提高二膦酸盐类药物口服生物利用度的方法＊

惠倩倩，卢婷利，赵 雯，张志刚，孔丹凤，王韵晴

(空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室·西北工业大学生命学院，陕西 西安 710072)

二膦酸盐(bisphosphonates，BPs)是一种稳定的焦磷酸盐类似物，其性质非常稳定，不仅对酶及许多化学物质稳定，且耐高温，具有强力的抑制骨吸收作用[1]，能促进破骨细胞的凋亡，还能刺激成骨细胞的增殖、成熟[2-3]。目前，该类药物临床上常用于治疗骨代谢性疾病，如Paget's病、恶性肿瘤引起的高血钙以及骨质疏松，给药方式有静脉、皮下、口服、经直肠、经鼻腔等。口服给药是药物治疗普遍采用以及患者易接受的给药方式，但BPs的口服生物利用度较低和胃肠道刺激症状极大，限制了其临床应用，故提高BPs的口服生物利用度已成为国内外专家的研究热点。在此就提高BPs口服生物利用度的方法作一介绍。

1 BPs口服生物利用度低的原因

药物口服后，首先是面临胃肠道内环境的稳定性问题，其次是药物跨胃肠道黏膜的转运。胃肠道黏膜上皮分泌的黏液、消化液中含有胃酸和胰蛋白酶、凝乳蛋白酶等各种消化酶，会破坏一些对酸碱不稳定的药物，从而影响药物吸收。药物跨胃肠道黏膜转运途径包括跨细胞途径、细胞旁路途径(细胞间紧密连接)、载体或受体介导的转运途径。胃肠道上皮细胞膜的类脂性结构决定了脂溶性药物易通过跨细胞途径被机体吸收，相对分子质量小于250的水溶性阳离子药物可通过细胞间紧密连接被吸收，氨基酸、核苷酸、胆酸、维生素、K+及Na+等体内必需物质则必须通过载体介导的主动转运被吸收。因此，应针对药物本身的结构特征，进行适当的化学改性，提高药物的结构稳定性，获得适宜的亲水-亲脂性，以提高药物的口服吸收。

口服BPs的主要吸收部位在胃和小肠，主要通过细胞旁路途径被吸收[4]，口服生物利用度不到1%。BPs生物利用度低的主要原因是:脂溶性低[5]，跨细胞能力差;本身的负电荷影响细胞旁路途径的转运。临床上为了提高口服BPs的疗效，常采用多次给药或大剂量给药，但易引起胃肠道刺激症状、颌骨坏死及眼部疾患[6]等一系列副作用。进食也会降低BPs的吸收率[7-9]，尤其是含钙和铁的饮食。因此，应避免进食时服用BPs，且也不能与乳制品同时服用。

2 提高BPs口服生物利用度的方法

2.1 加入口服吸收促进剂

通常大分子、强极性药物很难透过生物膜，可使用一些增强胃肠道透过性的物质来促进药物的透膜能力，这类物质被称为透过促进剂或吸收促进剂[10]。通过加入吸收促进剂来调节细胞间紧密连接，可提高BPs细胞旁路途径的吸收。用于提高BPs口服吸收的常见吸收促进剂有螯合剂、脂肪酸、酰基肉碱类、可溶胀性聚合物、表面活性剂等。

乙二胺四乙酸 (EDTA):是一种螯合剂，通过与细胞外Ca2+的螯合来提高药物的稳定性。已有的研究表明，BPs较低的小肠吸收率主要是由于其与肠道外Ca2+形成螯合物，而EDTA与细胞外Ca2+的螯合可以阻止BPs螯合物的形成，使BPs更容易被肠道吸收。Janner等[11]研究了EDTA对4-氨基-1-羟丁烯 -1，1-二膦酸盐 (AHBuBP)和二氯亚甲基二膦酸盐(Cl2MBP)的小肠吸收作用。用维甲酸类药物诱导切除甲状旁腺的小鼠产生高血钙症，以EDTA对高血钙症的抑制程度来间接衡量BPs生物利用度的增加程度。AHBuBP的剂量为0.6 mg/kg时，10 mg/kg EDTA可使其吸收量增加约10倍;EDTA也增加了Cl2MBP的吸收量。结果表明，EDTA可以增加BPs的口服生物利用度。其机制可能是，作为Ca2+的螯合剂，EDTA可减少非溶解BPs螯合物的形成，因此可促进BPs吸收;EDTA可直接增加小肠的渗透性，提高BPs的吸收，即通过拓宽细胞间紧密连接来增加细胞旁路的药物吸收。尽管EDTA有很强的吸收促进作用，但考虑到它对黏膜完整性的破坏，故在临床药物应用上受限。

