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        蛋白質(zhì)類藥物胃腸道促吸收方法的研究進展

        2011-08-07 02:22:18李佐法山東泰安市第一人民醫(yī)院泰安市271000
        中國藥房 2011年33期
        關(guān)鍵詞:促進劑脂質(zhì)體類藥物

        李佐法(山東泰安市第一人民醫(yī)院,泰安市 271000)

        生物技術(shù)藥物在人類疾病的治療中正發(fā)揮著越來越重要的作用,而生物技術(shù)藥物大多數(shù)為蛋白質(zhì)類藥物。該類藥物在胃腸道中不穩(wěn)定,易被胃腸道苛刻的pH環(huán)境和豐富的酶系統(tǒng)破壞,同時由于其具有分子量大、對胃腸道黏膜的滲透性低的特點,導致該類藥物的胃腸道用藥生物利用度極低。

        為了避免蛋白質(zhì)在胃腸道中的降解及吸收困難的問題,蛋白質(zhì)類藥物主要采用注射的方式給藥,給患者帶來了極大不便。因而開發(fā)該類藥物的無損傷性傳輸系統(tǒng)已成為藥劑領(lǐng)域的研究熱點。以往人們已投入大量的精力開發(fā)蛋白質(zhì)類藥物的非注射給藥劑型,包括滴鼻劑、肺部給藥的噴霧劑及干粉吸入劑、植入劑以及口服劑型等。其中口服劑型以其良好的患者依從性吸引了大批研究者的關(guān)注,而各種技術(shù)手段也被應用其中,如添加酶抑制劑與吸收促進劑等,這使得對蛋白質(zhì)類藥物的口服給藥系統(tǒng)的研究方興未艾。但酶和pH環(huán)境對蛋白質(zhì)的降解、破壞以及蛋白質(zhì)在胃腸道的低滲透性,使得蛋白質(zhì)類藥物的吸收障礙亦成為蛋白質(zhì)類藥物胃腸道給藥研究的瓶頸。為此,本文在查閱近年國內(nèi)、外研究論文基礎上,從技術(shù)手段和劑型手段2方面綜述可提高蛋白質(zhì)類藥物胃腸道吸收的方法,希望可以為開發(fā)蛋白質(zhì)類藥物口服給藥系統(tǒng)的工作者及其胃腸道給藥系統(tǒng)提供參考。

        1 技術(shù)手段

        采用添加酶抑制劑與吸收促進劑,對蛋白質(zhì)進行化學修飾,利用穿膜肽、轉(zhuǎn)鐵蛋白等特殊轉(zhuǎn)運機制的技術(shù)手段,可有效提高蛋白質(zhì)類藥物的胃腸道吸收。

        1.1 添加酶抑制劑

        蛋白質(zhì)類藥物在胃腸道的巡行過程中,會遭到眾多酶系的降解。在該類藥物的給藥系統(tǒng)中添加酶抑制劑,可以在一定程度上減少胃腸道中酶系統(tǒng)對藥物的破壞,從而增加藥物吸收入血的可能性,提高其口服生物利用度。常用的酶抑制劑包括桿菌肽、抑肽酶、胰蛋白酶抑制劑、胰凝乳蛋白抑制劑、膽酸鈉、卡莫司他甲磺酸鹽、大豆胰蛋白酶抑制劑等。Lee等[1]在胰島素微球中添加抑肽酶和Bowman-Birk酶抑制劑,通過回腸瘺管給大鼠飼藥,與對照組(不含酶抑制劑的胰島素微球)比較,含酶抑制劑的胰島素微球使胰島素絕對生物利用度由(1.78±0.40)%上升至(8.76±4.47)%,可見酶抑制劑顯著提高了胰島素在回腸中的吸收。

        在正常生理環(huán)境下,與胃腸道中大量的酶系相比,有時口服常規(guī)劑量的酶抑制劑所產(chǎn)生的作用并非十分明顯。Yamamoto等[2]研究了大豆胰蛋白酶抑制劑等5種酶抑制劑對胰島素腸道吸收的影響,發(fā)現(xiàn)這5種酶抑制劑能夠促進胰島素在大鼠大腸中的吸收,但是不能促進胰島素在小腸中的吸收,這可能是由于小腸中酶分泌量較大的緣故。

