甘草次酸納米粒的制備、表征及其抗腫瘤活性研究

張麗娟 喻紅梅 張勇 龔寧波

摘 要 目的：制備和表征甘草次酸（GA）納米粒，并評價其體外抗腫瘤活性。方法：以聚乙烯吡咯烷酮K30為載體，使用反溶劑沉淀-冷凍干燥法制備GA納米粒。采用X射線衍射分析、紅外光譜分析、差示掃描量熱分析、粒度分析等方法對所制納米粒進行表征;采用高效液相色譜法測定納米粒中GA的溶解度和載藥量;采用MTT法考察GA原料藥及納米粒（GA劑量均為12.5、25、50、100、200 μmol/L）對人肝癌細胞HepG2的體外抑制活性并計算半數(shù)抑制濃度（IC50）。結(jié)果：所制納米粒中GA的X射線衍射特征峰和紅外特征吸收峰均消失，吸熱峰發(fā)生改變。納米粒的粒徑為（194.88±23.52） nm，低于原料藥的（2 592.33±207.51） nm;分散指數(shù)為0.24±0.04，高于原料藥的0.15±0.03;納米粒的平均載藥量為15.99%;溶解度由原料藥的（1.05±0.01） μg/mL升至（250.00±0.15） μg/mL。體外抗腫瘤試驗結(jié)果顯示，GA原料藥200 μmol/L組和納米粒各劑量組的細胞存活率均較空白對照組顯著降低，且GA納米粒各劑量組（除12.5 μmol/L組外）的細胞存活率均顯著低于同劑量原料藥組（P<0.01）;GA納米粒的IC50值為86.3 μmol/L，低于原料藥的364.4 μmol/L。結(jié)論：成功制得GA納米粒;所制納米粒粒徑小且分布均勻，溶解度增大且體外抗腫瘤活性增強。

關(guān)鍵詞 甘草次酸納米粒;反溶劑沉淀-冷凍干燥法;制備;表征;抗腫瘤活性;HepG2細胞

ABSTRACT ? OBJECTIVE： To prepare and characterize glycyrrhetinic acid （GA） nanoparticles， and to evaluate its in vitro anti-tumor activity. METHODS： Using PVP K30 as carrier， GA nanoparticles were prepared by anti-solvent precipitation and freeze-drying method. X-ray diffraction， infrared spectrum， differential scanning calorimetry and granularity analysis were used to characterize the nanoparticles; HPLC method was used to measure the solubility and drug-loading amount of GA in the nanoparticles. MTT method was used to assay the in vitro inhibition activity of GA raw material and nanoparticles （GA doses were 12.5， 25， 50， 100， 200 μmol/L） on human liver cancer cell HepG2 and calculate its IC50. RESULTS： The characteristic peaks of X-ray diffraction and infrared absorption of GA disappeared in the nanoparticles and the endothermic peak changed. The particle size of the nanoparticles was （194.88±23.52） nm， which was lower than （2 592.33±207.51） nm of raw material. The dispersion index was 0.24±0.04， which was higher than 0.15±0.03 of raw material. The average drug-loading amount of GA was 15.99%. Moreover， the solubility of nanoparticles increased from （1.05±0.01） μg/mL to （250.00±0.15） μg/mL. The results of antitumor test in vitro showed that the cell survival rates in the group of GA raw material 200 μmol/L and GA nanoparticles groups were significantly lower than that in blank control group， and the cell survival rates of GA nanoparticles groups （except for 12.5 μmol/L group） were significantly lower than that of same dose group of raw material （P<0.01）. IC50 of GA nanoparticles was 86.3? ? ? ? ? ?μmol/L， which was lower than 364.4 μmol/L of raw material. CONCLUSIONS： GA nanoparticles are prepared successfully; the prepared nanoparticles have small size and uniform distribution， and the solubility are increased and antitumor activity in vitro are enhanced.