十二烷基硫酸钠(SLS):是一种阴离子表面活性剂，当浓度大于0.4 mmol/L时，会增加细胞膜流动性及三磷酸腺苷(ATP)能量的释放。ATP是组织细胞能够直接利用的唯一能量，现有研究表明，吸收性上皮细胞的ATP水平降低，会增加细胞的通透性。Boulenc等[12]通过Caco-2细胞(一种药物口服吸收的体外筛选模型，已广泛用于药物在小肠吸收的评价和各种转运机制的研究)，研究了SLS对替鲁膦酸钠胃肠道吸收的影响。电镜下观察发现，SLS质量浓度为16～80 mg/L时，随着Caco-2细胞膜的通透性增加，替鲁膦酸钠的渗透性也提高。虽然SLS可有效增加替鲁膦酸钠的口服生物利用度，但ATP的过度消耗会造成细胞生长的能源供应不足，进而可能导致细胞毒性，故SLS作为药用辅料还处于临床前研究阶段。

癸酸钠:是一种低毒的脂肪酸类吸收促进剂，已应用于氨比西林钠栓剂中。它通过与细胞膜相互作用来增加细胞内钙离子浓度，促使肌动蛋白收缩，从而打开细胞间紧密连接，增加细胞旁路转运[13]。Maher等[14]采用肠胃通透性改善技术(GIPET)[15]，即给阿仑膦酸钠中添加癸酸钠制成肠溶片或胶囊。这种新型阿仑膦酸钠制剂与普通阿仑膦酸钠制剂相比，生物利用度增加了12倍。可见，癸酸钠能非常显著地提高BPs的口服生物利用度。

其他吸收促进剂:如氯化榈酰肉碱(PCC)、N-三甲基壳聚糖氯化物(TMC)、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)，其共同作用机制是抑制BPs药物与Ca2+结合，且拓宽细胞间紧密连接，增加药物的细胞旁路转运。Raiman等[16]通过Caco-2细胞来研究了不同的吸收促进剂对氯曲膦酸钠口服生物利用度的影响。1 mmol/L氯曲膦酸钠在1.3 mmol/L Ca2+浓度(维持Caco-2细胞活性的正常浓度)下，EGTA(2.5 mmol/L)，TMC(1.5%W/V)和 PCC(0.2 mmol/L)使氯曲膦酸钠的通透性分别增加了190，20，10倍;10 mmol/L氯曲膦酸钠在100 mmol/L Ca2+浓度(维持Caco-2细胞膜完整性的最小浓度)下，EGTA(2.5 mmol/L)，TMC(1.5%W/V)和 PCC(0.2 mmol/L)使其细胞转运量分别增加了130，70，35倍。结果表明，PCC，TMC，EGTA作为吸收促进剂，可明显增加氯曲膦酸钠的口服生物利用度。

由于大多数口服吸收促进剂在促进药物转运的同时，会引起一定程度的细胞毒性，故目前运用口服吸收促进剂来提高BPs口服生物利用度的方法还处于研究阶段。相信随着研究的不断深入，一定会研制出安全、有效的吸收促进剂。

2.2 制成生物黏附制剂

生物黏附给药系统是指药物以黏附性聚合物为载体，利用聚合物可长时间黏附于黏膜的生物作用特性，使药物接触黏膜上皮而进入循环系统的给药方式[17]。口服生物黏附给药系统的优越性主要有[18]延长药物在胃肠道的作用时间，控制药物的释放速度，减轻药物毒副作用，增加药物吸收总量及吸收速率，从而提高生物利用度。将BPs制成黏附于胃肠道黏膜的生物黏附制剂，来增加BPs在胃肠道的停留时间，增加单位时间内BPs的吸收量，也是提高其生物利用度的有效途径之一。Sakuma等[19]用阿仑膦酸钠与六肽间隔基(Suc-Gly-Gly-Phe-Ala-Pro)连接，再与聚乙烯胺(PVAm)通过自由基沉淀聚合反应，合成目标接合物PVAm-Suc-Gly-Gly-Phe-Ala-Pro-Alendronic acid。这种新型阿仑膦酸接合物到达胃肠道后，聚乙烯胺黏附于肠黏膜刷状缘，增加了药物在胃肠道停留的时间，通过肠壁刷状缘的肽酶分解多肽间隔基以使阿仑膦酸逐步释放，从而增加了阿仑膦酸的口服生物利用度。给小鼠分别口服聚乙烯胺肽间隔阿仑膦酸接合物和阿伦膦酸钠，前者可使BPs的肠吸收量增加2.5倍，表明生物黏附制剂可以提高BPs的口服生物利用度。

