5-氨基酮戊酸新剂型的研究进展

刘赛，刘哲鹏，符雯

上海理工大学 医疗器械与食品学院 药物制剂(设备与工艺)研究所(上海， 200093)



5-氨基酮戊酸新剂型的研究进展

刘赛，刘哲鹏，符雯

上海理工大学 医疗器械与食品学院 药物制剂(设备与工艺)研究所(上海， 200093)

【摘要】5-氨基酮戊酸作为第二代光敏剂用于光动力治疗， 尤其在肿瘤诊治和皮肤科疾病领域应用广泛。5-氨基酮戊酸可以口服给药， 注射给药， 以及皮肤局部给药， 但是由于5-氨基酮戊酸易溶于水， 在皮肤局部给药时皮肤吸收差， 而在固体制剂、 凝胶剂等剂型使用过程中作用时效短。因此该文结合5-氨基酮戊酸在临床上的应用， 综述了近年来研发的5-氨基酮戊酸新剂型， 如脂质体、 微球、 纳米粒等， 并对其应用前景进行展望。

【关键词】5-氨基酮戊酸； 脂质体； 纳米粒； 微球

5-氨基酮戊酸(5-Aminolevulinic acid，5-ALA)是亲水性的小分子化合物， 是生物体内源性化学物质， 是动物血红素和植物叶绿素生物合成的前体物质。5-ALA作为第二代光敏剂， 是一种优良的光动力治疗(Photodynamics Therapy， PDT)药物。在正常情况下， 机体通过细胞内血红素的含量反馈抑制5-ALA的合成， 所以体内没有过量的5-ALA蓄积。但当外源性的5-ALA进入体内后， 正常的代谢平衡被打破， 5-ALA被代谢旺盛的细胞或其他恶性细胞选择性吸收， 在细胞内转化为原卟啉IX (Protoporphyrin IX， PpIX)， 其中的原卟啉IX即为光敏剂， 经过特定波长的光照射后即发生光动力反应， 产生活性氧如单线态氧或其他自由基引起细胞膜、 线粒体和核酸的损伤， 使细胞或其他增生活跃的细胞坏死、 凋亡， 从而起到治疗疾病的作用[1-2]。

作为第二代光敏剂， 5-ALA是一种内源性的光动力治疗药物， 由于具有不良反应小、 疗效确切等优点， 已广泛应用于肿瘤、 癌前病变及一些非肿瘤性皮肤疾病的治疗， 在某些增生性疾病、 病毒性疾病和炎症性疾病的治疗及美容等方面也有较多应用报道[3-6]。然而， 5-ALA进行的光动力疗法的临床发展和荧光检测肿瘤组织以及局部用药治疗皮肤病等技术却由于5-ALA生物利用率有限而受到了阻碍。而且由于5-ALA稳定性差， 皮肤渗透性较低， 很难达到皮肤组织的靶部位， 从而进一步限制了它的应用。本文主要从提高稳定性， 增加脂溶性和增强靶向性等角度综述了5-ALA新剂型的研究进展。

1新型制剂的研究

5-ALA剂型设计的主要目的是根据其临床应用开发生物利用度高、 毒副作用小、 具有靶向和缓控释作用的新型制剂。由于5-ALA易溶于水， 在常规凝胶剂用于皮肤局部给药时难以到达皮肤深部组织， 将其制成脂质体或者合成酯类衍生物可以增强皮肤渗透性。另外， 纳米粒、 微球等新型制剂使药物具有靶向和缓控释的作用， 在治疗恶性肿瘤时增强了5-ALA的光动力治疗效果。

1.1脂质体

脂质体由磷脂和胆固醇组成， 具有类似生物膜的双分子层结构。药物被包埋在脂质体中缓慢释放， 在血循环中脂质体药物比游离药物有更长的滞留时间， 有长效作用。药物由于有脂质体包封提高了药物的稳定性， 还能保护定向至某些靶器官或组织中释放， 使这些靶器官或组织药物浓度提高， 提高了药物的疗效， 与此同时， 其它器官或组织药物浓度分布很少， 避免药物对这些器官或组织的影响， 从而降低了药物的毒性。

