殼聚糖納米粒載體的應(yīng)用研究進(jìn)展

馬 茜，范 娟（瀘州醫(yī)學(xué)院，瀘州 646000）

·綜述·

殼聚糖納米粒載體的應(yīng)用研究進(jìn)展

馬 茜，范 娟＊（瀘州醫(yī)學(xué)院，瀘州 646000）

目的 介紹殼聚糖納米粒載體在藥物、基因遞送等方面的研究應(yīng)用進(jìn)展，為其在新領(lǐng)域的應(yīng)用提供依據(jù)。方法 廣泛查閱中外文有關(guān)文獻(xiàn)，整理分析歸納了其中27篇文獻(xiàn)內(nèi)容。結(jié)果 殼聚糖納米粒載體在藥物和基因遞送方面已經(jīng)有諸多研究應(yīng)用。結(jié)論 殼聚糖納米粒載體是一種有前途的非病毒遞送載體，其特性和應(yīng)用有待進(jìn)一步探索。

殼聚糖；納米粒；藥物和基因遞送系統(tǒng)

有效的藥物和基因傳遞面臨許多問題，包括保護(hù)藥物或基因免受胃腸道的破壞，并促進(jìn)細(xì)胞吸收，組織和細(xì)胞靶向性，減少毒性和不良反應(yīng)等?？朔@些障礙的一個(gè)可行的方法是，將藥物或基因載入納米粒子形成藥物或基因遞送系統(tǒng)。殼聚糖（chitosan，CS）所形成的納米粒載體，具有水溶性、正電性、低毒性、黏膜黏附性、生物降解性、生物相容性、無致突變性、低免疫反應(yīng)、易大量生產(chǎn)、易組裝改性、可重復(fù)給藥、制備方便、良好的緩釋和控釋作用的特點(diǎn)［1］。對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性，如聚乙二醇化殼聚糖、季銨化殼聚糖，尤其是對(duì)殼聚糖的多官能團(tuán)改性，能克服殼聚糖溶解性差、轉(zhuǎn)染率低、靶向性弱的缺點(diǎn)，這些殼聚糖衍生物納米粒載體具有更廣闊的應(yīng)用前景［2］。

