微/納米口服結腸靶向給藥系統(tǒng)在炎癥性腸病治療中的研究進展*

張文艷，李曠代，王強松，崔元璐

（1.天津中醫(yī)藥大學中醫(yī)藥研究院，天津 301617；2.中國醫(yī)學科學院北京協和醫(yī)學院生物醫(yī)學工程研究所，天津 300192）

炎癥性腸病（IBD）是一種慢性復發(fā)性炎癥并發(fā)癥，包括潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩病（CD），UC的炎癥僅局限于結腸，可能從近端結腸一直延續(xù)到直腸，與UC不同，CD的炎癥通常是不連續(xù)的，可能涉及從結腸、直腸和肛門的任何部分，小腸，特別是回腸是最常累及的器官[1]。臨床常用的治療IBD的藥物有5-氨基水楊酸（5-ASA）、皮質類固醇、6-巰基嘌呤、硫唑嘌呤、甲氨蝶呤鈣調神經磷酸酶抑制劑和抗腫瘤壞死因子（TNF-α）抗體等[2-3]，這些藥物長期連續(xù)服用會導致嚴重的全身性不良反應，如惡心、嘔吐、腹瀉等胃腸道不良反應和肝臟毒性[4]。中藥由于不良反應小，患者耐受性好，逐漸成為部分IBD患者臨床治療的輔助和替代藥物，近年來，受到研究者們的關注。已經報道的可用于治療UC的中藥單體化合物包括姜黃素（CUR）、槲皮素（QUE）、小檗堿（BER）、淫羊藿苷、青藤堿等，然而，這些化合物的水溶性差，口服生物利用度低，限制了其臨床應用。

口服途徑是治療胃腸疾病的首選給藥方式[5]。與胃相比，結腸具有較長的保留時間，對于難以吸收的藥物能夠進一步提高其吸收有效性[6]。同時，胃腸道（GIT）不同區(qū)段的解剖學和生理學特性，腸道微生物群，吸收和釋放動力學的差異有助于設計合適的疾病特異性或區(qū)域特異性遞送系統(tǒng)[7]。近年來，微/納米顆粒作為一種新型結腸靶向藥物遞送系統(tǒng)，在IBD的治療上逐漸展現出優(yōu)勢。文章主要綜述影響口服藥物遞送系統(tǒng)的胃腸道的生理因素，微/納米顆粒的劑型設計、藥效作用及機制的研究進展，旨在為藥物的結腸靶向遞送提供設計思路。

1 胃腸道生理因素

1.1 胃腸道pH 在正常生理條件下，沿胃腸道結構，其pH值大致呈現由低到高逐漸遞增的趨勢，胃液 pH 為 1～2（其中空腹 pH 4～5；進食 pH 1.5～3），到十二指腸，pH值迅速上升至5～7，空腸和回腸pH為5.5～6.8，盲腸的pH為6.8～7.3，從盲腸至結腸，pH值稍有降低，近端結腸的pH值為6.8，遠端結腸的pH值為7.2，直腸的pH為～7[8]。

1.2 胃排空和腸轉運時間 胃排空速度與食物的性狀和物理化學性質有關，正常的胃排空時間為2～3 h，受進食/空腹狀態(tài)的影響（空腹＜1 h，進食＞3 h），小腸的轉運時間恒定在（3±1）h，結腸轉運時間變化較大，范圍在 1～60 h[9]。

1.3 結腸黏液 結腸黏液是一種厚度為50～800 μm的水凝膠復合物，由碳水化合物、蛋白質、脂質、細菌碎片和無機鹽組成[10]。健康的結腸黏液具有兩層亞結構：外部是可移動的松散黏附層，有大量微生物黏附，而內部是一個緊密黏附層，通常是無菌的[11]。松散黏附層含有帶負電荷的黏蛋白和疏水結構域，能夠捕獲細菌并通過黏膜纖毛運輸將其移除，從而防止微生物、細菌毒素、病毒或其他外來抗原的黏附和侵入[12]。

