酵母微膠囊包埋新技術(shù)及藥效評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展

賈麗娟，戴智強(qiáng)，高青青，劉玉璇*，商學(xué)良，國(guó)大亮*（.天津中醫(yī)藥大學(xué)，天津 3067；.華北理工大學(xué)，河北 唐山 0630）

20世紀(jì)30年代，美國(guó)一家漁業(yè)公司首次制備出魚肝油明膠微膠囊，從此微膠囊技術(shù)正式進(jìn)入大眾的視野。微膠囊作為一種微型容器，可用來(lái)包封固體、液體和氣體。微膠囊包埋是建立芯材和壁材間功能性障礙的過(guò)程，以避免化學(xué)和物理反應(yīng)，并保持芯材的生物活性和理化性質(zhì)[1]。歷經(jīng)幾十年的發(fā)展變化，微膠囊技術(shù)已日趨成熟，并已廣泛應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化工、農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前，制備微膠囊的方法有很多，文章重點(diǎn)對(duì)微膠囊的新型制備方法——酵母微膠囊法進(jìn)行綜述，以期為微膠囊技術(shù)的后續(xù)發(fā)展提供參考。

曾經(jīng)對(duì)比多種微生物（如霉菌、原生蟲、酵母菌）作為壁材的包埋效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用酵母微膠囊包埋效果最理想[2]。對(duì)于所有的包封體系，包封分子與基質(zhì)之間的相互作用對(duì)其穩(wěn)定性和生物利用度都有著重要的影響。而經(jīng)酵母包埋后的活性物質(zhì)穩(wěn)定性、生物利用度、溶解性和緩釋性均有所提高[3]。酵母是最常用的食品級(jí)工業(yè)微生物之一。酵母細(xì)胞以分散的單細(xì)胞狀態(tài)存在，其完整的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度和通透性，從而使酵母細(xì)胞具有很好的吸附性能，可作為一種新型的微膠囊壁材。酵母細(xì)胞有一層磷脂膜，因此它可以充當(dāng)脂質(zhì)體，既可以封裝疏水化合物，也可以封裝親水化合物[4]。研究表明香料、精油、農(nóng)藥、脂溶性維生素和生物活性物質(zhì)等成分在加工或儲(chǔ)存過(guò)程中容易因氧化而失去作用[5-6]，采用酵母包封法可有效克服不同種類生物活性化合物的氧化問(wèn)題。

1 酵母微膠囊包埋新技術(shù)

1.1 酵母微膠囊包埋油脂

微膠囊包埋技術(shù)有利于控制精油的揮發(fā)性，可以改善油脂的水溶性、化學(xué)穩(wěn)定性和釋放特性，并保持其生物活性。微膠囊化的植物油和精油更利于加工和儲(chǔ)藏，可以延長(zhǎng)富含油脂產(chǎn)品的貨架期[7]。細(xì)胞壁作為細(xì)胞的保護(hù)屏障，可以降低對(duì)藥物的敏感性，細(xì)胞壁的主要成分和與細(xì)胞壁有關(guān)的酶可作為精油活性成分的重要作用位點(diǎn)[8]。目前，研究者主要利用酵母微膠囊技術(shù)包埋油脂類化合物，包埋后的油脂從液態(tài)轉(zhuǎn)化為粉末狀，揮發(fā)性降低，生物穩(wěn)定性提高。

