分子印迹技术在药物分离中的研究进展

孔丹凤，赵 雯，卢婷利，惠倩倩，王韵晴，陈 涛,2

(1.空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室，西北工业大学生命科学院，陕西 西安 710072；2.陕西脂质体工程技术研究中心，陕西 西安 710075)

·综述·

分子印迹技术在药物分离中的研究进展

孔丹凤1，赵 雯1，卢婷利1，惠倩倩1，王韵晴1，陈 涛1,2

(1.空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室，西北工业大学生命科学院，陕西 西安 710072；2.陕西脂质体工程技术研究中心，陕西 西安 710075)

分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymer,MIPS)由于对分子具有特异性识别功能在近年来受到了各界科学家的广泛关注。其中MIPS在药物分离方面研究占了相当大的比例，从混合物中提取目标药物，分离结构类似物，以及手性结构药物的分离，MIPS的功能在不断强大，它在药物分离领域的地位也在不断提升。本文综述了MIPS在药物分离中的研究， MIPS功能单体的选择并预言了未来的发展方向。

分子印迹；分离；手性药物；蛋白质；功能单体

分子印迹技术是模仿“抗原-抗体”识别原理发展的一种特异性识别目标分子的技术[1]。它是以欲识别的分子为模板，通过共价或非共价键的方式与一种或两种功能单体结合生成聚合物，然后用特定的溶剂将模板分子洗脱，得到分子印迹聚合物(MIPS)。由于印迹分子的存在，在聚合过程中，功能单体本身所带的基团会根据与印迹分子的相互作用，在印迹分子周围形成具有特定空间构象的分子印迹聚合物，这种聚合物对模板分子有特异性识别功能。

由于分子印迹技术操作简单，对目标分子的特异性识别能力强，近年来在越来越多的领域受到广泛关注。本文就MIPS在药物分离方面的研究、MIPS功能单体的选择以及研究前景做一综述。

1 MIPS用于药物分离

1.1从天然药物中分离有效成分 从天然药物中分离有效成分是药物分离领域的一个研究热点。

维生素E是一种脂溶性维生素，又称生育酚，是最主要的抗氧化剂之一，随着近代医学和营养学的发展，科学家认为与合成品相比，天然维生素E无论是从生理活性还是抗氧化能力均优于合成维生素E[2]。在国外，其医药、食品及化妆业上得到广泛应用的合成维生素E已逐渐被天然维生素E所取代[3]。但由于天然维生素E的提取比较困难，目前市场上主要还是使用合成维生素E。Faizal等[4]以甲基丙烯酸做功能单体，丙烯腈做交联剂，用相转换法制备了维生素E印迹聚合物膜，结果表明单位质量的膜对维生素E的吸附量是非印迹膜的10倍，通过与吸附δ-生育酚和4-色原烷醇比较，发现印迹膜对维生素E的吸附和选择性更好。作者还将功能单体变为间苯二酚杯芳烃[4]，与模板分子以非共价键的方式结合，制备了维生素E分子印迹膜，与先前制备的膜相比，发现印迹膜对目标分子的选择性是非印迹膜的近2倍[5]。Piacham等[6]则是制备了维生素E印迹的纳米球，考察了其选择性，发现每10 mg印迹聚合物对维生素E的选择性是非印迹聚合物的2倍多。

姜黄素是姜黄的主要成分，有很好的抗癌和抗氧化活性，从姜黄中提取姜黄素用于疾病治疗是很有意义的。Wang等[7]用甲基丙烯酰胺和甲基丙烯酸合成了姜黄素分子印迹聚合物膜，分别考察了其对姜黄素，去甲氧基姜黄素和二去甲氧基姜黄素的选择识别能力，结果表明印迹膜对姜黄素的选择性分别是去甲氧基姜黄素和二去甲氧基姜黄素的1.50倍和5.94倍，可见，该膜对有效富集姜黄素有很好的应用前景。

另外，还有许多分子印迹技术用于提取天然药物活性部位。Zhang等[8]以甲基丙烯酰氯做功能单体，用相转换法制备了毛地黄黄酮印迹聚合物膜，考察其对结构类似物芸香苷的选择性识别能力，结果印记聚合物对目标分子的结合量为28.6 mg/g，而非印记聚合物的结合量只有3.67 mg/g，印记膜对毛地黄黄酮的分离因子(即目标分子与结构类似物在渗透液和空白液浓度的比值)为10.78，表明聚合物膜对毛地黄黄酮的识别能力更好。Zhai等[9]制备了薯蓣皂苷印记的核壳结构纳米粒，从穿龙薯蓣的粗提物中提取到了大量的薯蓣皂苷，第一次得到的产物用HPLC检测，薯蓣皂苷的回收率达90%，纯度超过98%，与传统的提取方法相比，降低了成本，提高了目标产物的纯度。