1.4 腸道微生物群 人類胃腸道中寄生著400多種不同種類微生物，其中厚壁菌門和擬桿菌門數量最多，約占全部微生物群落數量的90%[13]。腸道微生物群分布不均勻，胃和十二指腸中的微生物數量為101～103CFU/mL，在空腸和回腸中達到 104～107CFU/mL，結腸中含量最高，為1011～1012CFU/mL[14]。結腸中的微生物可以產生多種水解和還原代謝酶，將胃和小腸中難消化的膳食纖維發(fā)酵成短鏈脂肪酸為腸上皮細胞提供能量[15]。

2 微/納米藥物遞送系統(tǒng)

眾所周知，腹瀉是大多數IBD患者的常見癥狀[16]，藥物制劑粒徑大于200 μm口服后可能引起腹瀉[17]，微/納米顆粒系統(tǒng)由多個劑量單元組成，具有較小的粒徑，能使藥物迅速到達結腸并在結腸中保留相對較長的時間。此外，該系統(tǒng)表現出更均勻的藥物吸收，這對于IBD的局部治療是有利的[18]。

2.1 粒徑依賴型遞送系統(tǒng) 在健康的胃腸道中顆粒的吸收取決于其直徑大小。直徑＜50 nm的顆粒能夠通過細胞旁路進入腸屏障，直徑＜500 nm的顆粒可以通過腸上皮細胞的內吞作用吸收，直徑＜5 μm的微粒可以被Peyer集合淋巴結表面的M細胞吸收[19]。而炎癥狀態(tài)下，微粒（MPs）和納米顆粒（NPs）更趨向于在炎癥組織區(qū)域沉積，且顆粒的沉積與粒徑有關，研究顯示，與健康組織相比，0.1～10 μm的顆粒主要在結腸潰瘍區(qū)域積聚，且顆粒直徑越小，沉積越多[20]。BER是從黃連、黃柏和小檗中分離的天然異喹啉類生物堿，研究表明，BER能夠通過調節(jié)AKT1/SOCS1/NF-κB信號通路、抑制巨噬細胞M1、通過調節(jié)T調節(jié)細胞（Treg）/T輔助細胞17（Th17）平衡，以改善DSS誘導的小鼠結腸炎[21-22]。Pund等[23]制備了負載BER的自納米乳化藥物遞送系統(tǒng)（SNEDDS），粒徑 17～45 nm，結果顯示，其能夠通過被動靶向增強藥物在炎癥部位的積聚，同時能夠增強BER的抗炎作用。

2.2 pH依賴型遞送系統(tǒng) 利用胃腸道pH的變化規(guī)律，將藥物包裹于pH依賴型聚合物中，口服后，藥物在胃和小腸中不釋放，到達結腸高pH環(huán)境時，聚合物溶解并釋放出藥物，從而實現結腸靶向給藥。常用pH依賴性聚合物有甲基丙烯酸共聚物（Eudragit）、醋酸羥丙甲纖維素琥珀酸酯（HPMCAS）[24]、鄰苯二甲酸乙酸纖維素（CAP）[25]等，以Eudragit（如表1所示）應用最為廣泛。Naeem等[26]開發(fā)了pH觸發(fā)的表面電荷逆轉脂質納米粒子（LNP），內部為帶正電荷的聚乙烯亞胺脂質納米粒子，外部包被帶負電荷的EudragitS100，在結腸條件下LNP從陰性轉變?yōu)殛栃裕瑥亩x擇性地黏附并累積在發(fā)炎的結腸黏膜中。淫羊藿苷是從中藥淫羊藿中提取的天然黃酮類葡萄糖苷，通過調節(jié)STAT1和STAT3信號轉導途徑，抑制T輔助細胞1（Th1）/Th17反應，減弱DSS誘導的實驗性結腸炎[27]，本課題組制備負載淫羊藿苷的海藻酸鈣/殼聚糖微球，藥物在模擬胃液中僅釋放10%，在結腸pH環(huán)境下迅速釋放藥物，并且能夠通過減少炎癥反應發(fā)揮結腸保護作用[28]。然而，該遞送系統(tǒng)受包衣層厚度的影響，且疾病狀態(tài)下，結腸pH會發(fā)生改變，臨床研究表明，UC患者的結腸pH值可以降至5.5或低至2.3[29-30]，因此藥物能否在結腸定位釋放難以準確控制。見表1。