Kyung等[7]研究了用二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)制备5-ALA脂质体， 增强光动力疗法治疗胆管细胞型肝癌的效果。体外试验表明5-ALA脂质体与5-ALA相比前者对肿瘤细胞有更高的摄取率， 光毒性反应更强。Osiecka B等[8]用卵磷脂制备5-ALA和5-ALA甲酯的脂质体， 考察用脂质体包裹药物是否会引起肿瘤细胞中的基质金属蛋白酶表达从而产生光动力治疗效果。体内体外试验表明对5-ALA脂质体进行照射24 h之后， 光细胞毒性作用最强。5-ALA脂质体用于局部光动力治疗皮肤病可以增强光敏剂的皮肤渗透率,同时降低进入体循环的量[9]。 吕玲等[10]采用主动载药法中的pH梯度法制备5-ALA皮肤局部给药脂质体凝胶， 增加其皮肤透过率而充分发挥其疗效。采用薄膜分散-pH梯度法用胆固醇和卵磷脂制备的5-ALA脂质体， 包封率为64.964 %， 平均粒径为100 nm。然后使用卡波姆作凝胶材料， 滴加适量的三乙醇胺， 调pH至6．7， 制得凝胶剂。该脂质体增加了药物在皮肤中的滞留而发挥药效作用。An IS等[11]报道了使用大豆卵磷脂脂质体装载0.5%的5-ALA进行光动力疗法治疗炎性痤疮， 结果炎症平均减少43.2%， 而且副作用很小。另外一个类似的研究使用0.5%的5-ALA脂质体喷雾和强脉冲光(IPL)结合(发射波长为400～720 nm)治疗亚洲人的炎性皮肤痤疮， 治疗后没有明显的副作用且光毒性影响低[12]。Lee等也有报道使用3%的5-ALA脂质体乳剂和强脉冲光结合治疗炎性痤疮， 治疗结果较好且没有明显的副作用[13]。

在脂质体的磷脂成分中加入表面活性物质， 致使类脂膜具有高度的变形能力， 使小分子和大分子药物成功的进入体循环， 这种透皮效果优于常规脂质体的新型药物载体是柔性脂质体[14]。Oh EK等[15]研究了负载5-ALA的带不同电荷的极端变形脂质体(Ultradeformable liposomes， UDL)的物理化学特性、 皮肤渗透性和光动力治疗过程中5-ALA的滞留能力。该脂质体以生育酚作为抗氧化剂， 以吐温20作为表面活性剂， 得到的脂质体平均粒径为114.6±8.0 nm， 包封率为31.54%±2.0%。体内外试验表明， 阳离子极端变形脂质体有更好的稳定性和渗透性并且可以将5-ALA传送到皮肤深部组织产生更多的原卟啉IX。

1.2纳米粒

纳米粒(Nanoparticles)的粒径在10～100 nm范围， 药物可以溶解、 包裹于高分子材料中形成载体纳米粒。纳米粒在生物医药领域可将生物降解性和生物相容性的聚合物作为药物的载体， 提高药物在靶部位或吸收部位的浓度， 改变其体内分布和药动学过程， 达到增强吸收、 提高疗效和降低毒性的作用[16]。

应用纳米粒载体装载、 包裹光敏剂， 可以对光敏剂起到保护作用， 增强光敏剂的肿瘤靶向性同时还可增强光动力反应效果。金纳米粒在治疗癌症方面是一个很有前景的载体， 具体体现在它有独特的物理化学性质， 包括： 表面等离子体共振作用， 很好的光散射作用， 吸收能力强， 粒径小， 原子数高， 生物相容性好而且与目标药物结合性强。 Karina等[17]用四氯金酸制备5-ALA金纳米粒溶液， 纳米粒粒径在5～40 nm， 该5-ALA金纳米粒用于诊断治疗动脉粥样硬化。动物试验表明， 5-ALA制成金纳米粒结构更加稳定， 5-ALA能迅速转化为外源的原卟啉IX， 可以根据原卟啉IX的量指示动脉粥样硬化的位置。Zhang等[18]用聚二烯丙基二甲基氯化铵(Poly diallyldimethylammonium chloride， PDDA)与四氯金酸制备金纳米粒， 然后将带正电的金纳米粒子与带负电的5-ALA在碱性环境下利用静电相互作用制备5-ALA金纳米粒子。制得的5-ALA金纳米粒子的粒径在16～33 nm， 该纳米粒用于光动力疗法杀灭慢性粒细胞白血病K562细胞， 结果显示5-ALA金纳米粒子与5-ALA相比具有更高的肿瘤细胞杀伤力。同时Zahra等[19]也研究了5-ALA通过静电力结合金纳米粒进行光动力治疗。Mahnaz等[20]使用了表皮癌细胞株A431和正常的纤维细胞来研究在使用5-ALA作为光敏剂进行光动力治疗时金纳米粒是否可以增加细胞死亡率。体外试验表明5-ALA与金纳米粒结合可以协同降低癌细胞的存活能力。