1.2分离具有药理活性的对映异构体或结构类似物 在天然和合成的药物中有许多手性化合物，其对映体的药理活性和毒性往往有很大差异，有时甚至相反[10]。而在世界范围内已经上市的药物中又有超过1/3的药物是手性的[11]。可见，手性药物的分离对于合理用药是必不可少的。目前用于手性药物分离的技术主要有气相色谱(GC)，高效液相色谱(HPLC)，色谱柱电泳(CE)或者毛细管柱电泳(CEC)，这些方法对目标分子的特异性都不是很高，有时会对药物分子产生错误识别，从而影响药物的纯度[11]。近年来广受关注的MIPS在克服这些缺点方面有一定的优势，在这方面的研究也成为一大热点。

萘普生是2-芳基丙酸的衍生物，为一种常用的非甾体抗炎药，其S-构型的药理活性是R-构型的30倍，分离该手性药物对提高药物的疗效有很好的作用。Wang等[12]用4-乙烯基-氮苯做功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯做交联剂，偶氮二异丁腈做引发剂，制备了S-萘普生的分子印迹聚合物膜，测得S-萘普生与4-乙烯基-氮苯的结合常数为13.8 M-1,用HPLC检测，结果显示印记膜能成功的将S-萘普生和R-萘普生进行分离。

熊去氧胆酸是一种肝脏疾病治疗药，可促进胆汁分泌，溶解胆结石中的胆固醇，一般通过将鹅去氧胆酸电化学转化为熊去氧胆酸制备，但这种方法一般得到的是鹅去氧胆酸和熊去氧胆酸的混合物，它们是一种同分异构体，且很难分离，这就限制了熊去氧胆酸的应用。Xu等[13]分别用丙烯酰胺和α-甲基丙烯酸做功能单体，加入致孔剂CaCO3,制备了熊去氧胆酸印迹的核壳微球，发现用甲基丙烯酸做功能单体有更好的分离效果，用甲基丙烯酸做功能单体时，非印记聚合物与印记聚合物对目标分子的吸附量分别是13.93 mg/g和43.52 mg/g，印记聚合物对目标分子的分离因子为2.2，可见该聚合物能将熊去氧胆酸的同分异构体进行有效分离，解决了用鹅去氧胆酸转换制备熊去氧胆酸，混合物难以分离的问题。

他汀类药物是一种还原酶抑制剂，一般以两种构型存在：内酯结构和含氧酸形式。在体内，含氧酸形式的为活性药物，可降低血浆胆固醇浓度，而内酯结构的没有活性。Wang等[14]在制备洛伐他汀酸分子印迹聚合物膜时，采用聚偏二氟乙烯超滤膜做支撑体来提高膜的机械强度，促进洛伐他汀酸从水溶液中分离出来，降低洛伐他汀生产的成本，具有很好的应用前景。

1.3分离氨基酸、肽类药物等

1.3.1分离氨基酸 氨基酸是生物体内不可缺少的营养成分之一。目前上市的大多数氨基酸价格昂贵，主要原因之一就是氨基酸的分离提纯比较困难。Huang等[15]针对表面印迹分子构型容易改变的问题，选择具有高导电率又环保的聚吡咯制备了分子印迹聚吡咯纳米线，保留了纳米材料表面印迹后的手性催化特性，用这种单分散的聚吡咯纳米线进行手性催化识别时，比大块的印迹膜有更高的敏感性和更短的响应时间，对苯丙氨酸对映体及其结构类似物樟脑酸对映体都有很好的识别能力，在氨基酸的富集等方面有很好的应用前景。

赖氨酸在pH值为1.19和2.08时是以L-和R-两种构型存在的，而L-赖氨酸在非极性溶液中不溶，Panahi等[16]利用反相吸附的原理，制备了L-赖氨酸的印迹聚合物，通过分子印迹的聚合物进行固相萃取，进而从L-赖氨酸的稀溶液中萃取L-赖氨酸，结果表明L-赖氨酸印迹的聚合物在最佳条件时对L-赖氨酸和D-赖氨酸的回收率分别是96%和58%，相应的分配系数为8 000和460。印迹聚合物在最佳条件时对L-赖氨酸的吸附量为27.26 mg/g, 可见该聚合物可以将L-赖氨酸从其混合构型的溶液中分离。