馬齒莧籽油是ω-3脂肪酸的潛在營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，易氧化。Kavosi等[9]采用酵母微膠囊包埋技術(shù)解決此類問(wèn)題，把馬齒莧籽油作為囊芯，將其包裹在包覆羧甲基纖維素（CMC）的釀酒酵母細(xì)胞中，研究貯藏30 d后的氧化穩(wěn)定性。結(jié)果表明制備酵母微膠囊可增加馬齒莧籽油的穩(wěn)定性。魚油富含多種不飽和脂肪酸，有很好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但易氧化，且有強(qiáng)烈刺激性氣味，限制了其應(yīng)用。Adrian等[10]研究酵母微膠囊包埋魚油技術(shù)，對(duì)酵母細(xì)胞預(yù)處理的各種方法（自溶預(yù)處理、化學(xué)促進(jìn)自溶、酶促細(xì)胞壁消化）進(jìn)行評(píng)價(jià)，從溫度、攪拌速度和乳化劑添加量三個(gè)方面對(duì)酵母細(xì)胞中魚油的微膠囊化進(jìn)行研究和優(yōu)化，并驗(yàn)證其穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明包封后的魚油穩(wěn)定性明顯提高，不良?xì)馕侗挥行а谏w。Karaman等[11]應(yīng)用酵母細(xì)胞對(duì)沒(méi)食子酸進(jìn)行包封，并研究質(zhì)壁分離處理和溶劑類型的包埋介質(zhì)對(duì)包封性能、生物活性性質(zhì)、形態(tài)-構(gòu)象特征和在模擬胃和腸介質(zhì)中的釋放行為的影響。結(jié)果表明，包封介質(zhì)的溶劑類型對(duì)包封率和生物活性參數(shù)有顯著影響，質(zhì)壁分離處理的酵母細(xì)胞微膠囊可為食品和制藥工業(yè)提供控制釋放特性。Karaman等[12]利用酵母細(xì)胞抑制了黑孜然籽油中百里香醌的降解。薄荷精油作為從薄荷中提取出來(lái)的物質(zhì)，具有很好的抗菌、抗氧化性能。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，薄荷精油對(duì)一些農(nóng)作物害蟲具有良好的防治效果，基于此，Kavetsou等[13]將薄荷精油包封在酵母細(xì)胞載體中，制備出一種綠色、環(huán)保的殺蟲農(nóng)藥。

除了上述提到的幾種油脂外，近幾年來(lái)，中國(guó)酵母微膠囊技術(shù)也用于包埋其他油脂，部分研究如表1所示。

表1 酵母微膠囊包埋的油脂 Tab 1 Yeast microencapsulated oils

1.2 酵母微膠囊包埋黃酮

槲皮素是從蘆丁中提取出的一種多羥基黃酮類化合物，具有抗氧化及清除自由基的作用，還具有抗炎、抗病毒、抗腫瘤、降糖及免疫調(diào)節(jié)等作用[19]。但疏水性、在生理介質(zhì)中不穩(wěn)定、胃腸吸收不佳等使其功效受限[20]。近年來(lái)，有學(xué)者使用酵母微膠囊技術(shù)對(duì)槲皮素進(jìn)行包埋，以期改善槲皮素的穩(wěn)定性。Pham-Hoang等[21]研究酵母細(xì)胞壁包埋槲皮素，在4個(gè)月貯藏期內(nèi)的分子穩(wěn)定性，并利用紫外-可見分光光譜法和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)評(píng)價(jià)槲皮素與酵母膠囊之間的相互作用，證實(shí)了酵母包埋的優(yōu)點(diǎn)。黃秋葵是一種富含黃酮類化合物的植物，蘇平等[22]采用酵母微膠囊技術(shù)包封黃秋葵黃酮，并對(duì)振蕩時(shí)間、溫度和芯壁比三個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的包埋率為64.2%，抗氧化效果為黃秋葵花黃酮微膠囊＞BHT＞純化后的黃酮，且黃酮微膠囊表現(xiàn)出很好的緩釋效應(yīng)。

1.3 酵母微膠囊包埋多糖

多糖又稱為多聚糖，是由10個(gè)以上的單糖通過(guò)不同類型糖苷鍵聚合而成的生物大分子，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物中[23]。已有研究表明植物多糖具有多種生物活性，如抗氧化、抗炎、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血糖、保肝、降血脂和調(diào)節(jié)腸道菌群[24-31]等，且無(wú)毒副作用，逐漸成為食品科學(xué)、天然藥物、生物化學(xué)與生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。但多糖易吸濕、對(duì)酸堿、金屬離子不穩(wěn)定，將多糖微囊化是對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題的一種潛在解決方法。洪自兵等[32]利用酵母微膠囊技術(shù)包埋決明子多糖，有效延長(zhǎng)了其藥效，未被包埋的決明子多糖和包埋后的決明子多糖酵母均可以抑制HepG2細(xì)胞的生長(zhǎng)，但后者比前者抑制效果更好。

