HDL向肝转运的生物学基础及作为药物载体应用的研究进展.pdf

基金项目:南京中医药大学大学生创新创业训练计划项目(.)同为第一作者作者简介:金许曈男研究方向:生物制药:.江子贤男研究方向:生物制药:.通信作者:田吉来男博士讲师研究方向:生物医药纳米技术:.向肝转运的生物学基础及作为药物载体应用的研究进展金许曈江子贤王馨怡田吉来(.南京中医药大学泰州校区江苏 泰州.南京中医药大学医学院整合医学学院江苏 南京)摘要:仿生纳米颗粒给药系统在高效递释方面具有巨大潜力 而高密度脂蛋白()作为天然纳米颗粒具有高效运输性、高度安全性、特异靶向性和极强穿透性等特点具有作为药物载体应用的潜能 仿生 的纳米药物传输系统研究越来越受到关注 本文综述了 的组成、结构、代谢等生物学基础及人工重构的 作为药物载体结构设计、制备方法及应用研究现状以期为 药物载体材料的深入研究提供理论指导关键词:高密度脂蛋白逆向转运清道夫受体药物递送系统纳米药物中图分类号:文献标志码:文章编号:():./.(.):.().:高密度脂蛋白()是由多种生物大分子组成的有活性的天然纳米颗粒其特殊的尺寸、形状和表面化学成分等特性影响着其重要生物功能的发挥 能够逆向转运胆固醇到肝组织体现了其向肝输运的功能 同时 具有粒径小、生物适应性和生理靶向性等特点作为药物载体可增强药物的稳定性避免在递送的过程中被体内巨噬细胞或酶等降解从而提高药物的生物利用度以及靶向性 为了大规模生产和避免血源性污染许多具有 生物学特性的重组()已被用于纳米颗粒药物载体合成和研究 结构及其逆向转运胆固醇的生物学基础.的组成与结构特点 具有密度大(介于 )而粒径小()的特点主要由脂质核心及外壳组成 其中脂质核心主药学研究 .要由大量的胆固醇酯()以及少量的甘油三酯()组成外壳则由游离胆固醇、磷脂(磷脂酰胆碱、鞘磷脂等)以及载脂蛋白()组成天然 的表面还存有某些酶包括卵磷脂胆固醇酰基转移酶()、对氧磷酶()、胆固醇酯转移蛋白()、急性期蛋白和蛋白酶抑制剂等各成分共同参与 的代谢过程.逆向转运胆固醇()的过程 逆向转运胆固醇的过程可分为 个阶段 接受、酯化和清除 在 的第一阶段中 的载脂蛋白(主要是 )通过与 结合盒转运蛋白()相互作用接受携带 的肝外细胞流出的胆固醇成为新生 形如圆盘状 的第二阶段是分布于新生 表面的游离胆固醇在 的作用下发生酯化而后转移至脂质核心处 圆盘状 随脂质核心中 含量的增加及 含量的降低逐渐转变为球形 继续接受来自低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白等颗粒的磷脂和游离脂肪酸而成为成熟 随血液转移至肝脏进入 的第三阶段 通过 结合于肝细胞膜 族 型清道夫受体()而被肝摄取 肝脏将由来自 的胆固醇转化为胆汁酸而排出.在 中的作用 各个过程的进行离不开 的作用 人成熟的 分子是由 个氨基酸残基组成的单链多肽其中包含着 个由 个氨基酸残基组成的两亲性 螺旋结构 具有稳定肽链的功能也具有高度的脂质亲和力对天然 的大小和形状起着支撑作用 在 中还通过靶向结合、等发挥作用.与 相互作用促进盘状 的形成产生于肠道或肝脏的无脂(或低脂)在生成后以 为靶点与其结合并相互作用介导肝外细胞的磷脂和胆固醇流出 由于 具有与磷脂相互作用的内在能力其两亲性螺旋的疏水面与新获得的胆固醇和磷脂接触发生了剧烈的构象变化将自身与磷脂组装成圆盘状双分子层颗粒 圆盘边缘暴露的脂质通过与 两亲 螺旋的疏水面相互作用而稳定.