固體脂質納米粒內服吸收機制及影響因素研究進展

洪 冕，張燕筠,陳冬梅,2,謝書宇*

(1.國家獸藥殘留基準實驗室(HZAU)，華中農業大學,武漢 430070;2.國家獸藥安全評價實驗室(HZAU)，華中農業大學,武漢 430070)

內服給藥是一種常規的給藥形式，是集約化養殖場最便捷、方便和經濟的給藥方式。然而，在藥物進入胃腸道后，胃腸道內的理化環境以及各種生理學屏障對于藥物的穩定性和吸收率皆存在不利影響，如何提高內服藥物的吸收成為了科學研究的一大熱點。研究表明，采用固體脂質納米粒包裹藥物，其基質包裹作用能有效改善藥物在胃腸道環境中的穩定性，提高藥物的生物利用度，并且可以為胃腸道特定部位靶向給藥提供可能性。固體脂質納米粒的脂質基質通常是由常溫下呈固態的類脂成分組成，有良好的耐受性、生物相容性和生物可降解性，可以減少藥物傳遞過程中的不良反應和毒副作用的發生。另外，機體可同時吸收脂質基質和釋放的藥物，這被認為是一種“特洛伊木馬”效應[1]，能有效提高藥物制劑的生物利用度。本文將從固體脂質納米粒內服吸收的機制以及固體脂質納米粒的粒徑、電荷和表面修飾和機體胃腸道生理學特征對固體脂質納米粒內服吸收的影響兩個方面進行總結，以期為獸藥研究者提供有益的思路和借鑒。

1 固體脂質納米粒內服吸收的機制

胃腸道提供了廣泛的表面積，便于上皮細胞對藥物的吸收。上皮細胞是機體口服吸收藥物的主要細胞。除上皮細胞以外，胃腸道內還含有許多其他不同類型的細胞，它們都可能參與藥物的吸收，包括分泌黏液的杯狀細胞、內分泌細胞、潘氏細胞等[2]。

固體脂質納米粒在小腸中的吸收機制目前說法不一，包括有吸收腸上皮細胞介導的跨細胞膜轉運途徑、M細胞介導的跨細胞膜轉運、細胞旁路轉運途徑、受體或轉運體介導的轉運以及被動擴散等。

1.1 細胞旁路轉運 細胞之間存在緊密連接，這使得粒徑大于1 nm的大分子物質難以從細胞間通過。固體脂質納米粒表面的修飾物如殼聚糖及其衍生物可以打開腸上皮細胞間的緊密連接，實現固體脂質納米粒的跨膜轉運[3]。然而，這種方法在轉運固體脂質納米粒的同時也會攜帶部分有害物質通過，對腸上皮生理屏障可能造成一定程度的損傷[4]。

1.2 跨細胞膜轉運 跨細胞膜轉運途徑主要通過M細胞和吸收腸上皮細胞來實現對固體脂質納米粒的攝取和轉運。

1.2.1 M細胞介導的跨細胞膜轉運 M細胞，是一種位于派伊爾結的特殊上皮細胞，較少受到粘液分泌物和藥物外排載體的影響。派伊爾結屬于腸道淋巴組織，免疫原、病毒、細菌等均是通過M細胞從派伊爾結的粘膜轉移到上皮下穹窿[2]。因此，派伊爾結的M細胞被認為在固體脂質納米粒的潛在轉運和吸收中起著重要作用。研究表明，M細胞吞噬固體脂質納米粒并將其轉運至基底面釋放，而后固體脂質納米粒通過淋巴管進入全身循環[5]。

1.2.2 吸收腸上皮細胞介導的跨細胞膜轉運 吸收腸上皮細胞是小腸上皮細胞的主要組分，也是機體吸收固體脂質納米粒的“主力軍”，其主要通過胞飲作用來攝取固體脂質納米粒。主要有巨胞飲途徑、網格蛋白介導的內吞途徑、小窩蛋白介導的內吞途徑等[6]。

