張文婕， 范 穎

(1.中國(guó)藥科大學(xué)新藥研究中心，江蘇南京210009;2.上海醫(yī)藥工業(yè)研究院上海呼吸系統(tǒng)藥物工程技術(shù)研究中心，上海200437)

多糖是具有特定結(jié)構(gòu)的一類天然生物材料，可作為藥物載體或組織工程支架用于遞送小分子化學(xué)藥物、多肽或蛋白藥物，提取和純化方法的發(fā)展加速了其作為藥物載體的應(yīng)用。

根據(jù)臨床要求不同，多糖可以膠束、微?；蚰z的形式遞送藥物。多糖－藥物綴合物已得到廣泛應(yīng)用，其膠束形式可提高載體靶向性及生物降解性。載藥多糖凝膠可形成連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高度水化材料，模擬天然組織的機(jī)械和化學(xué)特性，用于藥物控釋或軟組織再生。

用于藥物傳遞系統(tǒng)的多糖來(lái)源于非哺乳動(dòng)物或哺乳動(dòng)物。來(lái)源于非哺乳動(dòng)物的多糖包括海藻酸鹽(alginate)、幾丁質(zhì)(chitin)、葡聚糖(dextran)等，其提取和純化方法相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，免疫原性低，在遞送藥物時(shí)可通過(guò)非共價(jià)交聯(lián)方式(靜電結(jié)合)或共價(jià)修飾方式與藥物結(jié)合或連接不同的功能基團(tuán)。來(lái)源于哺乳動(dòng)物的多糖包括透明質(zhì)酸(hyaluronan)、肝素(heparin)和硫酸軟骨素(chondroitin sulfate)等，同樣可通過(guò)共價(jià)或非共價(jià)方式與藥物連接，雖然其分離提純過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，但由于可與體內(nèi)多種蛋白特異性結(jié)合，其用作藥物載體具獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1 海藻酸鹽

海藻酸鹽是從褐藻(如昆布)或土壤細(xì)菌(如褐色定氮菌)中提取的一種可生物降解的親水性多糖，由β-D-甘露醛酸和α-L-古羅糖醛酸線性聚合而成。根據(jù)來(lái)源和加工過(guò)程的不同，可得到不同相對(duì)分子質(zhì)量(104～106)的海藻酸鹽。

海藻酸鹽的一個(gè)重要特點(diǎn)就是可通過(guò)與二價(jià)陽(yáng)離子(如鈣離子、鋇離子和鍶離子等)連接使分子鏈中古羅糖醛酸間形成蛋殼結(jié)構(gòu)，且根據(jù)陽(yáng)離子濃度的不同，致分子鏈間形成瞬時(shí)或永久的結(jié)合。早在20世紀(jì)40年代，海藻酸鈣微球就被用作藥物傳遞載體，且研究表明:陽(yáng)離子濃度及海藻酸鈣相對(duì)分子質(zhì)量、膠凝動(dòng)力學(xué)等因素會(huì)影響微球的孔徑、溶脹、穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度等性質(zhì)。海藻酸鹽微球制備簡(jiǎn)單，但存在機(jī)械穩(wěn)定性差、突釋現(xiàn)象等問(wèn)題，為克服這些缺陷，研究者們通過(guò)將高分子修飾材料包覆于海藻酸鹽微球外層而制備出包衣型微球，或使高分子材料與海藻酸鹽相互滲透或交聯(lián)形成聚合物網(wǎng)絡(luò)而制備嵌入型凝膠(見(jiàn)表1)。

表1 用作藥物載體的包衣型海藻酸鹽微球和嵌入型海藻酸鹽凝膠的特性Table1 Characteristics of coated alginatemicrosphere and interpenetrated alginate gel as drug carriers

