羟丙基-β-环糊精在天然药物中的应用研究进展

孙家艳， 庞芳苹， 刘墨祥*

(1. 扬州大学药物研究所，江苏 扬州225001;2. 扬州大学临床医学院，江苏 扬州 225001)

环糊精(cyclodextrin，CD)是由6 个以上葡萄糖以α-1，4-糖苷键连结的环状寡聚糖单位。环糊精的形状是一个被截顶的圆锥体，分子内部空腔具有疏水性，而外表面则具有亲水性。最常用的环糊精是α-、β-、γ-环糊精，分别由6，7 和8 个葡萄糖分子构成。目前，β-环糊精最为常用，在于其合成简单，价格低廉和内部空腔大小适合很多客分子。但是，β-环糊精和α-、γ-环糊精比较起来在水中的溶解度低。原因可能在于β-CD 在晶体状态下分子间结合较强以及β-CD 环上的分子内氢键阻碍了其与周围水分子形成氢键而影响溶解度［1］。因此β-CD 不适合胃肠道外给药。但β-CD 有21 个羟基可以被化学修饰，从而改善天然CD 的理化性质，其中应用最为广泛的为羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)。本文重点介绍近年来HP-β-CD 在天然药物制剂中的应用。

1 HP-β-CD 的特性

HP-β-CD 是在β-CD 的C-2 位、C-3 位和C-6 位的3 个羟基的氢原子被羟丙基(-CH2CHOHCH3)取代，生成2-HP-β-CD、3-HP-β-CD、2，3-DHP-β-CD、2，6-DHP-β-CD、2，3，6-THP-β-CD 等同系物。一般情况下取代反应产物为混合物，若控制条件也可生成分别以2-HP-β-CD、2，3-DHPβ-CD 或3-HP-β-CD 为主的产物［2］。HP-β-CD 易溶于水，室温下溶解度大于50% (m/V)，甚至可高达75% (m/V)以上。所以它在醇水溶液中不能结晶，当其浓度低于40%时流动性好、不黏稠［3］。HP-β-CD 在人体内基本上不被分解代谢，也不累积，口服HP-β-CD 后胃肠道吸收甚微，血和尿中分布很少，绝大部分随粪便排出体外，非肠道给药时也基本上随尿液排出体外［4］。

2 HP-β-CD 在天然药物制剂中的应用

2.1 HP-β-CD 与挥发油类 挥发油是一类具有芳香气味的油状液体的总称。在常温下可自行挥发，不溶于水，与空气及光线接触常会逐渐氧化变质。抗病毒口服液处方中的广藿香、连翘、石菖蒲、郁金为富含挥发油的药味，陈航等［5］制备了这四味药材回流提取的挥发油的HP-β-CD 包合物，并对包合物的稳定性进行了考察。结果表明挥发油包合后其抗光解性、热稳定性及湿稳定性明显高于混合物，挥发性降低。通过加速试验法，改进工艺后的3 批样品在温度为(40 ±2)℃，相对湿度为(75 ±5)%条件下放置3个月，跟0 月相比，挥发油平均损失百分率为19.18%，而未改进工艺产品中的挥发油平均损失百分率高达97.25%。鹅不食草含有三萜类、挥发油等成分，用于治疗过敏性鼻炎多取散剂使用，但该剂型贮存和使用过程中有效成分易挥发。易军等［6］通过对CO2超临界提取的鹅不食草油进行HP-β-CD 包合，并进一步制成喷雾剂，掩盖药物臭味，提高患者依从性。王光明等［7］制备了细辛脑的HP-β-CD 包合物，并比较了家兔鼻腔分别灌流细辛脑HP-β-CD 溶液剂与细辛脑水饱和溶液剂的生物利用度，结果表明形成包合物后，经兔鼻腔灌流后，家兔血液、嗅脑、筛鼻甲、大脑吸收量均高于水饱和溶液，细辛脑的生物利用度得到提高。

2.2 HP-β-CD 与黄酮类 黄酮类化合物为一类具有C6-C3-C6结构的天然有机化合物，具有抗炎、抗菌、抗病毒、防治高血压等作用。银杏酮酯是获得国家二类新药证书和生产批文的银杏原料药，其中所含的银杏黄酮类化合物具有扩张血管、增加血流量的功能，具体包括槲皮素、山奈素和异鼠李素等成分，常用于预防心血管疾病，但其水溶性和稳定性较差。赵建彬等制备了银杏酮酯HP-β-CD 的包合物，提高了水溶性，并比较了其与银杏酮酯颗粒在大鼠体内的药物动力学行为。结果显示银杏酮酯经包合后，吸收速率提高;包合物的达峰时间缩短，峰浓度提高。与银杏酮酯颗粒比较，以槲皮素计，包合物的相对生物利用度为146.10%;以山奈素计，包合物的相对生物利用度为346.15%，表明银杏酮酯经包合后，体内吸收速度与程度显著提高［8-9］。