巨胞飲途徑通過肌動蛋白和肌球蛋白使細胞膜往外突出形成細胞膜皺褶，形成大且不規則的內吞囊泡，即巨胞飲體[7]。網格蛋白介導的內吞途徑利用在內吞過程中形成的網格蛋白內陷結構，通過剪切蛋白-發動蛋白剪切后形成內吞囊泡[4]。這些內吞囊泡多通過溶酶體的酸化作用向溶酶體轉運引起降解效應或直接將內容物運出細胞。

小窩蛋白介導的內吞途徑則是形成了富含膽固醇和鞘磷脂的燒瓶狀囊泡，即小窩體[8]。這種囊泡不會被溶酶體的酸化作用所影響，有效避免了溶酶體的降解。

1.2.3 受體介導的跨細胞膜轉運 修飾于固體脂質納米粒表面的配體能特異性結合細胞膜表面受體，形成受體-大分子復合物，誘導細胞膜表面相應受體發生聚集，該處質膜在籠形蛋白的參與下形成有被小窩，最后包裹固體脂質納米粒形成囊泡[9]。隨著囊泡內pH值降低或者在酶的作用下，受體和配體分離，固體脂質納米粒離開細胞，而受體準備進行下一次的跨膜轉運[4]。

1.3 被動擴散 還有一種說法則認為固體脂質納米粒在口服后到達胃腸道內，在脂酶作用下于小腸進行脂肪分解，分解產物與膽鹽衍生物和磷脂形成混合膠束。此時，固體脂質納米粒包載的藥物會轉移至混合膠束中，通過被動擴散的方式被機體吸收[10]。

2 胃腸道生理因素對固體脂質納米粒內服吸收的影響

內服藥物進入胃腸道后，由于固體脂質納米粒和藥物自身性質不同，因此，在機體內的吸收會存在較大差異。同時，胃腸道內環境以及各種組織生理屏障也會對固體脂質納米粒的內服吸收產生一定影響。研究表明，固體脂質納米粒及其攜帶的藥物在到達上皮下結締組織的毛細血管前會遇到一系列不利因素的阻礙，主要有胃腸道內環境、黏液屏障、緊密連接、胃腸道上皮細胞生物膜屏障等。

2.1 胃腸道內環境 胃腸道擁有一個相對獨立的、較為惡劣的環境，會對固體脂質納米粒及其攜帶藥物的穩定性、生物利用度產生一定的不利影響。

胃腸道屬于消化系統，其胃液pH值多在1～1.5之間，低酸性環境通常會使得一些藥物發生解離從而失去藥理學作用。胃腸道的消化酶不僅可以對食物產生消化作用，還會降解進入胃腸道的固體脂質納米粒[11]。當固體脂質納米粒包裹藥物進入胃腸道時，有一部分被釋放的藥物可能會在消化酶的作用下降解從而降低藥效。Fontana等[12]制備了氨芐西林聚氰基丙烯酸乙酯(PECA)納米粒，研究其在人工胃液的釋放度,發現僅有30%的氨芐西林能牢固結合于納米粒上，不被降解。

胃腸道提供巨大的表面積用于藥物吸收(如腸絨毛等)，由于胃腸道不同部位厚度、形態結構并不盡相同，因此，用于吸收藥物的表面積也會有所不同。以結腸為例，由于結腸缺乏腸絨毛，結腸粘膜表面積會比其他部位小得多，固體脂質納米粒運載的藥物吸收效率較差[11]。Michel等[13]利用納米膠囊作為胰島素的載體，于大鼠體內進行胃腸道吸收試驗，發現給藥后不同部位第二天血糖下降率分別為回腸65%,胃59%,十二指腸52%,結腸34%，這表明回腸是吸收最有效的部位，而結腸吸收效率最低。

同時，胃腸道是許多體內微生物菌群定居的場所，微生物菌群及其分泌物對于固體脂質納米粒亦可能會造成一定程度的破壞。另外，為了能夠及時將食物殘渣排出體外，胃腸道不斷進行蠕動，即排空運動，這樣會使得固體脂質納米粒在胃腸道內停留時間受到限制，對藥物的吸收會有一定的影響[14]。