海藻酸鹽微球具有pH敏感性，在低pH條件下(如在胃中)，可收縮形成不可溶性微球，阻滯藥物釋放;而在較高pH條件下(如在腸道中)，則可轉(zhuǎn)化為可溶性微球，藥物可通過(guò)微球內(nèi)部孔徑為5～200 nm的微孔以及微球溶蝕作用而釋放。因此，海藻酸鹽微球尤為適宜用作蛋白藥物的口服制劑，既可避免蛋白藥物在胃中降解，又可保證藥物在腸道中釋放。但由于海藻酸鹽在腸道中易溶解，導(dǎo)致其微球中藥物突釋，使蛋白藥物失去保護(hù)而在蛋白水解酶作用下變性，故需改進(jìn)海藻酸鹽微球的理化性質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白藥物的緩釋和控釋。Yu等［12］使用海藻酸鹽、殼聚糖和果膠制備復(fù)合微粒，其中殼聚糖在低pH條件下可溶，在高pH條件下不可溶，這正好與海藻酸鹽的性質(zhì)相反，從而使微粒中蛋白藥物在pH為1.2和5.0時(shí)達(dá)到緩釋，在pH為7.4和6.8時(shí)則迅速釋放，同時(shí)果膠又可抵御蛋白酶和淀粉酶的作用，避免蛋白藥物變性，因此，該復(fù)合微?？蓪?shí)現(xiàn)口服蛋白藥物的結(jié)腸靶向遞送。

研究表明:帶有電荷的高分子材料可粘附于黏膜，增加其電荷密度可提高其黏膜黏附性。而海藻酸鹽是帶有羧基的陰離子高分子，為良好的黏膜黏附劑，其黏附性優(yōu)于聚苯乙烯、羧甲基纖維素、聚乳酸和殼聚糖等其他高分子材料(Ch'ng等，J Pharma Sci，1985年)，且經(jīng)修飾后可提高生物黏附性。Alsberg等［13］將黏附性配體精氨酸－甘氨酸－天冬氨酸(RGD)肽通過(guò)共價(jià)鍵與海藻酸凝膠連接，以增強(qiáng)后者對(duì)前成骨細(xì)胞MC3T3-E1的黏附作用，從而促進(jìn)該細(xì)胞的增殖、分化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)骨修復(fù)。結(jié)果表明:當(dāng)每cm2凝膠表面含有配體量為1.5×10－15～15×10－15mol時(shí)，可明顯提高凝膠對(duì)成骨細(xì)胞的黏附性。

2 幾丁質(zhì)

幾丁質(zhì)是來(lái)源于節(jié)肢動(dòng)物和昆蟲(chóng)外殼的一種疏水性多糖，由β-N-乙酰-D-氨基葡萄糖線性聚合而成。幾丁質(zhì)的N-脫乙酰衍生物即殼聚糖，由N-乙酰-D-氨基葡萄糖和D-氨基葡萄糖共聚而成。幾丁質(zhì)不溶于水，但殼聚糖可在酸性條件下溶解，且具有可供化學(xué)修飾的活性基團(tuán)。此外，殼聚糖可生物降解，生物相容性好，價(jià)格便宜，易獲得，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾，故在藥物傳遞系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用(見(jiàn)表2)。

表2 幾丁質(zhì)衍生物載體類型Table2 Types of chitin derivative carriers

由于殼聚糖僅可溶于酸性溶液，故其應(yīng)用受到限制。由此，研究者們對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，以期能提高其水溶性或使其載體具有溫度敏感性、pH敏感性或離子敏感性等特性。例如，筆者所在課題組合成了兩親性N-烷基-N-三甲基殼聚糖［14］、兩親性N-辛基-O-磺?；鶜ぞ厶牵?5］、長(zhǎng)循環(huán)聚乙二醇-N-辛基-O-磺?；鶜ぞ厶牵?6］、溫度敏感型聚N-異丙基丙烯酰胺－殼聚糖［17］和pH敏感型N-辛基-N-(2-羧苯甲酰)-殼聚糖［18］等新型殼聚糖衍生物，拓展了殼聚糖在藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用。此外，Kim等［19］以抗腫瘤活性物質(zhì)鞣花酸為模型藥物，將鞣花酸溶液與殼聚糖溶液于40℃混合2 h，調(diào)節(jié)混合溶液pH至 6.9～7.2，然后在4℃下與β-甘油磷酸酯溶液混合，并于37℃膠凝，此含藥凝膠具有緩釋作用，累積釋藥量與凝膠載藥量呈正相關(guān)，且體外試驗(yàn)顯示:荷載1%鞣花酸的凝膠可明顯抑制人U87惡性膠質(zhì)瘤和鼠C6神經(jīng)膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)。Ranjha等［20］通過(guò)自由基聚合反應(yīng)使殼聚糖與丙烯酸交聯(lián)形成干膠，該干膠在低pH介質(zhì)中幾乎不溶脹，而在高pH (pH為6.5或7.5)介質(zhì)中可快速溶脹，且體外藥物釋放實(shí)驗(yàn)表明:隨著介質(zhì)pH的升高，干膠可不斷攝取水分并溶脹，致使藥物釋放增加。