1.3.2分离肽类药物 与氨基酸相比，肽类因为有更复杂的结构，使得分离提纯显得更加困难。Papaioannou等[17]分别用甲基丙烯酸和丙烯酰胺作功能单体，二甲基乙二醇、三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和N,N-二甲基双丙烯酰胺作交联剂，制备了6种Arg-Gly-Asp(RGD)印迹的聚合物，结果发现甲基丙烯酸和三甲基丙烷三甲基丙烯酸酯组的效果最好，再吸附率和印迹系数分别为12.3%和2.44，与其他组相比，该聚合物有较低的解离常数和较高的理论结合位点，实验比较了聚合物对RGD及其类似物Lys-Gly-Asp和其他多肽如短杆菌肽的特异性选择性，选择系数分别为1.98，1.27和1.67，可见该聚合物可以从含有RGD的混合多肽类中有效的分离出来。

在用分子印迹技术进行手性分离时，从氨基酸残渣中分离含不对称碳原子氨基酸的研究已经很多，而20种天然氨基酸中只有甘氨酸没有手性碳,因此，可以说，对从氨基酸残渣中分离甘氨酸还是一大难点，Itou等[18]针对这一问题，通过将甘氨酸与N-α-叔丁氧羰基色氨酸(Trp分别是D-和L-构型)连接，得到含甘氨酸的四肽，即间接的把甘氨酸转换成具有手性的分子，然后印迹聚苯乙烯树脂膜，实验结果证明该膜对含有甘氨酸的四肽有手性分离功能。

1.3.3分离蛋白质类药物 基因工程和蛋白质工程的发展极大地促进了以胰岛素、干扰素、白介素和单克隆抗体等为代表的多肽和蛋白质类药物的研究与开发，使之成为现代医药产品研究发展的方向[19]。但因为分离提纯代价昂贵，这就限制了一些蛋白质药物的批量生产。

牛血清蛋白是一种应用很广的蛋白质，Li等[20]用水溶性的3-氨基苯酸作功能单体，在聚合物中加入超顺磁的氧化铁，制备了含多层核壳结构的聚苯乙烯磁纳米粒，第1次用于蛋白(牛血红蛋白)分离，该纳米粒很容易达到吸附平衡，在外磁场作用下可进行磁性分离和富集。Lu等[21]也用聚苯乙烯制备了表面印迹牛血清蛋白的微粒，但只有印迹了牛血红蛋白的粒子对溶液中的牛血红蛋白有识别能力，而牛血清白蛋白的粒子却没有达到预期的效果。

溶解酵素是用来诊断多种疾病，包括结核病和真菌性脑膜炎的常用试剂。Zhang等[22]认为选择合理的功能单体是改进蛋白印迹的重要方法，他们用丙烯-β-环糊精和丙烯酰胺作功能单体，为模板分子提供一个外部亲水内部疏水的自组装环境，用硅粉代替硅胶在其表面印迹了溶解酵素，考察了其在含有溶解酵素的混合溶液中对目标分子的识别能力，结果证明效果较好。Qin等[23]则是用蛋白印迹的聚合物作为HPLC的固定相对蛋白进行分离。传统的表面引发自由基聚合过程中发生的溶液聚合和凝胶化反应，在聚合物作为固定相时，过量的聚合物溶液会导致不同的识别位点和拖尾峰，为解决这些问题，他们加入二硫代氨基甲酸盐做引发-转移-终止剂，用中空的氯甲基化聚苯乙烯作支撑体，丙烯酰胺作功能单体，N,N-亚甲基双丙烯酰胺作交联剂，在其表面印迹溶解酵素。因为利用了表面引发自由基聚合，聚合物层的厚度得到了控制，响应性更好，印迹效果也较传统的自由基聚合的好，与非印迹的聚合物相比有明显的优越性。

病毒也是一种受到广泛关注的蛋白质，目前大多是在有机溶剂中进行研究，而在水环境下的研究相对较少，Bolisay等[24]选择了一种很典型的烟草花叶病毒，将病毒印迹在聚合物上，考察其对水溶液中病毒的选择性和吸附目标分子的能力，结果聚合物对烟草花叶病毒的吸附量为8.8 mg/g，对烟草坏死病毒的吸附量仅为4.2 mg/g，而没有印迹的聚合物对烟草花叶病毒和烟草坏死病毒没有任何选择性，可见印迹聚合物对目标蛋白有很好的选择性。

