菌群／酶触型口服结肠靶向给药系统的研究进展

吴家兴，李霜训（综述），党云洁，孙梦娟（审校）

（河北医科大学药学院药剂教研室，河北 石家庄050017）

口服结肠靶向给药系统（oral colon-specific drug delivery system，OCDDS），是一种新型的制剂技术，制剂在口服后不在胃、小肠等胃肠道上端崩解或蚀解释放药物，而是直接运送到结肠处才开始崩解或蚀解释放药物，并发挥局部或全身治疗作用［1］。OCDDS按照载体材料释药的性质不同，主要有pH依赖型 OCDDS、时控型 OCDDS、压力控制型OCDDS和菌群／酶触型OCDDS。其中pH依赖型和时控型OCDDS因存在可靠性差等问题，使其应用受到一定的限制；而菌群／酶触型OCDDS因其定位性好，可预测性高等特点，成为广大研究者关注的热点，是近几年应用最为广泛的一种口服结肠靶向给药系统。

1 菌群／酶触型结肠靶向给药系统释药机制

人体结肠以盲肠为起点，以直肠为终点，整个呈四方框状。生理结构分为四部分，即升结肠，横结肠，降结肠和乙状结肠。结肠主要用来吸收水分和电解质，贮存人体的代谢产物并使其固化为粪便，经直肠排出体外，同时结肠还为其内部的微生物提供适宜生存环境。研究表明，结肠处富含400多种有益菌群，结肠液中的细菌约有1×1011个／mL，这与小肠间形成了非常大的菌落梯度。在结肠内，这些细菌可产生大量活性高的蛋白水解酶和肽酶等，可催化许多代谢反应，结肠所处的无氧环境使得结肠处的酶促反应以降解反应为主。使用能被结肠所特有的酶（如偶氮降解酶、糖苷酶、果胶酶、葡聚糖酶等）降解的材料作为靶向载体材料，而使制剂在结肠处降解，可实现药物在结肠部位的释放和吸收，以此提高药物的生物利用度。应用该机制设计而成的给药系统称为菌群／酶触型结肠靶向给药系统（bacteria-triggered OCDDS，BtOCDDS）。

2 菌群／酶触型结肠靶向给药系统常用载体材料

常用的菌群／酶触型高分子材料有偶氮聚合物、多糖及多种植物胶［2］等。偶氮类聚合物只在结肠部位偶氮还原酶的作用下降解，结肠定位释药强，但偶氮高分子的疏水性和降解产物的毒性，在很大程度上限制了该类载体的应用；多糖主要有果胶、葡聚糖、壳聚糖及糊精等，它们安全、无毒，易被结构修饰，还可生物降解，但天然多糖在上消化道溶解度较大；植物胶主要有瓜耳胶、魔芋胶、黄原胶及豆胶等。以下进行简单介绍。

2.1 偶氮聚合物 偶氮还原酶在结肠是一种比较普遍的酶，偶氮聚合物的氮氮双键可在结肠处所特有的偶氮还原酶的作用下断开而被降解，使包裹的药物在结肠处释放出来。偶氮还原酶可由结肠处的多种细菌产生，使偶氮键的降解反应顺利进行，故采用偶氮聚合物为载体材料，靶向性高、定位性好。

