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摘要

胃腸道黏液作為胃腸道的關(guān)鍵生理屏障, 其高度糖基化的黏蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)阻礙了顆粒及藥物分子向腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)。在口服遞藥系統(tǒng)中, 有效克服胃腸道黏液屏障是實(shí)現(xiàn)藥物高效吸收的首要環(huán)節(jié)。一方面, 持續(xù)分泌的黏液層憑借其剪切稀化流變特性, 能夠快速清除未能有效穿透的顆粒; 另一方面, 大分子藥物由于其分子尺寸超過(guò)黏液孔隙尺寸, 難以實(shí)現(xiàn)跨黏液層擴(kuò)散。此外, 部分小分子藥物也可能因與黏液層成分發(fā)生相互作用而滯留于黏液層中, 或因黏液層持續(xù)分泌的動(dòng)態(tài)更新系統(tǒng)而被清除, 從而導(dǎo)致藥物遞送效率降低。因此, 提升藥物的黏液穿透能力成為提高其口服生物利用度的關(guān)鍵策略。本文系統(tǒng)綜述了胃腸道黏液的組成與結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、屏障特性及其影響藥物口服吸收的作用和機(jī)制, 并探討了基于納米技術(shù)的藥物遞送策略以克服黏液屏障。旨在為增強(qiáng)藥物黏液滲透性、提高口服生物利用度, 以及設(shè)計(jì)高效穿透黏液屏障的納米制劑提供理論依據(jù)與設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

 

關(guān)鍵詞

口服給藥; 黏液屏障; 黏液黏附; 黏液穿透; 納米制劑

 

口服給藥作為臨床中最常用的給藥途徑, 相較于其他給藥方式具有安全性高、使用便利、患者依從性高與成本低等顯著優(yōu)勢(shì)。藥物發(fā)揮藥效需經(jīng)胃腸道吸收進(jìn)入血液循環(huán), 然而這一過(guò)程面臨多重生理屏障的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)于水溶性大分子藥物(如蛋白質(zhì)、多肽類藥物)而言, 其分子尺寸超過(guò)黏液孔隙尺寸, 且缺乏特異性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)跨膜滲透, 導(dǎo)致跨黏液層擴(kuò)散率不足; 疏水性小分子藥物(如小分子抗癌藥物、抗感染藥物)雖可通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散穿透細(xì)胞膜, 但其水溶性極低, 在胃腸道環(huán)境中難以有效溶解, 進(jìn)而導(dǎo)致生物利用度普遍較低。

此外, 口服藥物進(jìn)入胃腸道后, 在吸收及起效過(guò)程中, 除受肝臟首過(guò)效應(yīng)影響外, 還受到多種胃腸道生理屏障的限制。其中黏液屏障主要由高度糖基化的黏蛋白構(gòu)成, 是隔離外來(lái)物質(zhì)與腸上皮的第一道防線。此黏液屏障在保護(hù)腸上皮免受酸、酶破壞及病原體的入侵的同時(shí), 還具有潤(rùn)滑胃腸道的作用, 可避免腸上皮細(xì)胞在消化過(guò)程中受到機(jī)械性剪切損傷。作為覆蓋于腸上皮表面的凝膠型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 腸黏液屏障通過(guò)持續(xù)分泌與脫落實(shí)現(xiàn)自我更新, 約4~6h內(nèi)即可完成一次更新。這種動(dòng)態(tài)更新機(jī)制能有效清除截留于其中的外來(lái)物質(zhì)和病原體, 但同時(shí)也會(huì)將藥物顆粒識(shí)別為異物并加以清除, 阻礙藥物向腸上皮細(xì)胞的擴(kuò)散與吸收過(guò)程。因此, 胃腸道黏液屏障的存在顯著影響藥物的體內(nèi)過(guò)程和療效發(fā)揮, 在口服藥物制劑設(shè)計(jì)中, 如何克服或規(guī)避黏液屏障的限制已成為關(guān)鍵考量因素。

納米制劑作為新一代藥物遞送系統(tǒng), 能夠從多維度突破口服給藥的關(guān)鍵瓶頸, 其核心優(yōu)勢(shì)主要包括: ①顯著提高包載藥物的溶解度, 并有效防止藥物在胃腸道中被酶降解; ②具備良好的黏液穿透能力, 可延長(zhǎng)藥物在胃腸道中的滯留時(shí)間; ③實(shí)現(xiàn)藥物的緩慢與持續(xù)釋放, 并促進(jìn)藥物跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。這些特性使得納米制劑在提升多種藥物口服生物利用度方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

目前常見(jiàn)的納米制劑包括納米粒、聚合物膠束、脂質(zhì)體、固體脂質(zhì)納米粒、無(wú)機(jī)納米粒和自乳化給藥系統(tǒng)等。在影響藥物口服生物利用度的諸多因素中, 能否高效跨越胃腸道黏液屏障是關(guān)鍵決定因素之一。本文系統(tǒng)綜述胃腸道黏液的組成與結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、屏障特性及其影響藥物口服吸收的作用和機(jī)制, 并探討基于納米技術(shù)的遞送策略, 以克服該屏障, 為增強(qiáng)藥物黏液滲透性、提高口服生物利用度及設(shè)計(jì)高效黏液穿透型納米制劑提供理論參考與設(shè)計(jì)思路。

 

1胃腸道黏液的組成與結(jié)構(gòu)

1.1 黏液的組成

胃腸道黏液是覆蓋于胃腸道黏膜上皮細(xì)胞表面的復(fù)雜水凝膠體系, 主要由水、黏蛋白、碳水化合物、脂質(zhì)、電解質(zhì)、DNA、細(xì)菌和脫落的細(xì)胞碎片等成分組成。其中水分占比最高, 達(dá)90%~95%; 黏蛋白和脂類占0.5%~5%, 無(wú)機(jī)鹽占0.5%~1%。作為一種動(dòng)態(tài)更新的生物屏障, 胃腸道黏液具有獨(dú)特的黏彈性和黏附性, 并呈現(xiàn)典型的選擇性屏障特征。這種特性使其能夠有效阻擋大部分細(xì)菌、病毒等病原體和有害物質(zhì)的入侵, 同時(shí)允許小分子物質(zhì)(如水、離子、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì))及藥物小分子通過(guò)自由擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)跨黏液轉(zhuǎn)運(yùn)。

1.2 黏液的結(jié)構(gòu)

黏蛋白是黏液中最主要的有機(jī)成分, 為高度糖基化的大分子糖蛋白, 主要包括分泌型黏蛋白和跨膜型黏蛋白。①分泌型黏蛋白(如小腸MUC2、胃MUC5AC)由杯狀細(xì)胞分泌至腸腔后, 經(jīng)水合解聚形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 構(gòu)成黏液屏障的主要“支架”; ②跨膜型黏蛋白(MUC1、MUC3、MUC4等)位于上皮細(xì)胞頂端, 其跨膜結(jié)構(gòu)域通過(guò)疏水相互作用錨定于細(xì)胞膜, 為胃腸道上皮細(xì)胞表層構(gòu)建穩(wěn)定的微環(huán)境。

黏蛋白單體通過(guò)共價(jià)與非共價(jià)作用交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 其親水糖鏈通過(guò)水合作用使網(wǎng)絡(luò)高度膨脹, 促進(jìn)黏液層形成水凝膠狀。結(jié)構(gòu)上, 靠近上皮細(xì)胞的黏液由黏蛋白和多糖構(gòu)成緊密黏附層, 其上方則為疏松黏附層。黏蛋白中糖基化基團(tuán)的負(fù)電性、非糖基化蛋白鏈的疏水區(qū), 以及黏蛋白纖維交織形成的物理網(wǎng)絡(luò), 共同構(gòu)成了黏液滲透屏障的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

 

2黏液的理化性質(zhì)影響藥物口服吸收的作用及機(jī)制

胃腸道黏液作為動(dòng)態(tài)生物屏障, 其核心理化性質(zhì)(如孔徑結(jié)構(gòu)、pH值、離子強(qiáng)度及黏彈性)通過(guò)多重機(jī)制協(xié)同調(diào)控藥物遞送系統(tǒng)的跨屏障的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。黏液可通過(guò)靜電相互作用、范德華力、疏水作用、氫鍵及鏈纏結(jié)等多種物理化學(xué)作用捕獲藥物分子或顆粒, 使其滯留于黏蛋白構(gòu)成的致密網(wǎng)絡(luò)中, 顯著降低其擴(kuò)散速率。值得注意的是, 藥物跨屏障擴(kuò)散效率不僅取決于黏液本身的性質(zhì), 還受顆粒尺寸、表面性質(zhì)等因素的影響。

