微/納米口服結(jié)腸靶向給藥系統(tǒng)在炎癥性腸病治療中的研究進(jìn)展*

張文艷，李曠代，王強(qiáng)松，崔元璐

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 301617；2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程研究所，天津 300192）

炎癥性腸?。↖BD）是一種慢性復(fù)發(fā)性炎癥并發(fā)癥，包括潰瘍性結(jié)腸炎（UC）和克羅恩?。–D），UC的炎癥僅局限于結(jié)腸，可能從近端結(jié)腸一直延續(xù)到直腸，與UC不同，CD的炎癥通常是不連續(xù)的，可能涉及從結(jié)腸、直腸和肛門(mén)的任何部分，小腸，特別是回腸是最常累及的器官[1]。臨床常用的治療IBD的藥物有5-氨基水楊酸（5-ASA）、皮質(zhì)類固醇、6-巰基嘌呤、硫唑嘌呤、甲氨蝶呤鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶抑制劑和抗腫瘤壞死因子（TNF-α）抗體等[2-3]，這些藥物長(zhǎng)期連續(xù)服用會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的全身性不良反應(yīng)，如惡心、嘔吐、腹瀉等胃腸道不良反應(yīng)和肝臟毒性[4]。中藥由于不良反應(yīng)小，患者耐受性好，逐漸成為部分IBD患者臨床治療的輔助和替代藥物，近年來(lái)，受到研究者們的關(guān)注。已經(jīng)報(bào)道的可用于治療UC的中藥單體化合物包括姜黃素（CUR）、槲皮素（QUE）、小檗堿（BER）、淫羊藿苷、青藤堿等，然而，這些化合物的水溶性差，口服生物利用度低，限制了其臨床應(yīng)用。

口服途徑是治療胃腸疾病的首選給藥方式[5]。與胃相比，結(jié)腸具有較長(zhǎng)的保留時(shí)間，對(duì)于難以吸收的藥物能夠進(jìn)一步提高其吸收有效性[6]。同時(shí)，胃腸道（GIT）不同區(qū)段的解剖學(xué)和生理學(xué)特性，腸道微生物群，吸收和釋放動(dòng)力學(xué)的差異有助于設(shè)計(jì)合適的疾病特異性或區(qū)域特異性遞送系統(tǒng)[7]。近年來(lái)，微/納米顆粒作為一種新型結(jié)腸靶向藥物遞送系統(tǒng)，在IBD的治療上逐漸展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。文章主要綜述影響口服藥物遞送系統(tǒng)的胃腸道的生理因素，微/納米顆粒的劑型設(shè)計(jì)、藥效作用及機(jī)制的研究進(jìn)展，旨在為藥物的結(jié)腸靶向遞送提供設(shè)計(jì)思路。

1 胃腸道生理因素

1.1 胃腸道pH 在正常生理?xiàng)l件下，沿胃腸道結(jié)構(gòu)，其pH值大致呈現(xiàn)由低到高逐漸遞增的趨勢(shì)，胃液 pH 為 1～2（其中空腹 pH 4～5；進(jìn)食 pH 1.5～3），到十二指腸，pH值迅速上升至5～7，空腸和回腸pH為5.5～6.8，盲腸的pH為6.8～7.3，從盲腸至結(jié)腸，pH值稍有降低，近端結(jié)腸的pH值為6.8，遠(yuǎn)端結(jié)腸的pH值為7.2，直腸的pH為～7[8]。

1.2 胃排空和腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間 胃排空速度與食物的性狀和物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，正常的胃排空時(shí)間為2～3 h，受進(jìn)食/空腹?fàn)顟B(tài)的影響（空腹＜1 h，進(jìn)食＞3 h），小腸的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間恒定在（3±1）h，結(jié)腸轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間變化較大，范圍在 1～60 h[9]。

1.3 結(jié)腸黏液 結(jié)腸黏液是一種厚度為50～800 μm的水凝膠復(fù)合物，由碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、細(xì)菌碎片和無(wú)機(jī)鹽組成[10]。健康的結(jié)腸黏液具有兩層亞結(jié)構(gòu)：外部是可移動(dòng)的松散黏附層，有大量微生物黏附，而內(nèi)部是一個(gè)緊密黏附層，通常是無(wú)菌的[11]。松散黏附層含有帶負(fù)電荷的黏蛋白和疏水結(jié)構(gòu)域，能夠捕獲細(xì)菌并通過(guò)黏膜纖毛運(yùn)輸將其移除，從而防止微生物、細(xì)菌毒素、病毒或其他外來(lái)抗原的黏附和侵入[12]。

