豬繁殖調(diào)控激素藥物劑型研發(fā)與應(yīng)用進展

陳曉麗，宋 真，王玉燕，田見暉，王 棟

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，吉林長春 130118；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；3.全國畜牧總站，北京 100125；4.陽信縣畜牧獸醫(yī)服務(wù)中心，山東濱州 251800；5.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

近年來，規(guī)?；B(yǎng)殖逐漸增多，養(yǎng)殖效率和管理水平成為我國養(yǎng)豬業(yè)面臨的重要瓶頸[1]。傳統(tǒng)養(yǎng)豬生產(chǎn)，母豬性周期隨機分布，豬群配種、產(chǎn)仔、育肥豬上市等生產(chǎn)活動難以批次化，影響了養(yǎng)殖效益[2]。當(dāng)前，非洲豬瘟仍然存在，基于繁殖調(diào)控的批次化生產(chǎn)技術(shù)可以使養(yǎng)殖者在批次間充分消毒防疫，切斷病原微生物傳播[3]。批次化生產(chǎn)技術(shù)已普遍應(yīng)用于歐美發(fā)達國家養(yǎng)殖生產(chǎn)，也成為我國養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的重要趨勢。但不同劑型的給藥方式不同，作用效果也不同。藥物劑型是為適應(yīng)治療或預(yù)防需要而制備的不同給藥形式，以孕激素等繁殖調(diào)控藥物為例，針對不同使用方法開發(fā)了片劑、針劑、陰道栓等多種劑型，其中，為達到低成本效果，研制出的凝膠栓、硅膠栓等若干栓劑類型還可因為緩釋作用、一次給藥而獲得較長藥效，提升了母畜繁殖和管理效率，促進了定時輸精技術(shù)推廣應(yīng)用[4-5]。但用于母豬繁殖調(diào)控的烯丙孕素只有口服液一種劑型，由于母豬卵泡發(fā)育數(shù)量和速度的個體差異，為實現(xiàn)預(yù)定時間內(nèi)定時輸精，并使各處理母豬盡可能多排卵，生產(chǎn)中常在烯丙孕素處理后再依次肌注孕馬血清促性腺激素（PMSG）和促性腺激素釋放激素（GnRH），以實現(xiàn)排卵同步化[6]。然而，烯丙孕素需每天定時口服，多日連續(xù)給藥，費時費力，且難以避免胃酸的藥物破壞作用。研發(fā)烯丙孕素長效緩釋劑型，改變給藥途徑，提高藥物作用效果，降低投藥成本，是批次化生產(chǎn)技術(shù)示范推廣的重要前提。為此，本文綜述了激素藥物主要劑型的發(fā)展歷程及其優(yōu)缺點，以及緩釋新材料的研究進展，為烯丙孕素等激素藥物緩釋劑型研發(fā)提供理論參考。

1 烯丙孕素在豬上的應(yīng)用

烯丙孕素（又名四烯雌酮），是一種專門用于性成熟后備母豬同期發(fā)情調(diào)控的人工合成甾體類孕激素，1990 年由食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)在美國上市銷售。目前，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)和寧波三生生物有限公司聯(lián)合研發(fā)了烯丙孕素新獸藥，填補了我國該項藥物空白，并獲得了內(nèi)服溶液生產(chǎn)許可證[7]。通過對后備母豬連續(xù)14 d 或18 d 飼喂烯丙孕素，可使處理母豬卵泡發(fā)育停滯在同一階段，停藥后所有處理母豬卵泡同時發(fā)育[8-9]。研究表明，按照20 mg/d 的劑量飼喂烯丙孕素，母豬卵泡囊腫發(fā)生率最低，連續(xù)飼喂18 d 比14 d 同期化效率更高[10-11]。烯丙孕素內(nèi)服溶液已成為全世界主要生豬養(yǎng)殖國家調(diào)控母豬同期發(fā)情，實現(xiàn)批次化生產(chǎn)的必需藥品。然而，母豬口服給藥增加了生產(chǎn)成本，且口服不能兼顧母豬個體體質(zhì)及生理狀態(tài)差異的影響；此外，口服液生產(chǎn)、保管、使用過程中不可避免地會受到高溫、光照、胃酸等理化因素的不良影響。因此，優(yōu)化烯丙孕素使用方案，以獲得最佳使用劑量和最短給藥天數(shù)，成為降低成本、促進產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的首要問題，烯丙孕素新劑型研發(fā)作為節(jié)本增效的最可能途徑，已成為未來關(guān)注的焦點[12-14]。栓劑、微球等緩釋制劑可增加藥效持續(xù)時間，減少給藥頻率，大幅降低工作量，有可能成為本藥品未來劑型研發(fā)的重要方向。