2.1 孔徑與尺寸篩分效應(yīng)

黏液對(duì)藥物的物理阻隔主要源于黏蛋白纖維網(wǎng)絡(luò)及其孔隙的篩分效應(yīng)。該網(wǎng)絡(luò)孔徑在胃腸道內(nèi)動(dòng)態(tài)變化, 通常介于100~500nm, 并受黏液層厚度、水合狀態(tài)及生理環(huán)境影響。這種結(jié)構(gòu)決定了藥物的尺寸依賴性擴(kuò)散: 小分子物質(zhì)可相對(duì)自由地穿透黏液, 而較大的分子(如球狀蛋白)則擴(kuò)散受阻。具體而言, 顆粒在黏液中的遷移率隨尺寸增大而顯著降低。研究發(fā)現(xiàn), 粒徑小于200nm的納米顆粒更容易通過(guò)黏液孔隙但即使是粒徑達(dá)到或超過(guò)100nm的顆粒, 其擴(kuò)散速率也可被黏液降低數(shù)千倍。該尺寸效應(yīng)的關(guān)鍵在于, 黏液纖維網(wǎng)絡(luò)對(duì)小尺寸顆粒的物理篩分作用較弱, 使其不易被截留。

2.2 多價(jià)結(jié)合效應(yīng)

除物理篩分外, 黏蛋白鏈上的高密度疏水區(qū)域及纖維柔韌性, 使其能與不同電荷或疏水性表面的顆粒發(fā)生多重、低親和力的相互作用。盡管單個(gè)作用力較弱, 但大量作用位點(diǎn)產(chǎn)生的累積效應(yīng)仍能協(xié)同阻滯顆粒移動(dòng), 此機(jī)制被稱為多價(jià)結(jié)合效應(yīng)。該效應(yīng)顯著增強(qiáng)黏液對(duì)顆粒的固定與捕獲能力, 是阻礙藥物遞送系統(tǒng)擴(kuò)散的另一關(guān)鍵機(jī)制。

2.3 pH值

胃腸道各區(qū)段的黏液pH環(huán)境存在顯著差異?？诜幬锸紫让媾R胃部的強(qiáng)酸性環(huán)境(pH約1~2)。值得注意的是, 胃腔至黏膜上皮表面存在顯著的pH梯度: 管腔側(cè)極低, 而上皮表面的黏液層因碳酸氫鹽(HCO??)分泌而形成相對(duì)中性的微環(huán)境(pH約6)。藥物進(jìn)入小腸后, pH在十二指腸區(qū)域被局部中和(約6.1), 并沿遠(yuǎn)端逐漸升高, 結(jié)腸和直腸pH可達(dá)7~8。pH的變化是影響藥物擴(kuò)散行為的關(guān)鍵因素。其通過(guò)改變黏蛋白糖基化區(qū)域的靜電荷、促進(jìn)疏水結(jié)構(gòu)域暴露及影響非共價(jià)相互作用等方式, 調(diào)控黏液的構(gòu)象、黏彈性和通透性。

2.4 離子強(qiáng)度

黏液中的離子強(qiáng)度受上皮離子通道機(jī)制的調(diào)控, 包括囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator, CFTR)、上皮細(xì)胞鈉離子通道(epithelial sodium channel, ENaC)等, 對(duì)黏液的流變學(xué)性質(zhì)和藥物擴(kuò)散至關(guān)重要。正常生理狀態(tài)下, 黏液的形成依賴于Ca2+介導(dǎo)的cAMP依賴性HCO??分泌與胞吐作用。其中, HCO??在黏蛋白的水合過(guò)程中起關(guān)鍵作用: 通過(guò)減少黏蛋白中Ca2+的交聯(lián)作用來(lái)降低黏液黏度。而CFTR通道不僅直接介導(dǎo)Cl?和HCO??跨上皮細(xì)胞的頂膜轉(zhuǎn)運(yùn), 還可間接下調(diào)ENaC的活性, 二者協(xié)同維持黏液的離子環(huán)境與水合狀態(tài)。

2.5 黏彈性

黏彈性是胃腸道黏液最核心的理化特性。黏液作為典型的非牛頓流體, 表現(xiàn)出剪切稀化特性(表觀黏度隨剪切速率增大而降低), 使其在潤(rùn)滑腸道的同時(shí)構(gòu)成有效物理屏障。黏液的黏彈性源于黏蛋白通過(guò)共價(jià)與非共價(jià)作用構(gòu)建的致密三維網(wǎng)絡(luò), 其機(jī)械強(qiáng)度取決于糖苷側(cè)鏈間的交聯(lián)纏繞程度。水分、無(wú)機(jī)鹽含量、pH值和離子強(qiáng)度等環(huán)境因素也對(duì)黏彈性具有重要調(diào)控作用, 尤以pH值和離子強(qiáng)度的影響最為顯著。

2.5.1 pH值的調(diào)控作用

pH值是黏液構(gòu)象和黏彈性的關(guān)鍵調(diào)控因子。在胃黏液的酸性環(huán)境(低pH)下, 黏蛋白糖基化區(qū)域負(fù)電荷減少, 這可能暴露更多疏水結(jié)構(gòu)域并促進(jìn)氫鍵形成。這些變化協(xié)同增強(qiáng)了黏蛋白網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)密度, 顯著提高黏彈性。例如, 有研究表明, 在pH為3的酸性環(huán)境中, 帶電粒子的擴(kuò)散率均顯著低于中性聚乙二醇化粒子, 而在pH為7的中性環(huán)境下, 各類粒子則近乎自由擴(kuò)散。

2.5.2 離子強(qiáng)度的調(diào)控作用

離子強(qiáng)度對(duì)黏液黏彈性具有顯著調(diào)節(jié)作用。宏觀上表現(xiàn)為離子濃度升高通常導(dǎo)致黏度降低, 其核心機(jī)制在于: 高離子強(qiáng)度可減弱黏蛋白分子間及黏蛋白與帶電藥物載體之間的靜電相互作用, 從而削弱黏蛋白網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)聚力, 降低其物理阻力。這種影響對(duì)于帶電藥物粒子的擴(kuò)散尤為顯著。高濃度鹽能通過(guò)電荷屏蔽效應(yīng)削弱帶電粒子與黏蛋白間的靜電吸引, 顯著提高其擴(kuò)散率, 而對(duì)中性粒子的影響則很小。

 

3黏液的屏障特性影響納米制劑跨黏液屏障的作用機(jī)制

胃腸道黏液層是覆蓋于上皮組織表面的致密凝膠層, 構(gòu)成了一道關(guān)鍵性的選擇性屏障。它在允許氣體、水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換的同時(shí), 能有效阻擋大部分細(xì)菌和病原體的入侵。然而, 這種保護(hù)功能也成為口服藥物吸收的主要物理化學(xué)屏障。其阻礙作用主要體現(xiàn)在兩方面: ①通過(guò)持續(xù)的分泌、脫落與更新機(jī)制迅速清除截留的外來(lái)物質(zhì)(包括藥物); ②其固有的親水性、高黏滯性及復(fù)雜的理化性質(zhì)顯著阻礙藥物分子從腸腔向吸收上皮細(xì)胞的擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn), 對(duì)于疏水性藥物分子和顆粒型遞送系統(tǒng)的限制尤為突出。當(dāng)藥物粒子與黏液層發(fā)生相互作用并試圖穿透該屏障時(shí), 其擴(kuò)散過(guò)程將面臨以下3類典型障礙(圖1): 

3.1 動(dòng)態(tài)屏障

黏液層的動(dòng)態(tài)更新特性是其構(gòu)成藥物遞送屏障的首要因素。在生理狀態(tài)下, 杯狀細(xì)胞每天分泌近10L黏液, 其中約9.8L被消化系統(tǒng)重吸收循環(huán)利用, 剩余部分則隨糞便、呼吸道分泌物(如痰液、唾液、鼻腔分泌物)、生殖道分泌物、淚液等途徑排出體外。黏液通過(guò)“分泌—重吸收—排泄”的動(dòng)態(tài)平衡實(shí)現(xiàn)持續(xù)更新, 迅速清除截留的外來(lái)物質(zhì)。杯狀細(xì)胞在腸道中的分布并不均勻, 進(jìn)一步導(dǎo)致黏液分泌速率的區(qū)域異質(zhì)性: 由于杯狀細(xì)胞密度沿腸道下行逐漸升高(如十二指腸約4%至遠(yuǎn)端結(jié)腸約16%), 黏液分泌速率也相應(yīng)增加。

