透明質(zhì)酸在藥物研發(fā)中的應(yīng)用

趙 玥，程祿萍，謝保平

（1.贛南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院2018級本科生；2.贛南醫(yī)學(xué)院心腦血管疾病防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

透明質(zhì)酸（Hyaluronic acid，HA）是由D-葡萄糖醛酸和N-乙酰葡糖胺組成的高級多糖，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成，作為細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）的組成部分運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞表面［1］。具有良好的生物相容性、無毒性、非免疫原性、生物降解性，可與細(xì)胞表面特定受體結(jié)合，在眼睛、關(guān)節(jié)和心臟瓣膜中含量豐富，是一種強(qiáng)大的抗氧化劑［2］。有研究表明不同分子量的HA 具有不同的細(xì)胞活性，高分子量HA（＞1 450 kDa）抑制細(xì)胞吞噬作用，低分子量HA（＜450 kDa）上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶基因、炎癥因子和血管生成因子的表達(dá)［1，3］，HA 分子量和細(xì)胞功能的相互關(guān)系在癌癥中尤為重要［4］。此外，HA 在胚胎發(fā)育、干細(xì)胞分化、傷口愈合和癌癥進(jìn)展等方面扮演了重要的角色，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究和臨床應(yīng)用，包括3D 打印生物材料、骨關(guān)節(jié)炎手術(shù)、藥物載體、靶向給藥等［1］。JONG A 等［5］發(fā)現(xiàn)HA 受體CD44在上皮細(xì)胞、造血細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞表面低水平表達(dá)，但在許多腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，提示HA 可作為腫瘤細(xì)胞靶向給藥的載體。本文綜述了HA 及其衍生物在藥物載體、藥物篩選和靶向給藥中的應(yīng)用，為HA在藥物研發(fā)和臨床治療中的應(yīng)用提供參考。

1 HA及其衍生物在載藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

HA 含有大量的羧基和羥基，在水溶液中能形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，具有強(qiáng)大的保水作用，可結(jié)合自身400倍以上的水，從而增加藥物的溶解度。此外，HA 具有良好的生物相容性和降解性。HA 及其衍生物可作為藥物的緩釋載體，增加藥物的攝取、靶向腫瘤藥物、延緩藥物釋放和延長藥效等多方面的作用，可用于遞送蛋白質(zhì)、核酸和小分子化合物等藥物［6-7］。

1.1 HA 作為核酸類藥物的載藥系統(tǒng)陽離子聚合物常作為核酸類藥物的傳遞載體，陽離子聚合物可以通過電荷作用提高核酸類藥物的穩(wěn)定性并穿透細(xì)胞膜，從而避免核酸類藥物在體內(nèi)的降解［8］。但陽離子聚合物存在靶向性差、細(xì)胞毒性高、轉(zhuǎn)染率低等缺點(diǎn)。因此，基于HA 及其衍生物與核酸類藥物形成的靶向載藥系統(tǒng)引起了廣泛關(guān)注。SHOHAM N 等［9］發(fā) 現(xiàn)，透 明 質(zhì) 酸- 己 二 酸 二 肼（Adipic acid dihydrazide，ADH）水凝膠可以保護(hù)DNA 免 受 酶 降 解。 YAO J 等［10］用 聚 醚 酰 亞 胺（Polyetherimide，PEI）與HA 連接形成HAP 衍生物，并將HAP 與DNA 連接形成HAP/DNA 復(fù)合物，與PEI/DNA 復(fù)合物相比，HAP/DNA 復(fù)合物對核酸酶的保護(hù)作用更好，更好地使DNA 從復(fù)合物中分離，且細(xì)胞毒性較低，轉(zhuǎn)染效率更高。ZHANG W 等［11］發(fā)現(xiàn)，HA 修飾殼聚糖納米粒（CS NPs-HA）上加載Cy3標(biāo)記的siRNA（sCS NPs-HA）顯著抑制非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞的增殖和Bcl2基因的表達(dá)，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，sCS NPs-HA 可將更多的siRNA 靶向傳遞給腫瘤細(xì)胞。LEITE NASCIMENTO T 等［12］研究表明，HA脂肪簇與siRNA形成的復(fù)合物可以很好地靶向小鼠肺癌模型，將siRNA 傳遞到腫瘤病灶，提示HA 和HA 衍生物可作為良好的靶向傳遞核酸類藥物的載體，并應(yīng)用到各種疾病的治療中［13］。

