藥物遞送載體及其在飼料添加劑領(lǐng)域中的研究進展

丁浩軒，武 昊，馮 杰*

（1.浙江大學(xué)飼料科學(xué)研究所，浙江省動物營養(yǎng)重點實驗室，浙江杭州 310058；2.武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430072）

藥物遞送系統(tǒng)是將藥物通過特殊載體材料包裹后遞送至特定部位控制釋放的給藥方式，在靶向緩釋、高效吸收、抗酸耐熱方面具有獨特優(yōu)勢。目前藥物遞送系統(tǒng)已經(jīng)在人類臨床藥物及畜禽飼用藥物研究中發(fā)揮了重要作用。飼料添加劑是飼料中具有良好生物學(xué)功能的微量成分，如維生素、酶制劑、微生態(tài)制劑、微量元素等，主要在提高動物生產(chǎn)性能、保證機體健康以及節(jié)省飼料成本方面發(fā)揮作用，但許多飼料添加劑存在不穩(wěn)定、易氧化、抗逆性差等特點[1]，因此如何提高其生物學(xué)穩(wěn)定性并高效發(fā)揮飼料添加劑的功能具有重要意義。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部194 號公告指出，自2020 年7 月1 日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料。雖然禁用促生長類藥物飼料添加劑會在一定程度上緩解抗生素殘留所帶來的一系列問題，但高速發(fā)展的畜禽產(chǎn)業(yè)同樣面臨抗生素替代產(chǎn)品效果不佳的窘境。鑒于藥物遞送系統(tǒng)的作用特點與機制，其是提升飼料添加劑穩(wěn)定性、增強生物學(xué)效應(yīng)的有效途徑之一，在飼料添加劑領(lǐng)域中也具有良好的應(yīng)用前景。本文將從最新的藥物遞送系統(tǒng)研究出發(fā)，簡述最新的生物聚合物、脂質(zhì)體、介孔二氧化硅材料、納米材料藥物遞送載體及其在飼料添加劑領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，以期為藥物遞送載體在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用提供借鑒和參考。

1 藥物遞送載體

1.1 生物聚合物 生物聚合物具有可再生、可生物降解、生物相容性好、低免疫原性等優(yōu)點，在體內(nèi)易于降解為無毒物質(zhì)并通過生理途徑排出體外，在藥物遞送方面受到廣泛關(guān)注[2]。常用于活性物質(zhì)的包封載體有蛋白質(zhì)（如玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白等）以及多糖（如殼聚糖、纖維素、海藻酸鈉、阿拉伯膠等）[3]。Tan 等[4]基于牛血清白蛋白和硫酸軟骨素開發(fā)了一種椰狀核-雙層殼智能納米膠囊，可高效運送多種親水性活性物質(zhì)，具有環(huán)境pH 和氧化還原雙重響應(yīng)性高的直鏈淀粉和微晶纖維素的混合凝膠可被開發(fā)為胃滯留藥物輸送系統(tǒng)。淀粉/纖維素通過離子溶液溶解和再生形成復(fù)合凝膠，負(fù)載鹽酸雷尼替丁后制成片劑，可在模擬胃液中保持懸浮24 h，藥物持續(xù)釋放可達(dá)10 h，有望成為新型低密度胃漂浮型緩釋片劑[5]。新城疫（ND）和傳染性支氣管炎（IB）是雞的高傳染性呼吸道疾病，容易給家禽業(yè)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。N-2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖（N-2-HACC）和N，O-羧甲基殼聚糖（CMC）被合成為疫苗抗原的佐劑和遞送載體，該遞送載體包被的疫苗抗原不僅具有較低的細(xì)胞毒性和較高的穩(wěn)定性，而且可激發(fā)宿主更高的白細(xì)胞介素2（IL-2）、白細(xì)胞介素4（IL-4）和干擾素-γ（IFN-γ）水平[6]。在魚類腹膜內(nèi)注射嗜水氣單胞菌外膜蛋白（OMP）的不同抗原制劑，發(fā)現(xiàn)聚D，l-丙交酯-乙醇酸共聚物（PLGA）包封的抗原具有更好適應(yīng)性免疫能力，且在免疫后21 d 和42 d依然表現(xiàn)出好的免疫參數(shù)[7]。

