基于多糖的超分子組裝前后體內(nèi)外生物活性變化研究概況

栗煥煥 ，劉亞男 ，王萌 ，竇志英

（1.天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，天津 301617；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，天津 301617）

多糖是由醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接而成的線性或分枝鏈狀聚合物，是生命物質(zhì)的重要組成成分之一。自然界中多糖來源廣泛，如動(dòng)物中的殼聚糖、軟骨素，植物中的果膠、瓜兒豆膠，微生物中的葡聚糖、黃原膠，以及藻類中的海藻多糖等。天然多糖具有親水、安全、穩(wěn)定、無毒、生物可降解、易制備、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，具備抗病毒、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞識(shí)別等功效，在醫(yī)藥、生物、食品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可用作凝固劑、潤(rùn)滑劑、絮凝劑、醫(yī)藥材料、藥物緩釋劑等[1-4]。絕大多數(shù)天然多糖都帶有如羥基、羧基、氨基等親水性集團(tuán)，具有高水溶性、高分散穩(wěn)定性，同時(shí)多糖分子鏈有多種不同類的基團(tuán)，經(jīng)化學(xué)和生化方法修飾，可獲得相應(yīng)的功能化多糖超分子衍生物，進(jìn)一步擴(kuò)大了多糖在實(shí)際中的應(yīng)用。本文總結(jié)了近年來多糖在生物領(lǐng)域的應(yīng)用，系統(tǒng)闡述多糖經(jīng)超分子組裝后的體內(nèi)外生物活性，旨在為多糖超分子組裝體的開發(fā)與研究提供思路。

1 多糖作為保護(hù)載體的組裝體生物活性

正常人體胃排空時(shí)間為4～6 h，藥物在胃腸道中的滯留時(shí)間很短，使得許多藥物未完全釋放即已離開吸收部位，出現(xiàn)藥物吸收量不夠、生物利用度低等問題，部分水溶性差的藥物在給藥后具有清除速率快、療效低、毒性大等缺點(diǎn)，使得傳統(tǒng)單一的藥物通常需要與生物載體材料復(fù)合使用。白及多糖具有包合物特性，不穩(wěn)定成分經(jīng)包合后可增加其穩(wěn)定性，如綠原酸性質(zhì)不穩(wěn)定，形成白及多糖包合物后其抗氧化作用顯著提升[5-6]。丹皮酚在水中溶解度低，性質(zhì)不穩(wěn)定，易揮發(fā)，見光易氧化分解，利用白及多糖作為主體包合丹皮酚，其穩(wěn)定性和生物利用度得到提升[7]。成念等[8]發(fā)現(xiàn)白及多糖載紫杉醇納米粒對(duì)肝癌細(xì)胞的殺傷性強(qiáng)于游離藥物，可知白及多糖作為難溶性藥物載體具有較高的可行性，可作為一種極具潛力的載體材料。維生素C作為廣泛使用的水溶性抗氧化物，易氧化變質(zhì)且較難透過皮膚，限制了其臨床應(yīng)用，經(jīng)果膠包覆后的維生素C納米脂質(zhì)體能顯著提高儲(chǔ)存穩(wěn)定性，具有更好的理化特性和生物利用度，皮膚滲透率提高，產(chǎn)生明顯的抑菌效果[9]。二氫青蒿素具有抗腫瘤特性，但水溶性差，血漿半衰期短，Sun等[10]將二氫青蒿素包裹在明膠或透明質(zhì)酸納米顆粒中，其生物利用度得到提升且具有更高的抗腫瘤活性。辣椒素作為一種治療疼痛和腫瘤的有效藥物，水溶性差，生物利用度低，胃腸道刺激性強(qiáng)，實(shí)際給藥受到限制，經(jīng)羥丙基-β-環(huán)糊精包合后其水溶解度和口服生物利用度顯著提升，為臨床應(yīng)用提供了新的選擇[11]。穿心蓮內(nèi)酯作為肝臟保護(hù)劑，水溶性低，在胃腸道中不穩(wěn)定，生物利用度低，但經(jīng)殼聚糖、海藻酸鹽修飾后增強(qiáng)了其溶解度和穩(wěn)定性，增強(qiáng)了肝臟保護(hù)功能[12]。姜黃素為抗腫瘤藥物，但難溶性限制了臨床應(yīng)用，為了提高難溶性天然活性產(chǎn)物的抗腫瘤效果，姜黃素以殼聚糖和阿拉伯膠為多糖壁材，可將其水溶解性提高約7000倍，增加姜黃素的光穩(wěn)定性及抗氧化性[13]。