KEYWORDS? ?Glycyrrhetinic acid nanoparticle; Anti-solvent precipitation and freeze-drying method; Preparation; Charac- terization; Anti-tumor activity; HepG2 cells

甘草次酸（Glycyrrhetinic acid，GA）是一種由從豆科植物甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、脹果甘草（G. inflata Bat.）或光果甘草（G. glabra L.）的干燥根和根莖中提取的甘草酸經(jīng)水解后精制得到的五環(huán)三萜類化合物[1]。藥理研究證實，GA及其衍生物可通過誘導腫瘤細胞的凋亡和分化、阻滯細胞周期、抑制腫瘤細胞多藥耐藥以及抑制促癌劑的誘癌作用等途徑來發(fā)揮對肝癌[2]、皮膚癌[3]、結(jié)腸癌[4]、乳腺癌[5]、卵巢癌[6]、胃癌[7]及白血病[8]等多種腫瘤細胞系體外生長的抑制作用，且對正常體細胞的毒性較小[9];研究還發(fā)現(xiàn)，GA具有抗病毒、抗菌、抗?jié)儭⒈８巫o肝、降血糖、降血脂、抗氧化和改善內(nèi)分泌異常等多種生物活性[10]。此外，GA在工業(yè)中也有廣泛應(yīng)用，可用于合成天然防腐劑、天然增色劑、天然增稠劑和防曬養(yǎng)護品等[11]。但由于該化合物的水溶性較差，導致其在臨床藥物研發(fā)等領(lǐng)域的應(yīng)用受到了一定的限制。

納米制劑是近年來的藥劑學研究熱點之一，可有助于增強藥物緩控釋性能、靶向定位作用及生物利用度，并提高患者的服藥依從性[12-13]。納米粒是指粒徑大小為10～1 000 nm的固體膠體顆粒，可由脂類或高分子聚合物制備而成，具有制備過程簡單、物理穩(wěn)定性高、藥物釋放穩(wěn)定等特點[14]。與脂質(zhì)體相比，納米粒所用賦形劑較少;與傳統(tǒng)劑型相比，納米粒生物相容性好、溶解度高，具有可緩控釋及靶向傳遞等優(yōu)點[14];此外，納米粒還具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，可將藥物包裹于其中，避免被機體降解或消除，是促進藥物分布和吸收的優(yōu)良載體[15]。由此可見，將難溶性藥物制成納米?？山鉀Q其溶解度和溶出度問題，有助于改善藥物在體內(nèi)的分布、提高其口服生物利用度。

納米粒的常用制備方法包括反溶劑沉淀法、高壓均質(zhì)法、介質(zhì)研磨法等，其中以反溶劑沉淀法較為常用[16]。聚乙烯吡咯烷酮（PVP，如PVP K30）是一種高分子聚合物，呈無定型態(tài)，既溶于水又溶于多種有機溶劑，增溶作用優(yōu)、絡(luò)合作用強、分散效果好，且廉價易得，同時兼具優(yōu)異的溶解性和良好的生物相容性，是一種理想的載體材料[17]。本研究以PVP K30為載體，采用反溶劑沉淀-冷凍干燥法制備GA納米粒，借助X射線衍射法、紅外光譜法、差示掃描量熱法對其進行表征，采用高效液相色譜法（HPLC）測定納米粒中GA的含量，并采用MTT法測定GA納米粒的抗腫瘤活性，以期為GA的應(yīng)用及其相關(guān)制劑的開發(fā)提供參考。

1 材料

1.1 儀器

Zetasizer Nano S90型納米粒度分析儀（英國Malvern公司）;D/max-2550型X射線粉末衍射儀（日本Rigaku公司）;DSC-1型差示掃描量熱儀（瑞士Mettler Toledo公司）、Spectrum 400型傅里葉紅外光譜儀（英國PerkinElmer公司）;1200型HPLC儀（美國Angilent公司）;FDU-1100真空冷凍干燥機（日本Eyela公司）;ZHWY-103D型恒溫振蕩器（上海智城分析儀器制造有限公司）;RHD S025型磁力攪拌儀（德國IKA公司）;HERAcell VIOS 160i型細胞培養(yǎng)箱（美國Thermo Fisher Scientific公司）;Synergy Mx型多功能微孔板檢測儀（美國BioTek公司）。

