于亞行，李成哲，孫婷庭，陳冬梅，謝書宇

(華中農(nóng)業(yè)大學國家獸藥殘留基準實驗室/華中農(nóng)業(yè)大學國家獸藥安全評價實驗室，湖北 武漢 430070)

傳統(tǒng)抗生素的濫用引發(fā)了耐藥性和藥物殘留等問題，給人類和動物健康帶來了威脅，因此，尋找并制定多維策略進行疾病防治和對抗細菌感染是當務之急。隨著對傳統(tǒng)中醫(yī)藥研究的不斷深入，其功效逐漸被人們所接受，從中藥提取的各種有效成分多種多樣，有黃酮類、萜類、生物堿類、多糖類和皂苷類等，各成分憑借多成分、多靶點、多療效、不易產(chǎn)生耐藥性和來源豐富等優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛用于各種疾病的防治[1-2]。然而，在實際應用中面臨著生物利用度低、半衰期短、溶解性差、環(huán)境中不穩(wěn)定等障礙，很大程度上制約著中藥臨床應用[3]。

納米材料是由納米粒子組成的一種微小的顆粒材料，其粒子大小范圍在1～1 000 nm，可以被動地積聚在感染部位，加強藥物細胞膜滲透性，增強細胞內(nèi)停留時間，治療細菌的胞內(nèi)感染。納米技術將中藥飲片制成具有納米尺度的顆粒，或以適當納米載體材料與中藥有效成分結合，進而賦予藥物新功能，彌補中藥在實際應用中的不足，最大限度地發(fā)揮中藥在獸藥治療領域中的作用[4]。

中藥的組成成分十分復雜，通常包含多種不同含量的組分[5]，包括有效成分、輔成分和無效成分等，高效的分離和純化中藥中的有效成分有利于藥理活性的深入研究，促進相關產(chǎn)品的發(fā)展。另外，確定中藥中生物活性分子的含量并進行質(zhì)量評價，這對治療效果至關重要[6]。目前中藥分析中，常規(guī)提取和檢測方法存在著吸附效率差、靈敏度低和檢測時間長等缺點，影響中藥進一步的臨床轉化。納米材料功能化后參與中藥的提取分離和檢測，提高了吸附效率、靈敏度和檢測時間等，大大促進了中藥分析方法的發(fā)展，為天然藥物進一步開發(fā)利用打下穩(wěn)固的基礎。

本文首先對納米藥物的種類進行概括，其次對納米技術在中藥靶向遞送系統(tǒng)和緩釋遞送系統(tǒng)中的應用進行歸納，隨之對納米技術在中藥提取分離與檢測中的應用進行總結，最后分析了納米技術在改善中藥性能過程中面臨的問題，對解決問題方法和未來的研究方向進行討論和展望，希望為中藥現(xiàn)代化發(fā)展和應用提供參考。

1 納米藥物的分類

中藥可以通過納米技術轉化為納米藥物，粒徑的減少和比面積的增加可以影響藥物在體內(nèi)的分布和持續(xù)時間，從而增強療效、降低毒性和提高生物利用度。納米藥物基本分為兩大類：藥物納米粒和載體類納米藥物。

1.1 藥物納米粒

藥物納米粒通常是采用自上而下、自下而上或其他方法制備相應的藥物納米粒，然后再制成適合于不同遞藥系統(tǒng)的不同劑型。自上而下法常通過研磨或均質(zhì)等方法，將難溶性藥物分散為小顆粒，不需要使用有機溶劑。Kim等[7]使用鋯珠研磨積雪草甙(Centellaasiatica，CA)，該方法制備的納米晶在皮膚層中的積累顯著增加且無皮膚刺激性，大大提升了藥物的遞送效率。自下而上法常將難溶性藥物溶解于良溶劑后與其不良溶劑混合，并通過適當方法控制析出顆粒的大小和分布，Zhang等[8]用反溶劑法制備了馬尾藻多糖納米粒，大大提高了體外抗氧化活性。納米粒相關藥物及其優(yōu)勢見表1。

表1 中藥納米粒及其優(yōu)勢

1.1.1 納米晶體

納米晶體由藥物和穩(wěn)定劑組成，利用高分子材料的溶劑化效應，防止納米粒間出現(xiàn)聚沉現(xiàn)象，維護體系粒子間電荷排斥力的穩(wěn)定[15]。納米化后粒徑和比表面積的變化能改善藥物的生物利用度和溶解度，延長藥物在體內(nèi)的滯留時間，提高藥物的療效。載藥量較高，輔料用量較少，可避免其他成分帶來的毒副作用和減少給藥體積，適合大劑量給藥；處方和工藝簡單，可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。Zhang等[16]利用反溶劑法制備了芹菜素納米晶體，粒徑的變化增加了芹菜素的溶解速率，同時促進了藥物的體內(nèi)吸收，較粗粉而言提高了3.6倍。