與合成聚合物在制備時(shí)使用大量有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境造成壓力、生物相容性低且體內(nèi)不易降解相比，多糖作為一種天然安全生物大分子，符合“綠色化學(xué)”的主題。使用時(shí)以保護(hù)藥物、穩(wěn)定血藥濃度、減少給藥頻率、提高效率為目的，達(dá)到顯著增強(qiáng)療效、降低毒副作用、滿足臨床用藥的需求。

2 多糖作為緩控釋載體的組裝體生物活性

凝膠因其表面積大、密度小、吸水保水性、緩釋性、分散穩(wěn)定性、增稠性等特點(diǎn)，在食品、化妝品、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)和園藝等方面都有著廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)水凝膠材料相比，高分子多糖水凝膠因其具有環(huán)境友好性、生物相容性、特殊功能性、生物可降解性等優(yōu)勢(shì)而更加受到重視。目前藥物控制釋放體系是水凝膠應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一，主要是利用物理包埋及固定化技術(shù)，將藥物負(fù)載到水凝膠微球或微囊中，藥物在自身擴(kuò)散和水凝膠溶脹或降解的多重作用下，以所需速率長(zhǎng)期緩慢地釋放，從而大大提高藥物的利用率[14-17]。青稞β-葡聚糖是一種具有良好持水性的膠凝劑和增稠劑，白藜蘆醇具有廣譜抗腫瘤特性和高效低毒性，以青稞β-葡聚糖為基質(zhì)的白藜蘆醇鼻用凝膠劑對(duì)鼻腔黏膜有很好的相容性，并具有良好的黏附和釋藥性能，可實(shí)現(xiàn)鼻腔方便給藥[18]。覃山福等[19]以抗腫瘤藥物鹽酸阿霉素為藥物模型，以生物多糖海藻酸鈉、明膠為原料構(gòu)筑新型的可注射水凝膠，該體系對(duì)阿霉素具有良好的緩釋和控釋效果，能持續(xù)有效釋放阿霉素達(dá)4周以上，具有更顯著的抗腫瘤效果，且心臟毒性明顯降低。兩親性海藻酸鈉衍生物和兩親性殼聚糖衍生物與泊洛沙姆在接近體溫時(shí)形成水凝膠，增強(qiáng)疏水性藥物醋酸潑尼松的穩(wěn)定性和緩釋特性[20]。假酸漿籽膠質(zhì)多糖具有良好的吸濕保濕性能，1%的氯化鈣（CaCl2）溶液可使之發(fā)生膠凝，根據(jù)該特性可用作藥物緩釋材料[21]。以生物可降解的羥乙基纖維素/聚丙烯酸鈉接枝共聚物（HEC-g-PAA）負(fù)載布洛芬，可實(shí)現(xiàn)在選擇性條件下藥物控制釋放的目的[22]。陳治[23]以纖維素和環(huán)糊精為原材料制備的布洛芬水凝膠運(yùn)輸體系，在不同的纖維素配比條件下，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核組分對(duì)布洛芬包合物的控釋釋放。銨鹽殼聚糖、明膠與多巴胺形成的可注射水凝膠復(fù)合物載藥量大，且具備生物相容性，可作為多巴胺類藥物的長(zhǎng)期注射緩釋系統(tǒng)治療帕金森病[24]。

納米材料作為新型藥物載體，具有靶向、緩釋、促進(jìn)大分子水溶性藥物在體內(nèi)吸收、提高生物利用度等優(yōu)點(diǎn)，多糖納米材料除了具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還能獲得多糖的識(shí)別特性。阿霉素作為抗腫瘤藥物，其納米粒經(jīng)殼聚糖修飾后，藥物的釋放更加平緩且突釋降低并具有一定的腫瘤靶向性，增強(qiáng)了藥物的抗腫瘤效果，有望開發(fā)為一種新型抗腫瘤載體[25]。史黎黎等[26]以十二烷-羧甲基-茯苓多糖為載體材料，將不溶于水、難溶于脂且不穩(wěn)定的抗腫瘤藥物羥基喜樹堿自組裝為納米微球，得到的茯苓多糖納米微球?qū)αu基喜樹堿有一定的負(fù)載能力，且具有良好的緩釋性能。聚乳酸-聚羥基乙酸共聚物微球用于輸送蛋白和多肽類藥物時(shí)，存在蛋白或多肽結(jié)構(gòu)易被破壞、突釋、不完全釋放等問題，有學(xué)者將藥物牛血清蛋白負(fù)載于多糖納米顆粒中，后包裹于共聚物微球內(nèi)，能夠提高蛋白的穩(wěn)定性并改善體外釋放行為，減少突釋[27-28]。姜黃素具有抗氧化、抗腫瘤等多種活性，但水溶性差、生物利用率低，極大地限制了它的應(yīng)用，甘招娣[29]發(fā)現(xiàn)米糠清蛋白-殼聚糖納米粒能夠高效負(fù)載姜黃素，增強(qiáng)其分散性和穩(wěn)定性，大大改善姜黃素的溶解度，在胃腸道中具有階段性的突釋-緩控釋釋放行為，具有很好的靶向腸道釋藥作用。