1.2 藥品與試劑

GA原料藥[南京澤朗醫(yī)藥科技有限公司，批號：20180729，純度（HPLC法檢測）：≥98.5%];GA對照品（中國食品藥品檢定研究院，批號：110723-201413，純度：99.6%）;PVP K30（西安天正藥用輔料有限公司）;MTT檢測試劑盒（江蘇凱基生物技術(shù)股份有限公司，批號：KGA311）;二甲基亞砜（DMSO）（細胞培養(yǎng)級，美國Thermo Fisher Scientific公司）;胎牛血清（FBS）、0.25%胰蛋白酶、青鏈霉素雙抗混合液（100×）、MEMα培養(yǎng)基均購自美國Gibco公司;甲醇和乙腈均為色譜純，其余試劑均為分析純，水為純凈水。

1.3 細胞

人肝癌細胞HepG2購自中國科學院上海生科院細胞資源中心。

2 方法與結(jié)果

2.1 GA納米粒的制備

采用反溶劑沉淀-冷凍干燥法制備納米粒。稱取PVP K30 40 mg，加水20 mL使溶解，制成穩(wěn)定劑;稱取GA原料藥50 mg，溶于甲醇5 mL中，得GA-甲醇溶液，備用。于室溫條件下，將上述穩(wěn)定劑20 mL置于磁力攪拌儀中，以3 000 r/min攪拌，隨后將GA-甲醇溶液緩慢注入其中，繼續(xù)攪拌10 min，得GA納米混懸液。將上述混懸液濾過并減壓濃縮至原體積的1/3，經(jīng)冷凍干燥后，即得GA納米粒78 mg。

2.2 GA納米粒的表征

2.2.1 X射線衍射分析 分別稱取GA原料藥、PVP K30、“2.1”項下所制GA納米粒各50 mg，研磨，過200目篩。取上述粉末各適量，置于樣品架中，采用X射線粉末衍射儀檢測。檢測條件：Cu-K輻射，石墨單色器，θ/2θ連續(xù)掃描，電壓40 kV，電流150 mA，掃描速度8°/min，步長0.02°，掃描范圍3°～40°。結(jié)果，GA原料藥在5.6°、6.8°、9.8°、13.8°、14.6°、15.1°、17.5°、19.8°處均有較強衍射峰，表明其以晶體形式存在（見圖1A）;PVP K30僅在11.7°、20.4°處各有1個彌散衍射峰，表明PVP K30以無定型態(tài)存在（見圖1B）;在GA納米粒的衍射圖譜中，GA的特征峰消失，僅在19.7°處出現(xiàn)1個彌散衍射峰，提示GA可能與PVP K30形成了新的物相（見圖1C）。

2.2.2 紅外光譜分析 分別稱取GA原料藥、PVP K30、“2.1”項下所制GA納米粒各5 mg，使用傅里葉紅外光譜儀進行檢測。檢測條件：光譜掃描范圍4 000～650 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)16次。結(jié)果，GA原料藥在? ? ? 3 434 cm-1（羥基）、2 945 cm-1（亞甲基）、1 701 cm-1（羧基）、1 660 cm-1（羰基）、1 384 cm-1（甲基）、1 176 cm-1（亞甲氧基）處均可見明顯特征峰（見圖2A）;PVP K30在? ? ?1 651 cm-1（羰基）、1 285 cm-1（叔氨基）處有明顯特征峰（見圖2B）;而在GA納米粒的紅外光譜中，GA原料藥的羥基與羰基的特征吸收峰均消失，圖譜與PVP K30相似，且在3 356 cm-1處可見吸收峰，提示GA可能與PVP以氫鍵結(jié)合（見圖2C）。

2.2.3 差示掃描量熱分析 分別稱取GA原料藥、PVP K30、“2.1”項下制得的GA納米粒各3～5 mg，以鋁制坩堝裝樣后，采用差示掃描量熱儀進行檢測。檢測條件：溫度掃描范圍30～320 ℃，升溫速率10 ℃/min。結(jié)果，GA原料藥在295 ℃處可見明顯的吸熱熔點峰（見圖3A）;PVP K30在106 ℃處有1個較寬的吸熱峰（見圖3B）;GA納米粒則無明顯熔點峰，但在69、187 ℃處有2個較寬的吸熱峰，亦證明了新物相的形成（見圖3C）。