2.3 形成亲脂性前药

提高BPs分子的亲脂性能增强其细胞穿透能力、提高口服生物利用度。Monteil等[20]通过使膦酸基团上的一个羟基酯化，合成BPs前药，使BPs的亲脂性增加而有利于穿透细胞，但其活性试验未见报道。Zinnen等[21]合成了一种维生素B6与阿仑膦酸钠缩合的衍生物，可使阿仑膦酸钠在胃肠道的吸收得到提高。Haelters等[22]报道了一系列新的亲脂性BPs合成方法，如在邻位C(geminal carbon)上先化学键合烷氧基，再对此烷氧基二膦酸盐进行烷基化，如接上烯丙基溴，从而使烷氧基二膦酸盐能与醇、醛、羧酸、环氧化物、胺等发生反应，得到一系列亲脂性提高的BPs衍生物，理论上其口服生物利用度也会得到提高。

2.4 修饰成小肠寡肽转运蛋白介导的前药

目前已有研究表明，肠道黏膜中有丰富的药物转运蛋白[23]，药物通过这些转运蛋白介导的吸收已经成为药剂学一个新的研究领域。人小肠寡肽转运蛋白(human intestinal peptide transporter，hPEPT)是药物转运蛋白中研究最多、应用最广的一种蛋白。hPEPT有hPEPT1和hPEPT2两个亚型，hPEPT1主要定位于小肠上皮的刷状缘侧[24]，与其他营养型转运蛋白相比更具底物专属性，因此寡肽类药物可被特异性识别并介导转运，如β-内酰胺类抗生素[25]、抗病毒药、抗癌药等。hPEPT1在寡肽及拟肽类药物肠转运中发挥着重要作用，通过前体药物(prodrug)设计将一些吸收差的药物修饰成二肽或三肽结构，在hPEPT1的介导下能够提高目标药物的口服生物利用度。Ezra等[26]将帕米膦酸钠和阿仑膦酸钠分别与脯氨酰苯丙氨酸(Pro-Phe)进行酰胺化缩合，分别获得BPs的前药，即脯氨酰苯丙氨酰帕米膦酸钠和脯氨酰苯丙氨酰阿仑膦酸钠，通过小肠寡肽转运蛋白对脯氨酰苯丙氨酸二肽的识别，增加了BPs在肠道的吸收。小鼠口服脯氨酰苯丙氨酰阿仑膦酸钠后，结果显示前体药物的小肠道吸收量比母药提高了3倍，在骨中沉积及在尿液中的浓度也分别提高了3.3倍和1.9倍，表明hPEPT1载体介导药物转运途径能安全、有效地增加BPs类药物的口服生物利用度。

3 结语

BPs类药物是近20年来发展起来的抗代谢性骨病的一类新药，除了治疗Paget's病、恶性肿瘤引起的高血钙以及骨质疏松，还能用于癌症治疗所致骨丢失(如乳腺癌、前列腺癌、非小细胞肺癌等)[27]，市场前景非常广阔。近年来国内外专家就提高BPs口服生物利用度的方法进行了大量研究，在诸多方法中，利用人小肠寡肽转运蛋白来增加BPs的口服生物利用度是一种较安全、有效的口服给药策略。随着对其他相关药物转运蛋白的进一步研究，会有更多、转运能力更强的药物转运蛋白应用于BPs的口服吸收研究中。此外，研制出体内降解速度快、生物相容性好、无毒的新型吸收促进剂，用于提高BPs的口服生物利用度也较有应用前景。因此，随着对现有方法的进一步改良以及新技术和新材料的不断涌现，将会有更简便、实用的方法出现，从而促使BPs类口服药物更加安全、有效。

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