2 緩釋制劑對烯丙孕素新劑型研究的啟發(fā)

2.1 激素藥物栓劑 研究表明，陰道栓、凝膠或霜劑等陰道給藥方式是切實可行的黃體酮非口服給藥途徑，陰道給藥后，激素經(jīng)陰道黏膜吸收后，可直接轉(zhuǎn)運至子宮，發(fā)揮“子宮首關(guān)效應(yīng)”[15]。其中，孕激素陰道栓在牛羊養(yǎng)殖上應(yīng)用較普遍，主要有硅膠環(huán)螺旋栓劑（Progesterone Intravaginal Device，PRID）與T 型硅膠栓劑（Controlled Internal Drug Release，CIDR）2 種，這些栓劑采用硬塑料或不銹鋼彈簧片作為支撐骨架，外面包被上發(fā)泡的硅橡膠。制作栓劑時，先采用特殊工藝將孕激素溶解于硅橡膠中，再將融有藥品的硅橡膠塑化為發(fā)泡狀態(tài)。陰道栓被投放到牛羊陰道后，在陰道黏液浸潤下，脂溶性藥品從硅橡膠微孔中逐漸釋放出來（孕激素與雌激素混合物被安放于PRID 栓前端的速溶膠囊中）[16]。但由于硅膠陰道栓制作工藝要求高，成本昂貴。為此，有人將海綿塊吸收孕激素或其類似物藥液，烘干制成羊海綿陰道栓，該產(chǎn)品制作工藝簡單，成本較低，但海綿栓應(yīng)用時易產(chǎn)生陰道炎，甚至有粘連陰道壁現(xiàn)象。張長興等[17]和權(quán)凱等[18]研制了一種脫脂棉栓，將孕激素吸附于棉栓中，放于陰道調(diào)節(jié)母羊性周期活動，結(jié)果顯示，棉栓性價比明顯優(yōu)于海綿栓，同期發(fā)情效果相當(dāng)于進口硅膠栓。

陰道栓劑的巨大應(yīng)用潛在市場也吸引了新材料領(lǐng)域的關(guān)注，羥基丁酸酯-羥基戊酸酯共聚物作為一種可降解的組織工程材料，與45%～46%聚己內(nèi)酯（PCL）混合制備牛陰道栓，體外實驗可維持孕酮釋放達16 d（＞1 ng/mL）之久，與硅膠栓效果相當(dāng)[19]。也有研究將黃體酮與高分子材料聚已內(nèi)酯（PCL）和聚乳酸（PLA）（2:8，w/w）制成3D 打印的環(huán)狀物，藥物穩(wěn)定性幾乎不受影響，體外緩釋實驗表明，藥物釋放穩(wěn)定，接近機體正常釋放規(guī)律，且緩釋可長達7 d[20]。該探索表明，利用固體分散體、環(huán)糊精包合物、納米顆粒等多種緩釋材質(zhì)，根據(jù)動物陰道生理結(jié)構(gòu)特點，可制備出滿意的3D 打印緩釋劑型，為藥物緩釋研究開辟了新思路[21]。

