吳高攀，李鐘玉，蘭云軍

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

酸敏感的縮醛鍵在藥物載體中的應用

吳高攀，李鐘玉，蘭云軍

（溫州大學化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

主要綜述了縮醛鍵在藥物載體中的作用和應用前景。

縮醛鍵；藥物載體；應用前景

癌癥是世界性的主要公共健康難題之一,目前已成為人類的首要疾病和殺手,每年所有死亡人數中約有1/4死于癌癥[1]?；熥鳛橹饕闹委熓侄?由于藥物的非特異性,導致毒副作用的產生,療效降低[2]。在生理環(huán)境下,很多抗癌藥物的溶解性差,藥物穩(wěn)定性低并且不能被動地到達癌細胞組織[3]。藥物分子與載體通常有2種交聯方式：(1)藥物分子與載體通過共價鍵結合，即化學交聯；(2)載體通過靜電吸引、包埋等非共價鍵分子間作用力與藥物分子結合，即物理交聯。

近年來，由于某些藥物載體到達弱酸性的腫瘤組織會發(fā)生降解作用，所以越來越受到人們的關注。腫瘤組織細胞外環(huán)境的pH 大約是6.5，通常比正常組織pH 7.4要低，而溶酶體和細胞核內的pH會更低，大約在5.0～5.5左右。利用以上的性質，科學家們開發(fā)出多種酸敏感的藥物載體，含腙鍵、亞胺鍵、縮醛鍵等。這些酸敏感度的藥物載體在正常的生理環(huán)境下很穩(wěn)定，但是在酸性的腫瘤組織就會發(fā)生斷裂，達到快速釋放抗癌藥物的效果。這樣不僅可以延長藥物血漿半衰期還能使腫瘤組織的藥物快速釋放。本文主要綜述了縮醛鍵在高分子藥物載體中的合成及應用。

1 縮醛鍵保護聚合物中的羥基

縮醛鍵由于在堿性溶液和有機溶液中很穩(wěn)定，在酸性條件下容易斷裂，所以經常在高分子的合成中用來保護羥基。

黃駿廉等[4]在對甲苯磺酸(p-TSA)催化下，乙基乙烯基醚和縮水甘油反應，生成乙氧基乙基縮水甘油醚(EEGE)。季戊四醇作為引發(fā)劑，DPMK作為助引發(fā)劑，乙氧基乙基縮水甘油醚(EEGE)和環(huán)氧乙烷共聚，然后再在酸性條件下水解，得到側鏈為羥基的四臂聚乙二醇。

Ying Chau等[5]通過乙基乙烯基醚與乙二醇的一個羥基，通過親電加成反應生成2-(1-乙氧基乙氧基)乙醇 (EEE)。2-(1-乙氧基乙氧基)乙醇作為PEG引發(fā)劑，引發(fā)環(huán)氧乙烷開環(huán)聚合，合成異官能團PEG。

Holger Frey等[6]做了縮醛鍵對酚羥基的保護。對-(1-乙氧基乙氧基)苯乙烯(pEES)活性陰離子聚合得到分子量在2700～69000，PDI≤1.09的聚合物PpEES。一系列共聚物包含pEES和2-乙烯吡啶(2VP)。通過陰離子聚合，2-乙烯吡啶(2VP)的比例變化為0.13～0.83。共聚物在室溫、酸性環(huán)境可以迅速地脫保護，然后酚羥基引發(fā)環(huán)氧乙烷開環(huán)聚合，得到((PHS-g-PEO51)13-b-P2VP40)。

2 合成縮醛鍵單體

Holger Frey等[7]通過縮水甘油和溴芐保護的乙二醇乙烯基醚反應，然后再通過Pd/C催化還原生成GEGE單體。引發(fā)劑引發(fā)GEGE陰離子開環(huán)聚合，生成樹狀可降解聚醚。通過SEC與NMR檢測，在pH 4.5時降解半周期t1/2大約是76h，在pH 4的情況下t1/2只需要26h。說明含縮醛鍵的聚醚乙二醇具有很強的pH的依賴性。

Holger Frey等[8]分別用縮水甘油和乙基乙烯基醚反應；丙酮縮甘油反應；環(huán)氧氯丙烷分別和丙酮縮甘油、5-羥基-2-苯基-1,3-二氧六環(huán)反應得到3種縮醛單體。然后分別用這3種單體和聚苯乙烯在微反應器中進行陰離子聚合，得到末端官能化的聚苯乙烯。末端的縮醛鍵在酸性條件下水解，得到許多羥基。

J.N.Kizhakkedathu等[9]合成了一系列具有水溶性多官能支化生物降解聚合物，可降解超支化聚合物聚丙三醇(HPG)(20～100kDa)通過在縮水甘油中引進不同的酸敏感的縮醛基團，然后再與環(huán)氧單體進行陰離子開環(huán)聚合得到末端帶有不同縮醛鍵結構的聚丙三醇(HPG)。擁有隨機分布縮醛鍵的水溶性HPGs(RBHPGs)，在體外實驗中，HPGs(RBHPGs)的降解性依靠溶液的pH、溫度以及結構中包含的縮醛基團數。RBHPGs和它們的降解產物在生物實驗中都顯示出了優(yōu)越的血液相容性和組織相容性。