1 殼聚糖納米粒載藥

殼聚糖納米粒作為藥物載體系統(tǒng)，已有大量關(guān)于其作為藥物遞送載體的研究。大致分為黏膜給藥、腸外給藥和眼部給藥。

1.1 黏膜給藥 研究表明，殼聚糖及其衍生物是改善肽、蛋白質(zhì)類藥物和肝素等經(jīng)黏膜（鼻、口）給藥的安全有效的吸收促進(jìn)劑。吸收促進(jìn)的機(jī)制，與殼聚糖的黏膜黏附、瞬時(shí)打開細(xì)胞膜黏膜緊密連接的功能以及帶正電的殼聚糖與帶負(fù)電荷的黏蛋白交互作用，延長了藥物和吸收表面之間的接觸時(shí)間相關(guān)。帶正電的殼聚糖結(jié)合在細(xì)胞膜上，既減少細(xì)胞單層的轉(zhuǎn)移上皮電阻（TEER），又增加細(xì)胞旁滲透性，從而影響游離藥物的滲透率和微粒攝取。殼聚糖及其衍生物形成的納米粒保留了它的黏膜黏附性能。如：殼聚糖納米膠囊提高和延長了鮭魚降鈣素（SCT）的腸吸收，自組裝殼聚糖－神經(jīng)酰胺納米粒子能增強(qiáng)紫杉醇的口服吸收。殼聚糖胰島素納米粒對(duì)糖尿病大鼠給藥導(dǎo)致血糖水平長期下降［3］。殼聚糖納米粒可保護(hù)胰島素免受胃腸道的降解，且可通過黏膜黏附和／或滲透增強(qiáng)胰島素的吸收。重組水蛭素（rHV2）制成的rHV2殼聚糖納米粒，經(jīng)鼻腔給藥后生物利用度得到提高，該結(jié)果也由Vila的破傷風(fēng)類毒素－殼聚糖納米粒大鼠鼻黏膜給藥實(shí)驗(yàn)證實(shí)［4］。殼聚糖納米粒也是一種有發(fā)展前景的疫苗載體系統(tǒng)，特別是作黏膜疫苗載體，通過口腔和鼻腔途徑誘導(dǎo)增強(qiáng)免疫反應(yīng)。有效的黏膜免疫的關(guān)鍵問題包括抗原滯留時(shí)間與淋巴系統(tǒng)的相互作用，選擇無毒的佐劑和模仿黏膜病原體誘發(fā)所需免疫反應(yīng)的能力。Pawar D研究了鼻內(nèi)注射乙型肝炎表面抗原（HBsAg）－乙二醇?xì)ぞ厶羌{米顆粒的系統(tǒng)和黏膜免疫反應(yīng)，結(jié)果表明，該納米粒能同時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生較強(qiáng)的兩種免疫反應(yīng)，使該納米載體系統(tǒng)有望成為黏膜給藥疫苗的載體［5］。前體藥物的研究也使殼聚糖納米粒成為了研究熱點(diǎn)，如：阿霉素共軛殼聚糖自組裝納米粒制得的前體藥物細(xì)胞攝取率高，在細(xì)胞內(nèi)快速釋放且大量積聚，并在Hela細(xì)胞表現(xiàn)出明顯的細(xì)胞毒性［6］。除了親水性藥物，親脂性藥物也被有效地封裝在殼聚糖納米粒給藥［7］，如封裝環(huán)孢素A的殼聚糖納米粒子導(dǎo)致藥物相對(duì)生物利用度大大提高［7］。競爭性酶抑制劑，諸如蛋白酶抑制劑或胰凝乳蛋白酶抑制劑，也可以通過胺基共價(jià)地連接到殼聚糖，抑制劑在藥物吸收位點(diǎn)減少藥物降解，從而提高藥物的生物利用度，實(shí)現(xiàn)更有效的口服給藥。如：殼聚糖－EDTA共價(jià)連接10%的Bowman－Birk酶抑制劑，其胰島素降解將減少40%～60%［8］。Orthmann等指出，納米粒可有效轉(zhuǎn)運(yùn)藥物通過血腦屏障，可用作腦靶向給藥的載體。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，例如腦腫瘤、老年癡呆、帕金森綜合征等治療中，具有獨(dú)特的優(yōu)勢和潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值，納米粒載體可增大中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的藥物濃度并達(dá)到緩釋作用［9］。殼聚糖納米粒子用聚山梨酯涂層后，直接通過鼻腦通路被用于大腦藥物的靶向運(yùn)輸。因其可控的生物黏附性，甚至用其與活性藥物結(jié)合靶向于嗅覺區(qū)域來保持藥物的吸收特性。鹽酸阿霉素殼聚糖納米粒（ADM－CS－NPs）鼻腔給藥可有效實(shí)現(xiàn)腦內(nèi)遞藥，腦內(nèi)藥物濃度增加并得到緩釋［10］。雌二醇－殼聚糖納米顆粒鼻腔給藥也同樣證明，殼聚糖納米粒是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）用藥的理想載體。有報(bào)道，表明殼聚糖的結(jié)構(gòu)特征和相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)2，3，5，6－磷酸川芎嗪（TMPP）的鼻腔吸收有促進(jìn)作用。

1.2 腸外給藥 納米粒的生物分布與其大小、表面電荷和疏水性相關(guān)。直徑大于100nm的納米粒迅速被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)（RES）吞噬，而較小的顆粒則具有更長的循環(huán)時(shí)間。納米級(jí)的顆?？伸o脈給藥，是因?yàn)槊?xì)血管的最小直徑大約為4 μm。殼聚糖納米粒經(jīng)靜脈注射后，在許多腫瘤表現(xiàn)出明顯的聚集傾向。這種現(xiàn)象的原因是腫瘤脈管系統(tǒng)的泄漏（EPR效應(yīng)）［11］。研究表明，腫瘤細(xì)胞對(duì)載多柔比星的殼聚糖納米粒有選擇性吞噬作用，而殼聚糖多柔比星右旋糖酐長循環(huán)納米粒加強(qiáng)了藥物療效，降低了多柔比星的毒性和不良反應(yīng)［12］。Kim等制得乙二醇?xì)ぞ厶牵仙即技{米粒，輸送難溶性抗癌藥物紫杉醇（PTX），治療荷瘤小鼠的結(jié)果顯示，PTX－CNP較PTX具有更良好的抗腫瘤效應(yīng)［13］。白細(xì)胞介素（IL）－12的三磷酸殼聚糖納米粒，用于預(yù)防結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的研究提示，殼聚糖納米?？梢宰鳛檫\(yùn)載細(xì)胞因子的載體［14］?？拱┧幬?－乙基－10－羥基喜樹堿（SN38），由于其溶解度差和高毒性，無法直接應(yīng)用于臨床，殼聚糖連接MUC 1配體后載藥的CSSN38－Apt納米粒，通過增加溶解性和靶向性，提高了SN38靶向抗結(jié)腸癌的療效［15］。