1.4 酵母微膠囊包埋生物堿

小檗堿，又名黃連素，是從傳統(tǒng)中藥黃連中提取出的一種季銨型異喹啉生物堿[33]。研究表明，小檗堿具有良好的抗腫瘤、降血脂、治療糖尿病、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗腦缺血、神經(jīng)保護(hù)、抗炎、抗凋亡等作用[34-38]。然而小檗堿的水溶性差，對(duì)環(huán)境條件敏感，使其在許多行業(yè)中無(wú)法應(yīng)用。Salari等[39]以凍干的質(zhì)壁分離和非質(zhì)壁分離的酵母細(xì)胞作為載體對(duì)小檗堿進(jìn)行包埋，通過(guò)差示掃描量熱法（DSC）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和熒光顯微鏡對(duì)微膠囊進(jìn)行表征，對(duì)小檗堿微膠囊進(jìn)行研究。結(jié)果表明，酵母微膠囊裝載有高達(dá)（40.2±0.2）%的小檗堿且小檗堿主要通過(guò)與酵母細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的疏水相互作用定位于細(xì)胞內(nèi)。

1.5 酵母微膠囊包埋維生素

維生素D3是一種用于佝僂病、骨軟化癥與骨質(zhì)疏松癥等代謝性骨疾病治療的重要藥物，然而，維生素D3化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，水溶性差，且易受環(huán)境因素影響。Dadkhodazade等[40]利用酵母細(xì)胞壁包封維生素D3，模擬在胃腸道中的釋放研究，結(jié)果表明，載維生素D3微囊在胃中表現(xiàn)出持續(xù)和緩慢的釋放，并且能克服胃酸介質(zhì)的影響，提高了維生素D3的穩(wěn)定性。因此這種酵母微囊包封技術(shù)有望產(chǎn)生一種新型包封維生素的載體。

1.6 酵母微膠囊包埋多酚

酚類化合物因其對(duì)人類健康的有益影響而受到關(guān)注。白藜蘆醇作為純天然多酚類化合物，以順式和反式兩種異構(gòu)體的形式存在。Shi等[41]首次成功地將白藜蘆醇包埋在酵母細(xì)胞壁中，并比較了非包封白藜蘆醇和包封后白藜蘆醇對(duì)DPPH自由基的清除能力。結(jié)果證明酵母包封的白藜蘆醇具有良好的穩(wěn)定性，DPPH自由基清除能力增強(qiáng)。殷佳雅等[42]研究酵母微囊化技術(shù)包埋茶多酚，以避免外界環(huán)境影響使茶多酚結(jié)構(gòu)改變或活性消失。姜黃素作為一種酸性多酚類物質(zhì)，其水溶性差，對(duì)加工和儲(chǔ)存條件要求嚴(yán)格，易降解，藥物利用率低。Medeiros等[43]利用酵母包埋技術(shù)緩解姜黃素的降解，提高其穩(wěn)定性，結(jié)果顯示經(jīng)酵母包埋后的姜黃素其光化學(xué)穩(wěn)定性提高了5.7倍。

2 酵母微膠囊技術(shù)的藥效評(píng)價(jià)研究

2.1 降血糖

1型糖尿病是一種與碳水化合物代謝受損相關(guān)的代謝紊亂，可導(dǎo)致慢性高血糖，該疾病的特征是β細(xì)胞進(jìn)行性自身免疫破壞，導(dǎo)致胰島素不足或胰島素分泌缺陷。胰島素皮下注射用于糖尿病的日常治療。但是由于胰島素給藥帶來(lái)的不便，很難滿足患者的依從性。為了克服這個(gè)困難，可優(yōu)先選擇口服胰島素輸送系統(tǒng)。然而，口服胰島素必須克服某些生理障礙[44]。侵入性和強(qiáng)化方法促使人們需要一種相容的胰島素給藥途徑[45]。釀酒酵母的微膠囊可以通過(guò)靜電力介導(dǎo)的自發(fā)沉積結(jié)合不同的帶電納米粒子[46]，長(zhǎng)期服用酵母微膠囊在治療慢性疾病方面顯示出良好的安全性[47]。Sabu等[48]首次提出了一種利酵母微膠囊包埋胰島素抑制糖尿病的生物激勵(lì)方法。利用胰島素和酵母微膠囊之間的靜電相互作用促使酵母微膠囊包埋胰島素的形成，并在熒光成像下證實(shí)了這一點(diǎn)。在酵母微膠囊包埋胰島素的表面裝載海藻酸鈉涂層可以保護(hù)酵母微膠囊免受惡劣的胃腸道環(huán)境影響，防止胰島素降解。藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠口服海藻酸鈉包覆的酵母微膠囊包埋胰島素后血糖明顯降低。