        同時在長期用藥時,酶抑制劑對胃腸道中酶系的抑制作用可能干擾人體對蛋白質(zhì)正常的消化吸收,并且可能對人體胃腸道的結(jié)構(gòu)和功能帶來可逆甚至不可逆的損傷。酶抑制劑的長期使用還可能刺激胃腸道分泌更大量的酶,從而降低用藥的效果。這些都是目前添加酶抑制劑所存在的問題。

        另外,一些新型的酶抑制劑,如Bowman-Birk酶抑制劑,其相比傳統(tǒng)的酶抑制劑有更高的活性,但是對人體的安全性還有待進一步研究。

        1.2 添加吸收促進劑

        吸收促進劑是能顯著提高藥物對胃腸道滲透性的分子的統(tǒng)稱。傳統(tǒng)的吸收促進劑包括乙二胺四乙酸(EDTA)、檸檬酸、水楊酸、膽汁酸鹽及其衍生物等。這類分子的作用機制有4種:(1)增加肽類和蛋白質(zhì)類藥物的溶解度;(2)吸收促進劑的陽離子與膜表面的陰離子結(jié)合,促進吸收,提高生物利用度;(3)通過擾亂膜上的磷脂層來降低膜的阻礙作用;(4)打開消化道黏膜上皮細胞間的緊密連接。其中殼聚糖作為一種常用藥物載體,其正電的銨基與帶負電的細胞膜相互作用,使細胞緊密連接蛋白(ZO-1)減少,F(xiàn)-肌動蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而可以暫時打開細胞間的緊密連接,促進藥物的細胞間轉(zhuǎn)運。常用胃腸道給藥的吸收促進劑見表1。

        表1 常用胃腸道給藥的吸收促進劑

        雖然吸收促進劑可以使蛋白類等分子量較大的藥物在腸道中的吸收得到改善,但長期用藥的安全性應當引起制劑設計者的重視。目前使用的一些新型的吸收促進劑,如L-精氨酸(NO供體)、產(chǎn)氣莢膜梭菌腸毒素等,它們具有可打開細胞的緊密連接,促進藥物的吸收的特點[3]。雖然據(jù)稱這類吸收促進劑對人體毒副作用較傳統(tǒng)促進劑更小,提示安全性較傳統(tǒng)促進劑高,但在使用特別是長期使用時仍需慎重。

        1.3 進行蛋白質(zhì)化學修飾

        蛋白質(zhì)的化學修飾是蛋白質(zhì)類藥物胃腸道給藥研究的熱點。對蛋白質(zhì)進行化學修飾,可以屏蔽蛋白質(zhì)中某些酶系的作用位點,提高藥物穩(wěn)定性、脂溶性和對腸道的滲透性。蛋白質(zhì)修飾劑包括右旋糖酐、肝素、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨基酸、聚乙二醇(PEG)等,其中以PEG類最為常用。

        Chi等[3]制備的經(jīng)蛋白質(zhì)修飾的類高血糖素,通過分別將8位和30位的丙氨酸替換為甘氨酸和半胱氨酸,并且在30位接入PEG長鏈,可以防止蛋白質(zhì)在8位、15位、18位、19位、27位和31位的降解,提高了藥物的穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)修飾的類高血糖素圖示見圖1[4]。

        圖1 蛋白質(zhì)修飾的類高血糖素圖示

        竇懷智等[5]采用PEG-醛對胰島素進行修飾,發(fā)現(xiàn)通過PEG-醛修飾,可以減少胰島素單體的自締合,提高胰島素在溶液中的穩(wěn)定性,抑制胰蛋白酶和糜蛋白酶對胰島素的降解,因而具有口服給藥的應用前景。Gershonov等[6]研究發(fā)現(xiàn)利用己酸對胰島素進行化學修飾,提高了胰島素的親脂性和在大腸內(nèi)的吸收。