与 相互作用促进球形 的形成 新生 表面的游离胆固醇在 的作用下发生酯化而后转移至脂质核心处 作为 的激活剂促进着这个过程的发生 随着 在脂质核心中含量增加新生盘状 逐渐转化为球形 颗粒 经历了从接触盘状 双分子层边缘的脂酰链到嵌入球形 表面磷脂的极头基团过程的显著变化其具体机制尚不明了.靶向 促进胆固醇的肝内摄取 是在分子水平上确认的 的第一个天然膜受体对 具有较高的亲和力 主要表达在肝脏、肾上腺、睾丸和卵巢组织此外血管内皮细胞、巨噬细胞以及平滑肌细胞等细胞上也存在 肝脏 最多球形 表面的 通过其 螺旋与 结合 促进肝细胞选择性地摄取 内的 同时 也介导未酯化胆固醇在脂蛋白和细胞之间的双向流动 重组()内源性 在体内循环并向肝递送胆固醇具有诸多优点:超小的尺寸使其容易透过血管壁有特定的受体包括、等促进其在靶细胞摄取表面嵌有的 使它们具有结构稳定性并增加其在血液中的溶解度不被网状内皮系统识别清除作用时间较长生物相容性和可降解性以及免疫惰性 的这些显著特点激发了人们对重组高密度脂蛋白()作为药物输运载体研究的极大兴趣 的结构设计包含表面支架、形状、大小和脂质组成等多种要素 不同结构设计的示意图如下图 所示.表面支架()作为表面支架具有 形态支撑作用在体外仍然能将磷脂双分子层囊泡转化为 的来源可从人血浆中分离获得但具有免疫原性反应的风险或者利用基因工程手段获得大肠杆菌表达的 重组蛋白最近有学者开发了分子量较小、免疫原性较低的 模拟肽 等模拟内源性 的两亲性螺旋结构合成了长 个氨基酸的单螺旋肽其中 到 号氨基酸残基为 与 药学研究 .图 各种不同 结构设计 注:不同的 设计参数包括支架(可以是几种全长载脂蛋白或模拟多肽)、形状(可以是盘状或球形)、尺寸大小和所含脂质 可由不同磷脂(蓝色/红色表示)和不同载脂蛋白(绿色表示)或多肽(橙色表示)构成的支架组成 相同模拟肽通过 刺激胆固醇和磷脂外排形成盘状 颗粒 等证实一种两亲性的只含有、或 的“”肽具有广泛的疏水性和净电荷 对于“”肽依赖性胆固醇外排水平与其电荷有关净电荷为零时达到最大多项研究表明增加 中 的含量可增强其对氧化低密度脂蛋白的抗氧化活性 而 中 被氧化后则其抗氧化活性受到抑制但增强了对胆固醇外流的效率.形状 在形状上分为两大类即盘状 和球形 通过使用全长 或其模拟肽与磷脂组合较易制备出盘状(具体制备方法见本文“.”项下)球形 由装载 和 和/或疏水药物的核心和含有载脂蛋白的脂质单分子层外壳构成 由于需要坚固和稳定的核心材料球形 通常较难合成 研究者探索制备了金属实心的球形 如被脂质和载脂蛋白/多肽包裹的金核心.磷脂和 大小 类型的多样性还来自于 的粒径大小和其处方中使用的磷脂类型 许多类型的 粒径接近 但也有一些甚至超过 的尺寸大小通常与磷脂和载脂蛋白之间的摩尔比有关 在制备 时常用的磷脂有二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱()、二棕榈酰磷脂酰胆碱()和棕榈酰油酸磷脂酰胆碱()等 磷脂成分可影响 的循环半衰期、抗炎和胆固醇外排特性以及颗粒的稳定性 磷脂的类型还决定生物环境中 重塑的程度及与白细胞的相互作用 中脂质组成和其产生的生物学差异是需要我们关注的 基于 的药物传递系统.的制备传统上人们主要采用两种方法制备:直接孵育法和胆酸透析法 现在也可用微流控技术制备.直接孵育法()直接孵育法一般适用于人工合成的凝胶液晶相变温度范围很窄的磷脂如 在缺少 时在水环境中组织成封闭的稳定以水为核心的双分子层囊泡在适当孵育条件下 和 的水溶液混合物自发相互作用形成 大致过程:在器壁上分散和干燥后经缓冲液水化并均质分散 在该分散体系中加入 并在.