酵母微膠囊技術的研究應用進展

       微囊化是一種固定化技術，其通過提供一個物理屏障克服外界環(huán)境對包封分子的影響，從而提高包合物的穩(wěn)定性。酵母是一類單細胞真菌，酵母及其生物制劑已經(jīng)廣泛應用在食品工業(yè)、生物醫(yī)藥等領域。酵母微囊從酵母中提取，其成分主要是 β-葡聚糖，形狀呈橢圓形，具有約2-5 μm 的中空多孔結構。β-葡聚糖是酵母細胞壁的主要結構成分，在結構上主要由 β-1,3-葡聚糖的主鏈和β-1,6-葡聚糖的側鏈組成，其單糖組成為葡萄糖。其中 β-1,3-葡聚糖既構成了葡萄糖剛性網(wǎng)絡結構，也為酵母微囊提供了免疫活性。β-1,3-葡聚糖是真菌的主要病原體相關分子模式，它能夠被腸道免疫細胞通過多種模式識別受體(包括補體受體 3 和 Dectin-1 受體)識別出來，從而引起相關免疫反應。

       研究對比多種微生物（如霉菌、原生蟲、酵母菌）作為壁材的包埋效果，結果發(fā)現(xiàn)采用酵母微膠囊包埋效果最 理想。對于所有的包封體系，包封分子與基質(zhì)之間的相互作用對其穩(wěn)定性和生物利用度都有著重要的影響。而經(jīng)酵母包埋后的活性物質(zhì)穩(wěn)定性、生物利用度、溶解性和緩釋性均有所提高。酵母細胞以分散的單細胞狀態(tài)存在，其完整的細胞壁和細胞膜結構具有一定的強度和通透性，從而使酵母細胞具有很好的吸附性能，可作為一種新型的微膠囊壁材。酵母細胞有一層磷脂膜，因此它可以充當脂質(zhì)體，既可以封裝疏水化合物，也可以封裝親水化合物。而且酵母微囊由β-葡聚糖構成了一個內(nèi)部中空、表面多孔且?guī)ж撾姾傻慕Y構，因此大多數(shù)的藥物都可以在酵母微囊的內(nèi)部被封裝或者吸附在酵母微囊表面，有利于藥物的遞送。隨著研究的不斷發(fā)展，酵母微囊的藥物裝載策略逐漸增多，主要包括以下5 種。

       (1) 通過靜電吸附作用將帶正電的藥物裝載到酵母微囊內(nèi)部。例如，有學者制備了帶有正電荷的順鉑(cisplatin, CDDP)前體納米粒(PreCDDP)，并將其封裝到酵母微囊中，開發(fā)了一種安全有效的口服順鉑藥物遞送平臺。此外，通過在酵母微囊表面負載帶有相反電荷的胰島素，并用海藻酸鹽進行包被，可成功實現(xiàn)胰島素的口服遞送。

       (2) 對于帶負電荷的藥物，可以通過非共價作用力修飾帶正電荷的載體材料，再通過靜電吸附作用裝載到酵母微囊中。如首先將小檗堿(berberine, BBR)、表沒食子兒茶素沒食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)和 Mn2+通過非共價分子間作用力自組裝成納米顆粒(BBR/MPNNPs)，而后進一步裝載到酵母微囊中。將DOX裝載在3-巰基丙酸(3-mercaptopropionic acid, MPA)修飾的納米氧化鋅(ZnO NPs)上，構建了帶負電荷的載藥納米粒(MPA-ZnO-DOX)，再用聚乙烯亞胺(polyethyleneimine, PEI)將酵母微囊內(nèi)部修飾成正電荷，使 MPA-ZnO-DOX 能夠裝載在酵母微囊中。

       (3) 可以利用被動擴散或疏水作用將不帶電的藥物修飾進酵母微囊中。如通過被動擴散將牛血清蛋白(bovine serum albumin, BSA)包封在被殼聚糖包被的酵母微囊里。此外，咖 啡因、維生素 B12 等都可以通過相互孵育利用被動擴散裝載到酵母微囊中。