黏液層可分為疏松黏附層(外層)與緊密黏附層(內(nèi)層), 兩者更新特性的差異構(gòu)成了藥物滲透的“雙重動(dòng)態(tài)阻礙”。疏松黏附層由于持續(xù)受胃腸道機(jī)械蠕動(dòng)和酶解作用的影響, 更新周期極短(1~5h)。藥物在此層雖可短暫滯留, 但絕大多數(shù)因快速脫落更新而被清除, 難以實(shí)現(xiàn)持續(xù)遞送或有效深層滲透。與之相反, 緊密黏附層因與上皮細(xì)胞緊密黏附, 更新周期顯著延長(zhǎng)(數(shù)小時(shí)至數(shù)天)。盡管更新緩慢延長(zhǎng)了藥物接觸時(shí)間, 但其高黏滯性卻顯著限制了藥物分子向上皮細(xì)胞的擴(kuò)散速率。此外, 腸道蠕動(dòng)進(jìn)一步加速黏液層流動(dòng)更新, 縮短了藥物在作用部位的滯留時(shí)間。

3.2 空間屏障

黏液的空間屏障功能核心源于黏蛋白網(wǎng)絡(luò)的尺寸排阻效應(yīng)。這種高度水合的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)“分子篩”, 其網(wǎng)孔大小不均一, 例如胃黏液平均孔徑約500nm, 而結(jié)腸黏液平均孔徑約200nm。尺寸依賴性決定了物質(zhì)的擴(kuò)散行為: 小分子物質(zhì)可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)間隙的低黏度孔道自由擴(kuò)散, 而尺寸大于網(wǎng)格孔徑的化合物則被物理截留, 難以有效穿透。

已有研究證實(shí), 顆粒在黏液中的擴(kuò)散能力隨其粒徑增大而顯著降低。通常, 粒徑>500nm的顆粒易被截留; 而粒徑在100~200nm內(nèi)的小顆粒具有較高的擴(kuò)散系數(shù)和穿透能力, 其流動(dòng)性主要取決于其表面性質(zhì)。此外, 黏液的高黏滯性和上皮表面緊密黏附層的協(xié)同作用, 進(jìn)一步增強(qiáng)了空間屏障對(duì)粒子轉(zhuǎn)運(yùn)的阻滯效應(yīng)。

3.3 物理化學(xué)相互作用屏障

黏液的復(fù)雜化學(xué)組成是其物理化學(xué)屏障功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。它通過(guò)靜電相互作用、范德華力、疏水作用、氫鍵及黏蛋白鏈纏結(jié)等多種機(jī)制與外來(lái)顆粒發(fā)生相互作用。一方面, 黏蛋白寡糖鏈富含的羥基、羧基及硫酸基等基團(tuán), 提供了氫鍵和離子相互作用的結(jié)合位點(diǎn)。由于黏液整體帶負(fù)電, 帶正電荷顆粒易被吸附和滯留; 另一方面, 黏蛋白鏈上分布的高密度疏水區(qū)域可與疏水性微粒之間產(chǎn)生顯著疏水相互作用, 這也是黏液捕獲病原體的重要途徑。這些多重的化學(xué)相互作用與黏蛋白長(zhǎng)鏈纏繞和交聯(lián)形成的致密三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 共同賦予黏液強(qiáng)大的“捕獲”能力, 被捕獲的微粒最終將隨黏液層的持續(xù)更新與脫落而被清除。

該網(wǎng)狀“過(guò)濾器”顯著降低了顆粒的擴(kuò)散速率與滲透效率。其中, 顆粒表面性質(zhì), 尤其是電荷分布, 是影響其滲透行為的關(guān)鍵因素: 由于黏液整體帶負(fù)電, 帶正電荷的顆粒易被吸附并滯留于黏液層中, 帶負(fù)電荷則易被排斥, 而電中性顆粒既不易被吸附也不被排斥, 因此穿透黏液屏障的阻力最小。研究證實(shí), 表面中性的共聚物和兩性離子功能化納米粒(具中性、親水性表面)均表現(xiàn)出高黏液滲透性, 有效增強(qiáng)了藥物攝取和吸收。

 

4納米制劑跨黏液屏障的機(jī)制與策略

藥物載體克服黏液屏障的核心挑戰(zhàn)在于平衡其黏附性與穿透性。納米載體通常難以抵御強(qiáng)烈的胃腸道排空和黏液清除機(jī)制, 導(dǎo)致藥物在被吸收前即被快速清除。因此, 適當(dāng)增強(qiáng)載體的黏附性有利于延長(zhǎng)其滯留時(shí)間, 從而提高藥物吸收。然而, 黏附型載體受限于黏液快速更新與清除的特性; 過(guò)強(qiáng)的黏附性還會(huì)削弱穿透能力, 反而可能限制藥物生物利用度的提升。因此, 理想的口服納米遞藥系統(tǒng)需兼具良好的黏液穿透能力, 能夠快速穿越黏液屏障, 抵達(dá)緊密黏附層或上皮細(xì)胞表面, 以實(shí)現(xiàn)高效藥物遞送。

目前, 納米遞藥系統(tǒng)跨黏液屏障轉(zhuǎn)運(yùn)的策略主要分為以下兩類(圖2): ①黏液黏附型策略: 如通過(guò)靜電吸附、非特異性結(jié)合力修飾及巰基化等方法增強(qiáng)黏附; ②黏液穿透型策略: 涵蓋表面親水化修飾、惰性涂層技術(shù)及黏液溶解等方法。此外, 近年來(lái)研究者還開(kāi)發(fā)了若干新型遞送策略, 以協(xié)同克服多重生理屏障。本節(jié)系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展, 旨在為高效口服納米遞藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論參考與實(shí)踐指導(dǎo)。

Figure 2 The mechanisms and strategies for nano-formulations crossing the mucus barrier. A: Mucus adhesion strategy. 1: Positively charged nano-formulations bind to anionic mucins via electrostatic interactions; 2: Hydrogen bonding between nano-formulations and mucus components; 3: Entanglement of nano-formulations surfacegrafted polymer chains with mucin fibers; 4: Hydrophobic interactions between nanoformulations with the mucus; 5: Nano-formulations surface exogenous thiol groups form disulfide bonds with mucin sulfhydryl residues; B: Mucus penetration strategy. 6: Nano-formulations facilitate penetration in mucus by developing a highly hydrophilic surface; 7: Nano-formulations facilitate penetration in mucus by constructing inert or electroneutral surfaces to minimize mucin interactions; 8: Nano-formulations selectively disrupt the mucus network by incorporating disulfide bond breaking agents to facilitate penetration; 9: Nano-formulations hydrolyze mucins by functionalizing with proteolytic enzymes to facilitate penetration

4.1 黏液黏附型策略

黏液黏附型策略旨在通過(guò)增強(qiáng)納米制劑與黏液層之間的相互作用(如靜電吸附、氫鍵、疏水作用、范德華力、共價(jià)鍵結(jié)合), 提高其黏附能力。該策略的核心目標(biāo)在于延長(zhǎng)納米制劑在黏液中的滯留時(shí)間, 避免被胃腸道排空或黏液更新機(jī)制快速清除, 從而提高藥物吸收。實(shí)現(xiàn)路徑主要包括: 選用生物黏附材料(如纖維素衍生物、合成或天然高分子等)或?qū){米載體表面進(jìn)行特定化學(xué)修飾等實(shí)現(xiàn)牢固黏附。表1總結(jié)了目前常見(jiàn)的各類黏液黏附型納米遞藥系統(tǒng)及其優(yōu)點(diǎn)。

4.1.1 靜電吸附策略

靜電吸附是黏液黏附型策略中的經(jīng)典機(jī)制, 其核心在于利用帶正電的納米載體與黏液層中富含負(fù)電基團(tuán)的黏蛋白之間的強(qiáng)靜電相互作用, 實(shí)現(xiàn)載體在黏液中的有效滯留。