2 功能单体的选择

合适的功能单体是印迹成功，保证MIPS具有良好识别功能的关键。一般按照以下原则进行选择：酸性模板分子选碱性功能单体，碱性模板分子选酸性功能单体，中性模板分子选择中性或酸性功能单体，特殊情况还可以选用双功能或多功能单体。目前较成熟的优化方法有：紫外-可见分光光度法、核磁共振法、荧光光谱法、计算机模拟计算等[25]。林秋明等[26]考虑到槲皮素的多羟基结构能与功能单体形成氢键，分别用三种功能单体(甲基丙烯酸、丙烯酰胺、2-乙烯基吡啶)制备MIPS，分析不同MIPS与槲皮素作用后，槲皮素紫外光谱的变化，结果以2-乙烯基吡啶做功能单体制备的MIPS与槲皮素结合后紫外光谱吸收变化最大，认为对槲皮素的识别能力也最强。Kowalska等[27]认为预聚混合物分子之间的作用力对制备出具有特异识别功能的MIPS有很大的影响。他们用量子化学计算预聚混合物分子之间的作用力，并用密度泛函检验，最后确定模板分子哈尔满碱与功能单体甲基丙烯酸之间的作用力最强。

3 展望

随着分子印迹技术的发展，它在药物分离领域的研究也越来越多，Chen等[28]将分子印迹技术与电化学结合起来制备了一种分离色氨酸对映体的电极柱。由于聚吡咯可逆的掺杂/去掺杂特性以及良好的导电性，在电极电势为正时会发生过氧化，电子给予体含氧基团的引入可引起L-色氨酸的去掺杂，形成可以拔出模板分子的阴离子结构互补腔。在电压为1.2 V的条件下，用L-色氨酸印迹以后把它作为电极柱的固定相。在将流动相泵入电极柱时将电压设为-0.4 V，调节流动相的pH值到1.6，该值远远小于色氨酸的等电点，在色氨酸进入电极柱时L-色氨酸和D-色氨酸都带上了正电荷，当色氨酸与固定相接触后，L-色氨酸受分子印迹和静电作用的协同效应被富集下来，而D-色氨酸由于只受到微弱的静电吸引，故不能被保留，从而将L-色氨酸和D-色氨酸分离。

可见，分子印迹技术用于药物分离已经有了更多的策略，与电化学、生物化学等联用的分子印迹技术将会越来越快的被应用到药物分离，相信未来的分子印迹技术会为药物分析领域作出应有的贡献。

[1] Wulff G, sarhan A, zabrock I. Enzyme analogue built polymers and their use for the resolution of racemates[J].Tetrahedron Lett, 1973, 44: 4329.

[2] 蔡万锡.天然维生素E提取工艺的比较[J].生化与医药-化工之友,2007，1:48.

[3] 曾哲灵，万冬满，陈 力，等.天然维生素E提取工艺研究[J].中国畜产与食品，1997,4(1):27.

[4] Faizal CKM, Hoshina Y, Kobayashi T.Scaffold membranes for selective adsorption of α-tocopherol by phase inversion covalently imprinting technique[J].Journal of Membrane Science,2008,322:503.

[5] Faizal CKM, Kikuchic Y, Kobayashi T. Molecular imprinting targeted for α-tocopherol by calix resorcarenes derivative in membrane scaffold prepared by phase inversion[J].Journal of Membrane Science,2009,334:110.

[6] Piacham T, Nantasenamat C, Suksrichavalit T,etal. Synthesis and theoretical study of molecularly imprinted nanospheres for recognition of tocopherols[J].Molecules,2009,14: 2985.

[7] Wang P, Hu WM, Su WK. Molecularly imprinted poly(methacrylamide-co-methacrylic acid) composite membranes for recognition of curcumin[J].Analytica Chimica,2008,615:54.

[8] Zhang YQ, Gao XQ, Wang YL,etal. Study on the build of channels in accurate separation membrane and its selective mechanism[J].Journal of Membrane Science,2009,339:100.

[9] Zhai CX, Lu Q, Chen XM,etal. Molecularly imprinted layer-coated silica nanoparticles toward highly selective separation of active diosgenin from dioscorea nipponica makino[J]. Journal of Chromatography A,2009,1216:2254.

[10] 曹永兵，雷 孝，王 锦，等. 分子印迹技术在药学中的应用进展[J].广州化学,2008,33(4):56.

[11] Ansell RJ. Molecularly imprinted polymers for the enantioseparation of chiral drugs[J].Advanced Drug Delivery Reviews,2005,57:1809.