2.2 黏液屏障 黏液屏障是一種水凝膠層，普遍存在于整個胃腸道，由糖蛋白組成，包括緊密粘附層和疏松粘附層。除了糖蛋白，黏液層內還存在有大量的酶類，具有降解肽類的能力。對于機體來說，黏液層的主要作用是潤滑食道、保護胃腸道內上皮組織免受外來顆粒和病原體的影響、阻止病原體到達上皮細胞[15]，故黏液屏障對固體脂質納米粒的吸收也有影響。Primard等[16]通過對熒光聚乳酸納米粒在結扎小鼠腸袢的吸收進行研究，發現非淋巴組織的黏液層中截留有大量的納米粒。

黏液可以通過疏水作用結合固體脂質納米粒以及蛋白質[17]，黏液層中帶電荷的蛋白質也能與荷電的粒子之間發生相互作用，從而將其固定于黏液中[18]。黏液的電荷密度往往取決于胃腸道不同部位的局部離子強度和pH值，因此，對藥物的阻攔效果通常會受到胃腸道環境變化的影響。黏液屏障的pH值及厚度因所處部位不同而不同。在胃部和結腸處較厚，在小腸較薄；而pH值則在胃內達到1.0～2.0，于后面的腸段逐漸升高[19]。黏液屏障越厚，固體脂質納米粒越難被吸收；同時，胃部的酸性環境可能會破壞固體脂質納米粒的結構。有研究表明，高彈性的黏液屏障會攔截固體脂質納米粒，造成口服生物利用度下降[20]。另外，固體脂質納米粒被黏液包裹以后，也存在有隨黏液更新而被快速清除出體外的可能[2]。

有兩種辦法可能幫助固體脂質納米粒突破黏液屏障。一是讓納米粒粘附于黏膜層，在胃腸道上皮細胞表面釋放其荷載的藥物；二是讓納米粒穿透黏液屏障，被M細胞轉運進入淋巴循環。

2.3 緊密連接 緊密連接是在相鄰上皮細胞間形成的一種重要連接方式，它將上皮細胞的基底膜和頂膜分開，維持著上皮細胞和內皮細胞間的屏障以及組織細胞的極性。由于其結構緊密，通常只允許直徑微小的粒子通過，較大的顆粒和微生物則無法通過。因此，緊密連接既是選擇性屏障又具有柵欄的功能，允許有益的營養物質進入體內并攔截有害大分子和微生物，同時阻止上皮細胞基底膜和頂膜上脂質的自由流動[21]。

緊密連接無法區分藥物和毒物，固體脂質納米粒也會被其攔截在外，從而阻礙其攜帶藥物的吸收。吳正紅等[3]利用殼聚糖及其衍生物包覆的脂質體對胰島素細胞旁路轉運的促進作用進行了研究。研究發現，當殼聚糖及其衍生物包覆脂質體時,細胞間緊密連接被打開,跨膜電阻(TEER)明顯下降,胰島素跨膜轉運量增加。因此，可以通過使用緊密連接調節劑對固體脂質納米粒進行修飾，實現對緊密連接的調控，使其打開的通路不再狹窄，讓固體脂質納米粒順利通過。

2.4 胃腸道上皮細胞 胃腸道上皮細胞具有吸收和分泌的作用，主要由單層柱狀上皮細胞構成，間雜著少量杯狀細胞和淋巴細胞等其他成分[22]。在固體脂質納米粒的吸收過程中，胃腸道上皮細胞負責吸收并轉運固體脂質納米粒進入全身循環。一般來說，小分子親脂肽類藥物只需通過簡單的擴散作用就可以通過上皮細胞[23]，但是，當藥物顆粒的體積和極性過大時，就無法輕易的穿過上皮細胞的質膜。目前，尚未在上皮細胞的質膜中發現適用于大分子藥物的轉運蛋白，因此，只能尋找替代途徑來幫助大分子藥物通過上皮細胞。