近年來(lái)，隨著電紡技術(shù)(electrospinning)的發(fā)展，幾丁質(zhì)和殼聚糖納米纖維被廣泛應(yīng)用于組織工程支架、藥物傳遞系統(tǒng)、傷口敷料和傳感器中［21］。電紡技術(shù)可通過(guò)對(duì)高壓產(chǎn)生的帶電高分子液滴進(jìn)行干燥而獲得從十幾納米到幾微米不等的納米纖維(見(jiàn)表3)。幾丁質(zhì)溶解性差，只可溶于特定的溶劑中，如N，N-二甲乙酰胺(DMAC)-LiCl、六氟丙酮、1，1，1，3，3，3-六氟-2-正丙醇(HFIP)和飽和鈣溶液等，因此，在電紡前，可通過(guò)γ輻射解聚幾丁質(zhì)來(lái)增加其溶解性。殼聚糖在溶于酸性溶液時(shí)帶有正電荷，此高分子電解質(zhì)溶液不能經(jīng)電紡穩(wěn)定地形成納米纖維，而研究發(fā)現(xiàn)，使用三氟乙酸或三氟乙酸/二氯甲烷，可提高殼聚糖電紡纖維的均一性。

表3 電紡幾丁質(zhì)和殼聚糖納米纖維類型Table3 Types of electrospun nanofibers of chitin and chitosan

電紡納米纖維具有表面積大、孔隙度高、生物相容性好的特點(diǎn)，將其用于藥物傳遞系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)藥物尤其是促細(xì)胞再生性藥物的控釋。如Jeong等［22］將殼聚糖和海藻酸鹽溶液混合，并經(jīng)電紡，通過(guò)離子相互作用而獲得納米纖維，該納米纖維由于未使用交聯(lián)劑而降低了毒性，同時(shí)由于使用了殼聚糖而增加了對(duì)血清蛋白的黏附性，因而更適宜用作組織工程支架材料。

3 葡聚糖

葡聚糖是從細(xì)菌(如白念珠菌)代謝產(chǎn)物中提取的一種水溶性多糖，由D-葡萄糖以1→6鍵連接，并在支鏈點(diǎn)1→2、1→3和1→4處連接配糖而組成。根據(jù)來(lái)源不同，可得到平均相對(duì)分子質(zhì)量不同的各種支鏈葡聚糖。最初，葡聚糖被用作血漿替代品，由于其具有生物可降解、非特異性細(xì)胞黏附、抵御蛋白吸附、價(jià)格便宜及易于結(jié)構(gòu)改造等特點(diǎn)，成為藥物載體材料研究的熱點(diǎn)。

將不同的功能基團(tuán)連接在葡聚糖上，可得到原位凝膠或溫度敏感、pH敏感等不同類型的水凝膠(見(jiàn)表4)。迄今，研究者們已制備出以葡聚糖衍生物凝膠為載體的吲哚美辛、牛血清蛋白、免疫球蛋白G及溶菌酶等各類藥物的控釋制劑。