1.1.2 自組裝納米粒

自組裝的納米藥物只需要通過簡單超聲混合操作，將藥物中的無序結構通過非共價鍵組裝成為納米級結構，它們可以在沒有任何載體的情況下實現(xiàn)高度穩(wěn)定的藥物遞送，并且具有高藥物負荷含量[17]。Ji等[12]受綠色化學概念的啟發(fā)，設計和應用自組裝納米顆粒并提高和厚樸酚的功效和特異性，體外評價具有良好的增強通透性、滯留效應(EPR)效果和抗腫瘤功效。Tian等[14]基于中藥方劑中黃連與大黃的經(jīng)典組合，構建了以大黃酸為基本框架，小檗堿嵌入框架層隙中的納米顆粒，提高了對于金黃色葡萄球菌的抗菌活性。自組裝現(xiàn)象的出現(xiàn)可以一定程度上解釋中藥方劑配伍中“君臣佐使”的配伍原則，為中藥現(xiàn)代化進程提供了新的角度[18]。

1.2 載體類納米藥物

載體類納米藥物是指以天然或合成的聚合材料、脂質(zhì)分子、蛋白類分子和無機材料(可代謝排出)等作為載體材料，通過包合工藝，將原料藥包裹、分散、非共價或共價結合于納米載體形成的具有納米尺度的顆粒。按載體材料的種類和結構等，載體類納米藥物包括但不限于基于脂質(zhì)體的納米顆粒、聚合物納米顆粒和無機納米顆粒等。其相關藥物及其優(yōu)勢見表2。

表2 載體類納米中藥及其優(yōu)勢

1.2.1 基于脂質(zhì)體的納米顆粒

脂質(zhì)體是由脂質(zhì)雙層組成的球狀封閉的載體，脂質(zhì)部分一般由膽固醇和大豆磷脂酰膽堿(SPC)按一定比例組成，其表面可以通過親水材料如聚乙二醇修飾從而獲得長循環(huán)、靶向和突釋等特點，具有逃避單核巨噬細胞系統(tǒng)(MPS)對藥物的吞噬、提高藥物靶向性、阻礙血液蛋白質(zhì)成分與磷脂的結合、延長體內(nèi)循環(huán)時間等優(yōu)勢。 Allijn等[27]將小檗堿包封到長循環(huán)脂質(zhì)體中，利用小鼠模型測試其心臟保護功能，負載小檗堿的脂質(zhì)體在心肌梗死后第28天保留了64%的心臟射血分數(shù)，顯著提高了治療效果。

1.2.2 聚合物納米顆粒

聚合物納米顆粒包括將藥物吸附于聚合物核的表面上的納米球和將藥物包埋于聚合物核中的納米囊，能夠保護藥物和其他具有生物活性的分子，提高其生物利用度和療效。聚合物外殼可增加所負載藥物的穩(wěn)定性，使其免受胃酸和酶等因素的降解；可通過篩選不同功能單體或交聯(lián)劑來調(diào)控納米粒的性質(zhì)，如表面電荷、長循環(huán)性和可降解性等[28]。

雷公藤內(nèi)酯因其高效的抗炎、抗自身免疫和抗癌活性而成為研究熱點，但水溶性差、代謝快限制了其廣闊的應用前景，聚乙二醇結構穩(wěn)定，性質(zhì)獨特，常用于聚合物納米藥物的制備，Cui等[29]設計了負載雷公藤內(nèi)酯衍生物LA67(LA67-PMs)的聚乙二醇聚合物膠束以改善組織內(nèi)藥物的積累。體外和體內(nèi)試驗結果表明，與LA67相比，LA67-PMs不僅解決了藥物水溶性差的問題，而且在靶部位實現(xiàn)更高水平的滯留和更優(yōu)異的療效。

1.2.3 無機納米顆粒

無機納米粒具有多種形式，如碳納米材料(氧化石墨烯)、金納米粒、磁性納米粒、二氧化硅納米粒、鈣納米材料等，其可以進行表面修飾，通過不同方式與藥物分子結合，有良好的生物相容性，但體內(nèi)清除率低，可能存在長期的潛在毒性，誘導細胞毒性[30]。無機納米材料在中藥成分純化與檢測方面的應用更為廣泛[31]。