目前已尋找到幾種適合的替代途徑：可用具有破壞和穿透內脂膜的細胞穿透蛋白來對固體脂質納米粒進行修飾；也可以通過某些物質來誘導上皮細胞對固體脂質納米粒產生內吞作用來實現跨細胞轉運；還可以運用配體修飾固體脂質納米粒，通過受體和配體的識別結合來實現轉運目的(注意天然配體會和其搶奪受體結合位點)[11]。寇龍發[24]用L-肉毒堿對紫杉醇-PLGA納米粒進行修飾，利用OCTN2對L-肉毒堿的親和性來協助轉運，有效提高了紫杉醇-PLGA納米粒的生物利用度。

2.5 上皮下結締組織 上皮下結締組織包括血管、淋巴管、神經、漿細胞和淋巴細胞等成分，具有吸收、運輸和免疫的功能，結構疏松且高度血管化[22]，并不會限制大部分顆粒的通過。因此，上皮下結締組織作為屏障對固體脂質納米粒內服吸收效率的影響并不大。Yoshikawa等[25]研究了外源性大分子物質對小腸血淋巴屏障的選擇通透性，發現較大的肽類，尤其是30 Kda以上的肽類，會優先進入淋巴管而不是毛細血管。

3 固體脂質納米粒理化性質對其攜帶藥物內服吸收的影響

由于胃腸道內酸性pH、消化酶以及微生物菌群等因素影響，使得胃腸道環境對內服藥物并不友好。固體脂質納米粒可以使其荷載的藥物與惡劣環境隔開，保持藥物的穩定性及藥效。由上述生理影響因素可知：首先，運載藥物的固體脂質納米粒要求必須要能保護它們的“貨物”；其次，他們應該具有被允許通過黏液屏障的特性；最后，他們要能通過腸腔內的腸上皮。

3.1 納米粒徑 固體脂質納米粒的粒徑大小會影響藥物穿透黏液屏障的能力，體內不同組織器官對藥物的粒徑大小也有選擇性。例如，M細胞可以吞噬粒徑小于1 μm的納米顆粒。有研究表明，納米粒的粒徑越小，其粘附能力越強[26]。同時，粒徑越小，透膜性也越強。Desai等[27]發現100 nm的PLGA納米粒比500 nm、1 μm和10 μm的顆粒更容易到達大鼠的派伊爾結。

3.2 電荷 固體脂質納米粒的表面電荷對其穿透黏液屏障的能力存在一定影響。Crater等[28]對表面帶有不同電荷的聚苯乙烯納米粒在天然豬腸道黏液以及人工腸黏蛋白中的擴散速率進行了研究，發現在兩種黏液中聚苯乙烯納米粒的擴散速度是相似的，并且攜帶負電荷的聚苯乙烯納米粒比攜帶正電荷的聚苯乙烯納米粒擴散得要快。另外，帶電荷的固體脂質納米粒之間可能會發生聚集，這將導致其在腸黏膜的穿過率降低[14]。

3.3 表面修飾 固體脂質納米粒可進行多種表面修飾。在固體脂質納米粒與胃腸道黏膜相互作用的過程中，固體脂質納米粒與黏液相互作用并被其包裹，并且有可能會隨著黏液的更新而被清除。運用具有黏液穿透性或者能改變固體脂質納米粒表面性質的物質對固體脂質納米粒進行表面修飾，使其能順利穿過黏液層，粘附于黏膜層，進而增加藥物在胃腸道中的停留時間及生物利用度。以白蛋白為例，由于白蛋白表面存在有一定量的負電荷，因此，表面存在血清白蛋白的固體脂質納米粒等膠體顆粒會對黏液的粘附固定能力表現出微弱的排斥作用[29]。

