì)出許多精巧的靶向系統(tǒng)。利用腫瘤組織微環(huán)境的基質(zhì)金屬蛋白酶( MPP) 過(guò)度表達(dá)的特點(diǎn)，有學(xué)者設(shè)計(jì)出經(jīng)MMP 酶促發(fā)釋放式的載體系統(tǒng)。經(jīng)酶促式斷裂的長(zhǎng)鏈 PEG 修飾后的載體， 能顯著增強(qiáng)載體的腫瘤靶向性。類(lèi)似的研究還有利用 pH 敏感的腙鍵連接載體和屏蔽性材料。當(dāng)該載體到達(dá)腫瘤部位時(shí)，由于腫瘤部位微環(huán)境 pH值下降，使得腙鍵斷裂，屏蔽性材料脫離載體暴露出靶向配體，從而促進(jìn)藥物載體進(jìn)入腫瘤細(xì)胞。

       3、生物大分子藥物的入胞行為

       生物大分子藥物被靶部位的細(xì)胞攝取，是這類(lèi)藥物發(fā)揮藥效的前提。一般說(shuō)來(lái)，微粒類(lèi)載體是通過(guò)胞吞作用被攝取入胞內(nèi)的，因此傳遞系統(tǒng)的形狀、粒徑以及表面電荷將直接影響生物大分子藥物的入胞行為。通過(guò)對(duì)載體進(jìn)行修飾，可以大大提高蛋白、多肽類(lèi)藥物進(jìn)入細(xì)胞的效率。比如，有學(xué)者通過(guò)連接鍵交聯(lián)低分子量陽(yáng)離子材料聚乙烯亞胺(PEI) 包載DNA 藥物，結(jié)果表明，該材料既能降低原高分子量PEI 的毒 性，同時(shí)也能提高 DNA 被大鼠原代滑膜細(xì)胞的攝取效率。激光共聚焦實(shí)驗(yàn)顯示，細(xì)胞對(duì)該材料制備的載體的攝取十分迅速。此外，為了提高蛋白、多肽類(lèi)大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的能力，還可將細(xì)胞穿膜肽( CPP) 如 TAT、R8 等與載體連接，以促進(jìn)生物大分子進(jìn)入細(xì)胞的能力。另一種提高生物大分子藥物細(xì)胞攝取的策略是利用配體和細(xì)胞上的受體特異性結(jié)合而提高載體進(jìn)入細(xì)胞的能力。有國(guó)內(nèi)學(xué)者將皮啡肽作為配體修飾 PEG 化的多聚賴(lài)氨酸樹(shù)突狀載體用于小發(fā)夾RNA( shRNA) 的輸送， 結(jié)果表明，皮啡肽修飾后的載體在腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的攝取顯著提高。通過(guò)對(duì)攝取機(jī)制的考察，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用是攝取的主要方式，而且在加入皮啡肽的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑后，可顯著降低其攝取，說(shuō)明該種攝取機(jī)制依賴(lài)于皮啡肽與細(xì)胞上受體間的相互作用。還有研究者用小腸杯狀細(xì)胞的靶向肽CSKSSDYQC對(duì)三甲基殼聚糖進(jìn)行修飾，制備成包載胰島素的納米粒，靶向肽修飾的納米粒顯著增加了胰島素在上皮細(xì)胞的跨膜吸收。另一方面，對(duì)于siRNA 和反義寡核苷酸等核酸藥物，由于細(xì)胞攝取效率極低，嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題，已有脂質(zhì)微粒或 PEG 化的環(huán)糊精衍生物包裹的 siRNA 制劑進(jìn)入臨床研究，以期能夠提高細(xì)胞傳遞效率。

       4、生物大分子藥物的胞內(nèi)釋放

       蛋白質(zhì)類(lèi)藥物進(jìn)入細(xì)胞后，需要及時(shí)從溶酶體中釋放出來(lái)以發(fā)揮藥效。對(duì)于 DNA 等核酸類(lèi)藥物，更是需要進(jìn)入細(xì)胞核才能起作用。因此，除了載體的穿膜性質(zhì)外，其溶酶體逃逸能力對(duì)于藥物的胞內(nèi)釋放更為重要。借助溶酶體中 pH 偏低這一性質(zhì)制得的 pH 敏感材料能夠增強(qiáng)核酸類(lèi)藥物的溶酶體逃逸能力，如通過(guò)二硫鍵交聯(lián)得到的高分子材料能夠在細(xì)胞內(nèi)通過(guò)氧化還原反應(yīng)發(fā)生斷裂，從而釋放出生物大分子藥物。有研究小組設(shè)計(jì)了一種特殊的材料，將雙甲醛咪唑與精胺縮合生成聚合物用于基因傳遞。該材料在中性條件下穩(wěn)定，被細(xì)胞攝取后在內(nèi)含體的酸性環(huán)境下能降解成可生物代謝的單體，一方面降低了毒 性，另一方面在新生成的多個(gè)伯氨作用下，通過(guò)質(zhì)子海綿效應(yīng)使得內(nèi)涵體破裂，而使siRNA 隨聚合物降解從載體中釋放到胞漿內(nèi)。盡管這類(lèi)傳遞系統(tǒng)能夠增強(qiáng)生物大分子藥物進(jìn)入細(xì)胞和胞內(nèi)釋放的能力，但是由于細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，一些材料仍難以完全釋放藥物。

       為了實(shí)現(xiàn)生物大分子藥物高效遞送，醫(yī)藥學(xué)界的研究工作者進(jìn)行了大量相關(guān)的研究， 以期能研發(fā)出穩(wěn)定性好，生物利用度高、靶向性強(qiáng)、療效確切和副作用小的生物大分子藥物遞送系統(tǒng)。脂質(zhì)體、聚合物膠束、樹(shù)狀大分子、磁性納米粒等納米載藥系統(tǒng)被廣泛用于生物大分子藥物的遞送，運(yùn)用納米載藥系統(tǒng)對(duì)生物大分子藥物進(jìn)行包載，可以增強(qiáng)藥物在體內(nèi)的穩(wěn)定性最大限度地保留其活性，還能改善生物利用度。其次，通過(guò)化學(xué)修飾在脂質(zhì)體、聚合物等遞送系統(tǒng)接上配體，與靶部位高表達(dá)的某些受體結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)藥物在靶部位的富集。最后， 載藥系統(tǒng)的表面電荷、粒徑以及形狀等物理性質(zhì)直接影響生物大分子藥物的入胞行為。通過(guò)對(duì)載體進(jìn)行修飾，可以大大提高生物大分子藥物進(jìn)入細(xì)胞的效率。

       此外，尋求生物大分子藥物的非注射給藥方式一直是藥劑學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，涉及的給藥途徑包括口服、肺部、鼻腔、直腸、陰道、眼內(nèi)和透皮等。以上這些新劑型的研制，對(duì)于延長(zhǎng)生物大分子(主要是蛋白、多肽類(lèi)及核酸類(lèi)藥物) 的半衰期，增加其穩(wěn)定性，提高對(duì)細(xì)胞膜的穿透能力，降低免疫原性等方面取得了巨大的進(jìn)步。然而，盡管臨床前研究取得了一定成果，但進(jìn)入臨床試驗(yàn)后，這些新型載體的效果仍不盡如人意，能夠上市的生物大分子藥物種類(lèi)偏少。

       參考資料

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       作者簡(jiǎn)介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學(xué)碩士，現(xiàn)就職于國(guó)內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)食品的開(kāi)發(fā)與研究。