2 納米技術在中藥研究中的應用

抗生素廣泛應用導致交叉耐藥和藥物殘留問題日益嚴峻，納米技術與中醫(yī)藥的巧妙結合可一定程度改善上述問題，納米中藥增加了傳統(tǒng)藥物的用藥范圍，在保證藥效的前提下，極大地降低了用藥劑量，降低了毒副作用的產(chǎn)生，促進了傳統(tǒng)醫(yī)藥與現(xiàn)代科技的融合發(fā)展，為動物保健開辟了新的道路。

2.1 納米技術在中藥靶向遞藥系統(tǒng)中的應用

納米藥物的靶向可以使藥物到達靶器官、靶細胞更甚于細胞內(nèi)部，從而顯著提高治療效果。中藥“性味歸經(jīng)”是指藥物對特定器官和經(jīng)絡的選擇性，可以提高藥物對身體特定部位的親和力。納米技術的引入可以更深層次利用這種親和力，既可以設計為靶向給藥系統(tǒng)，使藥物在靶部位保持一定濃度，又可以引入信使藥物，有利于靶向的協(xié)同增強。靶向遞藥系統(tǒng)大致分為被動靶向、主動靶向和理化靶向。

首先是基于腫瘤EPR效應的被動靶向。其指為滿足腫瘤細胞不斷增殖的需要，腫瘤新生血管具有很高的滲透性[32]，納米藥物能聚集到腫瘤是因為其能穿過腫瘤血管內(nèi)皮細胞之間的間隙(尺寸為200～2 000 nm)，并因腫瘤組織的淋巴循環(huán)缺損而被滯留下來[33]。紫草中提取的紫草素具有很強的抗乳腺癌生物活性，Su等[34]設計了具有核殼結構熱敏納米膠束，通過溫敏響應的靶向增強作用，實現(xiàn)納米膠束顯著集中靶部位中。

其次是基于配體與受體的主動靶向，對納米藥物表面進行配體修飾，大大提高了對特定細胞的特異性，較被動靶向而言有更少的脫靶藥物釋放[35]。葉酸、轉鐵蛋白、生物素和透明質(zhì)酸等配體在特殊細胞上過表達，與這些配體的特異性受體結合的納米載體可以有效增強中藥的靶向能力。并且仿生藥物傳輸體系中的粒子如細胞、囊泡、病毒等為提高藥物靶向性提供了新思路。黃芩苷有降血脂、減弱氧化應激和炎癥反應的功效。姜玉勤等[36]利用殼聚糖修飾溶菌酶，制備出一種綠色環(huán)保的具備核殼結構的溶菌酶-低相對分子質(zhì)量殼聚糖納米凝膠，該體系中的黃芩苷與溶菌酶形成的復合物可以在細胞的溶酶體中水解代謝，使搭載的黃芩苷活化釋放，在預防腎小球腎炎和保護腎功能方面有重要作用。

最后是理化靶向，納米藥物可根據(jù)對光、磁和溫度的反應制備成對特定部位有響應性聚集的靶向系統(tǒng)。小檗堿具有緩解抑郁癥的作用，且高劑量無明顯副作用，Wang等[37]構建了一個原位熱響應納米凝膠系統(tǒng)，延長鼻腔停留時間，利用嗅覺通路和三叉神經(jīng)通路，繞過血腦屏障以持續(xù)釋放藥物，從而進行大腦靶向遞送藥物；制備基于甘草次酸改性納米氧化石墨烯的原位熱敏水凝膠，體內(nèi)外研究表明在808 nm激光照射輔助條件下，可靶向分布于特定組織，具有更強的藥物活性。

2.2 納米技術在中藥緩釋遞藥系統(tǒng)中的應用

緩釋是指為避免藥物過早或突然大量釋放，使得遞藥系統(tǒng)在特定靶向部位均勻緩慢持續(xù)地釋放藥物。納米技術可以提高水溶性藥物的穩(wěn)定性和持續(xù)釋放時間，通過增加不同類型的納米載體遞送活性成分，使其體內(nèi)緩慢釋放，并且可以延長它們的長循環(huán)時間。梁詠詩等[38]構建一種負載水溶性丹酚酸B的氮化碳納米片的緩釋遞藥系統(tǒng)，最大負載率可達到327.4%，并能持續(xù)緩慢釋放藥物。