1.4 腸道微生物群 人類胃腸道中寄生著400多種不同種類微生物，其中厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)數(shù)量最多，約占全部微生物群落數(shù)量的90%[13]。腸道微生物群分布不均勻，胃和十二指腸中的微生物數(shù)量為101～103CFU/mL，在空腸和回腸中達(dá)到 104～107CFU/mL，結(jié)腸中含量最高，為1011～1012CFU/mL[14]。結(jié)腸中的微生物可以產(chǎn)生多種水解和還原代謝酶，將胃和小腸中難消化的膳食纖維發(fā)酵成短鏈脂肪酸為腸上皮細(xì)胞提供能量[15]。

2 微/納米藥物遞送系統(tǒng)

眾所周知，腹瀉是大多數(shù)IBD患者的常見(jiàn)癥狀[16]，藥物制劑粒徑大于200 μm口服后可能引起腹瀉[17]，微/納米顆粒系統(tǒng)由多個(gè)劑量單元組成，具有較小的粒徑，能使藥物迅速到達(dá)結(jié)腸并在結(jié)腸中保留相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間。此外，該系統(tǒng)表現(xiàn)出更均勻的藥物吸收，這對(duì)于IBD的局部治療是有利的[18]。

2.1 粒徑依賴型遞送系統(tǒng) 在健康的胃腸道中顆粒的吸收取決于其直徑大小。直徑＜50 nm的顆粒能夠通過(guò)細(xì)胞旁路進(jìn)入腸屏障，直徑＜500 nm的顆?？梢酝ㄟ^(guò)腸上皮細(xì)胞的內(nèi)吞作用吸收，直徑＜5 μm的微?？梢员籔eyer集合淋巴結(jié)表面的M細(xì)胞吸收[19]。而炎癥狀態(tài)下，微粒（MPs）和納米顆粒（NPs）更趨向于在炎癥組織區(qū)域沉積，且顆粒的沉積與粒徑有關(guān)，研究顯示，與健康組織相比，0.1～10 μm的顆粒主要在結(jié)腸潰瘍區(qū)域積聚，且顆粒直徑越小，沉積越多[20]。BER是從黃連、黃柏和小檗中分離的天然異喹啉類生物堿，研究表明，BER能夠通過(guò)調(diào)節(jié)AKT1/SOCS1/NF-κB信號(hào)通路、抑制巨噬細(xì)胞M1、通過(guò)調(diào)節(jié)T調(diào)節(jié)細(xì)胞（Treg）/T輔助細(xì)胞17（Th17）平衡，以改善DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎[21-22]。Pund等[23]制備了負(fù)載BER的自納米乳化藥物遞送系統(tǒng)（SNEDDS），粒徑 17～45 nm，結(jié)果顯示，其能夠通過(guò)被動(dòng)靶向增強(qiáng)藥物在炎癥部位的積聚，同時(shí)能夠增強(qiáng)BER的抗炎作用。

2.2 pH依賴型遞送系統(tǒng) 利用胃腸道pH的變化規(guī)律，將藥物包裹于pH依賴型聚合物中，口服后，藥物在胃和小腸中不釋放，到達(dá)結(jié)腸高pH環(huán)境時(shí)，聚合物溶解并釋放出藥物，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)腸靶向給藥。常用pH依賴性聚合物有甲基丙烯酸共聚物（Eudragit）、醋酸羥丙甲纖維素琥珀酸酯（HPMCAS）[24]、鄰苯二甲酸乙酸纖維素（CAP）[25]等，以Eudragit（如表1所示）應(yīng)用最為廣泛。Naeem等[26]開(kāi)發(fā)了pH觸發(fā)的表面電荷逆轉(zhuǎn)脂質(zhì)納米粒子（LNP），內(nèi)部為帶正電荷的聚乙烯亞胺脂質(zhì)納米粒子，外部包被帶負(fù)電荷的EudragitS100，在結(jié)腸條件下LNP從陰性轉(zhuǎn)變?yōu)殛?yáng)性，從而選擇性地黏附并累積在發(fā)炎的結(jié)腸黏膜中。淫羊藿苷是從中藥淫羊藿中提取的天然黃酮類葡萄糖苷，通過(guò)調(diào)節(jié)STAT1和STAT3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，抑制T輔助細(xì)胞1（Th1）/Th17反應(yīng)，減弱DSS誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎[27]，本課題組制備負(fù)載淫羊藿苷的海藻酸鈣/殼聚糖微球，藥物在模擬胃液中僅釋放10%，在結(jié)腸pH環(huán)境下迅速釋放藥物，并且能夠通過(guò)減少炎癥反應(yīng)發(fā)揮結(jié)腸保護(hù)作用[28]。然而，該遞送系統(tǒng)受包衣層厚度的影響，且疾病狀態(tài)下，結(jié)腸pH會(huì)發(fā)生改變，臨床研究表明，UC患者的結(jié)腸pH值可以降至5.5或低至2.3[29-30]，因此藥物能否在結(jié)腸定位釋放難以準(zhǔn)確控制。見(jiàn)表1。