       (4) 部分藥物還可以通過逐層合成(LBL)進行裝載。通過靜電相互作用將帶有相反電荷的多糖依次沉積在預先裝載花青素的酵母微囊上，制備出用于花青素包封和穩(wěn)定的口服遞送載體。如將替莫唑胺 (temozolomide,TMZ) 裝載在聚乳酸-羥基乙酸共聚物 (poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA)中，并通過逐層合成依次包裹 O6-芐基鳥嘌呤(O6-benzylguanine,O6-BG)接枝的殼聚糖(BG-chitosan, BG-CS)層和酵母微囊，最終獲得了一個穩(wěn)定的 TMZ 口服遞送平臺。

       (5)某些藥物還可以將其與衍生化的酵母微囊進行結合。如使用原位合成酵母微囊包覆鎳納米顆粒，將帶有His-tag的Cda2 蛋白通過非共價作用力裝載進酵母微囊中。使用 NaIO4 對酵母微囊進行氧化，使其具有醛基，進而與卵清蛋白(ovalbumin, OVA)的伯胺基反應，將 OVA 通過化學連接到酵母微囊表面，從而在體內(nèi)產(chǎn)生有效的特異性免疫反應。

       酵母微膠囊技術作為口服藥物遞送系統(tǒng)的研究應用

       1、降血糖

       Ⅰ型糖尿病是一種與碳水化合物代謝受損相關的代謝紊亂，可導致慢性高血糖，該疾病的特征是β 細胞進行性自身免疫破壞，導致胰島素不足或胰島素分泌缺陷。胰島素皮下注射用于糖尿病的日常治療。但是由于胰島素給藥帶來的不便，很難滿足患者的依從性。為了克服這個困難，可優(yōu)先選擇口服胰島素輸送系統(tǒng)。然而，口服胰島素必須克服某些生理障礙。侵入性和強化方法促使人們需要一種相容的胰島素給藥途徑。釀酒酵母的微膠囊可以通過靜電力介導的自發(fā)沉積結合不同的帶電納米粒子，長期服用酵母微膠囊在治療慢性疾病方面顯示出良好的安全性。有研究首次提出了一種利酵母微膠囊包埋胰島素抑制糖尿病的生物激勵方法。利用胰島素和酵母微膠囊之間的靜電相互作用促使酵母微膠囊包埋胰島素的形成，并在熒光成像下證實了這一點。在酵母微膠囊包埋胰島素的表面裝載海藻酸鈉涂層可以保護酵母微膠囊免受惡劣的胃腸道環(huán)境影響，防止胰島素降解。藥理學實驗發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠口服海藻酸鈉包覆的酵母微膠囊包埋胰島素后血糖明顯降低。

       2、治療心血管疾病

       心血管疾病的發(fā)生和動脈硬化緊密相關。近年來，基于納米粒子的靶向策略被認為是治療動脈粥樣硬化（AS）的新途徑。有學者研發(fā)了一種用于靶向治療心血管疾病的方法，該方法由酵母衍生微膠囊（YC）介導，利用靜電驅(qū)動自發(fā)沉積的方式使不同帶電納米顆粒成功負載到 YC 中?？诜o藥后，包埋納米顆粒的酵母膠囊（YDMC）可以優(yōu)先到達關節(jié)炎和腫瘤的病變部位，并顯著降低斑塊面積，增強 AS 斑塊的穩(wěn)定性。最重要的是，實驗發(fā)現(xiàn) YC介導的納米療法比未包裝的納米藥物更有效，對毒性測定的結果顯示包裝后的納米藥物在長期口服后表現(xiàn)出良好的安全性，因此該方法或可用于 AS 和其他血管疾病的靶向治療。單核細胞趨化蛋白 -1（MCP-1）在 AS 中扮演著關鍵的角色，是 AS 發(fā)生早期的重要因素。有學者利用上述YC 介導的仿生方法成功將一種 MCP-1 的特異性合成抑制劑靶向輸送到 AS 斑塊內(nèi)部，結果顯示這種抑制劑的作用明顯增強，有效減少了單核細胞在 AS 斑塊中的聚集。