2.2 治療心血管疾病

心血管疾病的發(fā)生和動(dòng)脈硬化緊密相關(guān)。近年來(lái)，基于納米粒子的靶向策略被認(rèn)為是治療動(dòng)脈粥樣硬化（AS）的新途徑。

Zhang等[49]研發(fā)了一種用于靶向治療心血管疾病的方法，該方法由酵母衍生微膠囊（YC）介導(dǎo)，利用靜電驅(qū)動(dòng)自發(fā)沉積的方式使不同帶電納米顆粒成功負(fù)載到Y(jié)C中。口服給藥后，包埋納米顆粒的酵母膠囊（YDMC）可以優(yōu)先到達(dá)關(guān)節(jié)炎和腫瘤的病變部位，并顯著降低斑塊面積，增強(qiáng)AS斑塊的穩(wěn)定性。最重要的是，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)YC介導(dǎo)的納米療法比未包裝的納米藥物更有效，對(duì)毒性測(cè)定的結(jié)果顯示包裝后的納米藥物在長(zhǎng)期口服后表現(xiàn)出良好的安全性，因此該方法或可用于AS和其他血管疾病的靶向治療。單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）在AS中扮演著關(guān)鍵的角色，是AS發(fā)生早期的重要因素。Yin等[50]利用上述YC介導(dǎo)的仿生方法成功將一種MCP-1的特異性合成抑制劑靶向輸送到AS斑塊內(nèi)部，結(jié)果顯示這種抑制劑的作用明顯增強(qiáng)，有效減少了單核細(xì)胞在AS斑塊中的聚集。

2.3 治療炎癥相關(guān)疾病

胃腸道存在許多生物屏障，即使是當(dāng)前最先進(jìn)的納米粒子靶向傳遞系統(tǒng)口服給藥后也面臨來(lái)自胃腸道障礙的挑戰(zhàn)。Zhou等[51]嘗試將含有消炎藥吲哚美辛或抗腫瘤藥物紫杉醇的納米粒負(fù)載到酵母膠囊中，口服后經(jīng)過(guò)一系列的體內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程，包埋在酵母膠囊中的納米粒最終被傳遞到小鼠或大鼠炎癥或腫瘤的遠(yuǎn)程病變部位。結(jié)果顯示，在該急性炎癥模型中，酵母膠囊介導(dǎo)的納米探針的靶向效率甚至比靜脈注射相同劑量的納米探針的靶向效率還要高。口服經(jīng)酵母膠囊介導(dǎo)的吲哚美辛或紫杉醇納米療法在炎癥和腫瘤動(dòng)物模型中與單獨(dú)納米治療相比，作用顯著增強(qiáng)。Plavcová等[52]利用酵母細(xì)胞包封姜黃素研究其在體外的抗炎作用，發(fā)現(xiàn)克服姜黃素生物利用度低、提高靶向傳遞主要是酵母細(xì)胞中純化的葡聚糖顆粒發(fā)揮作用。

