項松濤,趙 明,史現(xiàn)勛,付愛玲
(西南大學藥學院,重慶 400716)
RDP多肽修飾的姜黃素隱形脂質體腦靶向作用的研究
項松濤,趙 明,史現(xiàn)勛,付愛玲
(西南大學藥學院,重慶 400716)
中國圖書分類號:R-332;R282.71;R322.81;R742.05;R977.6
摘要:目的 以源于狂犬病毒糖蛋白的新型衍生肽(RVG-derived peptide,RDP)為靶向載體,研究其修飾的姜黃素隱形納米脂質體的特征和腦靶向作用。方法 薄膜分散法制備出脂質體。體外釋放實驗考察釋藥情況。小鼠經(jīng)尾靜脈注射姜黃素混懸液(CUR)、姜黃素脂質體(CUR-L)、RDP修飾的姜黃素隱形脂質體(RDP-CUR-L),分別在不同時間點取小鼠組織器官,HPLC法檢測姜黃素在各組織的分布。結果 制備的隱形納米脂質體粒徑在100 nm左右,分散性良好,包封率大于85%,制備重現(xiàn)性較好。小鼠經(jīng)尾靜脈分別注射CUR、CUR-L和RDP-CUR-L后,CUR組并未在腦中檢測到姜黃素,CUR-L組僅在腦中檢測到少量姜黃素,而RDP-CUR-L組小鼠腦內(nèi)檢測到了較高濃度的姜黃素。結論RDP能夠引導脂質體入腦,這將為治療腦部疾病提供新的方法。
關鍵詞:姜黃素;RDP;脂質體;體內(nèi)分布;細胞穿膜肽;腦靶向
網(wǎng)絡出版時間:2015-7-22 10:42 網(wǎng)絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150727.0901.025.html
治療腦內(nèi)疾病的必要途徑需將藥物靶向性輸送入腦內(nèi)。以腦靶向性的蛋白或多肽作為載體,可能會實現(xiàn)藥物的腦靶向轉運。我們實驗室以往的研究表明,狂犬病毒糖蛋白(rabies virus glycoprotein,RVG)的衍生肽RDP(RVG-derived peptide)[1],可攜帶核酸[2]、蛋白[3]等生物大分子入腦。
脂質體是一種安全有效的藥物遞送方式。脂溶性化合物可被包裹在脂質體內(nèi)核中,在體內(nèi)安全釋出以發(fā)揮作用。此外,脂質體較易修飾,從而可使其具有靶向性和高效性。本研究將在脂質體表面的PEG鏈端連接RDP多肽,以具有抗腫瘤效果的天然植物提取物姜黃素為模型藥物,研究該RDP修飾脂質體的腦靶向作用,從而可能為向腦內(nèi)送脂溶性化合物以治療腦部疾病,提供一種嶄新的途徑和方法。
1.1試劑 姜黃素,純度>98%,購自美國Sigma公司;大豆卵磷脂、膽固醇,純度>95%,均購自上海Aladdin公司;DSPE-PEG-NHS(PEG MW 2 000),購自美國Nanocs公司;Cys-RDP,純度>95%,購自上海吉爾公司;乙酸乙酯、乙腈、冰醋酸均為色譜純。
1.2儀器 高效液相色譜儀(包含SPD-M20A檢測器和LC-20AD泵),購自日本島津公司;激光粒度及zeta電位分析儀(Nano ZS),購自英國馬爾文公司;生物質譜儀autoflex speed MALDI-TOF/TOF,購自德國Bruker Daltonic公司;AB135-S電子分析天平,購自瑞士梅特勒-托利多公司;BF-2000氮氣吹干儀,購自上海八方世紀科技有限公司;XHF-D高速分散器,購自寧波新芝生物科技有限公司。
1.3細胞株及培養(yǎng)體系 人腦星形膠質母細胞瘤細胞U-87 MG(實驗室凍存),采用含10%胎牛血清的DMEM-H培養(yǎng)基培養(yǎng),置于37℃、5%CO2、飽和濕度下的培養(yǎng)箱內(nèi)。隔天換液,待細胞密度長至80%~90%時,按照1∶3的比例傳代。傳代時,加入消化液一定時間后去除,用培養(yǎng)基吹打成單個細胞懸液,取生長良好、活性大于98%的細胞進行后續(xù)實驗。
1.4實驗動物 昆明小鼠80只,♀♂各半,體質量(20±2)g,購自于重慶滕鑫生物技術有限公司。小鼠飼養(yǎng)于西南大學藥學院SPF小鼠飼養(yǎng)室,恒溫、恒濕,自由進食、進水。
1.5脂質體的制備和表征
1.5.1導向化合物的合成 按照摩爾比2∶1的比例精密稱取DSPE-PEG-NHS和RDP溶于DMF中,然后加入20 μL的N-甲基嗎啉,置于4 mL離心管中,在攪拌器中避光攪拌48 h。取出反應液,置于透析袋(MW 3 500)中,放入2 L去離子水中透析48 h后(每6 h換水1次),冷凍干燥,-20℃保存。
1.5.2脂質體的制備 采用薄膜分散法分別制備姜黃素脂質體(CUR-L)和RDP修飾的姜黃素隱形脂質體(RDP-CUR-L)。按照處方量(Tab 1)精密稱取各種脂材于10 mL茄形瓶中,加入氯仿3 mL溶解,37℃減壓旋轉蒸發(fā)10 min,使其成均勻的薄膜。然后加入1 mL去離子水,37℃于水浴搖床中水化1 h,形成懸浮液,間歇超聲90 s,得到澄清透明呈淡黃色乳光的脂質體溶液,并分別過100 nm的膜使粒徑分布均勻,4℃冰箱內(nèi)保存。