2.2.4 粒度分析 分別稱取GA原料藥、“2.1”項下所制GA納米粒各5 mg，用適量水稀釋后，使用納米粒度分析儀測定其粒徑。每種樣品平行測定3次。結(jié)果，GA原料藥的平均粒徑為（2 592.33±207.51） nm，分散指數(shù)為0.15±0.03;GA納米粒的平均粒徑為（194.88±23.52） nm，PDI為0.24±0.04，表明GA與PVP K30形成了納米粒，且粒度分散均勻，詳見圖4。

2.3 含量測定方法的建立

采用HPLC法測定納米粒中GA的含量。

2.3.1 色譜條件 色譜柱：AQ-C18（250 mm×4.6 mm，5? μm）;流動相：乙腈-0.2%磷酸水溶液（90 ∶ 10，V/V）;流速：1.0 mL/min;檢測波長：250 nm;柱溫：25 ℃;進樣量：10 μL。

2.3.2 溶液的制備 對照品貯備液：精密稱取GA對照品50 mg，用甲醇定容至50 mL量瓶中，制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL的對照品貯備液。供試品溶液：分別精密稱取GA原料藥及納米粒各30 mg，加水5 mL超聲（功率：300 W，頻率：50 Hz）處理20 min后，制成過飽和溶液，置于37 ℃的恒溫振蕩器中以100 r/min振搖12 h，所得溶液靜置30 min后，經(jīng)0.22 μm微孔濾膜濾過，即得供試品溶液。陰性對照溶液：取PVP K30適量，按上述供試品溶液配制方法制備，即得。

2.3.3 專屬性試驗 取GA對照品溶液（取“2.3.2”項下GA對照品貯備液用流動相溶解，質(zhì)量濃度為50 μg/mL）、GA納米粒供試品溶液、陰性對照溶液各適量，按“2.3.1”項下色譜條件進樣測定，記錄色譜圖。結(jié)果，GA對照品及其納米粒在相同保留時間處均有類似的色譜峰，且PVP K30對定量分析無干擾，詳見圖5。

2.3.4 標準曲線的繪制 精密量取“2.3.2”項下GA對照品貯備液適量，用甲醇稀釋，制成質(zhì)量濃度分別為1 000、500、200、100、50、10、5 μg/mL的GA系列標準溶液，按“2.3.1”項下色譜條件進樣測定，記錄峰面積。以待測物質(zhì)量濃度（x，μg/mL）為橫坐標、峰面積（y）為縱坐標進行線性回歸，得回歸方程為y=12.63x-57.67（R2=0.998 4）。結(jié)果，GA檢測質(zhì)量濃度的線性范圍為5～? 1 000 μg/mL。

2.3.5 檢測限與定量限 取“2.3.4”項下質(zhì)量濃度為50 μg/mL的GA標準溶液適量，用甲醇稀釋，以信噪比3 ∶ 1、10 ∶ 1分別計算檢測限和定量限。結(jié)果，GA的檢測限為1 μg/mL，定量限為4 μg/mL。

2.3.6 精密度試驗 精密量取“2.3.2”項下GA對照品貯備液2 mL，用甲醇定容至10 mL量瓶中，制成質(zhì)量濃度為200 μg/mL的標準溶液，按“2.3.1”項下色譜條件連續(xù)進樣測定6次，記錄峰面積，考察精密度。結(jié)果，GA峰面積的RSD為0.32%（n=6），表明儀器精密度良好。

2.3.7 重復性試驗 取GA納米粒共6份，分別按“2.3.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.3.1”項下色譜條件進樣測定，記錄峰面積，按標準曲線法計算GA含量。結(jié)果，GA含量的RSD為1.26%（n=6），表明本方法重復性良好。