表1 pH依賴性聚合物Tab.1 PH dependent polymers

2.3 生物黏附型遞送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是利用生物黏附性聚合物與黏液糖蛋白之間的相互作用，使藥物黏附于結(jié)腸黏膜表面，以提高藥物的局部濃度，延長(zhǎng)藥物在結(jié)腸部位的滯留時(shí)間[31]。Iqbal等[32]制備了聚乙二醇功能化的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）NPs，并通過(guò)琥珀酰化反應(yīng)調(diào)節(jié)和控制它們的表面電荷，結(jié)果顯示，陽(yáng)離子NPs在結(jié)腸炎癥部位具有顯著更多、更優(yōu)先的累積。CUR是姜黃的主要有效成分，其能夠通過(guò)減少自噬、調(diào)節(jié)環(huán)加氧酶-1（COX-1）、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）、SIRT1/mTOR和NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)、增強(qiáng)腸道免疫力等改善腸道炎癥[33-34]，臨床上，其可用作佐劑，與美沙拉嗪聯(lián)合使用用于緩解輕度和中度UC[35]。通過(guò)使用pluronic F127（PF127）將負(fù)載 CUR的 PLGA NPs表面功能化，制備成多孔PF127-NPs，結(jié)果顯示，該NPs具有更強(qiáng)的抑制巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子的能力，且PF127涂層能夠通過(guò)阻斷黏蛋白的疏水結(jié)構(gòu)域促進(jìn)NPs滲入黏膜內(nèi)部，增強(qiáng)它們?cè)诮Y(jié)腸炎組織內(nèi)的積聚[36]。將透明質(zhì)酸（HA）修飾的納米顆粒，進(jìn)一步封裝在殼聚糖/藻酸鹽水凝膠中，結(jié)果顯示，其能夠黏附到發(fā)炎的結(jié)腸黏膜表面，然后通過(guò)受損的上皮層穿透到下層的固有層，進(jìn)而內(nèi)化到CD44過(guò)度表達(dá)的結(jié)腸上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，從而減輕UC的癥狀[37]。

2.4 酶依賴型遞送系統(tǒng) 多糖如殼聚糖、藻酸鹽、瓜爾膠、果膠、硫酸軟骨素、葡聚糖等能夠被結(jié)腸酶降解，而胃和小腸中缺乏相應(yīng)的酶，以這些聚合物作為藥物載體設(shè)計(jì)的酶依賴型遞送系統(tǒng)已成為近幾年的研究熱點(diǎn)。Ohno等[38]制備了葡聚糖NPs用于結(jié)腸遞送CUR，結(jié)果表明，該NPs能夠通過(guò)抑制結(jié)腸上皮細(xì)胞中的NF-κB活化、誘導(dǎo)結(jié)腸黏膜中Tregs的擴(kuò)增、調(diào)節(jié)腸道微生物群結(jié)構(gòu)，抑制葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的發(fā)展。然而IBD情況下，腸道微生物群多樣性發(fā)生顯著變化，進(jìn)而會(huì)影響酶的種類和多樣性[39]，因此不能保證聚合物的位點(diǎn)特異性降解。