Tab 1 Formulations of CUR-L and RDP-CUR-L
1.5.3DSPE-PEG-RDP比例篩選 按上述脂質體制備方法制備一系列含不同比例DSPE-PEG-RDP的含藥靶向脂質體(DSPE-PEG-RDP分別為總摩爾量的0.5%、1.0%、2.0%和5.0%)。采用MTT法考察不同密度下的RDP-CUR-L對U87 MG細胞抑制率的影響。取對數(shù)生長期狀態(tài)良好的細胞,用0.25%胰酶消化液消化后,調(diào)整細胞濃度為5×107·L-1,以每孔500 μL(5 000個/孔)接種于96孔板,培養(yǎng)24 h貼壁后加入不同濃度的CUR-L和RDP-CUR-L,濃度依次為150、75、37.5、18.8、9.4、4.7 μmol·L-1,孵育48 h后,棄去培養(yǎng)基,每孔加入濃度為5 g·L-1的MTT(20 μL),37℃培養(yǎng)4 h,棄去培養(yǎng)液,每孔加入100 μL二甲基亞砜(DMSO)溶解藍紫色甲顆粒,用酶標儀在波長為490 nm下測定光吸收值(OD)。每組實驗重復3次,每個樣品做3個平行樣。全部實驗均設DMSO對照組。計算藥物抑制率和對腫瘤細胞的半數(shù)抑制濃度(IC50)。
1.5.4脂質體粒徑、電位、分散度測定 用激光粒度及zeta電位分析儀分別測定CUR-L和RDP-CUR-L的粒徑、Zeta電位、分散度(PDI)。
1.5.5脂質體包封率測定 采用透析破乳法,取用均質機處理過的CUR-L和RDP-CUR-L,每組實驗分成兩份(每份400 μL):一份用透析液透析6 h后,收集脂質體部分,以10%的Triton X-100破乳,經(jīng)HPLC測定包裹在脂質體內(nèi)的藥物濃度C;另一份直接破乳,經(jīng)HPLC測定姜黃素得到C0,按照公式計算出包封率(包封率=C/C0×100%)。
1.5.6脂質體穩(wěn)定性考察 取制得的CUR-L和RDP-CUR-L,分成兩個實驗組,每組平行3次,分別于3、7、15、30、45、60 d后肉眼觀察脂質體溶液變化,HPLC測包封率。
1.5.7體外釋放度測定 采用動態(tài)透析法(dynam-ic dialysis)[4],按中國藥典2010版附錄XC第三法(小杯法)測定釋放度。精密量取制劑CUR-L、RDP-CUR-L各0.5 mL,經(jīng)釋放介質稀釋至3 mL,裝于透析袋內(nèi)(截留分子質量為8 000 u),兩端扎牢,放入150 mL釋放介質中,釋放介質為含有0.2%十二烷基硫酸鈉的人工胃液,37℃下姜黃素在此釋放介質中的溶解度為80 mg·L-1,滿足漏槽條件。37℃恒溫水浴攪拌(轉速為100 r·min-1)。分別于0.5、1、2、4、6、8、12、24 h各個時間點取樣0.3 mL,并及時補充等溫的相同體積空白介質。微孔濾膜過濾,按照HPLC方法檢測姜黃素含量,并計算累積釋藥百分率(%)。
1.6姜黃素懸浮液和脂質體的體內(nèi)分布
1.6.1色譜條件 C18色譜柱(250 mm×4.6 mm,5 μm,大連依利特分析儀器公司);流動相:乙腈∶4%冰醋酸(48∶52),流速:1 mL·min-1,檢測波長:430 nm,柱溫:25℃。
1.6.2樣品預處理 將姜黃素溶解于1%羧甲基纖維素鈉中,配制成濃度為1 g·L-1的CUR混懸液,制得的CUR-L和RDP-CUR-L濃度均為1 g· L-1,CUR、CUR-L、RDP-CUR-L均按照姜黃素30 mg ·kg-1的劑量于小鼠尾靜脈注射給藥。
取昆明小鼠,禁食12 h,尾靜脈分別注射CUR、CUR-L、RDP-CUR-L,于0.25、0.5、1、2、4、6、8、12 h各個時間點分別取小鼠心、肝、脾、肺、腎、腦(每個時間點3只),用生理鹽水清洗后用濾紙吸干,剪碎,精密稱重,加入1mL生理鹽水,用組織勻漿器勻漿,加入1 mL乙酸乙酯,渦旋3 min,3 000 r·min-1離心10 min,精密吸取上清液,再加入相同體積的乙酸乙酯,萃取2次,合并上清液,氮氣吹干,加入10倍體積的流動相,超聲、渦旋使其充分溶解,過膜后進樣。
1.6.3方法學考察 專屬性:取小鼠心、肝、脾、肺、腎、腦各空白組織勻漿液0.3 mL,樣品處理后采用HPLC法分別進樣測定空白樣品、空白樣品加內(nèi)標及小鼠尾靜脈注射給藥后的樣品。
標準曲線:取小鼠空白組織勻漿液,精密加入姜黃素標準溶液,配制成1.6、3.1、6.2、12.5、25、50 mg·L-1系列濃度的樣品溶液,樣品處理后,以姜黃素的峰面積與樣品中姜黃素的濃度(C)進行線性回歸。