Sun等［23］利用二硫鍵將葡聚糖和聚己內(nèi)酯連接而制得粒徑約60 nm的對(duì)還原性環(huán)境敏感的載藥嵌段共聚物膠束。結(jié)果顯示:其在非還原性環(huán)境中于20 h內(nèi)僅釋藥20%，而在還原性環(huán)境中于10 h內(nèi)可持續(xù)并完全釋藥。葡聚糖還被廣泛用于前藥和納米給藥系統(tǒng)的制備。如Varshosaz等［24］將布地奈德通過(guò)戊二酸連接于不同相對(duì)分子質(zhì)量的葡聚糖上制成前藥，結(jié)果表明:使用相對(duì)分子質(zhì)量為10 000和70 000的葡聚糖制得的前藥不但可使布地奈德溶解度提高，還可用于結(jié)腸靶向釋藥，治療潰瘍性結(jié)腸炎。

4 透明質(zhì)酸

透明質(zhì)酸是由(1→4)-β-D-葡醛酸和(1→3)-β-N-乙酰-D-葡糖胺組成的線性水溶性多糖，骨架中的羥基和羧基均可被化學(xué)修飾。透明質(zhì)酸最初在牛眼玻璃體中被發(fā)現(xiàn)，隨后的研究表明其廣泛存在于生物體內(nèi)，尤其是細(xì)胞外基質(zhì)和關(guān)節(jié)液中。雖然透明質(zhì)酸可從活體中提取，但為避免污染和病毒感染，人們主要從微生物發(fā)酵物中獲取該物質(zhì)。

透明質(zhì)酸具有生物可降解、生物相容、低毒、非免疫原性、無(wú)致炎性等特點(diǎn)，因此被廣泛用于藥物傳遞系統(tǒng)。Homma等［25］通過(guò)肽段將甲氨蝶呤連接于透明質(zhì)酸而制成前藥，該前藥中肽段被酶降解后釋放出具有止痛作用的透明質(zhì)酸和具有抗炎作用的甲氨蝶呤，從而對(duì)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)揮協(xié)同治療作用;試驗(yàn)表明:該前藥在體外可抑制人成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞的增殖，在大鼠關(guān)節(jié)炎模型中可減輕關(guān)節(jié)腫脹。

此外，為了使透明質(zhì)酸制備的藥物傳遞系統(tǒng)更具靶向性和長(zhǎng)效作用，研究者們通過(guò)多種化學(xué)修飾方法制備透明質(zhì)酸衍生物，其羧基是常見(jiàn)的修飾部位(見(jiàn)表5)。但值得注意的是，透明質(zhì)酸的羧基是透明質(zhì)酸酶的識(shí)別位點(diǎn)，因此，羧基部位的修飾可能改變透明質(zhì)酸衍生物的體內(nèi)降解行為。

透明質(zhì)酸的相對(duì)分子質(zhì)量從103到107不等，不同相對(duì)分子質(zhì)量的透明質(zhì)酸在體內(nèi)具有不同功能:高相對(duì)分子質(zhì)量的透明質(zhì)酸主要存在于疏松結(jié)締組織中，以維持細(xì)胞外基質(zhì)中的水分含量和細(xì)胞完整性;而低相對(duì)分子質(zhì)量的透明質(zhì)酸在受體介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)通路中發(fā)揮作用。CD44(cluster determinant44)、RHAMM(receptor for hyaluronate-mediated motility)、HARE(hyaluronan receptor for endocytosis)、LYVE-1(lymphatic vessel endothelial hyaluronan receptor-1)等均是透明質(zhì)酸受體。Choi等［26］將5β-去羥基膽酸連接于透明質(zhì)酸而制成兩親性聚合物納米粒，共聚焦顯微圖像顯示，該納米粒對(duì)CD44受體具有明顯的靶向作用，當(dāng)游離透明質(zhì)酸與CD44受體的結(jié)合達(dá)飽和狀態(tài)后，納米粒便不能進(jìn)入細(xì)胞;而荷瘤小鼠活體成像實(shí)驗(yàn)也表明，該納米?？捎行Ц患贑D44受體過(guò)度表達(dá)的腫瘤部位。Upadhyay等［27］研究發(fā)現(xiàn)，荷載阿霉素的聚(γ-苯甲基谷氨酸)－透明質(zhì)酸嵌段共聚物給藥系統(tǒng)具有明顯的CD44受體靶向性。