        前體藥物的應用在很大程度上拓寬了蛋白質(zhì)類藥物的應用范圍,但修飾劑呈現(xiàn)多種聚合,選擇性不夠高,修飾后的藥物分子量分布寬、活性低、穩(wěn)定性有時不夠理想的特點,均已成為蛋白質(zhì)修飾中的突出問題。而蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復雜性和缺乏有效合成工藝也已成為蛋白質(zhì)修飾的研究瓶頸。故選擇性更佳、活性更高的修飾劑的制備以及適宜修飾條件的探索將可能成為蛋白質(zhì)修飾研究的發(fā)展方向。

        1.4 利用特殊轉(zhuǎn)運機制

        1.4.1 穿膜肽(CPP)。CPP是一類可以通過非能量依賴途徑穿透所有真核細胞的細胞膜的多肽類物質(zhì)[4,7,8]。CPP通過化學鍵與其他大分子甚至納米粒相連,還可以將大分子或納米粒轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi),甚至可以運載酶穿透血腦屏障。目前見諸文獻報道的CPP有人免疫缺陷病毒1型(HIV-1)、寡精氨酸(Oligoarginine)等。

        Liang等[9]用4-(N-甲基馬來酸亞胺)-環(huán)己胺-1-羥酸酯將胰島素和一種CPP相接,證明了該復合物可以使胰島素穿透人結(jié)直腸腺癌(Caco-2)細胞。有研究[10]用CPP作為載體,用于胰島素的胃腸道給藥,發(fā)現(xiàn)具有6、8、10個精氨酸殘基的CPP可以極大地提高胰島素在小腸的吸收。

        CPP對蛋白質(zhì)的吸收促進機制為直接干擾細胞膜的磷脂雙分子層或介導細胞的胞吞作用[11]。在體外研究[12,13]中發(fā)現(xiàn),CPP對細胞的毒副作用幾乎為零。在體內(nèi)應用中,CPP的毒副作用尚未被發(fā)現(xiàn)。由此可見CPP在促進蛋白質(zhì)腸吸收中可能具有較大的應用前景。

        1.4.2 轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)。Tf為一種β1球蛋白,在體內(nèi)通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TfR)介導三價鐵離子(Fe3+)的轉(zhuǎn)運。如圖2所示,類似Tf-TfR對Fe3+的轉(zhuǎn)運,是將蛋白質(zhì)類藥物與Tf通過共價鍵結(jié)合后,Tf-蛋白會與TfR發(fā)生特異性結(jié)合,然后在質(zhì)子泵的作用下,Tf-TfR-蛋白質(zhì)復合物被囊泡包裹進入細胞。在細胞中,蛋白質(zhì)類藥物和Tf分離,以外排的方式排出細胞,進入血液。而Tf-TfR在高爾基體的作用下,回到細胞的表面,完成Tf與TfR的分離。

        圖2 轉(zhuǎn)鐵蛋白轉(zhuǎn)運藥物的跨膜機制圖示

        有研究[14]表明蛋白質(zhì)或白細胞集落刺激因子和Tf結(jié)合形成的復合物,能容易地通過Caco-2細胞的單層膜。并且這2種復合物在小鼠體內(nèi)的實驗表明,復合物具有使血糖水平的下降與中性粒細胞數(shù)目上升的作用。

        Tf-TfR介導的轉(zhuǎn)運機制為蛋白質(zhì)類藥物的口服給藥提供了一條可以實施的途徑。但是攝入大量外源性的Tf會對人體產(chǎn)生一定影響,這種物質(zhì)對人體是否安全、它的轉(zhuǎn)運速度及程度是否可控,還需大量的工作進行驗證。

