酸敏感的縮醛鍵在藥物載體中的應(yīng)用

吳高攀，李鐘玉，蘭云軍

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325035）

酸敏感的縮醛鍵在藥物載體中的應(yīng)用

吳高攀，李鐘玉，蘭云軍

（溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)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(yīng)用前景。

縮醛鍵；藥物載體；應(yīng)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(shù)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(dǎo)致毒副作用的產(chǎn)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(dòng)地到達(dá)癌細(xì)胞組織[3]。藥物分子與載體通常有2種交聯(lián)方式：(1)藥物分子與載體通過共價(jià)鍵結(jié)合，即化學(xué)交聯(lián)；(2)載體通過靜電吸引、包埋等非共價(jià)鍵分子間作用力與藥物分子結(jié)合，即物理交聯(lián)。

近年來，由于某些藥物載體到達(dá)弱酸性的腫瘤組織會(huì)發(fā)生降解作用，所以越來越受到人們的關(guān)注。腫瘤組織細(xì)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(xì)胞核內(nèi)的pH會(huì)更低，大約在5.0～5.5左右。利用以上的性質(zhì)，科學(xué)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(huì)發(fā)生斷裂，達(dá)到快速釋放抗癌藥物的效果。這樣不僅可以延長(zhǎng)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(yīng)用。

1 縮醛鍵保護(hù)聚合物中的羥基

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

黃駿廉等[4]在對(duì)甲苯磺酸(p-TSA)催化下，乙基乙烯基醚和縮水甘油反應(yīng)，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(cè)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(gè)羥基，通過親電加成反應(yīng)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(tuán)PEG。

Holger Frey等[6]做了縮醛鍵對(duì)酚羥基的保護(hù)。對(duì)-(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(hù)，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(hù)的乙二醇乙烯基醚反應(yīng)，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(cè)，在pH 4.5時(shí)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(qiáng)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(yīng)；丙酮縮甘油反應(yīng)；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(yīng)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(yīng)器中進(jìn)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(jìn)不同的酸敏感的縮醛基團(tuán)，然后再與環(huán)氧單體進(jìn)行陰離子開環(huán)聚合得到末端帶有不同縮醛鍵結(jié)構(gòu)的聚丙三醇(HPG)。擁有隨機(jī)分布縮醛鍵的水溶性HPGs(RBHPGs)，在體外實(shí)驗(yàn)中，HPGs(RBHPGs)的降解性依靠溶液的pH、溫度以及結(jié)構(gòu)中包含的縮醛基團(tuán)數(shù)。RBHPGs和它們的降解產(chǎn)物在生物實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(diǎn)擊化學(xué)”同時(shí)和苯乙烯發(fā)生聚合，生成中間既有縮醛鍵又有可點(diǎn)擊的兩親性嵌段共聚物。

Holger Frey等[11]通過乙酸酐保護(hù)乙二醇乙烯基醚反應(yīng)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(yīng)，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(duì)甲苯磺酸催化三乙二醇二乙烯基醚和聯(lián)苯酚反應(yīng)，1H-NMR證實(shí)得到縮醛基團(tuán)。使用二乙烯基醚、聯(lián)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(cè)試，三元聚合物在pH 5.5時(shí)比pH 7.4的水解效率要增強(qiáng)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(duì)甲苯磺酸催化下發(fā)生醛交換反應(yīng)，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(yīng)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(yīng)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(duì)甲苯磺酸酯反應(yīng)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(zhì)，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(dòng)力學(xué)研究在酸性條件下和生理?xiàng)l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(lián)度和降解速率的簡(jiǎn)單可控表明新合成的水凝膠在藥物傳輸基質(zhì)中和組織工程的應(yīng)用中是有前途的。

4 縮醛鍵直接與抗癌藥物相連

鐘志遠(yuǎn)等[15]設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)，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(cè)鏈上的乙烯基醚鍵反應(yīng)生成縮醛鍵。測(cè)試紫杉醇在PEG-PAA載藥量高達(dá)21.6%、27.0%和42.8%。交聯(lián)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(jù)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(yàn)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(duì)前藥 3 的測(cè)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(yīng)性藥物載體中的應(yīng)用

鐘志遠(yuǎn)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(yīng)膠束的生物降解作用和細(xì)胞內(nèi)阿霉素（DOX）的藥物釋放。數(shù)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?xiàng)l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(tuán)的，以聚己內(nèi)酯(PCL)和聚乙二醇(PEG)為側(cè)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(shí)驗(yàn)和抗癌藥物阿霉素的釋放實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)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(tuán)RAFT反應(yīng)，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(yīng)得到酸敏感的縮醛鍵。所有目標(biāo)梳型共聚物都有理想的化學(xué)結(jié)構(gòu)、可控分子量和相對(duì)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(bào)道了一種新穎的雙刺激響應(yīng)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(diǎn)溫度(TCP)大約65℃，研究發(fā)現(xiàn)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(tuán)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(yīng)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(zhì)軛合物。

6 縮醛鍵和醛基之間的轉(zhuǎn)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(shí)，HPLC顯示超支化大分子的水解效率確實(shí)有所提高。

7 結(jié)語

綜上所述，縮醛鍵在藥物載體方面已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。由于縮醛鍵具有酸敏感的特性，被認(rèn)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(yīng)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(jí)階段。

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

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[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.

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[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(xué)

2013-11-18