表1 pH依賴性聚合物Tab.1 PH dependent polymers

2.3 生物黏附型遞送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是利用生物黏附性聚合物與黏液糖蛋白之間的相互作用，使藥物黏附于結腸黏膜表面，以提高藥物的局部濃度，延長藥物在結腸部位的滯留時間[31]。Iqbal等[32]制備了聚乙二醇功能化的聚乳酸-羥基乙酸共聚物（PLGA）NPs，并通過琥珀酰化反應調節(jié)和控制它們的表面電荷，結果顯示，陽離子NPs在結腸炎癥部位具有顯著更多、更優(yōu)先的累積。CUR是姜黃的主要有效成分，其能夠通過減少自噬、調節(jié)環(huán)加氧酶-1（COX-1）、誘導型一氧化氮合酶（iNOS）、SIRT1/mTOR和NF-κB信號傳導、增強腸道免疫力等改善腸道炎癥[33-34]，臨床上，其可用作佐劑，與美沙拉嗪聯合使用用于緩解輕度和中度UC[35]。通過使用pluronic F127（PF127）將負載 CUR的 PLGA NPs表面功能化，制備成多孔PF127-NPs，結果顯示，該NPs具有更強的抑制巨噬細胞分泌促炎細胞因子的能力，且PF127涂層能夠通過阻斷黏蛋白的疏水結構域促進NPs滲入黏膜內部，增強它們在結腸炎組織內的積聚[36]。將透明質酸（HA）修飾的納米顆粒，進一步封裝在殼聚糖/藻酸鹽水凝膠中，結果顯示，其能夠黏附到發(fā)炎的結腸黏膜表面，然后通過受損的上皮層穿透到下層的固有層，進而內化到CD44過度表達的結腸上皮細胞和巨噬細胞中，從而減輕UC的癥狀[37]。

2.4 酶依賴型遞送系統(tǒng) 多糖如殼聚糖、藻酸鹽、瓜爾膠、果膠、硫酸軟骨素、葡聚糖等能夠被結腸酶降解，而胃和小腸中缺乏相應的酶，以這些聚合物作為藥物載體設計的酶依賴型遞送系統(tǒng)已成為近幾年的研究熱點。Ohno等[38]制備了葡聚糖NPs用于結腸遞送CUR，結果表明，該NPs能夠通過抑制結腸上皮細胞中的NF-κB活化、誘導結腸黏膜中Tregs的擴增、調節(jié)腸道微生物群結構，抑制葡聚糖硫酸鈉（DSS）誘導的結腸炎的發(fā)展。然而IBD情況下，腸道微生物群多樣性發(fā)生顯著變化，進而會影響酶的種類和多樣性[39]，因此不能保證聚合物的位點特異性降解。