1.2 脂質(zhì)體 脂質(zhì)體是由磷脂雙分子層構(gòu)成的單層或多層封閉囊泡，其內(nèi)外均為水相，具有無毒、無免疫原性、靶向性好等優(yōu)點，對親水性和疏水性藥物均具有良好的負(fù)載能力，是第一種市場化的微納米藥物載體[8]。Aizik 等[9]將量子點（QDs）耦合納米脂質(zhì)體通過單核細(xì)胞遞送至乳腺腫瘤內(nèi)部，使脂質(zhì)體量子點獲得了優(yōu)化的生物分布，具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和光學(xué)穩(wěn)定性，提高了腫瘤對量子點的攝取量，對于腫瘤的成像、診斷和治療（如藥物遞送載體的高靈敏追蹤）具有巨大的應(yīng)用價值。Lu等[10]合成了雙響應(yīng)性磁性熱敏脂質(zhì)體，表面耦合西妥昔單抗，對人原發(fā)性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞具有雙重靶向性，可在交變磁場作用下釋放藥物伊立替康，具有良好的血液相容性。非洲豬瘟（ASF）具有高死亡率，滅活或修飾的活病毒疫苗研制一直是對抗ASF 的研究熱點。有報道指出，ASF 病毒樣顆粒、生物相容性聚合物和脂質(zhì)體產(chǎn)生的納米顆粒（NPs）由于其獨特的理化特性而具有許多優(yōu)勢，可通過抗原呈遞細(xì)胞進行有效的抗原內(nèi)化和加工，并激活引發(fā)先天性和適應(yīng)性免疫[11]。布魯氏菌病是一種多發(fā)的人畜共患傳染病，將抗菌藥物包裹在單層脂質(zhì)體中是治療感染的有效方法。Khan 等[12]評估了左氧氟沙星對從牛奶中鑒定的布魯氏菌菌種的抗菌活性，并發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體包封左氧氟沙星后抗菌能力顯著提高。

1.3 介孔二氧化硅材料 多孔材料具有一定大小的孔隙以及高比表面積，其中孔徑大小在2～50 nm 的材料稱為介孔材料。介孔二氧化硅納米顆粒由于其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高負(fù)載能力、低毒、易于功能化等優(yōu)點，近年來廣泛用于藥物遞送系統(tǒng)[13]。Zhang 等[14]報道，通過表面活性劑誘導(dǎo)的溶膠-凝膠輔助水熱處理獲得了表面改性的介孔二氧化硅中空納米球，其在藥物控釋中表現(xiàn)出pH/熱雙響應(yīng)性，具有良好的生物相容性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Cheng 等[15]設(shè)計了一種多功能化介孔二氧化硅阿霉素遞送載體，其表面接枝的多功能肽可靶向穿透腫瘤細(xì)胞膜，細(xì)胞攝取后在其表面酶切肽作用下迅速釋放藥物，促使腫瘤細(xì)胞凋亡。該研究可能為腫瘤靶向治療和酶誘導(dǎo)的藥物遞送系統(tǒng)提供新的思路。Peralta 等[16]在氧化鐵納米粒子（IONPs）表面合成介孔二氧化硅殼體，進一步在顆粒表面共聚接枝熱敏性聚合物，可形成熱響應(yīng)性藥物控釋材料，在40℃以上觀察到模型藥物布洛芬的快速釋放，且顯著高于25℃下的釋放率。該熱響應(yīng)性雜化納米載體有望用作磁性靶向藥物輸送系統(tǒng)。乳房炎是奶牛最常見的疾病，其對牛奶制品安全性和動物福利具有潛在威脅。廣譜抗生素抑制傳染性病原菌雖然能在一定程度上遏制乳房炎的發(fā)生，但是高劑量的抗生素往往會對牛乳質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。Panebianco 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，二氧化硅納米粒子可以介導(dǎo)藥物直接傳遞到乳腺中，并保留其生物學(xué)活性，這為新型靶向奶牛乳腺藥物的研究開辟了新的道路?？谔阋呤且环N急性發(fā)熱性傳染病，會對畜牧生產(chǎn)造成巨大的經(jīng)濟損失。為誘導(dǎo)畜禽產(chǎn)生持續(xù)的免疫反應(yīng)，Bai 等[18]合成了中空介孔二氧化硅納米顆粒（HMSNs）作為潛在的納米佐劑，并加載了口蹄疫病毒樣顆粒（VLPs）。上述研究證實，HMSNs/VLPs 具有超過3 個月的高抗體滴度，提供抵抗口蹄疫病毒攻擊的理想保護。介孔二氧化硅材料是良好的蛋白質(zhì)傳遞載體，并且是今后飼用疫苗的潛在納米佐劑。