3 通過縮醛鍵鏈接的高分子主鏈

Craig J. Hawker 等[10]通過甲氧基聚乙二醇與氯乙基乙烯基醚反應得到縮醛鍵，然后再加入疊氮鈉把氯基變成疊氮。和炔基發(fā)生“點擊化學”同時和苯乙烯發(fā)生聚合，生成中間既有縮醛鍵又有可點擊的兩親性嵌段共聚物。

Holger Frey等[11]通過乙酸酐保護乙二醇乙烯基醚反應得到2-乙酰乙基乙烯基。2-乙酰乙基乙烯基分別與膽固醇、二芐氨乙醇、mPEG反應，然后水解，生成中間含縮醛鍵、端基為羥基的大分子引發(fā)劑。

Scheme 1 Synthesis of clickable and cleavable PEOs and subsequent transformation to acid-degradable block copolymers.

Scheme 2 Synthetic Route to AROP Initiators Containing a Single Acetal Moiety

Steve Brocchini[12]通過對甲苯磺酸催化三乙二醇二乙烯基醚和聯苯酚反應，1H-NMR證實得到縮醛基團。使用二乙烯基醚、聯苯酚和聚乙二醇(PEG 3400 g·mol-1)得到理想的水溶性聚縮醛，分子量在24000～71000 g·mol-1(PDI 1.6～2.9)。通過4d的測試，三元聚合物在pH 5.5時比pH 7.4的水解效率要增強很多。

Dongwon Lee等[13]通過2,2-二甲氧基丙烷和2-丙烯酸羥乙酯，在對甲苯磺酸催化下發(fā)生醛交換反應，得到含有縮醛鍵的二丙烯酸乙酯(KDA)。KDA與二亞乙基三胺通過邁克爾加成反應得到含縮醛鍵的聚（氨基酯）(KPAE)。KPAE在酸性條件下可以水解。

Scheme 3 Preparation of water-soluble polyacetals 6a and 6b by terpolymerisation

J.P.Fisher等[14]通過3-羥基-2,2-二甲基丙醛(HDP)和三羥甲基丙烷(TMP)反應得到帶有縮醛鍵的小分子單體5-乙基-5-羥甲基-β,β-二甲基-1,3-二氧六環(huán)-2-乙醇(EHD)。EHD和聚乙二醇二對甲苯磺酸酯反應得到主鏈帶有環(huán)縮醛的聚乙二醇(PECA)。這種水凝膠具有兩種性質，環(huán)縮醛部分的水解和親水性的聚乙二醇。環(huán)縮醛鍵部分降解的動力學研究在酸性條件下和生理條件下，PECA在酸性條件下的降解速率很大程度上受到pH和溫度的影響。交聯度和降解速率的簡單可控表明新合成的水凝膠在藥物傳輸基質中和組織工程的應用中是有前途的。

4 縮醛鍵直接與抗癌藥物相連

鐘志遠等[15]設計了一種實驗，直接通過抗癌藥物紫杉醇(PTX)中的羥基與兩親性大分子聚乙二醇-b-聚丙烯酸(PEG-PAA)側鏈上的乙烯基醚鍵反應生成縮醛鍵。測試紫杉醇在PEG-PAA載藥量高達21.6%、27.0%和42.8%。交聯紫杉醇的大分子在磷酸緩沖溶液(PB,pH7.4,10mM)中可以自組裝單分布的膠束納米粒子，平均粒子尺寸根據紫杉醇(PTX)的載藥量的不同大約是158.3～180.3。在體外釋放試驗中顯示紫杉醇前藥高度pH敏感。通過在37℃，pH分別是5.0、6.0和7.4 下對前藥 3 的測試，大約86.9%、66.4%和29.0%的紫杉醇得到釋放。

5 縮醛鍵在雙刺激響應性藥物載體中的應用

鐘志遠等[16]最近研究了基于聚乙二醇-SS-聚(2,4,6-三甲氧苯亞甲基-季戊四醇碳酸鹽)(PEG-SSPTMBPEC)的還原性和pH響應膠束的生物降解作用和細胞內阿霉素（DOX）的藥物釋放。數均分子量 (Mn)為 5.0～4.1kg·mol-1的 PEG-SS-PTMBPEC的膠束平均直徑為140nm并且具有低分散性0.12。阿霉素在PEG-SS-PTMBPEC上有11.3%的載藥量。體外藥物釋放研究，在生理條件下21h只有大約24.5%的阿霉素(DOX)得到釋放；在pH 5.0或者谷胱甘肽(GSH)濃度為10mM、pH 7.4條件下，21h分別有62.8%和74.3%的阿霉素(DOX)得到釋放。在濃度10mM 谷胱甘肽(GSH)和pH 5.0條件下，10h阿霉素(DOX)釋放了94.2%。