2.5 主動靶向遞送系統(tǒng) 該藥物遞送策略的設計理念為：靶向配體附著在聚合物載體表面，與發(fā)炎組織的細胞表面高度表達的受體、黏附分子和蛋白質結合，從而促進藥物制劑對特定細胞的生物黏附，提高發(fā)炎部位的藥物濃度，增強治療效果[40]。炎性條件下，活化的巨噬細胞表面高度表達甘露糖受體。Huang等[41]將陽離子魔芋葡甘聚糖（cKGM）和TNF-α的反義核苷酸（ASO）共軛形成cKGM-ASO納米復合物核，并在植物凝膠的參與下制備成微球，結果表明，cKGM結構中的甘露糖部分可被甘露糖受體識別，進一步介導巨噬細胞對納米復合物核的吞噬作用，且植物凝膠能夠改善微球的強度，保證微球可以順利到達結腸。同樣地，凝集素也在活化的巨噬細胞表面過表達，Bo等[42]將TNFα siRNA（siTNF）載入PLGA NPs中，表面用半乳糖功能化，制備成 Gal-siTNF-NPs，并將其和白介素-22（IL-22）共同嵌入殼聚糖/藻酸鹽水凝膠中，結果表明，其可以實現siTNF靶向遞送至巨噬細胞，特異性下調TNFα的表達，同時IL-22的存在可明顯加速黏膜愈合。Sun等[43]利用4-氨基苯硫酚（ATP）和羧甲基菊粉（CMI）合成兩親菊粉衍生物（ATP-CMI），制備基于ATP-CMI的氧化還原敏感性納米顆粒（ATP-CMI NPs），用于遞送布地納德（BDS）至發(fā)炎的結腸黏膜，這種NPs能夠在小腸高氧化還原電位（約-100 mV）條件下形成二硫鍵，并在結腸低氧化還原電位（約-400 mV）條件下還原裂解二硫鍵，從而保證BDS在結腸炎癥部位具有更高的藥物積累。在小鼠結腸炎模型和UC患者體內已證實，CD98在結腸上皮細胞和巨噬細胞表面過表達[44-45]，Bo等[46]構建了CD98 Fab'功能化的PLGA NPs，用于遞送CD98siRNA（siCD98），結果表明，該NPs能夠在結腸腔中實現特異性釋放，并使siCD98能夠內化到靶細胞中。

2.6 復合型藥物遞送系統(tǒng)

2.6.1 pH-Time依賴型遞送系統(tǒng) 以Eudragit FS 30 D作為pH依賴性聚合物，以Eudragit RS100作為時間依賴性聚合物，Naeem等[47]制備pH/Time依賴型BDS納米顆粒，結果顯示，NPs的體外釋放優(yōu)于單敏感性NPs，且能夠更有效地遞送藥物至發(fā)炎的結腸。同時，也可采用Eudragit RS 30D和Eudragit RL 30D組合作為時間依賴性聚合物[48]。除此之外，聚乙交酯和聚-ε-己內酯（PCL）等也被用作時間依賴性聚合物，Ghorab 等[49]開發(fā)了聚-ε-己內酯（PCL）塞來昔布負載微粒，并用Eudragit S100包衣，與單層PCL微粒相比，雙層微粒顯著改善了藥物在上胃腸道的釋放，且增強了生物利用度并延長了大鼠藥物-血漿濃度的持續(xù)時間。

2.6.2 pH-酶依賴型遞送系統(tǒng) Naeem等[50]以Eudragit FS30D和PLGA制備pH/酶雙重敏感納米顆粒（E/PNP），結果發(fā)現，與單功能納米顆粒相比，雙功能的E/PNP顯著改善了藥物的結腸分布，且在減輕DSS誘導的小鼠的結腸炎方面顯示出顯著的治療效果。槲皮素（QUE）是自然界常見的黃酮類膳食抗氧化劑，已經證明QUE能夠通過血紅素加氧酶-1依賴途徑調節(jié)結腸巨噬細胞的功能，從而改善小鼠實驗性結腸炎[51]，Carla等[52]使用殼聚糖和黃原膠制備負載QUE的微粒，用Eudragit L100包被，然后壓制成片劑，結果顯示該微粒片劑允許QUE在結腸堿性環(huán)境下通過非Fickian擴散的方式緩慢釋放。青藤堿，是從中藥青藤中提取的具有免疫抑制作用的純生物堿，Xiong等[53]制備了Eudragit S100包衣的青藤堿殼聚糖MPs，研究表明，該MPs能抑制過量的DSS誘導的TLR/NF-κB信號傳導途徑的激活，通過調節(jié)TLR4，MyD88和NF-88 p65的表達，減少黏膜炎癥和組織損傷。