1.2 HA 作為蛋白質(zhì)和多肽類藥物的載藥系統(tǒng)HA 作為ECM 的重要組成成分，具有良好的生物相容性，HA 的每條單鏈都可以與不同數(shù)量的肽鏈分子結(jié)合［14］。此外，有研究表明，HA 水凝膠可以延長蛋白質(zhì)藥物的釋放時(shí)間，并達(dá)到緩釋和控釋的效果［15］。DING J 等［16］研究發(fā)現(xiàn)，利用真空干燥的聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）交聯(lián)透明質(zhì)酸-半胱氨酸（HA-Cym）作為藥物不滲透的襯底層，可實(shí)現(xiàn)可控的單向胰島素釋放。SURENDRAKUMAR K 等［17］報(bào)道，與噴霧干燥的純胰島素相比，含HA 的胰島素制劑（10%w/w）可延長藥物平均停留時(shí)間（Mean residence time，MRT）和半衰期t1/2，提示基于HA 的干粉給藥系統(tǒng)在肺控制胰島素釋放中具有廣泛的應(yīng)用前景，并可能改變胰島素的給藥方式。TAN H等［18］用N-琥珀酰殼聚糖（SCS）和醛透明質(zhì)酸（AHA）為基礎(chǔ)，與葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶共價(jià)結(jié)合形成可降解水凝膠，且胰島素和水凝膠結(jié)合后形成一個更緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在PBS 緩沖液中，8 h 胰島素釋放量約10.8%，提示通過HA 水凝膠網(wǎng)絡(luò)的膨脹，胰島素的成脂因子可以通過可控的方式被釋放到局部微環(huán)境中，延長其半衰期。MESSAGER L 等［19］報(bào)道，HA 與甲基丙烯酸酯形成的納米凝膠具有良好的生物相容性、儲存穩(wěn)定性和可降解性，在納米凝膠中裝載胰島素，胰島素的釋放具有pH 依賴性。綜上，HA 及其衍生物可作為蛋白質(zhì)類和多肽類藥物的載體，具有延長半衰期，達(dá)到緩釋和控釋的效果。

1.3 HA 及其衍生物作為小分子化合物的載藥系統(tǒng)臨床上用于疾病治療的小分子化合物種類繁多，且每一個小分子化合物的生物利用度、不良反應(yīng)和療效各不相同。XIE J 等［20］通過體外皮膚滲透實(shí)驗(yàn)證實(shí)，透明質(zhì)酸的醇質(zhì)體羅丹明B（HA-ES-RB）聚合物的滲透效果優(yōu)于醇質(zhì)體羅丹明B（ES-RB），熒光顯微鏡圖像顯示，HA-ES-RB 可滲透到真皮的最深處，且HA-ES 給藥體系對正常細(xì)胞無細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性，提示HA-ES 是一個良好的經(jīng)皮載藥系統(tǒng)。CARTON F 等［21］報(bào)道，HA 與聚精氨酸的聚合物納米粒子包封的戊烷磺酸對肺癌細(xì)胞系（A549）和乳腺癌細(xì)胞系（MDA-MB-231）的細(xì)胞毒性強(qiáng)于游離的戊烷磺酸。KIM Y 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，HA 微針（MNs）顯著增強(qiáng)了抗壞血酸磷酸鎂（MAP）在體外經(jīng)皮進(jìn)入和穿過皮膚的傳遞深度。BHUJBAL S 等［23］研究發(fā)現(xiàn)，HA 二甲雙胍納米顆?？裳杆籴尫潘幬铮? h 內(nèi)釋放量＞50%，離體通透性研究表明，溶液中的二甲雙胍高于納米顆粒通過山羊腸膜的通透性，且HA 二甲雙胍納米顆粒在治療濃度下對Caco-2 細(xì)胞無毒。綜上，HA 及其衍生物作為小分子化合物口服給藥和經(jīng)皮給藥的藥物傳遞系統(tǒng)具有潛在價(jià)值。

2 HA及其衍生物在靶向載藥系統(tǒng)中的應(yīng)用

HA 及其衍生物特異性結(jié)合細(xì)胞表面多個受體，用于靶向給藥，其中，HA 與CD44 的配體-受體結(jié)合受到廣泛的關(guān)注，特別是在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移和治療中［1，24］。