Li[21]等制备了C60-5-ALA纳米粒治疗黑色素瘤， C60是一个纳米级的碳材料， 有独特的光化学、 电化学和物理特性， 由于它自身的疏水性使得制备的C60-5-ALA纳米粒在水中稳定性可达数星期， 制得的纳米粒粒径在80～200 nm， 包封率为45.12%。体内和体外试验表明C60-5-ALA纳米粒可以显著提高光敏剂在肿瘤部位的聚集从而增强光动力治疗效果。Ma等[22]使用空心介孔二氧化硅纳米粒结合聚乙二醇和叶酸靶向配体靶向杀灭B16F10皮肤癌细胞， 该纳米粒粒径是150 nm。使用空心介孔二氧化硅纳米粒作为纳米载体， 通过叶酸介导的内吞作用使细胞内5-ALA的摄取率和原卟啉IX的累积量明显增大了， 红光照射后癌细胞被有效的杀灭。

采用5-氨基酮戊酸光动力治疗(5-ALA-PDT)皮肤性疾病， 皮肤创伤性小， 治疗后不影响美观， 不破坏特殊部位的结构和功能， 病人耐受性好。Shi等[23]通过聚乳酸羟基乙酸纳米粒(PLGA NPs)包裹运输光敏剂5-ALA来提高光动力疗法抑制人皮肤鳞癌A-431细胞效率从而提高治疗疗效。试验采用超声-复乳法制备5-ALA PLGA NPs， 制得的5-ALA PLGA NPs平均粒径为65.6±26 nm， 包封率为65.8±7.2%， 载药量为0.62± 0.27%。结果表明， ALA PLGA NPs能大量聚集于鳞癌A431细胞质内， 并且能提高原卟啉IX的生成速率和生成量。与相当浓度的游离ALA相比， ALA PLGA NPs 对人鳞癌A431细胞的抑制作用更强。

目前纳米粒的研究是5-ALA制剂的研究热点， 具有保护药物、 提高疗效、 降低不良反应等优点， 但是其生物体内的药用效果还需要进一步评价。

1.3微球

通过物理或者化学的方法将药物分散、 吸附或者溶解在高分子载体材料中形成的微小球状实体成为药物微球。微球被用于药物控缓释体系来治疗疾病， 通过靶向作用使药物到达特定的组织和器官后缓慢释放。通过改变微球的性质可以使其具有特定组织及器官靶向性， 使药物在靶向部位的浓度显著增加， 作用时间延长， 提高了药物的治疗效果， 同时减轻了对人体正常组织的毒副作用。

Donnelly RF等[24]采用喷射冷凝技术制备了溶于丙二醇凝胶的微球， 来抑制人结肠癌细胞， 在制备过程中加入聚乙二醇辛基苯基醚表面活性剂防止微球粘连， 微球的载药量最大达10%。而丙二醇凝胶是通过将丙二醇与羧乙烯聚合物974NF混合搅拌制备。体内试验表明含丙二醇凝胶的5-ALA微球与单纯的5-ALA凝胶相比更能降低肿瘤细胞的生长速率。Rasil等[25]采用复乳-溶剂挥发法制备5-ALA微球， 5-ALA与油相比例不同微球性质不同， 当5-ALA与油相比为1:10时， 微球载药量为9.09± 0.71%， 包封率为100.3± 0.8%， 完全释放时间为360 min， 而当5-ALA与油相比为1:100时， 微球载药量为0.91± 0.04， 包封率为91.5±1.9， 完全释放时间为3 300 min。通过比较喷射冷凝法和复乳法制得的微球形态相似， 但是喷射冷凝法制得的微球有更高的包封率和载药量， 而且5-ALA的稳定性更高。

1.4衍生药物

对5-ALA进行酯化可以获得理化性质稳定、 靶组织选择性高、 光动力效应强的衍生物， 在皮肤疾病及肿瘤的诊断、 治疗中效果显著。目前有几种包含5-ALA或其酯的药物制品临床用于PDT， 其中5-ALA衍生物包括含有5-ALA甲酯的霜剂(Metvix®)和含有5-ALA己酯的溶液剂(Hexvix®)， 它们由Photocure ASA(Oslo， Norway)开发， Metvix®用于光动力治疗光化性角化病和基底细胞癌， Hexvix®用于灌注到膀胱诊断膀胱癌。