殼聚糖及其衍生物是最廣泛應(yīng)用的陽(yáng)離子型黏附材料。殼聚糖在酸性環(huán)境(pH<6)中氨基發(fā)生質(zhì)子化而帶正電, 能通過(guò)靜電作用牢固結(jié)合黏液組分, 從而顯著增強(qiáng)黏附。Guo等制備了殼聚糖修飾的載長(zhǎng)春瑞濱的脂質(zhì)體。體外黏附實(shí)驗(yàn)證實(shí), 殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體黏附性能顯著提升, 且其口服生物利用度相較于長(zhǎng)春瑞濱溶液提高了2.1倍。Zhang等制備了殼聚糖修飾的載胰島素的聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA]納米粒(nanoparticles, NPs), 該制劑表現(xiàn)出良好的生物黏附性: 給藥8h后仍可在大鼠腸道中檢測(cè)到明顯熒光信號(hào), 而未修飾的PLGA納米粒組在7h后信號(hào)已基本消失。

然而, 殼聚糖的黏附能力高度依賴環(huán)境pH, 這限制了其在胃腸道全域的有效應(yīng)用。為克服這一局限, 研究人員開(kāi)發(fā)了N-三甲基殼聚糖(N, N, N-trimethyl chitosan, TMC)、羧甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan, CMC)等化學(xué)改性衍生物, 以期在更寬的pH范圍內(nèi)維持良好的黏附性能。Wang等制備了CMC修飾的載吉非替尼的F68/PLGA-NPs, 該制劑在小腸中顯示出高黏附性, 其生物利用度較未修飾組提高了約1.6倍。

靜電吸附策略通過(guò)陽(yáng)離子型黏附材料與黏蛋白之間的強(qiáng)靜電作用, 能夠有效延長(zhǎng)納米載體在黏液中的滯留時(shí)間, 提升藥物的口服生物利用度。然而, 其有效性高度依賴于載體表面的正電荷密度。高正電荷密度在增強(qiáng)黏附性的同時(shí), 也伴隨著潛在的細(xì)胞毒性風(fēng)險(xiǎn), 這在很大程度上限制了其臨床轉(zhuǎn)化潛力。

4.1.2 結(jié)合力黏附策略

納米載體可通過(guò)非共價(jià)結(jié)合力(如纏結(jié)作用、氫鍵、疏水相互作用)與黏液形成牢固的物理黏附, 從而增強(qiáng)在黏液層的滯留, 這是靜電相互作用之外的另一種重要黏附策略。常見(jiàn)的結(jié)合力黏附材料包括纖維素衍生物[如羥丙甲纖維素(hydroxypropyl methylcellulose, HPMC)]和合成聚合物[如聚乳酸、聚癸二酸、PLGA、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)、聚丙烯酸酯[poly(acrylic acid), PAA]等], 它們?cè)诳诜{米遞藥系統(tǒng)中已展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。

這類聚合物的黏附機(jī)制往往是多種分子間作用力的綜合體現(xiàn)。以PAA為例, 其黏附主要來(lái)源于長(zhǎng)聚合物鏈和黏蛋白纖維之間的物理纏結(jié)和氫鍵作用。聚合物鏈纏結(jié)能力與分子質(zhì)量密切相關(guān), 研究表明有效黏附的分子質(zhì)量閾值為100000。在各類PAA中, 卡波姆980因其具有較高的分子質(zhì)量, 能與黏蛋白形成更強(qiáng)的纏結(jié)和交聯(lián), 因此表現(xiàn)出最優(yōu)的黏附性能。Makhlof等利用PAA修飾的載降鈣素的納米粒, 其黏附性顯著優(yōu)于降鈣素溶液, 有效提高了藥物的口服吸收。

復(fù)合型黏附聚合物修飾能夠進(jìn)一步提升納米載體的黏附性與穩(wěn)定性。Al-Nemrawi等研究發(fā)現(xiàn), 采用殼聚糖修飾載對(duì)乙酰氨基酚的PLGA-NPs顯著增強(qiáng)了其生物黏附性, 且該增強(qiáng)效應(yīng)隨殼聚糖濃度和分子質(zhì)量的增加而增強(qiáng)。Nair等制備了載西他列汀的HPMC和PLGA復(fù)合型黏附納米粒。體外黏膜黏附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 對(duì)照組的藥物在5h后已無(wú)法從內(nèi)層黏膜表面檢出, 而復(fù)合納米粒組在10h后仍有21.98%的藥物滯留, 表明其黏附時(shí)間顯著延長(zhǎng)、黏附性能優(yōu)異。

結(jié)合力黏附策略通過(guò)聚合物材料的多種非共價(jià)相互作用, 為延長(zhǎng)納米載體在黏液中的滯留提供了有效且靈活的途徑。然而, 該策略的效能高度依賴于聚合物材料的理化性質(zhì)(如分子質(zhì)量、鏈柔韌性)及復(fù)雜的生理環(huán)境。未來(lái)的研究應(yīng)側(cè)重于對(duì)聚合物材料進(jìn)行更精細(xì)的功能化設(shè)計(jì), 以優(yōu)化相互作用的強(qiáng)度與穩(wěn)定性, 從而推動(dòng)此類黏附系統(tǒng)向更高效率、可控響應(yīng)的方向發(fā)展。

4.1.3 巰基化策略

巰基化策略的核心是通過(guò)在納米載體表面引入外源性巰基(-SH), 使其能夠與胃腸道黏液層中半胱氨酸殘基或黏蛋白的活性巰基發(fā)生反應(yīng)自發(fā)氧化反應(yīng), 形成二硫鍵(-S-S-), 從而顯著增強(qiáng)載體在黏液中的黏附性。盡管二硫鍵在還原環(huán)境中可發(fā)生可逆斷裂, 但其作為共價(jià)鍵的結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)高于氫鍵、離子相互作用等非共價(jià)力, 能夠大幅度提高納米載體在黏液層的滯留能力。

值得注意的是, 胃腸道的酸性環(huán)境(較低pH)可進(jìn)一步增強(qiáng)巰基化納米載體的黏附作用。其機(jī)制在于酸性條件能夠抑制載體自身分子內(nèi)二硫鍵的形成, 從而增加納米載體與黏蛋白形成二硫鍵的機(jī)會(huì)。常用的巰基化試劑包括半胱氨酸(cysteine)、巰基乙酸(thioglycolic acid, TGA)、4-硫代丁基脒(4-thiobutylami dine, TBA)和谷胱甘肽(glutathione)等。這些試劑可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)接枝到聚合物(如PAA)、天然多糖(如殼聚糖、海藻酸鈉)或蛋白質(zhì)等載體材料上。這些材料本身富含羥基、羧基等活性基團(tuán), 為巰基的引入提供了理想的反應(yīng)位點(diǎn)。

研究證實(shí), 巰基化修飾可顯著提升納米載體的黏附性能。例如, Dünnhaupt等研究表明, 經(jīng)半胱氨酸修飾的PAA-NPs其黏附性較未修飾組提高了約6倍。Bravo-Osuna等采用TBA對(duì)殼聚糖進(jìn)行巰基化修飾后, 將其涂覆于聚氰基丙烯酸異丁酯納米粒表面, 結(jié)果顯示其與黏液的黏附作用顯著增強(qiáng)。

綜上, 巰基化策略通過(guò)形成牢固的二硫共價(jià)鍵, 為增強(qiáng)納米載體的黏附性提供了一條高效途徑。然而, 該策略的實(shí)際應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn): 一方面, 巰基化聚合物與黏蛋白的半胱氨酸殘基之間的二硫鍵在生理環(huán)境下的動(dòng)態(tài)可逆性可能限制黏附的持續(xù)時(shí)間; 另一方面, 載體表面的巰基在發(fā)揮黏附功能前, 可能發(fā)生分子內(nèi)或分子間巰基的相互作用, 導(dǎo)致納米載體的意外聚集或性質(zhì)改變。因此，未來(lái)的研究需致力于優(yōu)化巰基的密度與空間分布, 以在最大化黏附效能的同時(shí), 維持納米載體系統(tǒng)的膠體穩(wěn)定性, 推動(dòng)該策略向更可靠、更可控的方向發(fā)展。