然而，由于豬陰道結(jié)構(gòu)不同于牛羊，沒有陰道穹隆，且陰道黏膜較脆弱[22]，不宜長時間放置栓劑，所以，很少見到豬栓劑產(chǎn)品報道，相關(guān)研究多集中于如何簡化母豬同期發(fā)情調(diào)控方式，如將GnRH 類似物承載于多聚物上外陰注射，或制成GnRH 類似物凝膠（商品名OvuGel，美國JBS 聯(lián)合動物保健公司），陰道灌注給藥40～48 h 后，對斷奶母豬單劑量定時人工授精，可達良好效果[23]。也有研究聚焦于溫敏凝膠（應(yīng)用于避孕栓），這種凝膠材料配制好后，25℃室溫下呈液體溶膠狀態(tài)，隨溫度升高逐漸由液相向固相轉(zhuǎn)變，當(dāng)溫度達32.6℃時，彈性模量及黏性模量開始趨向平緩，當(dāng)接近體溫時轉(zhuǎn)換成較強彈性特征的半固體凝膠形態(tài)，更適用于黏膜給藥[24-25]。殼聚糖就是一種常見的溫敏凝膠材料，有良好的生物降解性、生物相容性、無毒與抑菌性，是一種優(yōu)良的生物黏附性材料，可用于藥物緩釋[26]。聚卡波菲也是一種凝膠緩釋材料，將8%（w/w）微粉化黃體酮水包油型乳液分散在聚卡波菲基質(zhì)中，制成黃體酮陰道緩釋凝膠，陰道給藥后，聚卡波菲會像強力膠一樣黏附于陰道壁，其乳液儲庫中的黃體酮會連續(xù)從油相釋放到水相，從而被陰道表皮吸收[27]。但凝膠類緩釋時長僅3 d 左右，對于需連續(xù)給藥14 d 或18 d 的烯丙孕素等激素藥物，有一定局限性。

2.2 激素藥物植入型控釋制劑 植入控釋給藥系統(tǒng)（ICRDDS）是一類經(jīng)手術(shù)植入皮下或經(jīng)穿刺針導(dǎo)入皮下的控制釋藥制劑。1937 年，Deansley 等[28]將藥丸（片）植于皮下組織，通過緩慢釋藥而起長效作用，發(fā)明了植入型控釋技術(shù)，其藥物載體最初僅采用單一硅橡膠，現(xiàn)已研發(fā)出PCL、聚酸酐、PLA、聚氨基酸等數(shù)十種高分子生物降解性材料。1966 年，Dziuk 等[29]首次觀察到甾類化合物能以一定的速率通過硅橡膠管壁，開啟了硅橡膠緩釋基質(zhì)的歷史，含有甾類化合物的緩釋硅膠囊逐漸被廣泛用于各種埋置實驗和臨床研究，并研發(fā)出國際公認的皮下埋置高效避孕方法。給去勢狗埋置7.5 cm 性激素緩釋硅膠囊，能很好地控制實驗狗體內(nèi)性激素水平[30]。2006 年，以乙烯-醋酸乙烯酯為載體的單根型皮下埋置劑依托孕烯（一種口服避孕藥，去氧孕烯的生物活性代謝物）經(jīng)美國FDA 批準(zhǔn)上市，2012 年在我國正式上市，使用效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)左炔諾銅皮下埋置劑（6 根和2 根劑型）[31]。PCL 具有生物降解性、藥物通透性、生物相容性等優(yōu)點，該載體材料內(nèi)裝左炔諾孕酮（LNG）研發(fā)出了新一代長效抗生育埋植劑CaproF[32]。最新研究顯示，將承載孕酮的高分子材料聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA）和PLA 澆鑄成微針貼，貼在皮膚上幾秒鐘后移除背貼，微針則保留在皮膚中。由可降解聚合物制成的微針可在體內(nèi)緩慢、安全地釋放左炔諾孕酮數(shù)周或數(shù)月[33]。此外，美國Innovative Research of America（IRA）公司研制出動物專用皮下嵌入式緩釋片，并可根據(jù)劑量和釋放速率要求，定制不同規(guī)格。然而，關(guān)于IRA 植入型雌二醇長效緩釋藥片的研究發(fā)現(xiàn)，該藥片不能達到預(yù)期釋放量[34]。所以，雖然載藥基質(zhì)可根據(jù)不同藥物定制，但是否適用于烯丙孕素還有待于更深入地研究。

2.3 藥物緩釋微球制劑 微球給藥系統(tǒng)，通過溶劑溶解、乳化、高速分散等系列工藝技術(shù)途徑，將藥物吸附或分散在高分子聚合物基質(zhì)中，最終形成1～250 μm粒徑大小的球形或類球形載藥微粒，常用于生產(chǎn)水針劑，或生產(chǎn)內(nèi)服溶液，而動物口服給藥無法把控準(zhǔn)確劑量、藥品無法避免消化酶作用，應(yīng)用中多優(yōu)選注射給藥方式。據(jù)此用微球建立的緩釋劑減少了給藥次數(shù)、延長了藥品時效。