1.4 納米材料 納米材料包括金屬、合金及金屬氧化物納米粒子及非金屬納米粒子，如銀（Ag）、金（Au）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、氧化鋅（ZnO）、氧化鈦（TiO2）、磁鐵礦（Fe3O4）、碳酸鈣（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）等。納米粒子具有小尺寸、高比表面積等優(yōu)點，已在生物醫(yī)學(xué)、免疫、電子、能源、化工、生物傳感器、化妝品等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[19]。Serov 等[20]合成了負(fù)載血纖維蛋白溶解酶的Fe3O4@CaCO3納米粒子（磁性球霰石納米粒子），可以在磁場作用下有效溶解血栓，用作溶栓藥物，不影響凝血且沒有細(xì)胞毒性。Sadhukhan 等[21]采用苯硼酸官能化的納米氧化鋅顆粒負(fù)載槲皮素，可在苯硼酸作用下將槲皮素靶向遞送至過表達(dá)唾液酸的癌細(xì)胞，并顯示出基于pH 響應(yīng)的藥物釋放行為，通過增強氧化應(yīng)激和線粒體損傷誘導(dǎo)人乳腺癌細(xì)胞（MCF-7）凋亡，有效抑制荷瘤小鼠的腫瘤生長。厄洛替尼綴合氧化鐵納米顆?？勺鳛橹委熢\斷探針，用于非小細(xì)胞肺癌的靶向藥物遞送，并可通過無創(chuàng)核磁共振成像檢測腫瘤和細(xì)胞層面的藥物攝取[22]。銀納米材料（Ag NMs）具有優(yōu)異的抗微生物特性，其通過調(diào)節(jié)p38/線粒體-caspase-3 信號通路抑制了傳染性胃腸炎病毒誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，結(jié)果可為豬傳染性腸胃炎治療提供新的思路[23]。

