金丝桃素纳米制剂的设计与发展

田 佳，李亚楠，沈 雁

(1.河北亚东医药进出口有限公司，河北 石家庄 050061;2.中国药科大学药学院药剂学教研室，江苏 南京 210009)

1 金丝桃素性质及其应用研究

金丝桃素是二蒽酮类物质，英文名为hypericin(缩写为Hy)，其系统命名为4，4，5，5，7，7 － 六羟基 －2，2 － 二甲基 －中位－萘并二蒽酮，结构如图1，金丝桃素对光、热非常敏感，常温存放几天就会被氧化。金丝桃素是金丝桃属植物贯叶连翘提取物的主要活性成分之一，呈棕黑色流动性粉末，或为蓝黑色针状结晶，有特殊清香，味苦，不溶于水;易溶于吡啶和其他有机碱，成樱红色溶液，并显红色荧光;可溶于碱的水溶液，几乎不溶于其他有机溶剂。可由大黄素进行合成［1，2］。一直以来，金丝桃素多被用于治疗皮肤创伤、病毒感染和抗抑郁等方面［3］，但近几年来，金丝桃素在抗肿瘤靶向与治疗、光学诊断中的研究颇多。研究发现，金丝桃素不仅是一种天然的光敏剂，经光激活可产生单线态氧，可以用来治疗多种癌症，最新发现可用于治疗如膀胱癌、前列腺癌、垂体瘤、卵巢癌等;此外，该化合物具有很强的坏死组织亲和性且易于进行放射性碘标记，山东省医学科学院制备了碘－131金丝桃素标记物并进行详尽的研究结果表明，碘标记的金丝桃素在靶区的药物浓度，是对应组织的十倍甚至几十倍，且在重要脏器无明显蓄积，由此说明金丝桃素是一种理想的靶向药［4］。由于金丝桃素对肿瘤部位又是一种造影剂，可以用来诊断癌症的位置、大小以及评估癌症的严重程度［5］，使其便于后期的诊断和治疗，金丝桃素对膀胱肿瘤部位的荧光诊断特异性和敏感性高达95%和94%，远高于其他的5－氨基酮戊酸等光敏剂［6］，并且在诊断和外科手术切除中不会产生光漂白作用;肿瘤与正常组织之间界限不明显，尤其浸润性的肿瘤可视化非常难，不易区分，使得外科手术难以彻底切除肿瘤。而金丝桃素可以使肿瘤荧光视化，在荧光显微镜下能够将实体瘤、正常组织及二者之间的过渡区域清晰地区分开来，避免了漏切游离癌细胞和残留癌细胞，增加了早期癌症的治疗率。因此，近几年，金丝桃素作为一种有高效治疗作用的光敏剂和靶向药成为研究热点。

图1 金丝桃素的结构

金丝桃素本身的光敏治疗效果很好，再加上其理想的肿瘤坏死亲和性，成为肿瘤研究中的关注热点。光动力学药物本身相比于化疗药物具有无法比拟的优点:首先，在无光照的条件下，本身几乎无毒性，可减少非靶向组织的毒性，副作用小，而且光动力学中的光照属于非离子化光，对无光敏剂的组织无副作用［7］。但是由于金丝桃素较高的亲脂性导致水溶性较小，并且针对肿瘤的治疗单独的金丝桃素溶液给药靶向性差，从而在临床上的使用受限。因此，近几年改善金丝桃素的水溶性，提高其生物利用度是开展金丝桃素研究的新方向。一些文献报道加入增溶剂和潜溶剂以增加金丝桃素的溶解性。一直以来，乙醇或者其他的有机试剂用来作为金丝桃素的潜溶剂［8］，还可以利用牛血清蛋白增溶，临床上用的荧光诊断滴注剂是使用1%的血浆蛋白溶液［9］，但有研究表明血清白蛋白会降低金丝桃素细胞的摄取，因为金丝桃素与人体血清白蛋白结合过于紧密，导致难以释放进入细胞发挥作用，虽提高了水溶性，却降低了疗效，在临床上不提倡使用［10］。

纳米制剂的优势在于可以将药物最大程度的运送至治疗部位发挥作用，提高金丝桃素的水溶性，增加其在血浆中的半衰期，减缓药物的降解从而使副作用降低，提高药物的生物利用度。此外，纳米制剂材料毒性低，生物相容性和安全性高，能够提高药物在体内的安全性。通过纳米剂型比如胶束，脂质体，纳米粒，以及大分子衍生物等增加金丝桃素的稳定性和靶向性从而减少全身组织的光毒性等副作用，极大的改善了金丝桃素的不足。目前关于金丝桃素的纳米制剂的研究很多，但是这方面的综述却很少见。为了更好的指导关于金丝桃素在制剂方向上的发展，本文就金丝桃素纳米制剂质量的影响因素及包裹金丝桃素的不同纳米载体的研究作出详述。