還可運用穿透肽、配體等能與上皮細胞質膜發生相互作用的物質來修飾固體脂質納米粒，實現其通過胃腸道上皮細胞屏障的目的。研究表明，利用穿膜肽修飾的硬脂酸作為脂質基質來制備胰島素納米粒，可以顯著促進機體對胰島素的吸收[30]。利用腸道內不同受體的配體對固體脂質納米粒進行修飾，除了能通過胃腸道上皮細胞屏障，亦可以實現胃腸道特定部位的靶向給藥，同時能增加藥物停留時間和攝取量，避免由于過早被清除而降低生物利用度。Verma等[31]通過研究素維生素B12修飾的磷酸鈣納米粒在運載胰島素方面的體內吸收效率，表面修飾的納米粒能特異性識別轉運體的配體，從而有效提高跨膜轉運效率。

3.4 脂質基質 固體脂質納米粒的內服吸收作用，很大程度上與脂質基質種類有關。脂質的理化性質對于固體脂質納米粒具有一定的影響，固體脂質納米粒的熔點會隨著脂肪酸鏈的長度增加而增加，隨著飽和度的降低而降低，脂質形成具有完美晶格的高度結晶顆粒(例如單酸甘油三酯)，很有可能會在儲存期間導致藥物的排出。有研究表明，脂質結構不同，在內服吸收效率增強方面存在一定差異[1]。Khoo等[32]研究發現長鏈脂肪酸甘油酯(C18)比中鏈脂肪酸(C8～C10)甘油酯在促進難溶性藥物的吸收更有優勢。因此，在制備固體脂質納米粒的過程中需要注意使用恰當的脂質基質，這樣才能獲得物理化學性質穩定的固體脂質納米粒[33]。

4 展 望

低廉的生產成本和易于規模化的生產方式決定了固體脂質納米粒在獸藥領域有著明確的產業化優勢和前景。本研究團隊研制的多種固體脂質納米粒能顯著提高多種獸藥在小鼠和豬的內服吸收和緩釋性能，并已完成兩種固體脂質納米混懸液的中試生產，在獸醫藥的產業化前景更加明確。隨著諸多科研人員對固體脂質納米粒的不斷開發與研究發現，固體脂質納米粒可以保護藥物在胃腸道中免受破壞，提高藥物內服吸收效果，但吸收率提升程度受到各方面的因素影響。機體生理因素如胃腸道內環境、粘液屏障、緊密連接、胃腸道上皮細胞以及上皮下結締組織，以及固體脂質納米粒自身的理化特征如粒徑、電荷、表面修飾以及脂質基質，均會對其內服吸收效果的提升造成不同程度的影響。因此，全面系統的認識和掌握固體脂質納米粒在胃腸道的吸收轉運效率及其機制和影響因素，對設計構建新型、高效、長效的固體脂質納米粒內服制劑具有重要的理論指導意義。另外，如何實現攜帶有藥物的固體脂質納米粒在畜禽腸道定位靶向進行定時定量傳遞和吸收，保證血藥濃度在一定時間內維持穩定，也值得更加深入的研究與討論。研究者應緊緊圍繞固體脂質納米的內服吸收影響因素和機制開展深入的理論研究，通過基質材料的篩選，表面的修飾等途徑和方式進一步加強固體脂質納米對胃腸道生理環境的抵抗力，增強其完整性，以確保其能以完整的形式與胃腸黏膜接觸，從而提升藥物的內服吸收。通過相關理論的研究，提出適合內服吸收的固體脂質納米的設計理論，以指導新型高效的內服制劑的開發。同時，深入開展工業化生產研究，以促進其產業化。我國屬于食品動物養殖大國，隨著養殖集約化的發展，對新型內服制劑的需求越來越迫切。集約化養殖場的特點要求獸藥使用的安全、高效、方便和經濟性，對于價格低廉和適合內服群體給藥的固體脂質納米有著內在迫切的需求。同時，固體脂質納米粒作為一種較為理想的獸藥載體，隨著相關研究的不斷開展和生產工藝的不斷完善，長效且高效的固體脂質納米粒在未來會被廣泛應用于畜牧養殖生產。