[12] Wang JY, Xu ZL, Wu P,etal. Binding constant and transport property of S-naproxen molecularly imprinted composite membrane[J].Journal of Membrane Science,2009,331:84.

[13] Xu ZY,Wan JF, Liang S,etal. Separation of ursodeoxycholic acid from its isomeric mixture using core-shell molecular imprinting polymer[J].Biochemical Engineering Journal,2008,41:280.

[14] Wang XJ, Xu ZL, Feng JL,etal. Molecularly imprinted membranes for the recognition of lovastatin acid in aqueous medium by a template analogue imprinting strategy[J].Journal of Membrane Science,2008,313:97.

[15] Huang JY, Wei ZX, Chen JC. Molecular imprinted polypyrrole nanowires for chiral amino acid recognition[J]. Sensors and Actuators B: Chemical,2008,134:573.

[16] Panahi R, Vasheghani-Farahani E, Shojaosadati SA. Separation of l-lysine from dilute aqueous solution using molecular imprinting technique[J].Biochemical Engineering Journal,2007,35:352.

[17] Papaioannou E, Koutsas C, Liakopoulou-Kyriakides M. Molecularly imprinted polymers for RGD selective recognition and separation[J].Amino Acids,2009, 36:563.

[18] Itou Y, Nakano M, Yoshikawa M. Optical resolution of racemic amino acid derivatives with molecularly imprinted membranes from tetrapetide consisting of glycinyl residues[J].Journal of Membrane Science,2008,325:371.

[19] 石屹峰，边 蕾. 以人血清白蛋白为载体的长效蛋白质药物的研究进展[J].中国医药生物技术,2008,3(6):454.

[20] Li L, HE XW,Chen LX,etal. Preparation of novel bovine hemoglobin surfaceimprinted polystyrene nanoparticles with magnetic susceptibility[J].Science in China Series B: Chemistry,2009,52(9):1402.

[21] Lu Y, Yan CL, Gao SY. Preparation and recognition of surface molecularly imprinted core-shell microbeads for protein in aqueous solutions[J].Applied Surface Science,2009,255:6061.

[22] Zhang W, Qin L, He XW,etal.Novel surface modified molecularly imprinted polymer using acryl-β-cyclodextrin and acrylamide as monomers for selective recognition of lysozyme in aqueous solution[J].Journal of Chromatography A,2009,1216:4560.

[23] Qin L, He XW, Zhang W,etal.Surface-modified polystyrene beads as photografting imprinted polymer matrix for chromatographic separation of protein[J].Journal of Chromatography A,2009,1216:807.

[24] Bolisaya LD, Culverb JN, Kofinas P. Molecularly imprinted polymers for tobacco mosaic virus recognition[J].Biomaterials,2006,27:4165.

[25] 迟大民，苏立强，邓茜珊,等.分子印迹功能单体选择方法研究进展[J].化工时刊，2009,12(23):55.

[26] 林秋明，何建峰，刘 岚,等.不同功能单体合成的分子印迹聚合物识别性能的研究[J].化学研究与应用，2007,10(19):1084.

[27] Kowalska A, Stobiecka A, Wysocki S.A computational investigation of the interactions between harmane and the functional monomers commonly used in molecular imprinting[J].Journal of Molecular Structure: THEOCHEM,2009,901:88.

[28] Chen ZD, Wei JX, Wang WC,etal.Separation of tryptophan enantiomers with molecularly imprinted polypyrrole electrode column[J].Chinese Chemical Letters,2010,21:353.

2010-04-14

[修回日期] 2010-09-25

Progressofmolecularimprintingtechniqueindrugseparation

KONG Dan-feng1, ZHAO Wen1, LU Ting-li1, HUI Qian-qian1,WANG Yun-qing1, CHEN Tao1,2

(1.Key Laboratory for Space Biosciences & Biotechnology Faculty of Life Science, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China; 2.Xi'an Libang Pharmaceuticals Co.,Ltd , Xi'an 710075, China)

Molecularly imprinted polymer drawn much attention for its specific identification function. Among all the research about MIPS, drug separation takes a large proportion. MIPS played an important role in extracting the target-drug from mixture, separating structure analogues and chiral drug, which enhanced the position of MIPS in the field of drug separation. In this paper, the research of MIPS in drug separation and the choice of MIPS functional monomer had been summarized, and the development direction in the future had also been predicted.

molecularly imprinted; separation; chiral drugs; protein; functional monomer

孔丹凤(1986-)，女，硕士研究生.E-mail:k-df@163.com.

陈 涛. E-mail:taochen@libang.com.cn.

R963

A

1006-0111(2011)03-0161-04