Ervin等[26]研究了5-ALA和5-ALA衍生物在原卟啉IX聚集方面和杀灭癌细胞方面的差异。试验制备了5-ALA酯类衍生物和氨基衍生物， 体内试验表明原卟啉IX的聚集量和5-ALA酯类含有的碳链长度直接相关， 碳链越长， 形成的原卟啉IX越多， 对癌细胞产生的伤害越大， 但是其氨基化合物和杂环酯类却不能产生原卟啉IX。Campbell 等[27]研究了5-ALA甲酯PDT治疗增生性瘢痕， 结果发现瘢痕区域明显软化、 柔韧性提高、 弹性蛋白纤维增多、 皮肤硬化缓解。Liu等[28]研究了5-ALA及5-ALA甲酯针对万古霉素耐药肠球菌的光动力灭菌化疗。试验结果显示， 5-ALA介导的光动力灭活作用破坏了细菌的DNA， 导致细胞成分的渗漏和细胞膜结构的改变。

5-ALA酯类衍生物已有部分产品在美国和欧盟上市， 已取得了较为成熟的研究成果， 但是针对不同的疾病5-ALA酯类衍生物的药效仍然有待于提高。

1.5其他制剂

RodriquezL等[29]研究了5-ALA树状大分子光动力治疗癌症和动脉粥样硬化疾病。体外试验表明， 携带6个和9个残基的5-ALA树状大分子针对乳腺癌细胞在低剂量时产生的原卟啉IX比5-ALA多， 但是高剂量使用时5-ALA树状大分子和5-ALA产生的原卟啉IX一样多。在皮肤上局部应用5-ALA树状大分子不会扩散也不会到达皮肤深处， 蓄积能力强， 这些特性显示5-ALA大分子在治疗体表恶性肿瘤时很有发展前景。同时5-ALA树状大分子对动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞有更高的选择性， 能用于光动力治疗动脉粥样硬化。Aurelie等[30]研究了用5-ALA树状大分子荧光诊断膀胱癌， 结果显示5-ALA树状大分子能长时间并且持续的合成原卟啉IX， 通过大分子更深的渗透性和系统的重吸收可以提高肿瘤的选择性从而用于荧光引导下的膀胱镜检查。

2展望

综上所述， 近年来对5-ALA新剂型的研究主要集中在增强脂溶性、 缓控释、 靶向制剂等。随着Metvix和Levulan Kerastick分别被欧盟和FDA批准上市， 国内外一些脂质体、 纳米粒和衍生制剂等剂型也进入研究开发阶段。目前脂质体主要应用于治疗皮肤疾病， 对体内肿瘤细胞的研究报道较少， 而且在脂质体的制备方面多采用常规的方法和材料， 因此5-ALA脂质体有待于发展成一种功能性更强， 治疗效果更好的新剂型。纳米粒近些年研究报道的比较多， 而报道中5-ALA纳米粒所用的载体材料多为金属材料和无机材料， 由于金属载体和无机载体独特的物理化学特性使得5-ALA的光动力治疗效果增强， 但是其长期稳定性和安全性有待考虑， 因此与5-ALA纳米粒相关的基础研究还有待深入进行。另外5-ALA的酯类衍生物应用一直很广泛， 也被用于制备脂质体和纳米粒来评估其治疗效果。与此同时， 5-ALA除了能治疗肿瘤、 癌前病变及一些非肿瘤性皮肤疾病外， 还能治疗病毒性疾病和炎症性疾病， 其治疗范围较大。因此可以相信， 经过深入的研究和开发， 5-ALA新型给药系统将更好的为人类健康服务。

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Progress in the Development of Novel Pharmaceutical

Formulations of 5-Aminolevulinic Acid

LIU Sai, LIU Zhepeng, FU Wen

Institute of Pharmaceutical Preparations (Equipment & Technology)，School of Medical Instrument

and Food Engineering，University of Shanghai for Science and Technology (Shanghai， 200093)

【Abstract】5-aminolevulinic acid is used for photodynamics therapy as the second generation photosensitizer, especially in the field of tumor diagnosis and skin diseases. 5-aminolevulinic acid is administered to patients orally, by injection and through topical skin lesions. Nonetheless, due to its high water solubility, the skin local drug delivery causes the poor skin absorption. 5-aminolevulinic acid has short function time in the use of solid dosage form, gels and other dosage forms. This paper reviewed some novel pharmaceutical formulations of 5-aminolevulinic acid in combination with the clinical applications, such as liposome, microsphere, nanoparticles and so on, And its potential applications has been prospected.

【Key words】5-aminolevulinic acid, liposome, nanoparticles, microparticles

收稿日期：(2015-07-28)

【中图分类号】R969.1

【文献标志码】A

文章编号：1674-1242(2015)04-0226-05

作者简介：刘赛，E-mail: liusai2013@126.com

doi:10.3969/j.issn.1674-1242.2015.04.009