2.5 主動(dòng)靶向遞送系統(tǒng) 該藥物遞送策略的設(shè)計(jì)理念為：靶向配體附著在聚合物載體表面，與發(fā)炎組織的細(xì)胞表面高度表達(dá)的受體、黏附分子和蛋白質(zhì)結(jié)合，從而促進(jìn)藥物制劑對(duì)特定細(xì)胞的生物黏附，提高發(fā)炎部位的藥物濃度，增強(qiáng)治療效果[40]。炎性條件下，活化的巨噬細(xì)胞表面高度表達(dá)甘露糖受體。Huang等[41]將陽(yáng)離子魔芋葡甘聚糖（cKGM）和TNF-α的反義核苷酸（ASO）共軛形成cKGM-ASO納米復(fù)合物核，并在植物凝膠的參與下制備成微球，結(jié)果表明，cKGM結(jié)構(gòu)中的甘露糖部分可被甘露糖受體識(shí)別，進(jìn)一步介導(dǎo)巨噬細(xì)胞對(duì)納米復(fù)合物核的吞噬作用，且植物凝膠能夠改善微球的強(qiáng)度，保證微球可以順利到達(dá)結(jié)腸。同樣地，凝集素也在活化的巨噬細(xì)胞表面過(guò)表達(dá)，Bo等[42]將TNFα siRNA（siTNF）載入PLGA NPs中，表面用半乳糖功能化，制備成 Gal-siTNF-NPs，并將其和白介素-22（IL-22）共同嵌入殼聚糖/藻酸鹽水凝膠中，結(jié)果表明，其可以實(shí)現(xiàn)siTNF靶向遞送至巨噬細(xì)胞，特異性下調(diào)TNFα的表達(dá)，同時(shí)IL-22的存在可明顯加速黏膜愈合。Sun等[43]利用4-氨基苯硫酚（ATP）和羧甲基菊粉（CMI）合成兩親菊粉衍生物（ATP-CMI），制備基于ATP-CMI的氧化還原敏感性納米顆粒（ATP-CMI NPs），用于遞送布地納德（BDS）至發(fā)炎的結(jié)腸黏膜，這種NPs能夠在小腸高氧化還原電位（約-100 mV）條件下形成二硫鍵，并在結(jié)腸低氧化還原電位（約-400 mV）條件下還原裂解二硫鍵，從而保證BDS在結(jié)腸炎癥部位具有更高的藥物積累。在小鼠結(jié)腸炎模型和UC患者體內(nèi)已證實(shí)，CD98在結(jié)腸上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表面過(guò)表達(dá)[44-45]，Bo等[46]構(gòu)建了CD98 Fab'功能化的PLGA NPs，用于遞送CD98siRNA（siCD98），結(jié)果表明，該NPs能夠在結(jié)腸腔中實(shí)現(xiàn)特異性釋放，并使siCD98能夠內(nèi)化到靶細(xì)胞中。

2.6 復(fù)合型藥物遞送系統(tǒng)

2.6.1 pH-Time依賴型遞送系統(tǒng) 以Eudragit FS 30 D作為pH依賴性聚合物，以Eudragit RS100作為時(shí)間依賴性聚合物，Naeem等[47]制備pH/Time依賴型BDS納米顆粒，結(jié)果顯示，NPs的體外釋放優(yōu)于單敏感性NPs，且能夠更有效地遞送藥物至發(fā)炎的結(jié)腸。同時(shí)，也可采用Eudragit RS 30D和Eudragit RL 30D組合作為時(shí)間依賴性聚合物[48]。除此之外，聚乙交酯和聚-ε-己內(nèi)酯（PCL）等也被用作時(shí)間依賴性聚合物，Ghorab 等[49]開(kāi)發(fā)了聚-ε-己內(nèi)酯（PCL）塞來(lái)昔布負(fù)載微粒，并用Eudragit S100包衣，與單層PCL微粒相比，雙層微粒顯著改善了藥物在上胃腸道的釋放，且增強(qiáng)了生物利用度并延長(zhǎng)了大鼠藥物-血漿濃度的持續(xù)時(shí)間。

2.6.2 pH-酶依賴型遞送系統(tǒng) Naeem等[50]以Eudragit FS30D和PLGA制備pH/酶雙重敏感納米顆粒（E/PNP），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與單功能納米顆粒相比，雙功能的E/PNP顯著改善了藥物的結(jié)腸分布，且在減輕DSS誘導(dǎo)的小鼠的結(jié)腸炎方面顯示出顯著的治療效果。槲皮素（QUE）是自然界常見(jiàn)的黃酮類膳食抗氧化劑，已經(jīng)證明QUE能夠通過(guò)血紅素加氧酶-1依賴途徑調(diào)節(jié)結(jié)腸巨噬細(xì)胞的功能，從而改善小鼠實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎[51]，Carla等[52]使用殼聚糖和黃原膠制備負(fù)載QUE的微粒，用Eudragit L100包被，然后壓制成片劑，結(jié)果顯示該微粒片劑允許QUE在結(jié)腸堿性環(huán)境下通過(guò)非Fickian擴(kuò)散的方式緩慢釋放。青藤堿，是從中藥青藤中提取的具有免疫抑制作用的純生物堿，Xiong等[53]制備了Eudragit S100包衣的青藤堿殼聚糖MPs，研究表明，該MPs能抑制過(guò)量的DSS誘導(dǎo)的TLR/NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)途徑的激活，通過(guò)調(diào)節(jié)TLR4，MyD88和NF-88 p65的表達(dá)，減少黏膜炎癥和組織損傷。