染料木黄酮和大豆苷元与雌激素受体有亲和性，可能会在雌激素相关性癌症和绝经综合症的治疗和预防方面发挥重要作用，但是两者的水溶性都有限。Daruhazi 等分别制备了两者的β-CD、γ-CD、HP-β-CD、RAME-β-CD 包合物，通过溶出曲线可以看出具有取代基的HP-β-CD、RAME-β-CD 大大增加了两者的溶解度，并且效果优于天然的CD。通过Caco-2 细胞模型研究了包合物与单纯混合物的跨膜转运，对于染料木黄酮各CD 包合物转运增强顺序为γ-CD ＞ HP-β-CD ＞RAME-β-CD ＞β-CD，而大豆苷元RAME-β-CD ＞β-CD ＞ HP-β-CD ＞γ-CD，毫无疑问包合物改善了Caco-2 单层膜的渗透性，两者之间的差别可能在于染料木黄酮比大豆苷元多一个羟基［10］。汉黄芩素由于抗肿瘤、抗呼吸道合胞病毒和抗乙肝病毒作用而广受关注，但是其溶解度很低。Jinxia Li 等研究了汉黄芩素的β-CD 和HP-β-CD 的包合物，发现汉黄芩素HP-β-CD 包合物溶解度大于β-CD 的包合物。在酸性媒介中HP-β-CD 更易包合，而中性媒介更适合β-CD 包合，这与汉黄芩素分子在不同pH 条件下的解离度有关。两种CD 的包合物与单纯汉黄芩素比皆增强了自由基的清除能力，而这种能力的增强与增加了汉黄芩素的溶解度相关。根据1H-NMR 显示在包合后汉黄芩素的A、B、C 环都进入了HP-β-CD 的空穴中，而在β-CD 包合物中汉黄芩素的H-6、H-3’、H-4’、H-5’都在空穴外［11］。

2.3 HP-β-CD 与生物碱类 生物碱是一类天然的含氮有机化合物。9-硝基-喜树碱是拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，药理学研究表明其抗肿瘤活性高于喜树碱，但是其在水中的溶解度低于5 μg/mL (25 ℃)限制了临床应用，在生理条件下9-硝基喜树碱存在有活性的内酯环和无活性的羧酸盐之间的转化，因此增强其稳定性和溶解度是近年来的研究热点。Jiang 等制备了9-硝基-喜树碱的HP-β-CD 包合物并进行了体内外评价。在所研究的6 种CD 中HP-β-CD 增溶作用最大，近似于β-CD 的2.5 倍，同时HP-β-CD 包合物中的9-硝基-喜树碱内酯环水解速度远远小于自由状态的9-硝基-喜树碱。大鼠血浆药动学研究表明，静注9-硝基-喜树碱包合物后AUC0-∞为(538.05 ±107.29 )(ng· h)/mL 远远高于其自由状态下(385.39 ±127.32)(ng· h)/mL (P ＜0.05)，因此包合后具有更高的生物利用度［12］。

秋水仙碱通过破坏微管蛋白二聚体的α，β 亚单位而诱导肿瘤细胞凋亡产生抗癌作用。由于结构中含有一个强碱基，在生理pH 条件下离子化导致生物利用度低。Chauhan 等通过制备秋水仙碱HP-β-CD 包合物使秋水仙碱在水中的溶解度增加了1.75 倍。溶出曲线显示秋水仙碱包合后其生理条件下(pH 7.4)的溶出度增加，包合形式也阻止了秋水仙碱的离子化。小鼠口服药动学研究显示秋水仙碱包合后绝对生物利用度增加1.82 倍。1H-NMR 和ROESY 确证秋水仙碱的NHCOCH3部分进入了HP-β-CD 的空穴［13］。