1.3 眼部給藥 滴眼劑和眼膏劑雖然配制容易、使用方便，但生物利用度極低，僅有1% 甚至更少劑量的藥物能夠通過角膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入眼內(nèi)［16］。眼部的局部給藥需要克服血眼屏障、角膜對(duì)藥物的滲透性低等困難。設(shè)計(jì)了一系列眼部給藥新劑型，其中包括納米載藥體系?；跉ぞ厶羌{米粒的眼科制劑在兔子的角膜表面表現(xiàn)出極好的耐受性，并且被視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）細(xì)胞吞噬、釋放，提供并維持血藥濃度達(dá)到緩釋作用，除了采用殼聚糖納米粒改善眼部藥物轉(zhuǎn)運(yùn)，殼聚糖涂層納米粒子也被用作提高角膜穿透。De Campos等研究表明，殼聚糖納米?？梢愿街谕媒悄ず徒Y(jié)膜至少24h［17］。黏膜黏附殼聚糖（CS）－海藻酸鈉納米顆粒已被研究作為長期局部眼給藥加替沙星抗生素的新載體［18］。但應(yīng)用于眼部的殼聚糖納米載藥體系仍然存在穩(wěn)定性、藥物包封率、粒徑的一致性等問題，這些都有待于進(jìn)一步研究解決。

2 殼聚糖納米粒運(yùn)載基因

核酸越來越多地應(yīng)用于疫苗接種和基因治療。通過殼聚糖帶正電荷的氨基與DNA帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)間凝聚形成殼聚糖－DNA納米顆粒，并通過空間位阻效應(yīng)保護(hù)DNA免受核酸酶的降解。但研究表明，殼聚糖－DNA納米顆粒的轉(zhuǎn)染效率并不理想。通過配體綴合或加入核內(nèi)體破壞分子進(jìn)一步修飾，納米顆粒可進(jìn)一步克服運(yùn)載障礙，提高細(xì)胞轉(zhuǎn)染水平。2.1 遞送DNA疫苗 蛋白質(zhì)亞單位疫苗主要通過抗原傳遞產(chǎn)生循環(huán)抗體激活人體免疫應(yīng)答。而轉(zhuǎn)染編碼抗原的DNA既可以產(chǎn)生基于抗體的免疫應(yīng)答，又可以產(chǎn)生細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答。一些顆粒系統(tǒng)，如納米顆粒與疫苗關(guān)聯(lián)，通過黏膜淋巴組織增強(qiáng)對(duì)抗原的攝取，從而對(duì)其出現(xiàn)強(qiáng)的全身和黏膜免疫應(yīng)答。殼聚糖納米粒是研究最廣泛的DNA黏膜疫苗載體，其吸收促進(jìn)作用被認(rèn)為可以提高黏膜的免疫應(yīng)答。Illum研發(fā)的基于殼聚糖的DNA流感疫苗，在小鼠滴鼻后表現(xiàn)出較高的抗體水平。卵清蛋白（OVA）／殼聚糖納米粒經(jīng)鼻腔給藥后，既誘導(dǎo)產(chǎn)生更強(qiáng)烈的體液免疫反應(yīng)（IgG水平），又誘導(dǎo)產(chǎn)生黏膜免疫反應(yīng)（IgA水平）［19］?？漳c彎曲菌pcDNA3.1（－）－peb1ADNA疫苗結(jié)合殼聚糖，能增強(qiáng)pcDNA3.1（－）－peblA的免疫原性，有望制得殼聚糖佐劑疫苗，用于預(yù)防空腸彎曲菌感染及其相關(guān)疾?。?0］。另外，殼聚糖－DNA納米顆粒，既成功地用于花生過敏原Arah2基因、塵螨過敏原Derp 1基因的免疫應(yīng)答，也被測試作為細(xì)胞內(nèi)寄生蟲弓形蟲的疫苗。