明膠-乙基纖維素-姜黃素復(fù)合物具有緩釋作用和抗氧化活性，對(duì)研制具有良好理化特性和黏附性能的姜黃素膀胱給藥劑型具有一定的指導(dǎo)意義[30]。以果膠和明膠為基質(zhì)負(fù)載的姜黃素在一定pH環(huán)境下具有一定的控釋特性，可更好地治療腫瘤[31]。聚乳酸類由于其結(jié)構(gòu)的疏水性，限制了在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，多糖與聚乳酸的共聚合或共混改性可明顯改進(jìn)聚乳酸的親水性，如葡聚糖、殼聚糖、透明質(zhì)酸改性物質(zhì)等共聚物可用作長(zhǎng)效緩控釋藥物的載體[32]。

近代隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，天然多糖因其良好的生物相容性和生物降解特性，作為緩控釋載體具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，在延緩或控制藥物釋放、穩(wěn)定和保護(hù)藥物活性成分、促進(jìn)藥物吸收、提高生物利用率和幫助藥物靶向定位等方面發(fā)揮作用。

3 多糖作為靶向載體的組裝體生物活性

陳大全[33]以海洋多糖-昆布多糖設(shè)計(jì)了新型智能敏感天然多糖材料，可有效負(fù)載姜黃素，在低pH和氧化還原環(huán)境下釋放藥物80%以上，同時(shí)增加在腫瘤細(xì)胞中的攝取，達(dá)到更好的抗腫瘤效果。研究表明魔芋葡甘聚糖不會(huì)被胃腸道上端的消化道酶降解，但可在結(jié)腸被結(jié)腸部位的β-甘露聚糖酶降解，由此李培培等[34-35]以海藻酸鈉、魔芋葡甘聚糖共混體系為載體材料制備了黃連素結(jié)腸靶向凝膠微球，其載藥量和包封率均較高，具有良好的結(jié)腸靶向釋藥性能?？鄥A制劑存在口服消除半衰期短、血藥濃度不穩(wěn)定等缺陷，采用物理交聯(lián)法制得的殼聚糖-透明質(zhì)酸-海藻酸鈣復(fù)合水凝膠珠可以控制藥物在胃內(nèi)微量釋放甚至不釋放，而在腸道內(nèi)pH較高的環(huán)境中釋放，提高了藥物的生物相容性及生物利用度[36-37]。果膠因其生物相容性好、能被結(jié)腸特有菌群產(chǎn)生的果膠酶酶解、不受個(gè)體差異影響等優(yōu)勢(shì)，常用作載體材料，殼聚糖、瓜木耳膠、海藻酸鈉等均可作為結(jié)腸定位藥物遞送系統(tǒng)的骨架材料[38-40]。劉媛媛[41]基于普魯蘭多糖構(gòu)建了具有肝癌靶向的化療藥物納米共載體系，實(shí)現(xiàn)了肝癌靶向遞送以及高效抗肝癌協(xié)同作用，為臨床肝癌的治療提供了新策略[42]。王敏哲等[43]構(gòu)建基于當(dāng)歸多糖酶敏腫瘤靶向納米遞藥體系，生成當(dāng)歸多糖－基質(zhì)金屬蛋白酶敏感肽－阿霉素聚合物，能夠?qū)崿F(xiàn)酶敏釋藥及抗腫瘤效果，為腫瘤的治療提供了新思路。黃芩苷對(duì)糖尿病相關(guān)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙有明顯的抑制作用，但其低溶解性及低生物利用度限制了臨床應(yīng)用，Wang等[44]以兩親性殼聚糖衍生物為載體負(fù)載黃芩苷，制備并表征了一種新型腸道靶向納米顆粒載體，增強(qiáng)黃芩苷的口服給藥療效，并顯示出作為小腸靶向物的潛力，有望成為治療2型糖尿病視網(wǎng)膜病變的納米載體。