4.2 黏液穿透型策略

區(qū)別于黏液黏附型策略, 黏液穿透型策略的核心在于最大限度降低納米載體與黏液組分之間的非特異性相互作用, 或通過(guò)主動(dòng)破壞黏蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 減少藥物在黏液中的滯留。該策略旨在促使納米載體快速穿透黏液層, 最終到達(dá)深層黏液或直接接觸腸上皮細(xì)胞表面, 實(shí)現(xiàn)高效擴(kuò)散和藥物遞送。該策略主要通過(guò)以下兩種途徑實(shí)現(xiàn): ①表面親水化/惰性化修飾: 采用親水性聚合物、兩性離子材料或構(gòu)建電中性表面, 屏蔽與黏蛋白的疏水/靜電相互作用; ②黏液溶解策略: 利用黏液溶解劑或蛋白水解酶降解黏蛋白交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。表2系統(tǒng)總結(jié)了相關(guān)黏液穿透型納米遞藥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略及性能特點(diǎn)。

4.2.1 親水性穿透策略

黏蛋白纖維表面的疏水片段是導(dǎo)致納米載體滯留的關(guān)鍵因素之一。親水性穿透策略的核心在于在納米載體表面構(gòu)建強(qiáng)親水性、高度水化的“保護(hù)層”, 以有效屏蔽其與黏蛋白疏水域的相互作用, 同時(shí)減少與其他黏液組分的非特異性結(jié)合。這一修飾能顯著降低擴(kuò)散阻力, 促進(jìn)載體在黏液網(wǎng)絡(luò)中的快速滲透。常用于構(gòu)建親水化表面的材料包括聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)、聚(2-惡唑啉)[poly(2-oxazoline), POZ]和聚羥丙甲丙烯酸甲酯(polyhy-droxypropyl methacrylate, pHPMA)等。其中, PEG憑借其優(yōu)異的親水性和生物相容性, 已成為最經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的表面修飾材料。高密度PEG修飾可在納米粒表面形成緊密的“刷狀”結(jié)構(gòu), 有效阻隔其與黏液成分的非必要相互作用。

研究表明, PEG的分子質(zhì)量和表面修飾密度是決定其穿透效率的關(guān)鍵參數(shù)。Boylan等發(fā)現(xiàn), 采用低分子質(zhì)量(2~5kDa) PEG修飾的納米粒可在黏液中快速滲透; 同時(shí), 足夠的修飾密度是形成有效空間屏蔽的必要條件。Xu等系統(tǒng)比較了不同表面密度的PEG-5k修飾納米粒發(fā)現(xiàn), 結(jié)果顯示至少需要5%的PEG覆蓋率才能有效抑制其與黏蛋白的結(jié)合。Yuan等開(kāi)發(fā)的PEG修飾載多柔比星固體脂質(zhì)納米粒, 其在Caco-2/HT29共培養(yǎng)細(xì)胞模型和離體腸道組織中均表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的黏液穿透能力, 而未修飾的脂質(zhì)納米粒則大量滯留于黏液層中; 藥代動(dòng)力學(xué)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí), PEG修飾組的相對(duì)生物利用度較未修飾組提高了1.99倍。

POZ是另一類極具潛力的親水性材料, 其生物相容性與PEG相當(dāng)甚至更優(yōu), 并表現(xiàn)出更高的體內(nèi)穩(wěn)定性。為優(yōu)化其親水性能, Mansfield等合成了側(cè)鏈為甲基的聚(2-甲基-2-噁唑啉)[poly(2-methyl-2-oxazoline), PMOZ], 并通過(guò)巰基-烯點(diǎn)擊反應(yīng)將其共價(jià)修飾到硫醇化二氧化硅納米粒表面。豬胃黏液穿透實(shí)驗(yàn)顯示, PMOZ修飾顯著增強(qiáng)了納米粒的滲透能力, 證實(shí)了通過(guò)提高POZ親水性來(lái)增強(qiáng)穿透效果的可行性。

pHPMA則因其獨(dú)特的pH響應(yīng)解離行為而受到廣泛關(guān)注。Liu等將載胰島素的TMC自組裝納米粒表面修飾pHPMA, 研究結(jié)果表明pHPMA的修飾顯著增強(qiáng)了納米粒的黏液穿透能力。更重要的是, pHPMA在穿透黏液層后即開(kāi)始解離脫落, 暴露出內(nèi)部的TMC納米粒核隨后通過(guò)旁細(xì)胞途徑進(jìn)行跨上皮轉(zhuǎn)運(yùn), 展現(xiàn)出智能遞送的潛力。

盡管以PEG為代表的親水性穿透策略在增強(qiáng)納米載體黏液滲透方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì), 但該策略的整體發(fā)展仍面臨一系列共性挑戰(zhàn)。首先, PEG的應(yīng)用受到潛在的免疫原性(如PEG抗體介導(dǎo)的清除)及過(guò)度修飾可能阻礙細(xì)胞攝取等問(wèn)題的制約; 其次, POZ等新興材料雖前景良好, 但目前相關(guān)研究仍不夠系統(tǒng)深入, 其實(shí)際應(yīng)用潛力尚未充分發(fā)掘。而pHPMA等響應(yīng)型材料則受限于其復(fù)雜的制備工藝及體內(nèi)解離動(dòng)力學(xué)的不可預(yù)測(cè)性。因此, 未來(lái)的研究應(yīng)致力于開(kāi)發(fā)更安全、更智能的新型親水性聚合物, 并精細(xì)調(diào)控其修飾參數(shù), 以實(shí)現(xiàn)更加高效和可控的黏液穿透遞送。

4.2.2 惰性穿透策略

黏液中富含疏水性片段及帶負(fù)電荷的基團(tuán), 易通過(guò)疏水作用和靜電吸附捕獲納米載體。惰性穿透策略的核心在于設(shè)計(jì)兼具高親水性與電中性表面的納米載體, 以最大限度地減少其與黏液組分之間的非特異性相互作用。通過(guò)避免被黏液網(wǎng)絡(luò)捕獲, 從而促進(jìn)載體在黏液層中的快速擴(kuò)散與高效穿透。此類粒子表面通常包覆有致密的惰性(低黏附性)材料, 可有效屏蔽與黏液成分的作用。常用的惰性穿透材料包括PEG、普朗尼克F127(pluronic F-127, F127)、聚多巴胺(polydopamine, PDA)及兩性離子材料等。

Lai等首次報(bào)道PEG憑借其高度親水性和電中性表面, 能顯著減少與黏液組分的相互作用, 從而促進(jìn)納米粒子在黏液網(wǎng)絡(luò)中的快速擴(kuò)散。這一發(fā)現(xiàn)奠定了PEG作為經(jīng)典黏液穿透材料的地位。Tan等制備了PEG修飾的載重組生長(zhǎng)激素(recombinant growth hormone, RGH)的復(fù)合細(xì)胞穿透肽(cell-penetrating pep-tides, CPPs)介孔二氧化硅納米粒(CPP/PEG-LMSN)。體外藥效學(xué)結(jié)果表明, CPP/PEG-LMSN給藥組HepG2細(xì)胞上清液中的促生長(zhǎng)因子水平比RGH溶液組提高了5.41倍。在體內(nèi)藥效學(xué)研究中, CPP/PEG-LMSN組大鼠體重增長(zhǎng)了4.91%, 而RGH溶液組幾乎沒(méi)有增長(zhǎng), 有力地證明了該策略的有效性。

F127是一種非離子型聚氧乙烯−聚氧丙烯共聚物, 同時(shí)具備親水與疏水鏈段, 適用于包覆微粒或嵌入脂質(zhì)體磷脂雙層中, 不僅可改善制劑穩(wěn)定性, 還能增強(qiáng)藥物的緩釋性能。Chen等分別用殼聚糖和F127修飾載難溶性藥物環(huán)孢素A的脂質(zhì)體。體內(nèi)外研究表明, F127修飾的脂質(zhì)體在胃腸液中表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性, 與殼聚糖修飾的脂質(zhì)體相比, 其生物利用度提高了1.84倍。

PDA是通過(guò)多巴胺聚合形成的高分子材料, 具有高生物相容性和多功能表面修飾能力。Hu等制備了PDA修飾的PLGA納米粒, 并利用瓊脂糖凝膠層模型評(píng)估其黏液穿透能力。結(jié)果顯示, PDA修飾后的PLGA納米粒在凝膠層中表現(xiàn)出優(yōu)異的黏液穿透能力, 其穿透率(69.6±3.4)%顯著高于未經(jīng)修飾的PLGA納米粒(37.2±0.7)%。