2 影响金丝桃素纳米制剂的重要因素

金丝桃素的纳米制剂研究发现，如下参数影响着纳米载体的包封率和肿瘤靶向性，见表1。

半衰期:包裹金丝桃素的纳米粒的半衰期主要决定于肾清除率和网状内皮系统(RES)的清除，纳米粒粒径大于15 nm的肾过滤阈值可减少肾清除率［11］，将纳米粒外面修饰亲水性的聚乙二醇(PEG)或者其他亲水性的支链可以减少血浆蛋白和巨噬细胞的吸附从而避免RES系统的清除，因此可以增加金丝桃素的半衰期，导致更多的金丝桃素在肿瘤部位蓄积［12］。除了肿瘤部位的血管组织滞留与渗透效应(EPR)，也可以在纳米粒周围修饰主动靶向的配体、抗体、叶酸、透明质酸等与肿瘤部位高度表达的受体相结合，从而增加纳米粒对肿瘤部位的靶向性［13］。

表1 纳米制剂的影响因素

包封率:光动力学药物和化药在包封率这个参数上有很大的不同，一般化疗药物包封率越高，毒副作用越大。但金丝桃素纳米制剂在高载药量的情况下可能会产生金丝桃素在在载体内部的聚集，在光激发的同时会自我猝灭单线态氧从而使治疗作用降低［14］，因此其最适合的载药量并一定是最高的载药量，同时要尽可能将金丝桃素包载于纳米载体内核中，防止药物物理或者化学吸附在在体表面在血浆中的不稳定性。因此金丝桃素的纳米制剂应该保证其载药量能在不聚集，不自我失效的情况下达到治疗的有效性，同时在体循环的过程中药物分子不泄漏至血浆中。

药物的释放:化疗药的纳米制剂需要从载体中释放出来进入细胞才能发挥药效，与此不同的是，金丝桃素等光动力学药物发挥作用的本质其实是单线态氧，真正的金丝桃素从纳米制剂中的释放其实是不必要的，因为氧可以自由扩散进入纳米载体，与光激发的金丝桃素发生反应转变成单线态氧，然后再从载体中出来在细胞中发挥毒性作用［15］。因此，金丝桃素的纳米制剂需要牢固地将其包裹于内部尽量减少漏药，从而运送至肿瘤部位从而进行接下来的光动力治疗。

3 金丝桃素纳米制剂的研究现状

3.1 金丝桃素大分子衍生物 金丝桃素主要以被动扩散进入细胞，主要通过水溶性通道，因此很多研究制备了金丝桃素水溶性衍生物，首先，有研究制备了金丝桃素－脂蛋白大分子衍生物，但细胞摄取结果表明这种衍生物会降低金丝桃素细胞的摄取，因为金丝桃素与蛋白结合过于紧密，导致难以释放进入细胞发挥作用，虽提高了水溶性，却降低了疗效。金丝桃素－聚乙烯吡咯烷酮(PVP)衍生物［16］，相比于单独的金丝桃素，此衍生物在相关的神经元细胞和胶质细胞中发现具有更高的摄取和毒性。之后，有研究发现金丝桃素－环糊精衍生物能够快速的和细胞膜结合并进入Caco－2细胞，可能是因为金丝桃素－环糊精的亲脂基团能通过疏水作用力有效的结合细胞表面的脂质双分子层膜，增加金丝桃素的摄取［17］。金丝桃素的水溶性衍生物不仅增加了金丝桃素的水溶性，而且还能增加金丝桃素的入胞量从而增加药效，但是，研究发现金丝桃素－水溶性衍生物本身的稳定性相比于游离金丝桃素未有明显改善，容易被RES系统识别清除，而且对肿瘤无明显的靶向性，只适合局部注射。

3.2 脂质体 两性分子如磷脂分散于水相时，分子的疏水尾部倾向于聚集在一起，而亲水头部暴露在水相，形成具有双分子层结构的封闭囊泡，既可以包载疏水性药物，也可以包载亲水性药物，称为脂质体。脂质体除了磷脂之外，一般还需要胆固醇提高流动性，而且脂质体可以利用其和细胞膜融合的特点，将药物递送至细胞内部。脂质体作为一种简单的纳米制剂，可以克服金丝桃素的疏水性和水溶性低的缺点，相比于其他的纳米制剂较为简单［18］。目前，有很多其他的光动力学药物的脂质体正在处于临床考察，比如四－(间羟基苯基)二氢卟酚(mTHPC)的二棕榈酰磷酯酰胆碱(DPPC)/二棕榈酰磷酯酰甘油(DPPG)－脂质体(Foslip.)［19］等。传统的脂质体主要包含磷脂和胆固醇，但是容易被RES系统树识别并清除，之后便发展了一种功能化的磷脂，比如PEG化磷脂可以减少与血浆蛋白发生凝聚，从而增加在体内的长循环，化疗的长循环脂质体已经上市［20］。然而，由于脂质体本身的稳定性较差使其在脂质体的水溶液中也容易凝聚，无法有效的被细胞摄取从而影响光动力治疗的效果。有研究发现金丝桃素的脂质体在人体结肠癌Caco－2细胞中的摄取与在正常肠上皮细胞中的摄取相同，并无明显的靶向作用。基于此，有研究者开发了一种新型的包载金丝桃素介孔硅纳米粒，在其周围修饰上脂质分子层可以有效提高靶向性以及金丝桃素的生物相容性，此纳米粒可以实现在人体乳腺癌MCF－7细胞中更高的摄取［21］。