殼聚糖在疫苗領(lǐng)域的應(yīng)用受其本身對(duì)免疫反應(yīng)的作用影響。Otterlei證實(shí)殼聚糖受相對(duì)分子質(zhì)量、脫乙酰度和在中性溶液中的溶解度影響導(dǎo)致單核細(xì)胞TNF－α水平不同［21］；Bacon經(jīng)鼻內(nèi)給小鼠含10g·L－1純化流感表面抗原的殼聚糖谷氨酸鹽溶液導(dǎo)致球蛋白IgG和IgA的水平升高，與鼻內(nèi)單獨(dú)給表面抗原相比分泌抗體的淋巴細(xì)胞增加［22］。Shibata靜脈注射可細(xì)胞吞噬的（1～10μm）殼聚糖顆粒，引發(fā)肺泡巨噬細(xì)胞突發(fā)釋放超氧陰離子［23］；同時(shí)使用Mao的方法形成的殼聚糖－DNA納米顆粒，在巨噬細(xì)胞系孵育后不能誘發(fā)細(xì)胞因子TNF－α，IL－1β，IL－6或IL－10的分泌［24］。因此，殼聚糖可以作為疫苗佐劑，但這些屬性可能依賴于所使用的殼聚糖的類型和劑量以及遞送方法。如：殼聚糖包裹口蹄疫DNA疫苗pcD－VP1形成的納米顆粒，在滴鼻、直腸和生殖道免疫中均一定程度提高了DNA疫苗黏膜免疫的效果，但口服免疫效果極微。對(duì)于殼聚糖介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)，尤其是納米粒子遞送的情況需要更多的研究。

2.2 利用殼聚糖－DNA納米顆粒傳遞治療基因 除了口服接種，另一應(yīng)用是口服遞送DNA進(jìn)行治療性基因的表達(dá)，即所謂的“基因丸”。Sheu等總結(jié)了該遞送系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，包括安全性、患者依從性和劑量調(diào)節(jié)。Mumper提出殼聚糖作為有前途的基因傳遞載體。殼聚糖聚合物比聚－L－賴氨酸、PEI的毒性和免疫原性低，并且不易突變。此外，它提高了藥物跨膜運(yùn)輸能力。人凝血因子Ⅷ（FⅧ）的基因已經(jīng)成功以殼聚糖－DNA納米顆粒的形式對(duì)小鼠給藥。用甲氧基聚乙二醇連接殼聚糖納米粒（mPEG－CS）介導(dǎo)綠色熒光蛋白基因（pEGFP－C1）轉(zhuǎn)染HeLa細(xì)胞和A549細(xì)胞轉(zhuǎn)染率提高，且具有較好的血清耐受能力。Jiang等合成的殼聚糖衍生物半乳糖化聚乙二醇修飾殼聚糖接枝聚乙烯亞胺（Gal－PEG－CHI－g－PEI）／DNA在肝臟中的基因表達(dá)率較高。用殼聚糖納米粒作為EGFP基因載體，在體外及鼠子宮內(nèi)對(duì)比基因表達(dá)情況，轉(zhuǎn)錄基因在胎肺及腸內(nèi)的短期表達(dá)，證明了殼聚糖納米載體在胚胎基因治療的發(fā)展前景［25］。

3 結(jié)語

殼聚糖納米粒載體具有提高藥物、基因或蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性、增強(qiáng)吸收、緩釋作用等優(yōu)勢，是用于胰島素和其他藥物的載體及疫苗遞送的良好佐劑，在若干腫瘤中的積聚抗腫瘤傾向證明，其是一種有前途的非病毒基因傳遞載體。但其屬性及納米粒子的負(fù)生物效應(yīng)［26］與殼聚糖納米粒的制備方法及性質(zhì)密切相關(guān)，因此，需要研究人員研制出納米粒子合成的最優(yōu)參數(shù)組合方案，進(jìn)一步結(jié)合動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究得出與人類相關(guān)的更多療效，盡快擺脫體外和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的局限。

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Research progress of chitosan nanoparticles as a carrier

MA Qian，F(xiàn)AN Juan＊（Luzhou Medical College，Luzhou 646000，China）

Objective This article is a brief introduction of the applications of chitosan nanoparticles as drug and gene delivery carrier，providing references for further study.Methods 27Chinese and foreign articles were analyzed.Results Chitosan nanoparticles have many applications as drug and gene delivery carrier.Conclusion Chitosan nanoparticle carrier is a kind of promising non－viral delivery carrier，its characteristics and application need further exploration.

chitosan；nanoparticle；drug and gene delivery system

10.3969／j.issn.1004－2407.2015.02.035

R94

A

1004－2407（2015）02－0213－03

2014－10－15）

國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：81201784）

馬茜，女，碩士研究生

＊通信作者：范娟，女，教授，碩士研究生導(dǎo)師