回收率與精密度:配制低、中、高濃度(3、12.5、50 mg·L-1)的姜黃素質控樣品,各5份,按“樣品處理”項下方法處理,進樣測定。以姜黃素的峰面積代入標準曲線方程,計算出姜黃素的濃度,與實際加入量比較,計算方法回收率,用以表示準確度;以相應低、中、高濃度的姜黃素對照品溶液直接進樣,以質控樣品中姜黃素峰面積與對照品溶液中姜黃素峰面積比較,計算提取回收率;1 d內(nèi)進樣測定5次,連續(xù)測定5 d,計算日內(nèi)RSD和日間RSD。
2.1脂質體的制備和表征
2.1.1導向化合物的合成 生物質譜分析反應產(chǎn)物DSPE-PEG-RDP的結果如Fig 1所示。RDP相對分子質量為3 671,DSPE-PEG-NHS分子質量為3 094,得到的產(chǎn)物DSPE-PEG-RDP相對分子質量約為6 800,說明導向化合物制備成功。
2.1.2脂質體的粒徑、zeta電位、分散度及包封率
CUR-L和RDP-CUR-L粒徑、zeta電位、分散度和包封率如Tab 2所示。結果表明,CUR-L粒徑為(81.20±5.13)nm,而RDP-CUR-L經(jīng)RDP修飾過后粒徑為(98.56±6.97)nm,分散性良好,包封率均大于85%,制備重現(xiàn)性較好。
Tab 2 Characteristics of liposome formulations(±s,n=3)
Tab 2 Characteristics of liposome formulations(±s,n=3)
Liposome Size/nm Zeta potential/mV PDI Entrapment efficiency/% CUR-L 81.20±5.13 -4.77±0.96 0.21±0.024 87.68±3.71 RDP-CUR-L 98.56±6.97?。?.94±0.47 0.27±0.02186.31±2.83
Fig 1 MALDI-TOF-MS spectrometry of DSPE-PEG-RDP with a peak at the m/z range around 6 800
2.1.3脂質體穩(wěn)定性 CUR-L和RDP-CUR-L 4℃冰箱放置60 d后,溶液依舊澄清透明,呈淡黃色乳光,與新制備時相比無明顯變化。不同時間點測其包封率,可以看出RDP修飾對姜黃素脂質體包封率影響不大,60 d后CUR-L和RDP-CUR-L的包封率仍然在80%左右,可見穩(wěn)定性良好。見Fig 2。
Fig 2 Entrapment efficiency of RDP-CUR-L at different time points(±s,n=3)
2.1.4導向化合物DSPE-PEG-RDP比例篩選 結果如Fig 3所示,當加入的DSPE-PEG-RDP為總摩爾量的1.0%時,RDP-CUR-L對U87細胞的抑制作用明顯優(yōu)于CUR-L(P<0.01)。隨著DSPE-PEG-RDP比例的增加,U87細胞的存活率逐漸降低,這表明在脂質體的PEG鏈端連接RDP能增強對U87細胞的抑制作用,當加入比例達5.0%時,RDP-CUR-L對U87細胞的抑制作用最強,與0.5%時相比差異有顯著性(P<0.05)。當比例超過1%時,RDP-CUR-L對U87細胞的抑制變化不明顯,表明繼續(xù)增加DSPE-PEG-RDP的量并不能提高RDP-CUR-L對U87細胞的抑制率。密度篩選實驗結果表明,DSPE-PEG-RDP的加入比例能影響脂質體的靶向效率。出于實驗效果和經(jīng)濟性考慮,選取加入比例為1.0%進行以下的實驗。
Fig 3 Cell inhibition rate of CUR-L and different density of peptide RDP modified liposomes against U87 cells(n=3)
2.1.5體外藥物釋放 由于姜黃素在水中幾乎不溶解,采用加入2%十二烷基硫酸鈉(SDS)的人工胃液為釋放介質,考察姜黃素制劑的釋藥情況。結果如Fig 4所示,CUR-L在前6 h內(nèi)大量釋放,累計釋放量接近60%,而后進入慢速釋放期,12 h釋放量約為80%,而RDP-CUR-L釋放在該釋放介質中較慢,6 h后釋放約45%,24 h后累積釋放量不到80%,表明RDP-CUR-L有著更好的緩釋作用。
Fig 4 In vitro release profiles in 2%SDS artificial gastric juice for CUR-L and DP-CUR-L(n=3)
2.2姜黃素懸浮液和脂質體的體內(nèi)分布