3.3 聚合物胶束 金丝桃素的靶向给药载体中，聚合物胶束具有以下的优势:疏水性内核的载药量高;而亲水性表面比如PEG等可实现体内的长循环作用，防止被体内的巨噬细胞和RES系统摄取，间接的提高在肿瘤部位的药量;胶束10～100 nm的粒径可利用肿瘤微环境的血管组织EPR效应在肿瘤部位蓄积，减少副作用;但是胶束的形成必须要求大于聚合物材料的临界胶束浓度(CMC)，因此CMC越低越好，从而能在体内循环中保持较好的稳定性，近几年已经发展了肿瘤微环境刺激相应的光动力学聚合物胶束，比如温敏型胶束。Cristianne研究了金丝桃素热敏性的mPEG－b－p(HPMAm－Lac2)［聚乙二醇－聚(N－(2－羟丙基)甲基丙烯酰胺－二乳酸］胶束，粒径60 nm能实现较好的被动靶向性，肿瘤微环境中，乳酸侧链的断裂使临界胶束温度增大，胶束裂解从而在肿瘤部位释药［22］。

3.4 纳米粒 纳米载体材料首先要具有生物相容性，近几年可降解性材料形成纳米粒研究越来越多，其中最为广泛的便是以聚乳酸(PLA)、聚乳酸－羟基乙酸共聚物(PLGA)或者多聚各氨酸(PGA)为骨架通过溶剂挥发法制备的纳米粒，同时也可通过PLGA的PEG化形成长循环的核壳纳米粒，可减少在生物体内的聚集。相比于游离金丝桃素，Zeisser－Labouebe发现，其制备的载金丝桃素的PLA－PLGA纳米粒在治疗卵巢癌的过程中能够在较低剂量的药物浓度下实现100%的光动力学的诱导细胞死亡，提高药物的生物利用度［23］。除此之外，在治疗宫颈癌和前列腺癌中，金丝桃素包裹的二氧化硅纳米粒、富勒烯纳米笼，环糊精纳米粒等均能有效的产生单线态氧杀死肿瘤细胞［24］。

固体脂质纳米粒(SLN)结合了聚合物纳米粒，脂肪微乳和脂质体的优点，能有效保护包裹药物抵抗化学清除和光降解。SLN的结构包括生物相容性的脂质内核和表面活性剂构成的外壳，有效降低了纳米制剂的毒性，因此成为光动力学药物的理想载体［25］。Lima等［26］通过超声法制备了金丝桃素的SLN载体，最大的优势是其具有大于80%的包封率和5.22%的载药量，并未发生凝聚现象;相比于游离药物，Hy－SLN有高于30%的转染率，对肿瘤细胞的光毒性也有26%的提高，表明SLN包裹金丝桃素能有效的产生大量的单线态氧杀死肿瘤细胞，生物利用度高。

4 金丝桃素纳米制剂研究所面临的问题及发展方向

首先，纳米制剂在金丝桃素主要是以胞吞的形式进入细胞，能增加金丝桃素在肿瘤部位的蓄积，但是，金丝桃素发挥作用的话需要进入肿瘤内部，除了穿透上皮细胞之外还需要更深的穿透进入肿瘤。因此，在未来的发展中可以将促渗透剂和纳米制剂相结合，使金丝桃素更好地发挥诊断和治疗作用;此外，金丝桃素发挥作用需要将氧激发变成单线态氧从而产生毒性，而主要杀灭的是富氧和高代谢的肿瘤细胞，而肿瘤细胞的乏氧细胞的增殖是当前癌症治疗的一大瓶颈，即使纳米制剂包裹也只是提高了药物的靶向性和在有氧细胞中的毒性，因此需要将金丝桃素的光动力学作用与改善肿瘤区域的乏氧条件的治疗方法相结合，来发掘和改造金丝桃素纳米制剂潜在的价值和应用。

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