        2 劑型手段

        采用納米粒、微乳、脂質(zhì)體、水凝膠等劑型手段,均可有效提高蛋白質(zhì)類藥物的胃腸道吸收。

        2.1 納米粒

        納米粒的粒徑范圍一般小于500 nm,這種粒徑使其能夠直接作用于細胞。納米粒系統(tǒng)能夠進入與內(nèi)臟相關(guān)的淋巴系統(tǒng),如伊氏節(jié)結(jié)、孤立淋巴小結(jié)。伊氏節(jié)結(jié)為淋巴小囊,其表面有M細胞。納米粒主要分布于M細胞的頂端區(qū)域,然后通過胞飲作用被M細胞吞噬。蛋白質(zhì)類藥物通過M細胞和腸上皮細胞的細胞間隙進入血液。組織片段的解剖證實了≤100 nm的粒子通過黏膜下層擴散,而>10 μm的粒子主要集中在組織的上皮層。這就使得載藥納米??梢灾苯舆M入細胞,提高藥物的吸收效率。

        Prego等[15]制備的PEG修飾的殼聚糖降鈣素納米粒,可以提高降鈣素在胃腸液中的穩(wěn)定性,并且提高和延長了降鈣素在腸道中的吸收。調(diào)節(jié)殼聚糖與PEG的比例,可以使納米粒具有更好的穩(wěn)定性、低毒性,提高其載藥性能。

        在納米粒表面接上特有的配基,可以提高其轉(zhuǎn)運效率。Kishore等[16]制備了維生素B12-右旋糖酐胰島素納米粒。研究發(fā)現(xiàn)這種納米??梢员Wo65%~83%的胰島素不在胃腸道中降解,并且能夠有效地介導胰島素吸收進入血液。小分子量的右旋糖酐效果優(yōu)于大分子量的右旋糖酐。維生素B12微球可通過維生素B12-內(nèi)體-內(nèi)體受體介導內(nèi)吞(維生素B12-IF-IFR RME)旁路介導胰島素的吸收,其吸收部位位于伊氏節(jié)結(jié)[17,18]。

        由于目前有應用前景的口服納米粒的生物可降解材料,如聚乳酸(PLA)、聚羥基乙酸(PGA)以及二者的共聚物(PLGA)等均為水難溶性材料,這就給水溶性藥物的載藥帶來很大困難。因此提高水溶性藥物的脂溶性是提高該類藥物載藥量較好的方法。對親水蛋白質(zhì)進行親脂性的修飾也是提高蛋白質(zhì)黏膜滲透性的較好方法。但是這種方法常使蛋白質(zhì)發(fā)生非可逆性變性。疏水性的離子對也被用來提高水溶性蛋白質(zhì)的脂溶性,但這種方法僅適用于堿性蛋白質(zhì),這種蛋白質(zhì)具有高的等電點,而對于胰島素等酸性蛋白質(zhì),還未見有相關(guān)報道。有研究[19]通過先將胰島素和磷脂混合,后制備胰島素的反相膠束,然后將胰島素載入PLGA和PLA納米粒,制備了胰島素的口服制劑,其粒徑為200 nm,包封率可達到90%。同時進行的小鼠體內(nèi)實驗亦證實該制劑具有顯著的降血糖作用。

        2.2 微乳

        乳劑中的油相可能增加膜通透性,另外乳劑也能夠增加藥物的淋巴轉(zhuǎn)運,從而提高生物利用度。國外已有環(huán)孢菌素的微乳制劑上市。

        微乳以其熱穩(wěn)定性、對蛋白質(zhì)類藥物的保護作用以及高分散性的特點,在蛋白質(zhì)載藥領(lǐng)域具有著一定的應用優(yōu)勢。油包水(W/O)型微乳可以顯著提高水溶性蛋白質(zhì)類藥物的小腸滲透性,提高其生物利用度[20]。這種微乳也可以顯著提高跨細胞途徑和細胞間途徑標志藥物的滲透性。其機制可能是微乳誘導的細胞膜結(jié)構(gòu)和流動性的改變所致。有研究[21]制備了蚯蚓溶纖蛋白酶W/O型微乳,試驗表明該載藥系統(tǒng)能保護蛋白質(zhì)在胃腸道中不被破壞,并且顯著提高藥物在小腸的吸收程度。連續(xù)給藥7 d后未發(fā)現(xiàn)任何的組織損傷,從一定程度反映了該給藥系統(tǒng)的安全性。