3 納米制劑在GIT中的安全性

眾所周知，TiO2、SiO2、Zn、ZnO、Ag 等金屬 NPs毒性較大，這與給藥劑量、給藥頻率等有關(guān)，當(dāng)它們被GI吸收并通過(guò)腸道時(shí)，會(huì)吸附鈣離子和脂多糖，形成NPs-鈣-脂多糖結(jié)合物，激活外周血單核細(xì)胞和腸吞噬細(xì)胞，加劇IBD或IBS等腸道疾病的惡化，同時(shí)它們可能會(huì)引起嚴(yán)重的肺、肝、腎以及心臟等毒性，且20 nm左右的顆粒能夠誘導(dǎo)DNA損傷[54]，因此它們對(duì)人體健康的影響值得高度關(guān)注。然而，一項(xiàng)動(dòng)物研究表明，較低劑量的金屬NPs可能對(duì)結(jié)腸炎小鼠的微生物群產(chǎn)生有益的影響，小鼠攝入SiO2NP后增加了腸道內(nèi)乳桿菌屬豐度的增加，相反，給小鼠灌胃給予AgNP后，發(fā)現(xiàn)厚壁菌門(mén)/擬桿菌門(mén)的比例降低，而低豐度的細(xì)菌家族增加，而在攝入TiO2NP的小鼠中未發(fā)現(xiàn)明顯的腸道微生物紊亂[55]。

目前常用的GIT藥物遞送系統(tǒng)包括LNP、蛋白質(zhì)NPs、多糖NPs等毒性較小，這取決于較低的給藥劑量[56-57]，盡管如此，它們對(duì)機(jī)體的潛在毒性仍然需要注意。首先，納米制劑具有較小的粒徑和較高的比表面積，意味著一些可消化的NPs能夠吸附GIT中的球狀蛋白、消化酶和代謝酶等，使得蛋白的催化活性降低和GIT的正常功能改變，從而導(dǎo)致淀粉、脂質(zhì)或蛋白質(zhì)的消化速率降低。其次，NPs能夠穿過(guò)黏液層然后通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)傳輸機(jī)制吸收，在它們被吸收到細(xì)胞中之后，可以被代謝、轉(zhuǎn)移到血液或在細(xì)胞內(nèi)積累，這取決于NPs的組成、粒徑、聚集狀態(tài)和表面電荷，當(dāng)NPs在細(xì)胞內(nèi)的積累超過(guò)特定閾值時(shí)，會(huì)引起細(xì)胞內(nèi)的變化從而導(dǎo)致嚴(yán)重的細(xì)胞毒性。另外，難消化的NPs可能通過(guò)與腸道微生物群相互作用，改變結(jié)腸微生物群落的性質(zhì)，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生一些不良影響[58]。同時(shí)，長(zhǎng)期使用吸收促進(jìn)劑和表面活性劑可導(dǎo)致腸上皮損傷，某些促進(jìn)吸收的生物材料可以誘導(dǎo)TJ中的結(jié)構(gòu)重組或螯合鈣誘導(dǎo)TJs破壞，增加病原體和毒素進(jìn)入腸腔的可能性[59]。

4 展望

目前，微/納米顆粒已被證明可提高藥物治療效果，改善藥物溶解度和生物利用度，減少全身不良反應(yīng)，并且比傳統(tǒng)藥物制劑更有效，為口服生物利用度低的藥物的結(jié)腸遞送提供了設(shè)計(jì)思路。然而，若要將這些載體系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為臨床使用，仍然存在很多問(wèn)題。首先，雖然納米制劑具有粒徑優(yōu)勢(shì)，能夠優(yōu)先積聚到炎癥區(qū)域，但納米制劑的毒性問(wèn)題至今尚未解決，仍需要對(duì)其體內(nèi)毒性進(jìn)行充分研究和評(píng)估。其次，在IBD中，胃腸道生理環(huán)境發(fā)生改變，因此藥物遞送系統(tǒng)在胃腸道轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要進(jìn)一步優(yōu)化，以防止在胃和小腸中過(guò)早釋放。第三，現(xiàn)有的結(jié)腸炎模型只能模擬IBD的某些特征，且部分藥物遞送系統(tǒng)的研究尚處于離體研究階段，納米、微米顆粒與人體器官、組織以及細(xì)胞之間的相互作用需進(jìn)行深入的研究。因此，需要對(duì)微/納米顆粒的安全性、有效性及實(shí)用性做進(jìn)一步探索。