2.4 HP-β-CD 与苯丙素类 苯丙素类是一类苯环与3 个直链碳连在一起为单元(C6-C3)构成的化合物。具有一个C6-C3结构的香豆素类对人体低毒，在植物和真菌界广泛分布。一系列天然、合成的香豆素衍生物被报道具有抗肿瘤、抗微生物、抗真菌、抗阿米巴原虫及抑制结核菌生长作用，但是香豆素及其衍生物水溶性很低。Chen 等研究了香豆素、7-羟基-香豆素、6-甲基-香豆素与HP-β-CD 的包合作用。随着HP-β-CD 浓度的增加，三者的溶解度呈线性增加。同时三者在HP-β-CD 水溶液中的溶解度随着温度的增加而增加［14］。具有两个C6-C3结构的鬼臼毒素其0.5%的酊剂被世界卫生组织推荐为治疗尖锐湿疣的首选药物。但是其水溶性差，浓度高时对皮肤刺激性大影响了使用。韩立炜等研究了HP-β-CD 对其的增溶作用，在鬼臼毒素与HP-β-CD 摩尔比1 ∶4 投料时，鬼臼毒素溶解度可以提高20倍，并且包合后具有缓释作用，减少了鬼臼毒素对局部皮肤组织的刺激［15］。

2.5 HP-β-CD 与醌类 马蔺子素为鸢尾科植物马蔺中提取的苯醌类化合物，具有抗癌增敏作用，但其母核与侧链上有多个不饱和双键，化学性质不稳定，同时疏水性强，在水和胃肠液中几乎不溶解。张学农等制备了马蔺子素HPβ-CD 的包合物，增加了马蔺子素的水溶性，并加快了释放速度，6 h 内马蔺子素/HP-β-CD 和马蔺子素粉在大鼠在体小肠中的药物吸收率分别为69.63%和29.58%，包合后吸收明显增大。NMR 图谱提示马蔺子素的六元环结构进入分子空穴中，侧链插入另一分子的环糊精分子空穴中，二分子中形成氢键结合［16-18］。

β-拉帕醌是从南美洲褐色钟花树树皮中提取的邻萘醌化合物，通过诱导肿瘤细胞凋亡和抑制DNA 拓扑异构酶而产生抗肿瘤作用，由于其水溶性差(0.16 mmol/L)，Cavalcanti 等制备了β-拉帕醌HP-β-CD 包合物并进一步将包合物制成了脂质体。制成包合物后β-拉帕醌溶解度增加了302 倍，β-拉帕醌分子完全进入到HP-β-CD 空穴内。包合物制成脂质体后可控释给药，避免了重复给药和副作用［19］。

大黄作为泻下剂和肝脏清除剂被用于消化和黄疸，其乙醇提取物主要含有大黄素、大黄酚、大黄酸、芦荟大黄素和大黄素甲醚，这些蒽醌具疏水性，可抗肝癌细胞的增值。Hsu 等制备了大黄乙醇提取物的HP-β-CD 包合物，提高了提取物的溶解度。同时包合物与同等剂量的提取物相比对肝癌细胞Huh7 和HepG2 的细胞毒作用增强，原因在于包合物增加了大黄提取物的水溶性［20］。

2.6 HP-β-CD 与皂苷类 甘草次酸属于五环三萜类化合物，具有抗炎、抗溃疡、抗病毒(肝炎病毒、艾滋病毒、非典病毒)等作用，但其溶解度低，口服生物利用度差。崔启华等制备了结肠定位释放的甘草次酸-HP-β-CD 包合物包衣片，甘草次酸包合后可增溶54.6 倍，包合物直接粉末压片后采用丙烯酸树脂包衣后具显著的结肠部位脉冲释放特征［21］。另一五环三萜类化合物蕨麻苷具有抑制乙肝病毒复制，保肝降酶、增强肝脏解毒等作用，但几乎不溶于水，侯陆星等研究了HP-β-CD 对其的增溶作用，当HP-β-CD 浓度增大为7.0 ×10-2mol/L，蕨麻苷的溶解度为水中饱和溶解度的39.4 倍，采用此方法为制剂提供了理论基础［22］。