2.2.1方法學考察 在上述色譜條件下,方法專屬性良好,峰形良好,保留時間約為14 min,組織中的內(nèi)源性物質不干擾樣品測定,見Fig 5。樣品中的姜黃素在1.562 5~50 mg·L-1線性關系良好(r=0.999 4)。方法回收率為(95.87±4.98)%,高、中、低3個濃度的提取回收率分別為(94.79±1.94)%、(95.26±2.87)%和(95.18±1.78)%(n=5),日內(nèi)精密度和日間精密度小于15%,均符合生物樣品分析方法的要求。
Fig 5 HPLC chromatogram of three tissue samples
2.2.2體內(nèi)分布和腦靶向作用考察 小鼠尾靜脈注射CUR、CUR-L、RDP-CUR-L后不同時間各組織中的姜黃素分布見Fig 6。注射CUR后,隨著時間的推移,姜黃素在各個臟器中含量逐漸減少,姜黃素大量分布在肺、肝、腎等臟器中,心、脾中也有少量分布,然而由于血腦屏障的作用,腦部并未檢測到姜黃素。注射CUR-L后,由于易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)吞噬,姜黃素主要分布在肝、腎、肺中,在腦、脾中少量分布,而在心臟中沒有檢測到姜黃素。RDP-CUR-L經(jīng)尾靜脈給藥后大致分布與CUR-L類似,但在腦中檢測到大量的姜黃素,并且在小鼠體內(nèi)的滯留時間明顯延長,24 h仍然能在腦中檢測到姜黃素(Fig 7)。
脂質體作為藥物載體具有使藥物被動靶向網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)、延長藥物作用時間、減少藥物不良反應、提高療效等優(yōu)點[5]。表面經(jīng)柔性高分子PEG修飾,增大了脂質體的空間位阻,同時提高了膜表面親水性,使得其不易被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(reticular epithelial system,RES)攝取,因而PEG化的脂質體較普通脂質體更長效。
雖然脂質體經(jīng)PEG修飾后能夠延長在體內(nèi)的循環(huán)時間,增加在腫瘤組織中的聚集,但是由于“PEG dilemma”現(xiàn)象的存在[6],阻礙了腫瘤細胞對脂質體的內(nèi)吞,故在脂質體的PEG鏈端連接靶向配體如葉酸、轉鐵蛋白、抗-EGFR抗體等[7-10],使得靶向配體與腫瘤細胞過度表達的受體特異性結合,通過“配體-受體”特異性識別與結合作用,能夠促進細胞對載體的吞,增加藥物的抗腫瘤效果,并且可以定向地將藥物運送到靶部位,實現(xiàn)對腫瘤組織的“主動靶向”。
Fig 6 Tissue concentration of curcumin in mice after iv injection of CUR,CUR-L or RDP-CUR-L at different time points(n=3)
脂質體或者納米粒子表面修飾特異性配體或受體,主動靶向特定腫瘤組織的文獻已有大量報道。一些常見的細胞穿膜肽,如TAT、多聚Arg、轉運素,已被證實能夠在體外將核酸、蛋白等小分子物質轉導入培養(yǎng)的細胞[11]。Khafagy等[12]研究發(fā)現(xiàn),L-型穿膜肽penetratin可以明顯增加胰島素的滲透性,從而使其穿過鼻膜,并不會對鼻吸收黏膜上的細胞完整性造成明顯的破壞。據(jù)文獻報道,另一個從狂犬病毒糖蛋白衍生出的一個小肽與多聚Arg連接后,能夠輸送siRNA靶向性地進入中樞神經(jīng)系統(tǒng),導致相關基因沉默[13]。KaiPharmaceutical公司應用Tat引導蛋白激酶C抑制劑的蛋白調(diào)節(jié)子,用于腦缺血和急性心肌缺血的治療,并且已于2007年進入了Ⅱ期臨床試驗。
Fig 7 Curcumin distribution in brain of mice after iv injected with CUR-L and RDP-CUR-L at different time points(n=3)
然而,用細胞穿膜肽引導脂質體等納米載體進入特定的組織,特別是腦組織的文獻卻并不多見。普通CPPs雖然能介導各類分子入胞,但是其缺乏細胞特異性,而本實驗中所用的細胞穿膜肽RDP是一種來源于狂犬病毒糖蛋白RVG,并經(jīng)過結構改造而得到的一種能靶向中樞神經(jīng)系統(tǒng)、具有很強嗜神經(jīng)性的衍生肽,同時具有良好的穿膜特性和對神經(jīng)細胞的高度選擇性。實驗室前期研究已表明RDP能夠引導核酸、多肽等小分子物質入腦,而本實驗中通過體內(nèi)分布實驗證明了RDP連接的姜黃素脂質體在體內(nèi)運輸過程中沒有發(fā)生斷裂,確實能夠攜帶包裹了姜黃素的脂質體入腦,不僅僅擁有理論意義,也具有潛在的應用價值。這為腦部疾病的治療提供了新的思路。
(致謝:本實驗是在西南大學藥學院智能生物藥物課題組全體老師和同學的幫助和支持下完成的。)