2 遞送載體在畜禽生產(chǎn)中的科學(xué)實踐

2.1 遞送載體在生豬產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 遞送系統(tǒng)不僅成為人類醫(yī)藥領(lǐng)域解決靶向遞送的研究熱點，也在飼料添加劑領(lǐng)域具有較多應(yīng)用。遞送載體及其配套產(chǎn)品在脂肪酸、酶制劑、抗菌肽等領(lǐng)域均表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。丁酸鈉是一種可以提高母豬和仔豬采食量和日增重的短鏈脂肪酸制劑[24]。Tuleu 等[25]設(shè)計高劑量的丁酸酯顆粒包被pH 依賴性涂層（Eudragi（R）L+S）用于結(jié)腸遞送，表現(xiàn)出了較好的滯留時間。飼料酶制劑是一種可提高養(yǎng)分消化率的添加劑，但酶活性的高低受到溫度和pH 影響。通過聚合物修飾構(gòu)建納米微粒封裝的酶是保持酶制劑穩(wěn)定性的一種新興方法，該聚合物在不同的消化位置為酶制劑提供空間屏蔽和選擇性相互作用[26]?？咕囊殉蔀橐环N用于替代抗生素使用的新型抑菌劑，脂質(zhì)納米膠囊可以對抗菌肽實施包被提高其殺菌活性。與游離肽相比，包被后的抗菌肽被蛋白水解酶分解較少，且納米載體還可以增強滲透性和活性物質(zhì)的遞送效率[27]?？股啬退幮詭淼囊幌盗袉栴}推動了畜牧生產(chǎn)逐步走向無抗化，遞送載體除在提高抗生素替代物功效方面發(fā)揮功能外，也在促進生長類添加劑中展現(xiàn)了特有靶向釋放優(yōu)勢。Hossain 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，相比于對照組，基質(zhì)涂層有機酸和中鏈脂肪酸混合物（MCOFA）組生長豬對營養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率更好、NH3和乙酸氣體排放更低。Ruan 等[29]通過將表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）摻入海藻酸鈉（SA）和羧甲基纖維素（CMC）中來制備活性食用涂料，以研究SA-CMC-EGCG 涂料對4℃儲存新鮮豬肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明涂層包被的鮮豬肉在微生物抑制、脂質(zhì)抗氧化、肉色保鮮和感官口感方面具有優(yōu)勢，并提高了鮮豬肉的保質(zhì)期。

2.2 遞送載體在反芻動物中的應(yīng)用 遞送載體及其配套產(chǎn)品在反芻動物抑菌替抗、酵母包封、微量元素遞送等領(lǐng)域具有良好前景。瘤胃開窗手術(shù)常用來檢查牛的瘤胃消化情況以及觀察胃部健康狀況，但存在慢性傷口感染的風(fēng)險。Mir 等[30]通過使用聚己內(nèi)酯包埋香芹酚（具有抗菌活性的生物提取物）構(gòu)建特異性納米顆粒，可以在感染部位保持持續(xù)的抗菌作用，這為禁止使用促生長類藥物添加劑后動物易感染疾病提供了新的飼料添加劑解決方案。Shen 等[31]研究表明，使用大麥蛋白中的大麥醇溶蛋白和谷蛋白作為膠囊材料包封活酵母在瘤胃中是穩(wěn)定的，并在胰酶溶液中消化釋放出超過90% 存活率的酵母。該包封技術(shù)可作為將活性酵母遞送至反芻動物腸道的新方法。瘤胃中的銅容易與拮抗化合物發(fā)生不可逆的絡(luò)合并降低生物利用度，有效補充銅以避免牛的銅缺乏癥狀仍是一項挑戰(zhàn)。在中性條件下殼聚糖凝膠珠螯合銅可以長達(dá)24 h 不釋放銅離子，但在pH 為2 的環(huán)境下可持續(xù)釋放3 h 的銅離子[32]。遞送載體為反芻動物消化道定向吸收微量元素建立了一種可行的解決方案。