兩性離子化合物是一類具有極強(qiáng)的親水性和高生物相容性的電中性聚合物。其修飾的納米載體表面性質(zhì)與細(xì)胞磷脂膜相似, 有助于促進(jìn)上皮細(xì)胞攝取。Veider等制備了大豆卵磷脂和PEG修飾的水包油型納米乳液, 并評(píng)價(jià)其在Caco-2/HT29細(xì)胞單層模型的黏液滲透行為和細(xì)胞攝取行為。結(jié)果表明, 大豆卵磷脂修飾的納米乳液的黏液滲透性與PEG修飾組相當(dāng), 且細(xì)胞攝取效率更高。

總體而言, 惰性穿透策略通過(guò)構(gòu)建惰性載體表面, 能有效減少與黏液組分的非特異性相互作用, 為納米載體高效穿透黏液屏障提供了普適性方案。該策略的主要優(yōu)勢(shì)在于設(shè)計(jì)的明確性和材料的多樣性, 例如PEG的經(jīng)典應(yīng)用、F127兼具穩(wěn)定與緩釋特性、PDA的多功能修飾能力, 以及兩性離子材料在促進(jìn)細(xì)胞攝取方面的獨(dú)特潛力。然而, 該策略仍面臨一些挑戰(zhàn): 部分材料(如PEG)存在潛在的免疫原性風(fēng)險(xiǎn); 兩性離子材料雖前景廣闊, 但其在口服遞送中的行為機(jī)制研究尚不充分。未來(lái)研究需在深化材料生物學(xué)效應(yīng)基礎(chǔ)上, 優(yōu)化其表面修飾策略, 實(shí)現(xiàn)黏液穿透與細(xì)胞遞送的高效協(xié)同。

4.2.3 黏液溶解策略

與上述通過(guò)表面親水性或惰性材料修飾納米載體以減弱相互作用的穿透策略不同, 該策略旨在主動(dòng)降解黏液的結(jié)構(gòu)完整性, 降低其黏彈性和致密度, 從而促進(jìn)納米載體的擴(kuò)散和滲透。該策略主要包括裂解二硫鍵和水解黏蛋白兩類方法。

二硫鍵是維持黏液網(wǎng)絡(luò)機(jī)械強(qiáng)度和黏彈性能的關(guān)鍵化學(xué)鍵, 破壞二硫鍵可顯著降低黏液黏度, 削弱其對(duì)納米載體的截留能力。常用的二硫鍵斷裂劑包括N-乙酰半胱氨酸、N-十二烷基-4-巰基丁酰胺和2-巰基-N-辛基乙酰胺等。這些試劑可與藥物共載于納米載體中, 在穿越黏液過(guò)程中緩慢釋放, 實(shí)現(xiàn)對(duì)局部黏液網(wǎng)絡(luò)的選擇性破壞。

另一方面, 水解黏蛋白主要是通過(guò)蛋白水解酶水解黏蛋白骨架的多肽鏈, 進(jìn)而破壞其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。常用蛋白水解酶包括胰蛋白酶(trypsin)木瓜蛋白酶(papain, PAP)和菠蘿蛋白酶(bromelain, BROM)等。Shahzadi等制備了trypsin修飾的自乳化藥物遞送系統(tǒng)(self-emulsifying drug delivery system, SEDDS), 并采用豬腸黏液評(píng)估其黏液滲透特性。結(jié)果顯示, 酶修飾SEDDS的黏液穿透性較未修飾組提高了2.6倍。Leichner等制備了PAP修飾的SEDDS, 通過(guò)旋轉(zhuǎn)硅膠管實(shí)驗(yàn)與Transwell擴(kuò)散模型均證實(shí), 其黏液滲透能力顯著優(yōu)于未經(jīng)酶修飾的對(duì)照組。

黏液溶解策略通過(guò)主動(dòng)解構(gòu)黏液層的結(jié)構(gòu)完整性, 為增強(qiáng)納米載體滲透提供了一種獨(dú)特且高效的路徑。其主要優(yōu)勢(shì)在于能夠直接、顯著地降低黏液黏彈性, 從而極大地提升藥物載體的跨屏障轉(zhuǎn)運(yùn)效率。然而, 其應(yīng)用仍面臨多重的局限性: 首先, 目前基于二硫鍵裂解策略的相關(guān)研究報(bào)道較少, 其方法研究尚不充分, 技術(shù)成熟度低; 其次, 蛋白水解酶修飾納米載體的構(gòu)建技術(shù)仍處于起步階段, 可供選擇的載體材料有限, 且酶活性在儲(chǔ)存與遞送過(guò)程中易失活降解, 嚴(yán)重影響體系穩(wěn)定性。更關(guān)鍵的是, 該策略可能破壞正常黏液的生理屏障功能, 造成局部組織損傷, 削弱其對(duì)病毒等外來(lái)物質(zhì)的防御能力, 從而增加感染風(fēng)險(xiǎn)。因此該策略適用場(chǎng)景可能僅限于病理?xiàng)l件下黏液異常增厚的疾病(如炎癥性腸病、功能性腸道紊亂等)。未來(lái)的研究應(yīng)在保障安全性的前提下, 致力于進(jìn)一步優(yōu)化酶或裂解劑的控釋特性與靶向能力, 以推動(dòng)該策略的臨床轉(zhuǎn)化。

4.3 智能與協(xié)同遞送策略

除了經(jīng)典的黏附型和穿透型策略, 研究者們正致力于開(kāi)發(fā)更為復(fù)雜和智能化的新型遞送系統(tǒng), 以協(xié)同克服多重生理屏障。這些先進(jìn)策略通常整合多種作用機(jī)制, 主要包括黏液黏附與穿透結(jié)合型、zeta電位轉(zhuǎn)變型、特異性結(jié)合型及仿生功能化等。

4.3.1 黏液黏附與穿透結(jié)合型策略

該策略旨在構(gòu)建可響應(yīng)環(huán)境或時(shí)間因素動(dòng)態(tài)調(diào)整表面性質(zhì)的“智能”載體, 實(shí)現(xiàn)從初始黏附到后續(xù)穿透的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。Hauptstein等開(kāi)發(fā)的PEG-硫醇化殼聚糖(Chito-PEG-SH)是典型代表。①黏附階段: 載體表面的硫醇基(-SH)與黏蛋白的巰基形成二硫鍵, 產(chǎn)生強(qiáng)黏附力, 延長(zhǎng)腸道滯留時(shí)間; ②穿透階段: 隨著時(shí)間的推移或環(huán)境變化(如pH、還原環(huán)境), 二硫鍵逐漸斷裂; 同時(shí)外層的PEG鏈發(fā)揮親水性屏蔽作用, 減少與黏蛋白的非特異性相互作用, 促進(jìn)載體釋放并穿透剩余黏液層。實(shí)驗(yàn)表明, 與單一殼聚糖相比, Chito-PEG-SH不僅初始黏附性更強(qiáng), 其在大鼠腸黏液模型中的整體穿透能力也顯著提高了2.7倍, 展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換策略的顯著優(yōu)勢(shì)。

Liu等開(kāi)發(fā)了一種基于殼聚糖-巰基乙酸-Pluronic F127(CS-TGA-PF)的脂質(zhì)體系統(tǒng)用于紫杉醇的口服遞送。黏蛋白黏附定量評(píng)估結(jié)果顯示, CS-TGA-PF脂質(zhì)體的黏蛋白黏附量比單一CS包覆的脂質(zhì)體提高了3倍。體內(nèi)腸道分布研究顯示, 大鼠口服香豆素-6標(biāo)記的CS-TGA-PF脂質(zhì)體后, 不僅在腸道表面觀察到更強(qiáng)的熒光信號(hào), 熒光還可深入分布于絨毛內(nèi)部, 表明該系統(tǒng)兼具優(yōu)異的黏液黏附與滲透能力。這些結(jié)果證實(shí)CS-TGA-PF脂質(zhì)體是一種具有潛力的紫杉醇口服納米遞送系統(tǒng)。