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Brain targeting effect of PEGylated liposomes modified with RDP peptide
XIANG Song-tao,ZHAO Ming,SHI Xian-xun,F(xiàn)U Ai-ling
(College of Pharmaceutical Sciences,Southwest University,Chongqing 400716,China)
Abstract:Aim Targeted drug delivery in the brain is the necessary way for the treatment of brain diseases.In our study,a new peptide derived from the rabies vi-rus glycoprotein(RVG-derived peptide,RDP)was used as a targeted carrier to modify the curcumin stealth liposomes,and their characteristics and brain targeting effect were studied.Methods The curcumin liposomes were prepared by thin film dispersion.The release test in vitro was conducted to investigate their drug release.Curcumin distribution in several organs of mice was investigated by caudal vein injection of curcumin suspension liquid(CUR),curcumin lipo-somes(CUR-L),RDP modified curcumin stealth lipo-somes(RDP-CUR-L)via HPLC assay at different time points.Results The prepared stealth nano liposomes had a size of around 100 nm,and also had a good dis-persion and reproducibility.The entrapment efficiency was larger than 85%.After caudal vein injection of CUR,CUR-L and RDP-CUR-L in mice respectively,no curcumin was detected in brain of CUR group,and only a little was detected in CUR-L group.Neverthe-less,high concentration of curcumin was detected in RDP-CUR-L group.Conclusion RDP can deliver li-posome into the brain,which may provide a new meth-od for the treatment of brain diseases.
Key words:curcumin;RDP;liposomes;biodistribu-tion;cell-penetrating peptides;brain targeting
作者簡介:項松濤(1988-),男,碩士生,研究方向:神經(jīng)系統(tǒng)靶向藥物輸送,E-mail:singsong1988@126.com;付愛玲(1973-),女,博士,教授,研究方向:神經(jīng)藥理學、生物化學和分子生物學,通訊作者,Tel/Fax:023-682-51225,E-mail:fuailing1008@hotmail.com
基金項目:國家自然科學基金資助項目(No 81273416);教育部高?;究蒲袠I(yè)務費(No XDJK2013A030);教育部回國人員啟動基金[教外司留(2012)940號];教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃資助
收稿日期:2015-03-30,修回日期:2015-05-06
文獻標志碼:A
文章編號:1001-1978(2015)08-1136-06
doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2015.08.022