       3、治療炎癥相關疾病

       胃腸道存在許多生物屏障，即使是當前最先進的納米粒子靶向傳遞系統(tǒng)口服給藥后也面臨來自胃腸道障礙的挑戰(zhàn)。有學者嘗試將含有消炎藥吲哚美辛或抗腫瘤藥物紫杉醇的納米粒負載到酵母膠囊中，口服后經(jīng)過一系列的體內(nèi)運輸過程，包埋在酵母膠囊中的納米粒最終被傳遞到小鼠或大鼠炎癥或腫瘤的遠程病變部位。結果顯示，在該急性炎癥模型中，酵母膠囊介導的納米探針的靶向效率甚至比靜脈注射相同劑量的納米探針的靶向效率還要高?？诜?jīng)酵母膠囊介導的吲哚美辛或紫杉醇納米療法在炎癥和腫瘤動物模型中與單獨納米治療相比，作用顯著增強。利用酵母細胞包封姜黃素研究其在體外的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)克服姜黃素生物利用度低、提高靶向傳遞主要是酵母細胞中純化的葡聚糖顆粒發(fā)揮作用。

       4、抗腫瘤

       口服是最常見和最有效的給藥方式，具有較高的安全性、方便性和用藥依從性。目前，口服抗腫瘤藥物在治療癌癥方面越來越受歡迎。但一些治療癌癥的口服藥物存在親水性低、對上皮細胞滲透性差、毒副作用大等問題?？ò退愂且环N新型半合成紫杉醇，具有很強的抗腫瘤活性，與其他紫杉醇類似，卡巴他賽的口服給藥仍然受到限制，有學者將載藥聚合物-脂質(zhì)雜化納米粒子（NPs）負載到多孔空心酵母細胞壁微顆粒（YPs）中，制備了一種載藥納米微載體，用于巨噬細胞靶向口服卡巴他賽；在模擬胃腸道環(huán)境中，NPs 負載 YPs的體外釋藥速度較 NPs 慢，藥物穩(wěn)定性較高；體內(nèi)藥動學研究中，卡巴他賽溶液的口服利用度提高了5倍。順鉑是當前聯(lián)合化療中最常用的藥物之一，將制備好的順鉑衍生的前體納米粒子（PreCDDP）封裝到酵母膠囊中得到可以口服給藥的 PreCDDP/YC，并從其理化性質(zhì)、體外藥物釋放、體外抗腫瘤活性、口服靶向性、體內(nèi)藥動學和體內(nèi)藥效等方面對酵母膠囊仿生給藥系統(tǒng)進行考察，結果 PreCDDP/YC在細胞內(nèi)釋放后仍具有抗腫瘤活性，口服載于酵母膠囊中的 PreCDDP 比口服或靜脈注射游離的順鉑具有更好的安全性和更高的生物利用度。上述研究表明載藥納米微載體技術是增加小分子藥物口服吸收的一種可能途徑。

       酵母微囊作為口服遞送載體具有諸多優(yōu)勢。首先，因為人體胃腸道中缺乏可以降解 β-葡聚糖的酶，而且 β-葡聚糖具有耐酸的特性，所以以β-葡聚糖為主要成分的酵母微囊可以避免在惡劣的腸道環(huán)境中被消化降解，保護藥物可以順利通過復雜的腸道環(huán)境而不被破壞。其次， β-葡聚糖是一種來源于酵母細胞的載體，因此可以模仿酵母的行為，被 M 細胞上的 Dectin-1 識別，從而通過復雜的巨噬細胞介導運動，將各種藥物準確、安全地靶向地送到病變部位。酵母微囊對極性和非極性的小分子具有良好的滲透性，而且可以通過調(diào)節(jié)表面緊密連接程度促進對生物大分子的吸收，所以可以有效地裝載各類大分子和小分子的藥物，例如蛋白質(zhì)、DNA、抗原、姜黃素等。最后，酵母微囊具有無細胞毒性以及安全的特點，這是作為口服遞送載體的一大根本要求。

       參考資料

       [1]李文,劉夫鋒.基于益生菌口服藥物遞送系統(tǒng)的研究進展[J].微生物學報,2024,64(11):4086-4105.

       [2]賈麗娟,戴智強,高青青,等.酵母微膠囊包埋新技術及藥效評價的研究進展[J].中南藥學,2022,20(04):871-876.

       作者簡介：

       小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。