2.1 HA 及其衍生物靶向腫瘤細(xì)胞的載藥系統(tǒng)越來越多的證據(jù)表明CD44 是HA 結(jié)合的天然靶點(diǎn)［1，25-26］。CD44 是一種廣泛存在于哺乳動物細(xì)胞表面的糖蛋白，在許多生物學(xué)功能中發(fā)揮著重要作用，特別是在各種實(shí)體瘤細(xì)胞中表達(dá)量顯著增高［5，18］。LI YF 等［27］報(bào)道，用HA 修飾的聚胺胺樹突狀分子G5包裹的金納米顆粒傳遞METase基因能顯著抑制CD44+胃癌細(xì)胞的增殖和成瘤性。AGRAWAL S 等［28］報(bào)道，HA包裹的拉帕替尼納米顆粒（LPT-HA-NCs）抗腫瘤活性優(yōu)于其對應(yīng)的拉帕替尼納米顆粒和游離拉帕替尼，且LPT-HA-NCs 在三陰性乳腺癌小鼠模型中作用時(shí)間延長，顯著阻滯腫瘤生長，提高動物整體生存幾率。EDELMAN R 等［29］研究發(fā)現(xiàn)，HA-BSA 復(fù)合物可以穩(wěn)定結(jié)合紫杉醇，防止紫杉醇聚集和結(jié)晶，從而增強(qiáng)紫杉醇對CD44+腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞毒性。SPADEA A 等［30］報(bào)道，CD44 亞型CD44s和CD44v在人真皮成纖維細(xì)胞和各種癌細(xì)胞中的表達(dá)存在顯著性差異，且當(dāng)細(xì)胞主要表達(dá)CD44s 時(shí)，CD44s 表達(dá)和HA 的攝取呈正相關(guān)，提示HA 作為癌癥靶向給藥系統(tǒng)也存在特異性。因此，利用HA 天然靶向CD44 的特點(diǎn)可以顯著增強(qiáng)抗腫瘤藥物的特異性，延長作用時(shí)間，擴(kuò)大抗腫瘤藥物適應(yīng)癥，在臨床上具有廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 HA 及其衍生物靶向炎癥和免疫細(xì)胞的載藥系統(tǒng)HA 是細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，在組織再生過程中扮演重要角色。HA 通過特定的HA 受體、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞遷移和血管生成調(diào)節(jié)傷口愈合，且大多數(shù)HA 的性質(zhì)取決于其分子大小，高分子量HA 具有抗炎和免疫抑制的特性，而低分子量HA 是一種有效的促炎因子［31］。CHEN LH等［32］報(bào)道HA在皮膚修復(fù)、癌癥預(yù)后、傷口愈合、組織再生、抗炎、免疫調(diào)節(jié)等方面具有重要的生物醫(yī)學(xué)意義，且關(guān)節(jié)內(nèi)注射HA 可靶向治療膝關(guān)節(jié)炎、骨關(guān)節(jié)炎和半月板腫脹等炎癥，減輕關(guān)節(jié)疼痛、滑膜炎癥和關(guān)節(jié)腫脹的癥狀。LI L 等［33］研究發(fā)現(xiàn)，在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎大鼠模型中，較高劑量的N-丁?；该髻|(zhì)酸（BHA，50 mg）具有較強(qiáng)的抗炎作用，可降低關(guān)節(jié)腫脹程度，分別降低 血 清IL-1、IL-8、IFN- γ、MCP-1 水 平（5.56%、6.55%、15.58% 和33.18%）；在高尿酸血癥小鼠模型中，BHA（10 μg）可顯著降低血清和肝臟ROS水平（14.87% 和8.04%），上調(diào)肝臟SOD 水平12.77%，從而充分發(fā)揮抗氧化作用。CHEN RF 等［34］報(bào)道，高分子量HA 加聚維酮碘復(fù)合敷料顯著促進(jìn)糖尿病傷口愈合，增加新生血管和組織再生，抑制炎癥反應(yīng)。

此外，HA 常作為炎癥治療中的靶向給藥載體。YANG H 等［35］利用HA 將雷公藤紅素傳遞到關(guān)節(jié)腔內(nèi)，延長雷公藤紅素在關(guān)節(jié)腔內(nèi)作用時(shí)間，提高生物利用度，且抗關(guān)節(jié)炎作用也明顯優(yōu)于單獨(dú)使用雷公藤紅素。KOSOVRASTI VY 等［36］報(bào)道，靶向CD44的HA 納米顆粒可以選擇性地將siTNF-α 遞送至腹膜巨噬細(xì)胞，降低腹膜液和血清中促炎細(xì)胞因子含量。FARAJZADEH R 等［37］研究發(fā)現(xiàn)，HA 聚乳酸納米顆粒（HA-PLA NP）包裹的姜黃素顯著降低iNOS-2的水平，上調(diào)Arg-1 的表達(dá)，抑制LPS/IFN-γ 刺激巨噬細(xì)胞的炎癥，減少促炎細(xì)胞因子的分泌，提示CD44 靶向HA-PLA NP 的姜黃素制劑可能是治療炎性疾病有前途的載藥系統(tǒng)。綜上，高分子量的HA不僅具有抗炎和免疫抑制作用，也可作為炎性疾病治療中的靶向給藥載體和外用抗炎藥物的給藥載體。