將藥物遞送至靶部位后，如何控制藥物從遞藥系統(tǒng)中釋放是一個重大的挑戰(zhàn)[39]，響應型中藥納米遞藥系統(tǒng)的刺激因素主要有光、溫度、pH值、酶、磁、超聲等[40]。Wang等[41]利用喜樹堿與氧化鐵制備了pH值與H2O2雙重響應納米囊，該藥物延長了體內(nèi)循環(huán)時間，降低了藥物全身毒性。Guo等[42]構建pH值與腸道菌群雙刺激響應納米顆粒來遞送小檗堿，增強了小檗堿與腸道微生物群之間的相互作用，口服給藥后，遞藥系統(tǒng)在到達富含腸道細菌的結腸段后突釋小檗堿，明顯改善了炎癥狀況和肥胖小鼠脂肪代謝狀態(tài)。

2.3 納米技術在中藥分析中的應用

中藥的化學成分相當復雜，單體成分多樣且含量不一，只有具有生物活性的化合物有藥物治療的作用，如抗腫瘤[43]、抗菌[44]、抗氧化[45]等。對中藥有效成分的有效分離純化，不僅有利于對中藥藥理活性的進一步研究，而且促進了中藥相關產(chǎn)品的開發(fā)利用和質(zhì)量評估[31]。納米材料以其比表面積大、微觀結構獨特、反應活性高等優(yōu)點，在提取分離和檢測領域越來越受到關注。

2.3.1 納米技術在中藥提取分離的應用

磁性納米顆粒可以在外部磁鐵作用下高效收集，從而避免吸附后耗時的分離過程，且當外加磁場撤去后，不會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，可以保證磁性納米顆粒的重復、循環(huán)使用[46]。Fe3O4納米顆粒由于其生物相容性、生物降解性、低毒性、磁性、易于制備等優(yōu)點，在醫(yī)藥和制藥界被用作磁性材料，目前已經(jīng)開發(fā)了許多具有官能團的磁性顆粒用于分離中藥中的特定活性成分[47-50]?？Х人崾且环N廣泛存在于蒲公英、杜仲和金銀花等許多草藥中的酚酸，具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等活性[51]。Zhang等[52]開發(fā)了pH值和磁性雙響應分子印跡聚合物(pH-MMIP)，采用表面印跡聚合方法成功合成了以Fe3O4@SiO2@MPS為磁芯的pH值響應功能單體的pH-MMIPs，對咖啡酸的吸附能力在pH值高于4時保持恒定，可應用于咖啡酸在中藥中選擇性識別和富集。

為提高對目標分子的選擇性，分子印跡技術(MIPs)常常融入到納米材料的設計中。該技術通常是通過模板分子和功能性單體之間的非共價或共價相互作用在分子印跡聚合物中印跡模板分子而創(chuàng)建的[53]。在洗脫模板后，聚合物基質(zhì)將形成識別位點或凹陷，其與模板的形狀和大小相匹配，從而使聚合物的印跡表現(xiàn)出高選擇性[54]。Ma等[55]以杜鵑素為模板分子，4-VP為功能單體，EGDMA為交聯(lián)劑制造了一個Fe3O4@SiO2-GO@MIPs用于識別4種黃酮類化合物(杜鵑素、紫杉葉素、山奈酚和金絲桃苷)；該聚合物成功地用作萃取吸附劑，可用于杜鵑花屬植物中杜鵑素、紫杉葉素、山奈酚和金絲桃素的快速提取、分離、富集和測定。阿魏酸(FA)在阿魏、當歸、川芎、升麻、酸棗仁等中藥材中的含量較高，可以有效地清除自由基，并且有增強自由基清除酶作用。

2.3.2 納米技術在中藥檢測的應用

中藥有效成分的檢測和毒性成分的篩查對于保障中藥的安全性和醫(yī)療功效至關重要，是針對藥物質(zhì)量和穩(wěn)定性不可或缺的一環(huán)。目前已有多種方法用于中藥中特定活性成分的檢測。中藥檢測方法由于納米材料的介入而飛速發(fā)展，尤其在電化學檢測和熒光檢測方面，開發(fā)了滿足靈敏度高、檢測時間短、工藝簡單、成本低等要求新型檢測方法。