Zhao Youliang等[17]制備了一種含雙硫鍵和縮醛鍵雙官能團的，以聚己內酯(PCL)和聚乙二醇(PEG)為側鏈，聚丙烯酸為骨架的梳型共聚物(SACP)，并且做了體外自組裝包裹藥物實驗和抗癌藥物阿霉素的釋放實驗。反應步驟只需3步：首先，甲基丙烯酸羥乙酯和甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯通過RAFT共聚；然后再和雙硫官能團RAFT反應，得到還原性敏感的雙硫鍵；最后乙烯基醚聚乙二醇與共聚物中的羥基反應得到酸敏感的縮醛鍵。所有目標梳型共聚物都有理想的化學結構、可控分子量和相對低的聚合物分布(PDI=1.09～1.16)，SACP在PBS溶液pH 5.0和10mM DTT溶液中都可以快速離解。

Richard Hoogenboom等[18]報道了一種新穎的雙刺激響應的聚合物，它具有低臨界溶解溫度(LCST)和弱酸水溶液中的降解性。這種聚合物的合成是通過甲氧基三(乙二醇)丙烯酸酯(mTEGA)和(2,2,-二甲基-1,3-二氧戊環(huán)-4-)甲基丙烯酸酯(DMDMA)合成。聚(mTEGA)的濁點溫度(TCP)大約65℃，研究發(fā)現含有DMDMA的聚合物，只要改變DMDMA在聚合物中的比例TCP就能低于生理溫度。最重要的是DMDMA中的縮醛基團是酸敏感的，因此在酸性條件下能水解成親水性的甘油丙烯酸酯。mTEGA和DMDMA是溫度和pH雙刺激響應的共聚物，此外這種共聚物還能制備成嵌段共聚物膠束和蛋白質軛合物。

6 縮醛鍵和醛基之間的轉化

S.Ramakrishnan等[19]通過酸催化4-羥甲基苯甲醛得到4-（二甲氧基甲基）苯甲醇，在100℃、吡啶樟腦磺酸鹽（PCS）催化下4-（二甲氧基甲基）苯甲醇通過AB2型自縮合生成超支化的聚縮醛大分子。在pH為4時，HPLC顯示超支化大分子的水解效率確實有所提高。

7 結語

綜上所述，縮醛鍵在藥物載體方面已經有了廣泛的應用。由于縮醛鍵具有酸敏感的特性，被認為是在大分子藥物載體中一種高效、有用的鏈接鍵。因此，含縮醛鍵的大分子在藥物傳輸方面具有巨大應用前景。然而，與其他敏感性藥物載體相比，縮醛鍵鏈接的酸敏感的藥物載體的研究尚處于初級階段。

[1] Duncan, R. Nat. Rev. Drug Discovery 2003(2):347.

[2] Lukyanov, A. N.; Torchi lin, V. P. Adv. Drug Delivery Rev.2004(56):1273.

[3] Stefaan De Koker;De Geest.Chem. Soc. Rev., 2012(41):2867-2884.

[4] P.P LI,Z.Y Li,J.L.Huang.Macromolecules, 2007, 40(3).

[5] Li Z.Y,Ying Chau.Polym. Chem. , 2010(1):1599-1601.

[6] Holger Frey.ACS Macro Lett. 2013(2):409-413.

[7] Holger Frey.ACS Macro Lett.2013(2):409-413.

[8] Holger Frey.Macromolecules.2010(43):5582-5588.

[9] J.N.Kizhakkedathu.Biomaterials,2013(34):6068-6081.

[10] Craig J. Hawker.Polym.Chem.,2012(3):1890-1898.

[11] Holger Frey.Biomacromolecules 2013(14):448-459.

[12] Steve Brocchini.J. Mater. Chem., 2005(15):1849-1856.

[13] Dongwon Lee.International Journal of Pharmaceutics 2013(453):541-550.

[14] J.P.Fisher.macromolecules.2007(40):7625-7632.

[15] Zhong Zhiyuan.Biomacromolecules 2013(14):2772-2780.

[16] Zhong Zhiyuan.Journal of controlled Releae 2013(169):171-179.

[17] Zhao Youliang.Poly.Chem.,2013(4):3398-3410.

[18] Richard Hoogenboom.Poly.Chem.,2014.advance article.

[19] S.Ramakrishnan.Macromolecules,2011(44):4658-4664.

Application of Acetal in Drug Carrier

WU Gao-pan, LI Zhong-yu, LAN Yun-jun
(College of Chemistry and Material Engineering, Wenzhon 325035, China)

The application of acetal in the drug carrier and the prospect were mainly summarized.

acetal; drug carrier; application prospect

TQ 46

A

1671-9905(2014)01-0031-04

吳高攀(1986-)，河南新鄉(xiāng)人，溫州大學

2013-11-18