2.3.8 穩(wěn)定性試驗 取GA納米粒適量，按“2.3.2”項下方法制備供試品溶液，分別于室溫放置0、6、12、24、48、72 h時按“2.3.1”項下色譜條件進樣測定，記錄峰面積。結(jié)果，GA峰面積的RSD為1.17%（n=6），表明供試品溶液在室溫下放置72 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.3.9 加樣回收率試驗 精密稱取已知含量的GA納米粒適量，共9份，分別按已知量的120%、100%、80%加入GA對照品，用甲醇定容至10 mL，制得相應(yīng)溶液，再按“2.3.1”項下色譜條件進樣測定，記錄峰面積并計算加樣回收率。結(jié)果，不同加樣量樣品的平均回收率分別為98.78%、98.89%、98.84%，RSD均小于1%（n=3），詳見表1。

2.4 溶解度的測定

取GA原料藥和GA納米粒各適量，按“2.3.2”項下方法制備供試品溶液，再按“2.3.1”項下色譜條件進樣分析，記錄峰面積。以標準曲線法計算GA含量，并計算溶解度：溶解度（μg/mL）=溶質(zhì)質(zhì)量/溶劑體積。每種樣品平行測定3次。結(jié)果，GA原料藥在水中的溶解度為（1.05±0.01） μg/mL;制成納米粒后，GA的溶解度為（250.00±0.15） μg/mL，提示納米粒對GA的增溶效果明顯。

2.5 載藥量的測定

精密稱取GA納米粒5 mg，共3份，加甲醇5 mL，按“2.3.2”項下供試品溶液制備方法處理后，再按“2.3.1”項下方法進樣分析，記錄峰面積。采用標準曲線法計算含量，并計算載藥量：載藥量（%）=m游離/m總×100%（式中，m游離、m總分別為游離GA和GA納米粒的質(zhì)量）[16]。結(jié)果，3份GA納米粒的載藥量分別為16.01%、15.92%、16.03%，平均載藥量為15.99%（RSD=0.06%，n=3）。

2.6 GA納米粒的體外抗腫瘤活性研究

采用MTT法測定。將HepG2細胞接種于MEMα完全培養(yǎng)基（即含10%FBS、1%青鏈霉素雙抗混合液的MEMα培養(yǎng)基，下同）中復蘇后，穩(wěn)定傳代2次。取傳代后處于對數(shù)生長期的細胞，按1.0×105個/mL以100 μL/孔接種至96孔板中，置于5% CO2、37 ℃細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h后，替換培養(yǎng)基為含0.5%FBS的MEMα培養(yǎng)基，孵育過夜，將細胞隨機分為空白對照組（DMSO）和給藥組（GA原料藥及納米粒的終濃度分別均為12.5、25、50、100、200 μmol/L，以GA計;劑量設(shè)置參考本課題組前期預試驗結(jié)果和含量測定結(jié)果），每組設(shè)3個復孔。吸棄上清液，空白對照組加入含0.1%DMSO的MEMα完全培養(yǎng)基100 μL，各給藥組加入含相應(yīng)藥物的MEMα完全培養(yǎng)基100μL，置于5% CO2、37 ℃細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h;向各孔中加入MTT試劑50 μL，于37 ℃孵育4 h;吸棄上清液，向各孔中加入DMSO 150 μL，于37 ℃恒溫振蕩器中以500 r/min振搖5 min后，采用多功能微孔板檢測儀于490 nm波長處檢測各孔的光密度（OD）值。上述試驗重復3次。以空白對照組為100%，計算細胞存活率：細胞存活率（%）=（各藥物組平均OD值/空白對照組平均OD值）×100%，并計算半數(shù)抑制濃度（IC50）。

采用GraphPad Prism 5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料均以x±s表示，組間比較采用t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。結(jié)果顯示，與空白對照組比較，GA原料藥200 μmol/L組和GA納米粒各劑量組的細胞存活率均顯著降低，且GA納米粒組（除12.5 μmol/L組外）顯著低于同劑量GA原料藥組（P<0.01）;GA原料藥及納米粒的IC50值分別為364.4、86.3 μmol/L，前者是后者的4.2倍。GA原料藥及納米粒對HepG2細胞的抑制作用見表2，兩者的抑制曲線見圖6。