(的凝胶液晶相变温度)下孵育脂质悬液随时间将由不透明转变为透明 获得的产物是 之间的盘状复合物且粒径取决于磷脂/的投料比 两 分子相互反平行伸展排列成二聚体并以带状()方式围绕盘状 的周边此外还可以用含有磷脂和 的脂质悬浮液添加 后超声制备球形 同时也可通过低密度脂蛋白和 孵育诱导脂质交换得方法将盘状 纳米颗粒转化为球形颗粒随着进入核心的脂质不断增多导致双分子层小叶分离磷脂双分子层转化为单分子层颗粒呈准球形 球形 不具有内部的水相也不具有双层磷脂成分单层磷脂层中磷脂极头基团朝向外部环境而其非极尾则与颗粒核心中相邻的磷脂脂酰链和疏水性脂质接触除 外使用蛋黄磷脂和心磷脂采用直接孵育法也可获得 表明该方法在拓宽适用磷脂种类方面具有可能性.胆盐透析法()采用一些天然磷脂制备 多使用胆盐透析法 如使用表面活性剂制备 为主要磷脂成分的 即用含胆酸钠和 的缓冲液一起水化所得的 干燥脂膜随后对样品充分透析以去除胆盐 即和 有序组装成盘状 但值得注意的是一些活性成分(包括疏水性药物)很容易被随之透出造成载药量的降低.微流控技术制备 除传统制备方法外 等学者使用微流控装置获得 以期药学研究 .解决传统方法的局限性 通过控制混合速度以及脂质与蛋白质的比例可以微调 颗粒大小和形态等理化性质 使用该策略细胞色素 被成功地装载于 的双层组分中形成纳米盘状粒子 此外该技术也已应用于制备载辛伐他汀和荧光化合物的 微流控技术制备 示意图如图 所示图 微流控技术制备 颗粒 注:利用微流控装置将一定比例的 以及脂质作为原料输入装置内便可仅在一步生产过程中合成大量高度均匀的重组高密度脂蛋白颗粒.的载药方式 的载药方式大致分为 类:核心装载法、表面装载法以及蛋白装载法 的主要载药方式的示意图如图 所示图 的结构和载药方式 注:左图中展示了脂蛋白的主要结构其主要包括由甘油三酯、胆固醇酯等脂类组成的疏水性脂质核心以及由磷脂和载脂蛋白组成的亲水性外层右图展示了 种 载药方式的具体部位.核心装载法核心装载法即利用 的脂质核心进行载药通过重组构建的方式将难溶性及疏水性的药物载入 的脂质核心 如 等将 脂 溶 性 抗 肿 瘤 药 阿 克 拉 霉 素()取代 的脂质核心与磷脂及 共同制备了 较好地保持了天然 的理化性质同时也保留了与肝细胞受体结合的生物学特性一些亲水性药物则需要被进一步地设计和改进使其适用于核心装载法并获得较高的稳定性如 等将亲水性 与含有大约 个 残基的低聚赖氨酸肽进行中和成功地使 有效地被包裹()并且 中的 含量在 周内没有显著减少表明了这种方式装载 的稳定性.表面装载法 表面装载法即利用 的结构表面载药通过非共价力主要是范德华力等将药物装载至 的磷脂单分子层中药物嵌入 表面的程度是由范德华力等弱相互作用力决定的插层剂具有两亲性该性质能够保证其结构部分埋藏在 粒子表面的同时避免亲水部位受静电作用或者在水环境中形成氢键 因此多种作用力的平衡关系将直接决定药物载体装载的效率以及稳定性 该方式虽简单且易完成但合成药物的载药量以 及 稳 定 性 难 以 控 制 因 此 具 有 一 定 的 局限性.蛋白装载法 蛋白装载法即通过共价修饰的方式使药物偶联到载脂蛋白表面的氨基酸残基上从而被携带进入靶细胞 其中、和 残基是用于与药物结合的典型氨基酸 如蜂毒素是一种潜在的溶细胞肽具有抗肿瘤的潜力但其引起溶血的特性限制了其广泛的应用 等通过 将蜂毒素与载脂蛋白模拟肽的 端结合使肽与磷脂相互作用并自组装成 纳米颗粒不仅提高了抑制黑色素瘤细胞生长还避免了溶血作用的发生.