赖俊英等［3］以二环己基碳酰亚胺及N，N-二甲胺基吡啶为偶联剂，将结肠前体药物5，5′-偶氮二水杨酸（奥沙拉秦）与生物相容的聚乙二醇缩聚，制得主链含偶氮键的聚乙二醇奥沙拉秦（polyethlene oxide-olsalazine，PEO-OLZ）缩聚物，结果显示，聚乙二醇链段的相对分子质量可影响偶氮缩聚合物的亲水性和生物降解性能，在偶氮还原酶的作用下，PEO-OLZ缩聚物的偶氮键迅速发生特异性降解，同时通过酯键的水解，释出5-氨基水杨酸（5-aminosalicylic acid，5-ASA），而当不含该酶时，偶氮缩聚物约在13h才开始快速降解。并且奥沙拉嗪采用两分子的5-ASA化学偶合成偶氮键，避免了5-ASA与其他无效的化合物形成偶氮键，从而大大降低了药物的不良反应。Sharma等［4］合成的聚磷腈能以偶氮键与甲氨蝶呤和吉西他滨连接形成具有结肠靶向性且不良反应较小的制剂。Kenawy等［5］在偶氮苯4，4′-二羧酸的基础上，分别与聚酰胺和聚酯缩聚形成一种偶氮聚合物，并考察了其结肠靶向性。Popat等［6］以介孔二氧化硅纳米颗粒承载以偶氮键相连的柳氮磺胺吡啶，使其在结肠处被偶氮还原酶酶解，释放非常完全。尽管偶氮类化合物在结肠部位的靶向性和定位性良好，但仍存在合成过程复杂、成膜性差、药物与载体只能一一对应、降解产物可能有毒副作用及结肠内降解速度较慢等问题，因此仍需进一步研究完善，或找其他化合物代替。

刘雪莹［7］发现二硫化物和硝基的还原速率与具有相似分子结构的含偶氮基团的物质的还原速率接近，认为可代替偶氮化合物用作治疗结肠疾病的药物前体，同样可使结肠药物传递系统具有靶向性。

2.2 多糖类化合物 多糖类化合物来源广泛，价格低廉，结构和性能丰富且易于修饰，安全无毒，可被人结肠中的微生物菌群分泌的糖苷酶及糖苷酸酶等多种特异性酶降解，可作为包衣材料，或与母体药物形成前体药物，是目前较为理想的菌群／酶触型OCDDS辅料。此外，该类化合物可联合自身或其他辅料分别依据pH时间依赖、pH菌群／酶依赖、pH菌群／酶和时间依赖及pH生物黏附等复合型机制进行处方设计，可改善以单一给药机制设计的药物制剂因胃肠道pH值、胃排空时间、排空速率及生理状态等因素的影响而出现的定位不够精确、给药效果不佳等问题，从而进一步增强OCDDS的有效性和稳定性。目前多糖在结肠靶向制剂中作为载体材料的种类有很多，但主要是壳聚糖、果胶和糊精等。

2.2.1 壳聚糖 壳聚糖又称脱乙酰甲壳质，是甲壳质在碱性条件下，脱乙酰基而得到的一类氨基多糖，根据脱乙酰化程度的不同或游离氨基的多寡而具有不同的性质。分子结构中含有活泼氨基和羟基，可进行成盐反应等化学反应，能被结肠处的菌群所产生的酶特异性降解。壳聚糖作为天然材料，无毒、生物相容性好、可生物降解，是OCDDS研究的热点材料。

Omwancha等［8］采用析因设计以壳聚糖和乙基纤维素水分散体的混合物为包衣材料，对5-ASA微丸进行包衣，并经体外试验得出通过调节包衣厚度和壳聚糖用量可避免胃及小肠对该微丸的破坏，并在结肠特异性酶的作用下定位释放。刘沛等［9］用Eudragit S100（甲基丙烯酸与甲基丙烯酸四酯以35∶65比例混合）为包衣材料，对以壳聚糖为载体的大黄总蒽醌微球进行包衣。实验证明此包衣微球生物黏附性良好，可用于结肠靶向给药。任亚超等［10］采用星点设计-效应面法用明胶-壳聚糖和Eudragit L100做包衣层，制备的氢化可的松结肠靶向片靶向性与缓释性良好。朱丽英等［11］以壳聚糖-纤维素硫酸钠聚电解质复合物膜包被扑热息痛，通过调整该复合物膜的处方，可以使该膜实现结肠定位释药的目的。Mennini等［12］采用海藻酸盐、氯化钙、壳聚糖3种辅料，制备了塞来昔布结肠靶向微球，研究结果表明其靶向性良好，克服了壳聚糖在上消化道易溶解而导致药物提前释放的问题。