3 討論

納米技術(shù)的發(fā)展為藥物輸送系統(tǒng)的研究提供了新的思路和方向。目前，腫瘤的臨床治療以手術(shù)治療為主，并輔以化療、放療和生物治療，而固體脂質(zhì)納米粒是腫瘤治療中最有應(yīng)用前景的納米載體，除可改善化療藥物溶解度和生物利用度外，還可克服其靶向性不佳的缺點[18]。

GA生物活性多樣且應(yīng)用廣泛，但由于該化合物較低的溶解度使得其應(yīng)用受到了一定的限制[2-11]。為改善GA的溶解度和生物利用度，并將其制成適宜的制劑類型，國內(nèi)外學者進行了多方面的嘗試和研究[19-20]，常見的劑型包括微晶纖維素微丸[21]、聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）微球[22]、脂質(zhì)凝膠[23]、脂質(zhì)混懸劑[24]、長循環(huán)固體脂質(zhì)納米粒[25]等?？紤]到納米粒制備過程簡單、物理穩(wěn)定性高、藥物釋放穩(wěn)定、所用賦形劑少、不易被機體降解或消除等優(yōu)點[14-15]，本研究擬將GA制成納米粒。PVP作為一種合成水溶性高分子化合物，具有優(yōu)良的生理惰性，不參與人體新陳代謝，同時具有優(yōu)良的生物相容性，是一種理想的納米粒穩(wěn)定劑[26]。因此，本研究選擇常用的PVP K30為載體材料。

與介質(zhì)研磨法和高壓均質(zhì)法等耗能過程相比，反溶劑沉淀法具有低耗能、操作簡單等優(yōu)點，同時還具有溶劑選擇范圍較廣、溫度適用范圍大的優(yōu)勢，是一種常用的藥物納米粒制備方法[27]。與傳統(tǒng)的反溶劑沉淀法相比，本研究還增加了冷凍干燥的處理步驟，以保證制備的納米粒粒徑小、分布均勻[28]。在制備GA納米粒的基礎(chǔ)上，本研究采用X射線衍射法、紅外光譜法、差示掃描量熱法、粒度分析等方法對所得納米粒進行表征;采用HPLC法測定了GA原料藥與納米粒的溶解度，并同法測定了納米粒中GA的載藥量;同時，采用MTT法比較了GA原料藥與納米粒對人肝癌細胞HepG2細胞增殖的影響。

結(jié)果顯示，本研究所制GA納米粒中GA的X射線衍射特征峰和紅外特征吸收峰均消失，吸熱峰發(fā)生改變;納米粒的粒徑為（194.88±23.52） nm，低于原料藥的 （2 592.33±207.51） nm;PDI為0.24±0.04，高于原料藥的0.15±0.03;納米粒的平均載藥量為15.99%，溶解度由原料藥的（1.05±0.01） μg/mL升至（250.00±0.15） μg/mL。體外抗腫瘤試驗結(jié)果顯示，GA原料藥200 μmol/L組和GA納米粒各劑量組（12.5、25、50、100、200 μmol/L）的細胞存活率均較空白對照組顯著降低，且除12.5 μmol/L組外其余GA納米粒劑量組的細胞存活率均顯著低于同劑量GA原料藥組;GA納米粒的IC50值為86.3 μmol/L，低于原料藥的364.4 μmol/L。這提示反溶劑沉淀-冷凍干燥法所制納米粒粒徑小且分布均勻;將GA制成納米粒可明顯提高藥物的溶解度，并可增強藥物對人肝癌細胞HpG2的體外抑制活性。

綜上所述，本研究成功制備了GA納米粒;所制納米粒粒徑小且分布均勻，溶解度增大且體外抗腫瘤活性增強。本研究為GA的開發(fā)利用提供了新的研究思路，也為GA納米粒藥動學及靶向制劑等研究奠定了基礎(chǔ)。

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（收稿日期：2019-12-26 修回日期：2020-04-24）

（編輯：張元媛）