目前靶向劑型研究有pH依賴型、時(shí)間依賴型、壓力控制型及酶觸型等，時(shí)間依賴型和壓力控制型受生理因素影響較大，pH依賴型應(yīng)用較為廣泛，但同時(shí)存在因小腸、結(jié)腸pH接近而精確性欠佳等問題，酶觸型因具有較好的生物相容性和無毒性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4 多糖作為還原劑和穩(wěn)定劑合成納米粒子組裝體的生物活性

納米粒子的表面能及表面活性都很高，因此非?；顫?，易于聚集，需要用化學(xué)方法對(duì)其表面進(jìn)行鈍化，防止團(tuán)聚。納米材料合成中使用的多糖類物質(zhì)無毒害、成本低且易于降解，是理想的還原劑。高義霞等[45]將亞硒酸鈉分散于羅望子多糖溶液中，當(dāng)亞硒酸鈉與抗壞血酸反應(yīng)生成硒粒子時(shí)，羅望子多糖便吸附在硒晶體表面，阻止粒子之間相互結(jié)合、團(tuán)聚，控制粒子的生長(zhǎng)使產(chǎn)生的單質(zhì)硒以納米微粒的形式存在。鄭曉鳳[46]以桔梗多糖為模板，利用維生素C還原亞硒酸鈉的反應(yīng)制備納米硒-桔梗多糖復(fù)合物，具有良好的抗氧化能力，對(duì)糖尿病以及藥物性肝損傷也有很好的治療作用。同時(shí)刺槐豆多糖、板栗多糖、裙帶菜多糖、牡蠣多糖、昆布多糖、殼聚糖、阿拉伯膠、纖維素等多糖也可以作為模板用于合成納米硒，有些多糖本身具有生物學(xué)活性，作為藥物輔料與藥物結(jié)合在一起具有雙重的治療效果[47-52]。楊靜文[53]以可溶性淀粉、羧甲基纖維素鈉為模板，采用沉淀法制備納米氧化鋅顆粒，得到納米氧化鋅-多糖復(fù)合材料，多糖起到了分散劑和穩(wěn)定劑的作用。賈學(xué)偉[54]使用香菇多糖制備的不同粒徑和形狀的金納米粒子，可以選擇性地殺死腫瘤細(xì)胞。Padinjarathil等[55]從石榴果皮中分離的半乳甘露聚糖被證明可作為一種單獨(dú)抗腫瘤制劑或化療輔助劑，經(jīng)制備得到的納米銀粒子具有良好的穩(wěn)定性和生物相容性，擴(kuò)大了納米銀顆粒的生物醫(yī)學(xué)潛力。甘草多糖納米銀綜合了甘草多糖的醫(yī)藥功能和納米銀的抗菌功能，代巧玉[56]提出了一種新的綠色方法合成納米銀，并且已有多種多糖被成功應(yīng)用于納米銀的合成中，包括海洋多糖、殼聚糖、肝素、透明質(zhì)酸、羧甲基可德膠等。

多糖作為“綠色”的還原劑和穩(wěn)定劑，反應(yīng)完成后易于降解，不會(huì)環(huán)境污染，可用于貴金屬納米粒子的制備，從而避免使用傳統(tǒng)毒性較大的還原劑，由于多糖的特殊結(jié)構(gòu)特征，不僅具有保護(hù)和鈍化納米粒子表面防止粒子聚集的作用，也可作為模板對(duì)納米粒子的尺寸及形貌發(fā)揮重要的誘導(dǎo)作用。

5 結(jié)語

多糖作為一種天然的生物大分子物質(zhì)，其來源廣泛，綠色安全，基團(tuán)可被修飾性空間大，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，越來越多的動(dòng)物、植物、微生物多糖被發(fā)現(xiàn)并加以開發(fā)利用，融合了基團(tuán)修飾、包合技術(shù)、凝膠技術(shù)、納米技術(shù)，將藥物的概念與藥物傳遞系統(tǒng)的概念結(jié)合為一，為低生物利用度藥物的臨床使用提供了可能。但多糖同時(shí)也具有一定的局限性，如易膨脹、易致劑型提前崩解，以及體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜造成的體內(nèi)外釋放不一致等問題，需要加強(qiáng)對(duì)于體內(nèi)釋放的研究考察，在達(dá)到目的的同時(shí)降低工藝的復(fù)雜性，提高體外釋放與體內(nèi)過程的相關(guān)性，以利于劑型的評(píng)價(jià)和推廣。憑借多糖的資源優(yōu)勢(shì)以及未來多學(xué)科的交叉研究，天然多糖必將朝著高效、特異性、智能型的方向發(fā)展。