電化學檢測是檢測具有電化學活性基團(如酚羥基)分析物的方法，它依賴于電極表面發(fā)生的氧化還原反應，通常會使用納米材料對電極進行修飾，以進一步提高靈敏度和檢測限[56]。厚樸酚與和厚樸酚是從中藥厚樸酚提取出的具有抗菌、抗炎、抗氧化作用的活性物質(zhì)，中國藥典要求厚樸中和厚樸酚和厚樸酚的總含量不低于2.0%。Zhang等[57]制備了一種新型修飾電極聚合離子液體-氧化石墨烯納米片薄膜電極(GrO-COO-Poly-IL/GCE)，可靈敏、方便地測定和厚樸酚、厚樸酚，其對厚樸酚的檢測范圍為0.01～10 μmol/L，檢測限為1.53 nmol/L，對和厚樸酚的檢測范圍為0.07～10 μmol/L，檢測限為8.27 nmol/L。馬兜鈴酸是馬兜鈴屬植物的主要活性成分之一，具有抗炎、抗菌和抗高血壓的特性，但近年來發(fā)現(xiàn)其可以引起代謝紊亂和細胞損傷，有必要建立指標體系和檢測方法，以保證含AA中藥的質(zhì)量合格。Wang等[58]構建了一種基于有序介孔碳修飾的玻碳電極 (OMC/GCE) 電化學傳感器，提高了用于馬兜鈴酸檢測的電化學活性，其對馬兜鈴酸的檢測范圍為0.6～10 μmol/L，檢測限為186 nmol/L。

熒光檢測是一種取決于不同量分析物的熒光強度的分析方法，具有熒光特性的納米材料作為熒光傳感器的一種，在中藥檢測方面廣泛應用。小檗堿是從黃連中提取具有抗菌、抗炎、抗氧化的活性物質(zhì)，Wen等[59]設計了利用紅移高達 237 nm熒光金納米簇(F-AuNC) 來檢測小檗堿的新型熒光探針，基于F-AuNCs的強熒光猝滅，熒光強度與小檗堿濃度呈良好的線性關系，檢測范圍為1～100 μmol/L，檢測限為75 nmol/L。碳納米點由sp2/sp3雜化碳、氧相關基團、后修飾化學基團和摻雜原子組成。

3 結論與展望

隨著科技的日新月異，納米技術逐步進入我們的視線，持續(xù)為新型藥物制劑賦能，使其具有長效、靶向、低毒等優(yōu)點，中藥研究領域正被納米技術引領發(fā)展，使中藥重新煥發(fā)光彩。但從在實驗室被證明有效的納米藥物到走向臨床應用仍有很長的路要走，為了更好地應對納米中醫(yī)藥的挑戰(zhàn)，有以下3個考慮因素：1)藥物制備過程中存在粒徑多樣性的現(xiàn)象，其粒徑大小和粒徑分布是評價納米藥物穩(wěn)定性的關鍵因素，考慮到納米顆粒的粒徑分布較窄，應制定最佳配方和最佳加工方法，以控制納米中藥的形貌和表面性質(zhì)。同時納米藥物的釋放受多種因素影響，目前釋放研究主要集中在體外釋放性能上，關于釋放機理的進一步研究較少，尚待新技術和評價模型的完善，如若設計出光、pH值、酶，甚至不同刺激的多種組合做出應變的智能納米中藥，實現(xiàn)有目的的釋放，便可以提高疾病治療的精準度和有效性。2)納米中藥的藥理機制和靶點往往模糊不清，影響中藥現(xiàn)代化進程，基因組學、轉錄組學、蛋白質(zhì)組學、代謝組學和組合組學分析將全面了解納米中醫(yī)與生物系統(tǒng)之間的關系，多技術領域交叉推動中醫(yī)藥發(fā)展。3)納米材料由于其獨特的物理和化學性質(zhì)和行為，已被廣泛用于提取分離和檢測領域。已經(jīng)做出了許多努力來開發(fā)用于高效吸附和傳感活性成分的功能性納米材料。然而，中藥活性物質(zhì)吸附劑的吸附動力學、容量和選擇性仍需進一步提高，同時傳感器的選擇性和靈敏度也需要提高，以滿足發(fā)展的需求。

納米技術作為前沿交叉學科，雖在獸藥領域整體產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還有很長的路要走，但前景不可估量。納米技術與中藥結合，使其具有水溶性好、長效、靶向、低毒等優(yōu)點，拓展了給藥途徑，提供了更廣闊的道路。納米材料對中藥中有效成分的有效吸附和感知，不僅促進了活性化合物藥理活性的研究，而且對中藥的質(zhì)量控制起著重要作用，保證了中藥材的安全性，提高毒性中藥材及飲片的質(zhì)量評價標準，加強對有毒成分的限量檢查等對全方位中藥安全性的控制體系，促進了中獸藥與飼料添加劑安全快速發(fā)展。