黏液黏附與穿透結(jié)合型策略通過(guò)時(shí)序性或環(huán)境響應(yīng)性的設(shè)計(jì), 巧妙地協(xié)同了“黏附”與“穿透”兩個(gè)看似矛盾的關(guān)鍵特性, 成功突破了傳統(tǒng)單一策略的局限。相較于僅注重黏附(易被快速清除)或僅注重穿透(滯留時(shí)間不足)的傳統(tǒng)載體, 該策略不僅顯著延長(zhǎng)了藥物在吸收部位的停留, 還確保了其后續(xù)的高效跨屏障轉(zhuǎn)運(yùn), 從而整體上提升了藥物的口服遞送效率。此外, 其設(shè)計(jì)理念為共載不同理化性質(zhì)的藥物提供了可能性, 展現(xiàn)了極高的靈活性與應(yīng)用潛力。未來(lái), 通過(guò)引入更精準(zhǔn)的響應(yīng)機(jī)制與更高效的功能材料, 此類智能遞送系統(tǒng)有望為復(fù)雜口服給藥挑戰(zhàn)提供全新的解決方案。

4.3.2 Zeta電位轉(zhuǎn)變型策略

該策略以腸道(尤其小腸刷狀緣)高表達(dá)的堿性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)作為生物觸發(fā)器, 設(shè)計(jì)“核−殼”結(jié)構(gòu): ①初始狀態(tài)(帶負(fù)電, 利于穿透): 帶正電內(nèi)核(如殼聚糖)被帶負(fù)電的“保護(hù)基團(tuán)”(如磷酸根基團(tuán))屏蔽, 使整體表面電荷為負(fù)值。這種負(fù)電荷或電荷中性表面有利于減少與帶負(fù)電黏蛋白的靜電排斥/吸引, 促進(jìn)在黏液層中的初始穿透; ②酶觸發(fā)反轉(zhuǎn)(帶正電, 促進(jìn)吸收): 當(dāng)載體到達(dá)富含ALP的小腸區(qū)域時(shí), ALP特異性水解掉外層的磷酸根基團(tuán), 暴露出帶正電的內(nèi)核。暴露的正電荷可增強(qiáng)載體與帶負(fù)電的腸上皮細(xì)胞膜的靜電相互作用, 促進(jìn)細(xì)胞攝取或旁細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn), 從而提高藥物吸收。Le-Vinh等制備了一種磷酸化的殼聚糖膠束, 其殼聚糖陽(yáng)離子核心被磷酸鹽掩蓋為負(fù)電荷, 在初始階段展現(xiàn)出優(yōu)異的黏液滲透性, 與未經(jīng)修飾的殼聚糖膠束相比提高了約6倍。到達(dá)小腸后, ALP觸發(fā)脫磷酸化, 電荷反轉(zhuǎn)為正, 有效促進(jìn)了后續(xù)的細(xì)胞攝取。

目前, CPPs常被用于增強(qiáng)藥物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn), 但其陽(yáng)離子特性易導(dǎo)致與黏液之間相互作用, 反而限制其穿透效率。為克服這一局限, 研究者們常將CPPs與聚磷酸鹽(polyphosphate, PP)結(jié)合, 構(gòu)建電荷轉(zhuǎn)變的遞送系統(tǒng)。例如, Knoll等開(kāi)發(fā)了一種載沙奎那韋的聚陽(yáng)離子CPPs(R9SA)修飾的納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體(nanostructured lipid carriers, NLCs), 并在其表面包覆PP, 將其掩蓋為負(fù)電荷表面。研究顯示, PP-R9SA-NLCs表現(xiàn)出顯著高于R9SA-NLCs的黏液滲透能力, 且其細(xì)胞攝取量也增加了13.2倍。類似地, Truszkowska等制備了油酰−低聚賴氨酸修飾的脂質(zhì)體, 并在其表面涂覆PP。在豬腸黏液體外模型中, PP-脂質(zhì)體的黏液滲透性在6h內(nèi)較未修飾組提高了約12倍, 同時(shí)在Caco-2細(xì)胞中表現(xiàn)出良好的細(xì)胞攝取能力。

Zeta電位轉(zhuǎn)變型策略通過(guò)構(gòu)建酶響應(yīng)性電荷反轉(zhuǎn)系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了藥物載體在黏液層高效穿透與細(xì)胞表面有效攝取的有效協(xié)同, 展現(xiàn)出顯著優(yōu)于傳統(tǒng)單一電荷策略的遞送效率。該策略的核心優(yōu)勢(shì)在于其動(dòng)態(tài)調(diào)控能力: 載體初始的負(fù)電荷表面最大限度地保障了其在黏液中的快速擴(kuò)散; 而到達(dá)吸收部位后, 在ALP觸發(fā)下迅速恢復(fù)正電性, 從而強(qiáng)力促進(jìn)細(xì)胞膜相互作用及后續(xù)內(nèi)化或旁細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)?，F(xiàn)有研究已從黏液滲透性、細(xì)胞攝取及整體生物利用度等多個(gè)層面驗(yàn)證了該策略的可行性與優(yōu)越性。隨著對(duì)酶響應(yīng)動(dòng)力學(xué)及載體構(gòu)建技術(shù)的深入研究, 該類智能遞送系統(tǒng)有望為口服藥物的高效遞送開(kāi)辟新路徑。

4.3.3 受體介導(dǎo)的特異性靶向策略

受體介導(dǎo)的特異性靶向策略通過(guò)修飾可與腸道特定受體(位于上皮細(xì)胞或黏液組分)高親和力結(jié)合的配體, 實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向遞送。常用的配體包括凝集素(lectin)、維生素B12等。

Lectin可特異性識(shí)別并結(jié)合腸上皮細(xì)胞表面或黏蛋白上特定糖基化受體, 這種特異性結(jié)合能顯著增強(qiáng)載體在胃腸道靶部位的黏附滯留。Singh等開(kāi)發(fā)了一種由刀豆球蛋白A凝集素(concanavalin A, ConA)修飾的載有阿普斯特(apre-milast, Apr)的脂質(zhì)納米載體(ConA-Apr-LNCs)。細(xì)胞攝取研究表明, 通過(guò)凝集素介導(dǎo)的主動(dòng)靶向作用, ConA-Apr-LNCs的細(xì)胞攝取能力較未修飾組顯著增強(qiáng)。在關(guān)節(jié)炎大鼠模型體內(nèi)藥效學(xué)研究中, ConA-Apr-LNCs治療組顯示出最輕微的骨侵蝕和最優(yōu)的關(guān)節(jié)保護(hù)作用。Abdel-Azeem等制備了載替格瑞洛的凝集素修飾的脂質(zhì)納米載體(C-TLN), 用于靶向血小板糖蛋白受體以治療急性冠脈綜合征。研究結(jié)果表明, C-TLN對(duì)凝血酶激活血小板的結(jié)合率超過(guò)50%, 顯著高于未修飾TLN(<15%)。藥代動(dòng)力學(xué)研究表明, C-TLN的口服相對(duì)生物利用度較游離替格瑞洛提高了2.37倍。

維生素B12是一種由微生物合成的含鈷維生素, 它能被回腸上皮細(xì)胞上的蛋白內(nèi)因子受體(intrinsic factor, IF)特異性識(shí)別, 從而介導(dǎo)吸收。Chalasani等將維生素B12與載胰島素的葡聚糖納米顆粒偶聯(lián), 成功利用IF受體途徑, 顯著改善了胰島素在糖尿病大鼠模型中的口服遞送效率。

受體介導(dǎo)的特異性靶向策略通過(guò)配體−受體間的特異性識(shí)別, 實(shí)現(xiàn)了納米載體在腸道部位的精準(zhǔn)定位與高效靶向。相較于傳統(tǒng)的非特異性黏附的遞送系統(tǒng)，該策略具有顯著優(yōu)勢(shì): ①借助配體與相應(yīng)受體的高親和力結(jié)合, 可顯著增強(qiáng)載體在目標(biāo)部位(如特定腸段或黏液組分)的滯留與富集; ②通過(guò)主動(dòng)靶向機(jī)制提升細(xì)胞攝取效率, 從而促進(jìn)藥物的跨上皮轉(zhuǎn)運(yùn); ③在改善口服生物利用度的同時(shí), 有助于提高治療特異性。盡管其在配體穩(wěn)定性、免疫原性及規(guī)?；苽涞确矫嫒源嬖谔魬?zhàn), 但該策略無(wú)疑為開(kāi)發(fā)下一代高效、低毒的口服靶向遞藥系統(tǒng)提供了重要方向。