可装载的活性成分 作为载体可以装载各种活性成分如小分子药物、核酸、蛋白/多肽、免疫调节剂等如 等利用 可通过 受体介导的转胞吞作用()透过血脑屏障的优势制备了载抗淀粉样蛋白 山竹素的 使其得以绕过血脑屏障发挥治疗阿尔茨海默病的作用 等利用等渗 溶液溶解米诺地尔()使其发挥细胞保护作用并抑制血管内皮炎症核酸或蛋白药物及一些免疫调节剂在体内的有效传递存在某些障碍如内皮系统的吞噬、血清中核酸酶的降解、内体/溶酶体 酶 的 降 解 等 则可通过 摄取机制规避上述障碍如 等将血管内皮生长因子特异性()和 共同封装于 中获得/给药后具有高度肿瘤靶向性并无明显副作用 比传统的核酸药物载体更具优势 为了抑制 和肿瘤坏死因子受体相关因子()在巨噬细胞和单核细胞中的相互作用 等将 抑制剂 药学研究 .装载到由 、和 组成的 中结果表明 可与病变部位的单核细胞和巨噬细胞良好结合治疗效果得到改善此外将金属作为核心载入 还可作为成像工具而发展成为诊断手段 如载入氧化铁用于磁共振成像、金纳米颗粒用于、量子点纳米晶体则用于细胞内荧光成像.对 的靶向作用生理 对、等靶点具有靶向作用而目前基于 的药物运送系统主要通过靶向 而发挥作用 大量研究表明 与生理 有着相似的高度靶向 的作用这是由于 对于二者共同包含的载脂蛋白 具有高度特异性识别能力.对 的选择性摄取 能够特异性识别并结合靶细胞表面的 受体仅介导纳米载体的脂质核心部分的选择性摄取 采用多荧 光 标 记 的 模 拟 肽 磷 脂 支 架()纳米颗粒可检测 体内荷载摄取的过程 结果发现 能够特异性识别并结合 然后与 相互作用使负载分子直接转运到靶细胞质中而非整个颗粒内化入胞这种摄取机制依赖受体分子内部形成的疏水通道被 称 为 逆 向 胞 吞 作 用()运输的疏水药物经两个过程入胞:第一步 特异性识别和结合 在 的 结构域发生相互作用随后 开始分解第二步疏水药物通过脂质/小穴介导途径进入细胞而 的非摄取成分如脂质和肽被分解并且保留在细胞膜上 具体机理的示意图见图 图 纳米颗粒的胞内运输机理 注:两个步骤:识别 并与之特异性结合而后与之相互作用 在与 相互作用的过程中分解通过脂质/小穴介导的内吞机制将运载的疏水物质直接运输至细胞胞浆.对 体内分布的影响广泛存在于肝癌、乳腺癌、前列腺癌和卵巢癌等多种恶性肿瘤细胞的表面 肿瘤细胞通过表达大量的 介导对胆固醇的摄取以满足增殖的需求维生素、干扰素()及脂多糖()能降低 的表达 等将 标 记 的 ()和 染色的 通过尾静脉注射到荷 肿瘤的裸鼠体内并用光学成像技术监测其生物分布 同样方法的天然脂质载体(组)做对照 实验发现给药 后 组肿瘤、肝脏和肾脏均显示饱和荧光水平说明 累积的部位与 高表达的部位完全一致 而给药 后同样方法的天然脂质载体(组)主要在肝脏中显示出荧光分布这显示肝脏对脂质高度的摄取和清除水平此时 组的荧光则主要出现在肿瘤部位肝脏和其他组织中荧光水平很低 这表明了 对 的高度靶向性 这种高度靶向性对减少药物的副作用非常有利 总结与展望在药物应用领域天然或重构 均能通过与人体组织器官的相互作用发挥较强的靶向作用亦不影响其较高的生物降解水平因此以 作为药物载体对于减小药物对正常细胞的损害起着关键的作用 同时 对一些需经肝代谢产生活性的药物体内传递具有极佳的应用前景 以 作为药物载体的研究目前仍处于初期阶段 随着生物科技的不断发展以及纳米技术的不断进步人们对 的改造或修饰也会愈加成熟 作为药物递送载体将展现出更为显著的优势 然而在开发更为可靠的载体制备方法及更好地理解其潜在机制等方面仍需要做大量工作参考文献:.():.():.:.(/):.药学研究 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