人参皂苷Rh2分子中只有一个葡萄糖，在水中几乎不溶，口服给药生物利用度低。张蓓等将其制成HP-β-CD 包合物后溶解度增加近80 倍［23］。为改善人参皂苷Rg1在水中的溶解度，缪菊连等考察了其HP-β-CD 包合物的条件，在HP-β-CD 体积分数为40%，温度40 ℃，搅拌时间12 h，pH 7 时，人参皂苷Rg1的溶解度可以增加到353.20 g/L，增加约18 倍［24］。人参皂苷Rg3在水中溶解度为0.047 mg/mL (25 ℃)。林东海等发现其与HP-β-CD 在水溶液中可自发形成1 ∶1 摩尔比可溶性包合物，并推断人参皂苷Rg3的苷元部分可能嵌入HP-β-CD 疏水性空穴中，两个葡萄糖裸露在环糊精腔外［25］。黄芪甲苷为我国拥有自主知识产权的一种黄芪皂苷类单体成分，由于其水溶性小、吸收差，影响单方制剂的开发，林健等通过对黄芪甲苷HP-β-CD 包合物和黄芪甲苷混悬液大鼠口服单剂量生物利用度的比较发现，包合物的生物利用度较高，包合物的Cmax为(250.29 ± 25.19) ng/mL，tmax为 (1.75 ± 0.42) h，AUC0-∞为(2 469.65 ±168.90)(h·ng)/mL，混悬液中Cmax为(57.83 ±8.02)ng/mL，tmax为(6.67 ±0.84)h，AUC0-∞为(862.00 ±149.61)(h·ng)/mL［26］。

2.7 HP-β-CD 与萜类 穿心莲内酯是爵床科穿心莲中提取得到的二萜内酯类化合物，具有抗菌消炎、抗病毒、解热等作用，但其在25 ℃水中溶解度小于0.1 mg/mL，任科等制备了穿心莲内酯的HP-β-CD 包合物，使穿心莲内酯在水中的溶解度可达到注射剂的要求(约8 mg/mL)［27］。

在所有青蒿素衍生物中，双氢青蒿素与其他青蒿素类似物相比体内外都显示了更高的抗疟效价。但其由于结构中的吡喃葡萄糖环水溶性很小，同时有过氧桥的七元环也不稳定，半缩醛结构遇酸、湿也不稳定。有报道双氢青蒿素经HP-β-CD 包合后在水中的溶解度增加77 倍，降解率下降了29 倍。但是由于HP-β-CD 本身相对的高分子量及包合物中大量的环糊精使包合物不能成为双氢青蒿素一个方便的且具成本效益的剂型。高剂量的环糊精也会导致潜在的毒性和相关副作用。有报道称药物、环糊精和第三方的辅助物质的三元体系可以降低环糊精的用量同时增加包合效率。Wang 等做了双氢青蒿素、HP-β-CD、卵磷脂三元体系的研究，发现双氢青蒿素进入到HP-β-CD 的疏水空穴中，卵磷脂通过-PO2-与HP-β-CD 空穴外的-OH 形成氢键，其疏水尾巴覆盖在HP-β-CD 大口端，正好围绕着双氢青蒿素过氧桥。这样的三元包合物在水溶液中溶解度、溶出度和稳定性都高于单纯双氢青蒿素以及双氢青蒿素分别HPβ-CD 和卵磷脂形成的二元体系［28］。

3 结语

HP-β-CD 具有掩盖药物不良气味，增加药物的溶解度、溶出度，提高药物稳定性，提高药物生物利用度等作用，可作为缓释、控释和靶向制剂的载体，目前已有上市品种吲哚美辛滴眼液(商品名Indocid)，伊曲康唑口服和静脉用溶液(商品名Sporanox)，丝裂霉素静脉注射液(商品名MitoExtra)［29］。HP-β-CD 在人体有很好的耐受性，主要的不良事件为腹泻。基于志愿者的临床研究数据表明，HP-β-CD 口服日剂量＜16 g (至少14 d)无毒［30］。而伊曲康唑注射液(商品名Sporanox)说明书用法用量为刚开始2 天，每日2 次，每次200 mg 伊曲康唑(含HP-β-CD 8g)，第3天起每日1 次，每次200 mg 伊曲康唑(＜14 d)。值得注意的是单独HP-β-CD 已被FDA 批准用于C 型尼曼-皮克病(Niemann-Pick type C disease)的治疗［31］。该药物能有效地改善肝脾肿大和中枢神经系统功能障碍，然而，有报道1例病人使用HP-β-CD 治疗23 个月后，在肺炎期间输注HPβ-CD 不久后出现了反复发热和短暂的弥漫性的肺部阴影。Chien 等在猪中进行了HP-β-CD 输注的实验，结果提示在两周的治疗完成后，在肺的某些区域肺泡腔有肉芽组织增生，包括增生的毛细血管和成纤维细胞，同时也有胶原蛋白沉积。因此，在人体输注HP-β-CD 的肺纤维化的风险不容忽视［32］。有鉴于此，在HP-β-CD 包合物中特别是注射剂中HP-β-CD 的使用安全剂量和疗程值得进一步研究，以便更好的应用于天然药物制剂领域。

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