2.3 遞送載體在家禽產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用 遞送載體及其配套產(chǎn)品在家禽產(chǎn)業(yè)中發(fā)展抗體產(chǎn)品、包被益生菌、抑菌防霉等方面具有不可忽視的功能。卵黃抗體（IgY）在蛋黃中提取相應(yīng)的抗體并可用于動物疾病的預(yù)防、治療和診斷，但口服給藥使抗體傳遞到胃腸道時活性急劇下降。在納米載體中負(fù)載抗體是在胃腸道中對抗體進行保護的有效解決方案。研究發(fā)現(xiàn)，由0.2%（w/v）儲備液制備的海藻酸鹽納米顆?？赡苁峭ㄟ^禽類胃腸道有效安全地遞送IgY 的合適載體，其在模擬胃液（pH 1.2）和模擬腸液（pH 6.8）中IgY 的釋放量分別為10% 和99.84%[33]。益生菌逐步成為了家禽中抗生素的替代品，但大多數(shù)益生菌以液體或半固體制劑的形式存在，口服后表現(xiàn)出較低的細(xì)胞活力。構(gòu)建合適的遞送載體，形成合適的固體制劑，以保護益生菌抵抗胃中的強酸，從而使產(chǎn)品具有更高的益生菌生存能力。Jiang 等[34]使用羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯55 形成包被用于開發(fā)家禽的片劑型益生菌，該片劑中的益生菌在酸性條件下的生存率高于溶液中的益生菌，且在腸液中快速釋放片劑中的益生菌。霉菌毒素是真菌產(chǎn)生的次生有毒代謝產(chǎn)物，飼料中的霉菌毒素污染容易對人類和動物健康產(chǎn)生威脅。Solís-Cruz 等[35]采用家禽的體外消化模型評估了殼聚糖（CHI）和3 種纖維素聚合物（HPMC、CMC和MCC）對6 種霉菌毒素（AFB1、FUB1、OTA、T-2、DON 和ZEA）的吸附能力，結(jié)果表明4 種材料均表現(xiàn)出對真菌毒素具有顯著的結(jié)合能力，且纖維素聚合物比殼聚糖表現(xiàn)出更好的吸附能力。

2.4 遞送載體在水產(chǎn)中的應(yīng)用 遞送載體及其配套產(chǎn)品在開發(fā)魚類口服藥品、魚油新產(chǎn)品、維生素制劑等方面表現(xiàn)出了特有的競爭力?？诜緩绞囚~類免疫的理想方法，操作簡單，適用于大小魚類，不受漁業(yè)規(guī)模的限制。為了防止抗原在到達(dá)免疫部位之前被降解，已經(jīng)開發(fā)了各種可生物降解的聚合物納米顆粒作為抗原遞送系統(tǒng)[36]。但這些納米顆粒通常是聚合物、陶瓷、富勒烯和金屬衍生物，可能會對魚類和其他水生生物產(chǎn)生毒性[36]。據(jù)Charlie-Silva 報道[37]，利用美洲駝魚（Lophiosilurus alexandri）黏液中獲得的蛋白質(zhì)構(gòu)建了納米遞送載體，該材料是可生物降解、可代謝，并且易于表面修飾以運輸生物分子。魚油是水產(chǎn)加工的延伸產(chǎn)品，具有較高保健價值，但富含不飽和脂肪酸容易被氧化。Lee 等[38]構(gòu)建了油凝膠的新配方，乳清蛋白分離物（WPI）作為外部涂層可改善魚油的氧化穩(wěn)定性。在熱處理和紫外線輻射下，與未封裝形式相比，WPI 包覆的油凝膠魚油的氧化被抑制了2～3 倍。另外，魚油本身也可以作為遞送材料載體。Walia 等[39]將維生素D 包裹在魚油中通過超聲技術(shù)配制水包油納米乳液，其比未包裹的維生素具有更高的生物利用度。魚油遞送載體為飼料工業(yè)中脂溶性維生素的新產(chǎn)品開發(fā)提供了新思路。

3 總結(jié)

藥物遞送系統(tǒng)是保障飼料添加劑穩(wěn)定性的有效途徑，且具有靶向性、高效性、緩釋性。國外對藥物遞送載體的研究已較深入，國內(nèi)可在借鑒國外經(jīng)驗的基礎(chǔ)上充分認(rèn)識藥物遞送的機制和靶點，并將其應(yīng)用到飼料添加劑領(lǐng)域。遞送載體可在生物活性提取物、酶制劑、抗菌肽、微量元素等飼料添加劑領(lǐng)域發(fā)揮獨特優(yōu)勢，為畜牧業(yè)高效生產(chǎn)提供了新的思路。展望未來，藥物遞送系統(tǒng)不僅僅會促進治療藥物的更新?lián)Q代，而且可為新型飼料添加劑高效化、靶向化、穩(wěn)定化提供新方法。