        長期用藥時,在大量存在表面活性劑和助表面活性劑的情況下,微乳的安全性是研究工作者不容忽視的問題。因此尋找更安全的表面活性劑、助表面活性劑以及油相是微乳應用于臨床的關(guān)鍵。

        2.3 脂質(zhì)體

        脂質(zhì)體可以介導藥物進入細胞,其主要途徑有4種:脂質(zhì)體進入細胞前釋放藥物、脂質(zhì)體與細胞膜的融合、脂質(zhì)體與細胞吸附釋藥、脂質(zhì)體被細胞吞噬。由于蛋白質(zhì)類藥物的膜滲透性很差,因此后三者可能是主要機制。另外細胞間通路可能也參與脂質(zhì)體和細胞的相互作用。脂質(zhì)體與細胞的作用方式見圖3[22]。

        圖3 脂質(zhì)體與細胞的作用方式

        有研究[23]使用Caco-2細胞模型在不同胰島素濃度下進行試驗,以考察口服胰島素脂質(zhì)體吸收動力學機制,發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體可以促進胰島素的吸收,而藥物吸收機制不是簡單的被動擴散,胰島素可以分別從胞內(nèi)、胞外途徑通透。

        研究[24]發(fā)現(xiàn)口服胰島素脂質(zhì)體后,小鼠血糖濃度既得到了有效控制,又不至于引起大的副作用,尤其是表面經(jīng)PEG改性后的胰島素脂質(zhì)體,其突釋現(xiàn)象較小且藥效維持時間較長。Kim等[25]制備的含有PEG的胰島素脂質(zhì)體比普通的胰島素脂質(zhì)體具有更長的作用時間。

        盡管脂質(zhì)體可以通過各種途徑促進藥物的胃腸道吸收,但由于其自身的不穩(wěn)定性、長期用藥可能帶來的副作用等不足,大大限制了它的應用。

        2.4 水凝膠

        pH敏感的水凝膠可以保護蛋白質(zhì)不受降解。其原因為在胃部的酸性環(huán)境中水凝膠的膨脹率很低,對蛋白質(zhì)類藥物的釋放很少。并且水凝膠具有生物黏附性與降解性,可延長釋藥系統(tǒng)在吸收部位的作用時間及藥物的吸收時間[26,27],同時由于pH敏感水凝膠具有與鈣離子(Ca2+)的結(jié)合能力和對酶的誘捕能力,所以pH敏感水凝膠也可防止胰島素的失活。凝膠在腸中快速吸收大量水,在機械壓的作用下,可以打開腸壁的緊密連接,促進藥物的吸收。

        有研究[28]制備了聚丙烯酸-丙烯酰胺-羧甲基殼聚糖胰島素水凝膠,將其用于小鼠體內(nèi)實驗結(jié)果表明,在十二指腸、空腸、結(jié)腸、回腸中,該系統(tǒng)對胰島素的轉(zhuǎn)運能力是游離胰島素的2~3倍。

        由于高分子片段的不連貫性,水凝膠在壓力的作用下很容易斷裂成小的碎片,從而減弱了其對酶的誘捕能力和機械作用。因此尋找好的凝膠材料,可以提高藥物的傳輸效率。

        3 結(jié)語

        雖然各種技術(shù)和劑型的應用已經(jīng)大大提高了蛋白質(zhì)類藥物在胃腸道的吸收能力,但由于各種技術(shù)或劑型均有其自身局限性,至今仍沒有蛋白質(zhì)的口服制劑上市。對蛋白質(zhì)胃腸道給藥系統(tǒng)的開發(fā),解決蛋白質(zhì)類藥物的口服胃腸道吸收問題,依賴于對胃腸道生理結(jié)構(gòu)和功能機制的進一步認識以及新材料、新劑型、新技術(shù)的進一步發(fā)展。相信在不久的將來,蛋白質(zhì)類藥物的胃腸道吸收研究一定會取得新的進展。

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