表5 用于制備藥物傳遞系統(tǒng)的透明質(zhì)酸衍生物類型Table5 Different derivatives of hyaluronic acid used for preparing drug delivery system

通過(guò)物理或化學(xué)方法交聯(lián)的透明質(zhì)酸還可用于制備儲(chǔ)庫(kù)型給藥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)蛋白藥物的緩釋(見(jiàn)表6)。蛋白藥物粒徑一般為3～15 nm，故透明質(zhì)酸儲(chǔ)庫(kù)型給藥系統(tǒng)中的通道孔徑應(yīng)為5～25 nm。

表6 儲(chǔ)庫(kù)型透明質(zhì)酸給藥系統(tǒng)類型Table6 Depot-type drug delivery system with hyaluronic acid

5 肝素

肝素是由D-葡糖胺、L-艾杜糖醛酸及β-D-葡糖醛酸交替連接而成的黏多糖硫酸酯，相對(duì)分子質(zhì)量在1 200～40 000之間，廣泛存在于動(dòng)物體內(nèi)，主要從牛肺和豬小腸黏膜中提取。

肝素中每個(gè)二糖單元中平均含有2.7個(gè)磺基，加之其含有羧基，使得肝素成為至今已知的天然產(chǎn)物中負(fù)電性最強(qiáng)的物質(zhì)，故其可與許多蛋白藥物(如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和蛋白酶等)發(fā)生靜電相互作用，從而對(duì)蛋白起穩(wěn)定作用，防止其變性。近來(lái)，有研究者將肝素與其他高分子材料聚合，生成機(jī)械和化學(xué)性能更優(yōu)的載體材料。Choi等［35］將肝素與普朗尼克聚合制備納米凝膠，該凝膠制備工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，其粒徑適用于細(xì)胞內(nèi)藥物傳遞;試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選用RNase A作為蛋白模型藥物時(shí)，因其與肝素結(jié)合率高，故該凝膠載藥量大大提高(大于78%)，可使藥物更多地進(jìn)入細(xì)胞漿和細(xì)胞核。

肝素在臨床上常用作抗凝劑，且具有抗病毒(如抑制HIV-1的復(fù)制)、抑制補(bǔ)體的級(jí)聯(lián)放大及促進(jìn)脂蛋白脂肪酶的釋放等作用。近年來(lái)，有研究者將肝素與其他納米材料結(jié)合形成新型給藥系統(tǒng)(見(jiàn)表7)。

表7 肝素與其他納米材料組成的給藥系統(tǒng)類型Table7 Types of drug delivery system composed of heparin and other nanomaterials

此外，肝素還具抑制腫瘤生長(zhǎng)和抗血管新生作用。Park等［44］發(fā)現(xiàn)，將疏水性抗腫瘤藥物維甲酸連接于肝素，可在提高維甲酸水溶性的同時(shí)發(fā)揮協(xié)同抗腫瘤作用;在肝素骨架上化學(xué)連接靶向配體葉酸而形成的兩親性聚合物HFR抗凝活性降低，但仍具有抗血管新生作用，且在水中可迅速形成納米粒，此納米?？筛患谌~酸受體過(guò)度表達(dá)的腫瘤細(xì)胞，增強(qiáng)了抗腫瘤活性。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著對(duì)多糖及其衍生物的進(jìn)一步深入研究與了解以及更多功能性高分子的發(fā)現(xiàn)，人們可根據(jù)需要，通過(guò)化學(xué)和生物合成方法更為精確地控制多糖的序列，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行各種修飾，從而改善多糖的特性，如親水性、疏水性、溫度敏感性、pH敏感性、離子強(qiáng)度敏感性等，進(jìn)一步拓展了多糖及其衍生物在藥物傳遞系統(tǒng)中的應(yīng)用。

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