3 納米制劑在GIT中的安全性

眾所周知，TiO2、SiO2、Zn、ZnO、Ag 等金屬 NPs毒性較大，這與給藥劑量、給藥頻率等有關，當它們被GI吸收并通過腸道時，會吸附鈣離子和脂多糖，形成NPs-鈣-脂多糖結合物，激活外周血單核細胞和腸吞噬細胞，加劇IBD或IBS等腸道疾病的惡化，同時它們可能會引起嚴重的肺、肝、腎以及心臟等毒性，且20 nm左右的顆粒能夠誘導DNA損傷[54]，因此它們對人體健康的影響值得高度關注。然而，一項動物研究表明，較低劑量的金屬NPs可能對結腸炎小鼠的微生物群產生有益的影響，小鼠攝入SiO2NP后增加了腸道內乳桿菌屬豐度的增加，相反，給小鼠灌胃給予AgNP后，發(fā)現厚壁菌門/擬桿菌門的比例降低，而低豐度的細菌家族增加，而在攝入TiO2NP的小鼠中未發(fā)現明顯的腸道微生物紊亂[55]。

目前常用的GIT藥物遞送系統(tǒng)包括LNP、蛋白質NPs、多糖NPs等毒性較小，這取決于較低的給藥劑量[56-57]，盡管如此，它們對機體的潛在毒性仍然需要注意。首先，納米制劑具有較小的粒徑和較高的比表面積，意味著一些可消化的NPs能夠吸附GIT中的球狀蛋白、消化酶和代謝酶等，使得蛋白的催化活性降低和GIT的正常功能改變，從而導致淀粉、脂質或蛋白質的消化速率降低。其次，NPs能夠穿過黏液層然后通過主動或被動傳輸機制吸收，在它們被吸收到細胞中之后，可以被代謝、轉移到血液或在細胞內積累，這取決于NPs的組成、粒徑、聚集狀態(tài)和表面電荷，當NPs在細胞內的積累超過特定閾值時，會引起細胞內的變化從而導致嚴重的細胞毒性。另外，難消化的NPs可能通過與腸道微生物群相互作用，改變結腸微生物群落的性質，對機體產生一些不良影響[58]。同時，長期使用吸收促進劑和表面活性劑可導致腸上皮損傷，某些促進吸收的生物材料可以誘導TJ中的結構重組或螯合鈣誘導TJs破壞，增加病原體和毒素進入腸腔的可能性[59]。

4 展望

目前，微/納米顆粒已被證明可提高藥物治療效果，改善藥物溶解度和生物利用度，減少全身不良反應，并且比傳統(tǒng)藥物制劑更有效，為口服生物利用度低的藥物的結腸遞送提供了設計思路。然而，若要將這些載體系統(tǒng)轉化為臨床使用，仍然存在很多問題。首先，雖然納米制劑具有粒徑優(yōu)勢，能夠優(yōu)先積聚到炎癥區(qū)域，但納米制劑的毒性問題至今尚未解決，仍需要對其體內毒性進行充分研究和評估。其次，在IBD中，胃腸道生理環(huán)境發(fā)生改變，因此藥物遞送系統(tǒng)在胃腸道轉運過程中的結構穩(wěn)定性需要進一步優(yōu)化，以防止在胃和小腸中過早釋放。第三，現有的結腸炎模型只能模擬IBD的某些特征，且部分藥物遞送系統(tǒng)的研究尚處于離體研究階段，納米、微米顆粒與人體器官、組織以及細胞之間的相互作用需進行深入的研究。因此，需要對微/納米顆粒的安全性、有效性及實用性做進一步探索。