3 HA及其衍生物在藥物篩選中的應(yīng)用

HA 作為ECM 的主要成分，常作為3D 細(xì)胞培養(yǎng)和3D 生物打印的原材料［38-39］。POLDERVAART MT等［40］研究了甲基丙烯酸透明質(zhì)酸（MeHA）凝膠在骨組織工程和3D生物打印中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)人骨髓間充質(zhì) 基 質(zhì) 細(xì) 胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）在MeHA 水凝膠中培養(yǎng)21 天的存活率為64.4%，提示MeHA 水凝膠適用于3D 生物打印。 THOMAS M等［41］報(bào)道，3D 生物打印為工程化大腦組織提供了一種簡化的解決方案，用于藥物高通量篩選或組織工程研究。MA X 等［42］報(bào)道，常見的3D 生物打印材料包括天然來源和人工合成的兩種，天然來源的有膠原蛋白、明膠、纖維蛋白、HA、絲蛋白、殼聚糖等，人工合成的包含聚乳酸（PLA）和聚乳酸- 乙醇酸（PLGA）。

由于不同物種的細(xì)胞功能存在差異，且傳統(tǒng)的動物模型在藥物篩選中無法模擬體內(nèi)環(huán)境，從而造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可靠。因此，基于個體化細(xì)胞類型的有效體外人體器官模型被認(rèn)為是一種研究疾病機(jī)制和藥物篩選很有前途的方法，如生物打印肝臟模型、心臟組織、仿生血管化構(gòu)造和癌癥模型，這些模型可用于醫(yī)學(xué)研究、藥物發(fā)現(xiàn)、毒理學(xué)和其他臨床前研究［43］。NIE J 等［44］報(bào)道，3D 生物打印構(gòu)建疾病模型可以更好地評估藥物療效，且該模型對于藥物開發(fā)的不同階段，包括藥物早期篩選、臨床一期藥物試驗(yàn)、藥物精準(zhǔn)應(yīng)用、新藥試驗(yàn)和個性化藥物篩選有重要價(jià)值。NING E 等［45］采用雙交聯(lián)藻酸鹽生物墨水對臨床相關(guān)菌種大腸桿菌、金黃色葡萄球菌（MSSA）、耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和銅綠假單胞菌進(jìn)行3D生物打印，形成成熟的細(xì)菌生物膜，并檢測其在抗菌實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。EKERDT BL等［43］報(bào)道HA 和N-異丙烯酰胺組成的3D 生物材料具有熱響應(yīng)特性，在低溫下，可以輕松地與細(xì)胞混合，當(dāng)溫度達(dá)37 °C 時(shí)細(xì)胞在水凝膠中物理包封，在冷卻和液化后恢復(fù)細(xì)胞，從而維持人類多能干細(xì)胞（hPSC）多能性的同時(shí)，支持hPSC在較長的細(xì)胞培養(yǎng)期內(nèi)增殖，發(fā)揮hPSC在藥物篩選和細(xì)胞替代療法中的作用。因此，基于HA 是EMC 重要組成部分和無毒無害的特性，用HA 及其衍生物作為3D 打印制造的模型器官或芯片在藥物篩選中具有廣闊的應(yīng)用前景。

綜上所述，HA 含有大量的羧基和羥基，可通過酯化反應(yīng)、酸性反應(yīng)、脫羧反應(yīng)和氫鍵等與藥物分子結(jié)合形成穩(wěn)定的載藥系統(tǒng)。此外，HA 可在水溶液中形成分子內(nèi)和分子間氫鍵，具有強(qiáng)大的保水作用，結(jié)合自身400 倍以上的水，增加藥物的溶解度，并通過HA 靶向結(jié)合細(xì)胞表面的CD44 受體的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)HA 載藥系統(tǒng)靶向給藥的可能，其次作為3D 生物打印的支持物和人造器官的原材料，促進(jìn)人造器官在臨床和基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用。然而，HA 作為天然靶向CD44+細(xì)胞的特點(diǎn)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用較為滯后，尚未有藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)研究，這可能與HA作為藥物載體與CD44+細(xì)胞接觸后藥物釋放有關(guān)。因此，圍繞HA 衍生物的改造和HA 衍生物在藥物研發(fā)和3D生物打印的研究將成為熱點(diǎn)。