4.3.4 受生物啟發(fā)的仿生功能化策略

受生物啟發(fā)的仿生功能化策略借鑒自然界中生物系統(tǒng)(如病毒、細(xì)菌、外泌體等)穿越生物屏障的獨(dú)特機(jī)制, 旨在設(shè)計(jì)具有優(yōu)異遞送性能的仿生納米載體。病毒衣殼表面通常具有親水性、電中性及特定的納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如光滑、密集排列的蛋白亞基), 這些特性使其能有效實(shí)現(xiàn)快速黏液穿透。Zhang等設(shè)計(jì)了一種表面功能化介孔二氧化硅納米粒(MSN NH2@COOH/CPP5), 通過(guò)模擬病毒表面特性, 實(shí)驗(yàn)證明其能高效穿透黏液層并促進(jìn)跨腸上皮轉(zhuǎn)運(yùn)。該載體負(fù)載胰島素后, 在糖尿病大鼠模型中血糖降幅近50%。Sang等開(kāi)發(fā)了一種具有病毒仿生表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的介孔二氧化硅納米粒(chiral virus-like nanospikes, CVSN)。CVSN在黏液滲透和細(xì)胞攝取方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì): 在大鼠腸黏液中, CVSN的滲透率達(dá)到23.19%, 顯著優(yōu)于未修飾的平滑固體納米粒(11.58%), 同時(shí)其在Caco-2細(xì)胞中的攝取能力也顯著增強(qiáng)。

外泌體是一種天然的內(nèi)源性納米囊泡, 可介導(dǎo)細(xì)胞間生物信息傳遞, 并具備向特定組織或細(xì)胞遞送治療分子的潛力。作為一種天然的脂質(zhì)納米載體, 外泌體在靶向藥物遞送領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊前景。Wu等制備了載胰島素的牛奶源性外泌體(EXO@INS)。研究顯示, EXO@INS在I型糖尿病大鼠中表現(xiàn)出優(yōu)于皮下注射胰島素的降血糖效果, 其相對(duì)生物利用度較游離胰島素提高了10.6倍。此外, 該系統(tǒng)在胃腸道環(huán)境中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性與對(duì)腸道細(xì)胞的高親和力。

某些微生物代謝物具有調(diào)節(jié)黏液性質(zhì)或上皮屏障功能。Wu等將微生物代謝產(chǎn)物丁酸修飾在負(fù)載胰島素的PEG納米粒表面, 與未經(jīng)修飾的PEG納米粒相比, 丁酸修飾的納米粒的口服生物利用度提高了2.87倍。同時(shí), 細(xì)菌孢子具有極強(qiáng)的環(huán)境耐受性和穿透能力。Song等開(kāi)發(fā)了一種負(fù)載多柔比星和索拉非尼的仿生孢子納米顆粒, 該系統(tǒng)能顯著改善黏液滲透, 有效克服多種生理屏障, 并提高治療效果。

受生物啟發(fā)的仿生策略通過(guò)模擬生物體的結(jié)構(gòu)功能一體化特性, 為口服藥物遞送提供了創(chuàng)新且高效的途徑。該策略的核心優(yōu)勢(shì)在于: 模擬病毒表面特性增強(qiáng)黏液穿透; 利用外泌體的天然靶向性提升大分子遞送效率; 借鑒微生物機(jī)制改善組織滲透。這些仿生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了“穿透−靶向−吸收”等多重遞送環(huán)節(jié)的有效協(xié)同, 展現(xiàn)出在口服給藥中的突出應(yīng)用潛力。隨著對(duì)生物系統(tǒng)作用機(jī)制的深入解析與仿生構(gòu)建技術(shù)的不斷進(jìn)步, 該策略有望為口服納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化開(kāi)辟新的途徑。

 

5展望與挑戰(zhàn)

胃腸道黏液屏障作為口服藥物遞送的關(guān)鍵生理障礙之一, 嚴(yán)重制約了許多藥物的口服生物利用度。系統(tǒng)解析其結(jié)構(gòu)與屏障機(jī)制, 對(duì)于設(shè)計(jì)高效遞送系統(tǒng)具有重要研究意義。本文系統(tǒng)綜述了胃腸道黏液屏障的組成結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及其屏障特性, 闡明該屏障影響藥物口服吸收的作用機(jī)制, 并系統(tǒng)梳理了當(dāng)前克服該屏障的多種納米遞送策略, 從經(jīng)典的黏附、穿透策略到新型的黏附與穿透結(jié)合、酶響應(yīng)、受體介導(dǎo)的特異性靶向及仿生功能化策略等。這些策略在提升藥物口服生物利用度方面展現(xiàn)出良好潛力。隨著多學(xué)科深度融合發(fā)展, 更多智能化納米遞藥系統(tǒng)被開(kāi)發(fā)出來(lái), 為藥物口服遞送提供了新思路。

然而, 包括蛋白質(zhì)、多肽類等大分子藥物的口服吸收仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其生物利用度低下的問(wèn)題, 主要由以下兩方面因素協(xié)同作用所致: 一方面是這類藥物自身具有分子質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差和膜滲透性差等固有特性; 另一方面在于胃腸道黏液屏障的阻礙, 黏液致密網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)其產(chǎn)生顯著的尺寸和擴(kuò)散限制。同時(shí), 胃腸道復(fù)雜的酶環(huán)境誘導(dǎo)藥物快速失活。這些因素共同作用, 導(dǎo)致此類藥物的口服生物利用度極低。例如, 已上市的口服肽類藥物如索馬魯肽的生物利用度僅約0.5%~1%; 胰島素作為典型的親水性多肽大分子, 口服遞送更具挑戰(zhàn)性, 現(xiàn)有研究中其口服生物利用度的提升效果大多仍難以突破20%。

此外, 這些口服遞送策略在臨床轉(zhuǎn)化層面也面臨多重共性挑戰(zhàn): 首先, 在材料安全性方面, 廣泛使用的PEG化策略雖能有效增強(qiáng)穿透性, 但其潛在的免疫原性風(fēng)險(xiǎn)可能加速引發(fā)抗體介導(dǎo)的血液清除效應(yīng), 影響長(zhǎng)期療效; 其次, 在屏障安全性方面, 黏液溶解策略雖能顯著提升穿透效率, 卻可能破壞黏液的生理屏障功能, 增加腸道感染風(fēng)險(xiǎn)。因此, 其應(yīng)用應(yīng)嚴(yán)格限于病理狀態(tài)下黏液異常增厚的疾病。此外, 在系統(tǒng)整合性和可控性方面, 多數(shù)現(xiàn)有策略仍側(cè)重于單一功能的實(shí)現(xiàn), 難以協(xié)同應(yīng)對(duì)胃腸道中復(fù)雜的多重屏障環(huán)境; 而多功能集成系統(tǒng)又常面臨制備工藝復(fù)雜、體內(nèi)行為不可控及規(guī)?；a(chǎn)困難等瓶頸。

綜上所述, 盡管口服納米遞送系統(tǒng)在克服黏液屏障方面已取得顯著進(jìn)展, 但其在走向臨床轉(zhuǎn)化的應(yīng)用過(guò)程中仍存在諸多挑戰(zhàn)。未來(lái)研究應(yīng)聚焦于以下關(guān)鍵方向: 一是開(kāi)發(fā)更安全、智能的新型遞送材料, 并系統(tǒng)評(píng)估其長(zhǎng)期毒性、免疫原性及體內(nèi)代謝行為等; 二是構(gòu)建多功能時(shí)序協(xié)同系統(tǒng), 借鑒黏附−穿透結(jié)合型策略的理念, 融合黏附、穿透與細(xì)胞攝取環(huán)節(jié), 實(shí)現(xiàn)程序化遞送; 三是建立更具預(yù)測(cè)性的評(píng)價(jià)體系, 結(jié)合類器官、腸道芯片等先進(jìn)模型與成像技術(shù), 構(gòu)建更加貼近人體真實(shí)生理屏障的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ团c分析技術(shù), 體外/離體模型與先進(jìn)表征技術(shù), 以提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)價(jià)值與臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值。通過(guò)多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新, 相信在未來(lái)有望推動(dòng)更多智能、精準(zhǔn)、多功能集成的口服納米遞藥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)臨床突破。