2.2.2 果胶 果胶为天然聚合物，一般指可溶性的果胶，结构中D-半乳糖醛酸通过α-1，4糖苷键结合，其不能在胃和小肠内降解，因为没有相应的降解酶，而能被结肠处细菌产生的多糖酶降解，因而是一种良好的结肠定位给药载体。可是果胶具有较强的水溶性和溶胀性，因而使得其在消化道上段有少量的溶解，导致药物提前释放，为降低果胶的水溶性，减小其溶胀度，从而提高其结肠靶向性，常将果胶与其他辅料联用，或以钙化果胶的形式作为骨架或包衣材料来使用。

Srivastava等［13］以钙化果胶制备的美洛昔康微海绵骨架片能较好地在结肠定位释放，可用于治疗结肠癌。Bose等［14］用果胶和乙基纤维素的混合粉末对5-氟尿嘧啶微丸进行包衣，制备了5-氟尿嘧啶的结肠靶向制剂，其体内试验表明该药对结肠癌具有较好的治疗效果。邹艳等［15］以果胶钙为载体材料，制备了老鹳草鞣质结肠靶向小丸，得到该制剂初步具备结肠定位释药特征的结论。杨志欣等［16］以果胶钙和醋酸纤维素为材料，采用包衣锅法制备了靶向性较好的5-氨基水杨酸结肠靶向微丸。黄仁杰等［17］以低酯果胶为载体材料，聚乙烯亚胺（polyethyleneimine，PEI）为外层交联剂采用锐孔-凝固法制备蝎毒结肠靶向小球，结果显示其制得的蝎毒凝胶小球具有良好的结肠靶向性能。

2.3 植物胶类 是从植物中提取出来的一些具有糖苷键的高分子，一般也视为多糖类化合物。

2.3.1 瓜尔胶 瓜尔胶为半乳甘露聚糖，主链是以β-1，4糖苷键结合的吡喃甘露糖，一个甘露糖以α-1，6糖苷键间隔结合一个α-D-吡喃半乳糖，半乳糖和甘露糖之比为1∶4～1∶2，可被结肠处所特有的糖苷酶降解。瓜尔胶在消化道上段即开始形成凝胶，因此常联合pH依赖型材料或纤维素醚等水不溶性化合物作为包衣材料。

Amrutkar等［18］采用挤出滚圆法，以吲哚美辛为模型药物制备含药微丸，再用Eudragit L100∶Eudragit S100＝1∶2包衣，然后装入硬胶囊壳，并以瓜尔胶、黄原胶等压制的亲水凝胶塞封口，动物实验结果显示能够达到结肠靶向作用。金剑等［19］将5-ASA装于以瓜尔胶和Eudragit S 100包膜的胶囊中，结果显示胶囊具有良好的结肠定位释药效果。Randhawa等［20］分别以羧甲基苦豆胶（carboxymethyl fenugreek gum，CMF）和羧甲基瓜尔胶（carboxymethyl guar gum，CMG）与壳聚糖（chitin，CH）形成的共聚物为包衣辅料，制备泰莫西芬结肠定位释药片，溶出试验表明，当CMF∶CH 为40∶60，CMG∶CH 为50∶50时，片子可显示出结肠靶向释药的特性。

2.3.2 魔芋胶 魔芋是天南星科魔芋属的多年生草本植物，对其进行分离提纯可得到一种葡甘露聚糖，称其为魔芋胶（knojac glucomannan，KGM）。它具有亲水性、凝胶性等多种特性，在消化道上段不被降解，可被小肠末端和结肠处所特有的酶降解，但其具有溶胀性较大、剂型加工选择性小等缺点。通过与其他水不溶性辅料合用或对其进行化学改性等可以克服上述缺点。

张瑜等［21］将羧甲基魔芋胶∶地塞米松＝1∶1的混悬液，搅拌条件下加入到pH为3.0的FeCl3和壳聚糖凝胶液中，制得小丸后在CaCl2、海藻酸钠溶液中交联固化，制备出地塞米松羧甲基魔芋胶小丸，大鼠体内结果表明能够实现结肠靶向的释药。李敏［22］和吴林娟［23］在他们的研究中都提到了 KGM具备安全、无毒、来源广泛、可生物降解等优点，非常适合作为口服BtOCDDS的载体材料。