2.4 抗腫瘤

口服是最常見和最有效的給藥方式，具有較高的安全性、方便性和用藥依從性。目前，口服抗腫瘤藥物在治療癌癥方面越來(lái)越受歡迎。但一些治療癌癥的口服藥物存在親水性低、對(duì)上皮細(xì)胞滲透性差、毒副作用大等問(wèn)題。卡巴他賽是一種新型半合成紫杉醇，具有很強(qiáng)的抗腫瘤活性，與其他紫杉醇類似，卡巴他賽的口服給藥仍然受到限制，Ren等[53]將載藥聚合物-脂質(zhì)雜化納米粒子（NPs）負(fù)載到多孔空心酵母細(xì)胞壁微顆粒（YPs）中，制備了一種載藥納米微載體，用于巨噬細(xì)胞靶向口服卡巴他賽；在模擬胃腸道環(huán)境中，NPs負(fù)載YPs的體外釋藥速度較NPs慢，藥物穩(wěn)定性較高；體內(nèi)藥動(dòng)學(xué)研究中，卡巴他賽溶液的口服利用度提高了5倍。順鉑是當(dāng)前聯(lián)合化療中最常用的藥物之一，Zhou等[54]將制備好的順鉑衍生的前體納米粒子（PreCDDP）封裝到酵母膠囊中得到可以口服給藥的PreCDDP/YC，并從其理化性質(zhì)、體外藥物釋放、體外抗腫瘤活性、口服靶向性、體內(nèi)藥動(dòng)學(xué)和體內(nèi)藥效等方面對(duì)酵母膠囊仿生給藥系統(tǒng)進(jìn)行考察，結(jié)果PreCDDP/YC在細(xì)胞內(nèi)釋放后仍具有抗腫瘤活性，口服載于酵母膠囊中的PreCDDP比口服或靜脈注射游離的順鉑具有更好的安全性和更高的生物利用度。上述研究表明載藥納米微載體技術(shù)是增加小分子藥物口服吸收的一種可能途徑。

2.5 潛在的骨組織再生能力

已有研究表明，生物醫(yī)學(xué)材料聚磷酸鈣摻鍶后能夠顯著增強(qiáng)成骨細(xì)胞的增殖和分化。Huang等[55]利用酵母細(xì)胞對(duì)某些金屬離子的吸附作用，成功將鍶離子富集到多孔聚磷酸鈣酵母微膠囊中，保證了微囊中微量元素的持續(xù)緩慢釋放。與人骨髓基質(zhì)細(xì)胞共培養(yǎng)的結(jié)果顯示，酵母調(diào)控法制備的鍶摻雜多孔聚磷酸鈣微膠囊對(duì)堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原基因的表達(dá)均有推動(dòng)作用，證實(shí)了對(duì)成骨細(xì)胞的促進(jìn)作用。其效果明顯優(yōu)于純聚磷酸鈣和沉淀的鍶摻雜聚磷酸鈣。這也表明酵母微囊技術(shù)可以通過(guò)摻雜微量元素控制其在聚磷酸鈣中的滲入，進(jìn)一步為骨組織工程開發(fā)新型生物材料。

目前的研究大多利用酵母微囊化口服給藥，但也可用于全身給藥、局部或吸入性黏膜給藥[56]。

3 結(jié)語(yǔ)

鑒于微膠囊化技術(shù)帶來(lái)的實(shí)用價(jià)值及其在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用前景，目前對(duì)酵母微膠囊研究越來(lái)越多。酵母細(xì)胞是一種綠色、天然、營(yíng)養(yǎng)豐富、價(jià)格低廉、可大規(guī)模培養(yǎng)、安全系數(shù)高的可食用微載體。與傳統(tǒng)的微膠囊制備方法相比，以酵母細(xì)胞為囊壁材料制備微膠囊具有以下優(yōu)勢(shì)：微膠囊產(chǎn)品大小均一、無(wú)毒、生物相容性好、易生物降解，制備過(guò)程中，不需要或很少引入其他化學(xué)試劑，較少溶劑殘留或脫除的問(wèn)題，非常適合藥物和食品添加劑的包覆。我國(guó)研究人員對(duì)酵母微膠囊技術(shù)的研究雖然起步較晚，但已取得了較大的進(jìn)步，在醫(yī)藥、食品領(lǐng)域進(jìn)行了一定的實(shí)際應(yīng)用和深入的研究，不過(guò)與國(guó)外相比還存在較大差距，特別是對(duì)成囊機(jī)制的分析，新技術(shù)、新設(shè)備的開發(fā)，藥物控釋、緩釋及靶向釋放等方面的研究還很不足。相信不久的將來(lái)，隨著醫(yī)藥技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)在酵母微膠囊的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究一定會(huì)取得突破。