殼聚糖、透明質(zhì)酸、海藻酸鹽等天然高分子生物材料，取材方便[35]。其中，殼聚糖生物活性強、抑菌、可降解，無毒且易溶于水，在達到緩控效應(yīng)的同時，殼聚糖微球可以改變給藥途徑，降低藥物不良反應(yīng)[36]。海藻酸鹽是一種天然線性多糖，是高吸濕性和凝膠性藥物黏附載體，可通過改變藥物/聚合物比例和濃度，改變藥物釋放速率[37]。由于具有生物相容性、可降解性、無毒性和非免疫原性等優(yōu)點，透明質(zhì)酸被用于建立微粒、膠束、脂質(zhì)體、水凝膠等載藥微粒遞送系統(tǒng)[38]。

除上述天然高分子材料外，一些纖維素類衍生物半合成分子材料，也因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、緩釋速度可控、易于合成，可滿足各類藥物制備要求，使PLGA、PLA、聚乙醇酸（PGA）、聚氨基酸、聚合酸酐等合成材料越來越廣泛應(yīng)用于緩釋微粒載藥系統(tǒng)制備[39-40]。其中，PLGA 是一種由乳酸與羥基乙酸以不同比例聚合而成的高分子聚合物，理化性能優(yōu)異且可在生物體內(nèi)最終被降解為 H2O 和CO2。

近年來PLGA 正被大量用作微球控釋系統(tǒng)骨架材料，尤其是對于半衰期短或口服生物利用度低而又需長期使用的藥物來說，PLGA 微球控釋系統(tǒng)可發(fā)揮較好的控釋效果，使藥物在幾周或幾個月內(nèi)以一定速率控制釋放，以維持有效血濃度，減少給藥次數(shù)[41]。獸醫(yī)上主要被用于疫苗制備。承載免疫原性模型蛋白（IgY）PLGA 微球的腸相關(guān)淋巴組織免疫應(yīng)答研究，檢測到了實驗豬血清IgY 特異性抗體，據(jù)此推測，PLGA 微球可能是一種潛在的抗原口服給藥系統(tǒng)[42]；用PLGA 包裹無乳鏈球菌制備的口服疫苗可增強羅非魚免疫應(yīng)答，其緩釋機制能使機體長時間維持較高的抗體水平[43]。此外，針對體內(nèi)外寄生蟲的控釋藥物也逐漸增多，犬皮下注射伊維菌素普通注射液與PLA 及PLGA 微球混懸液的藥動學(xué)特征顯示，2 種微球均具有明顯緩釋特性，可進一步作為臨床新制劑開發(fā)應(yīng)用[44]；用含硝基查爾酮（CH8）7.8% 的PLGA 微粒給利什曼小鼠單次注射，可使感染的利士曼原蟲減少91%，并不產(chǎn)生任何毒副作用；而常規(guī)劑型連續(xù)給藥3 次才累計降低病原蟲80%[45]。近來，本團隊研究了PLGA 微球控釋系統(tǒng)的烯丙孕素載藥效果，最佳載藥量為12.95%和包封率可達77.63%（未發(fā)表數(shù)據(jù)），正在進行體外緩釋試驗，并安排后續(xù)體內(nèi)實驗，以系統(tǒng)研究該劑型的緩釋規(guī)律和效果，有望能最大程度降低勞動強度和日常飼喂造成的誤差。

3 結(jié) 論

通過對大群飼養(yǎng)母豬繁殖調(diào)控，建立批次化生產(chǎn)工藝，促進轉(zhuǎn)型升級，是養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展的必然趨勢，而烯丙孕素是后備母豬情期啟動與同期化調(diào)控的重要藥品，傳統(tǒng)長時間口服給藥方式，限制了其產(chǎn)業(yè)推廣應(yīng)用。本文通過綜述激素藥物劑型類別、使用優(yōu)缺點，追溯基質(zhì)材料發(fā)展歷史及特點，初步發(fā)現(xiàn)PLGA 微球緩控系統(tǒng)適用于烯丙孕素緩釋，后續(xù)通過工藝技術(shù)優(yōu)化，建立烯丙孕素緩釋制劑工藝，促進批次化生產(chǎn)技術(shù)推廣，實現(xiàn)生豬產(chǎn)業(yè)流水線工業(yè)化管理，提高豬場繁殖效率，提升管理效率和對非洲豬瘟、藍耳病等疫病的綜合防控能力。