天然多糖因在消化道上段不被降解，却可在结肠处所特有酶的作用下降解，靶向性强，并且安全、稳定、无毒及可生物降解，故其是一类良好的的结肠靶向给药系统的载体材料。但天然多糖尚有以下缺点：一些多糖水溶性和溶胀性强，在消化道上端即发生溶解，导致药物提前释放；一些多糖成型性和成膜性差，难以压片或包衣，不利于生产制备；并且天然多糖在结肠部位的降解速度较缓慢，药物释放不完全，生物利用度低。鉴于此，大部分多糖类BtOCDDS的研究还只停留在理论探讨阶段，未有多糖或其衍生物的结肠靶向制剂上市。

3 其他类型的菌群／酶触型结肠靶向给药系统

3.1 前体药物结肠靶向给药系统 近年来基于多糖的前体药物的合成研究越来越多，将多糖类化合物与母体药物结合后制备成前体药物，其中的多糖化合物在结肠处被其所特有菌群或微生物分泌的酶，如果胶酶、糖苷酶、葡聚糖酶等所降解，可保证药物在结肠内释放和吸收，这种给药系统称为前体药物结肠靶向给药系统。Lee等［24］制备的前体药物葡聚糖-氟灭酸酯，具有抗炎作用，可用于治疗关节炎。

3.2 复合型结肠靶向给药系统 如前所述，BtOCDDS在体内受饮食、疾病、个体差异等的影响较小，特异性较好、定位准确可靠，但所用载体材料还存在许多问题，如偶氮聚合物具有疏水性和降解产物有毒性的限制，多糖类则在上消化道溶解度较大，容易提前释药，且二者都存在成型性差，结肠降解速度较慢，药物生物利用度较低等缺点。大量研究结果显示，单纯一种BtOCDDS系统往往达不到最佳的结肠靶向释药效果，因此，将不同释药机制结合起来，制备复合型的OCDDS系统已成为目前研究者的关注方向，如pH菌群／酶触型结肠靶向给药系统、时间依赖-菌群／酶结肠靶向给药系统、pH菌群／酶和时间依赖型结肠靶向给药系统等。

Jose等［25］制备了壳聚糖-硫氮酮盐酸盐载药微球，并以Eudragit S100为包衣材料，采用溶剂蒸发法对壳聚糖-硫氮酮盐酸盐载药微球进行包衣，体外释放结果表明该微球的释放符合Higuchi模型，能够结肠靶向给药。邹海艳［26］以果胶和瓜尔豆胶（1∶1）为酶触降解材料制备了骨架型片芯，采用Eudragit L100（甲基丙烯酸与甲基丙烯甲酯钠米粒）和Eudragit S100混合液包衣，结合现代制药技术制备了中药复方盐酸小檗碱pH菌群触发型结肠定位片。刘静等［27］以乙基纤维素为非渗透性胶囊材料，高酯果胶-乳糖或羟丙甲纤维素-低酯果胶为柱塞，制备了时间-菌群／酶依赖型5-ASA结肠定位柱塞型脉冲胶囊，体外释放均显示良好的结肠定位效果。

复合型结肠靶向给药系统设计结合了多种设计机制，可更大程度上避免体内外环境对药物释药的干扰，从而提高释药靶向性及生物利用度，更好的发挥药物疗效，因此相较于传统BtOSDDC，复合型OCDDS具有广阔的应用和开发前景。但我们也应看到，复合型的BtOCDDS设计更为复杂，常常需要几种不同释药机制的载体材料的配合使用，开发过程影响因素较多，制备工艺也相对复杂，因而成本相对较高。

4 总结与展望

OCDDS采用无毒或可降解的高分子材料为载体，靶向性好，干扰较小，成为了近几年口服结肠靶向给药系统的研究热点，广泛应用于结肠靶向给药系统的开发。将单一的菌群／酶触型结肠靶向给药系统与其他类型的结肠靶向给药系统联用制备复合型的OCDDS，可极大提高结肠靶向系统的靶向性和生物利用度；而越来越多新型的高分子材料的开发，也进一步促进了OCDDS给药系统的发展。

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