姜黄素聚合物纳米粒的研究进展

谢顺岚，宋金春，杨小青，郝好华

(1.武汉大学药学院，武汉 430072；2.武汉大学人民医院药学部，武汉 430060)

姜黄素聚合物纳米粒的研究进展

谢顺岚1，宋金春2，杨小青2，郝好华2

(1.武汉大学药学院，武汉 430072；2.武汉大学人民医院药学部，武汉 430060)

姜黄素是姜黄属植物的主要生物活性成分之一，具有十分广泛的药理作用，且安全性高，但其不溶于水、稳定性差、体内半衰期短等缺点限制了临床上的应用。姜黄素聚合物纳米粒能够克服上述缺点，大大提高姜黄素的生物利用率 。该文从姜黄素聚合物纳米粒的制备工艺、质量评价、药动学特点及实际应用进行概述，并对其前景做出展望。

姜黄素聚合物纳米粒；制备工艺；质量评价；药动学

姜黄素(curcumin)是一种从姜科姜黄属植物姜黄、莪术、郁金等的发达根茎中提取得到的多酚类物质。近年来国外许多文献报道姜黄素拥有抗氧化、抗癌、抗炎、伤口愈合[1]、抗糖尿病、心脏保护、神经保护[2]的广谱药理学活性。姜黄素广泛用于治疗各类疾病的最关键原因是其安全性高。临床实验发现即使以每天12 g的剂量连续口服3个月，姜黄素的耐受性依然良好[3]。但是姜黄素水溶性差，在机体内难以被吸收；口服后很快被肠道和肝脏进行生物转化，代谢较快[4]；大部分以原型排出，生物利用率低；对光敏感，光照容易引起降解；共轭二烯烃结构使其在酸性环境中稳定，中性至碱性则会使该结构遭到破坏[5]。

为了解决上述难题，聚合物纳米粒(polimer nanoparticles，PNP)、无机纳米粒、脂质体、胶束和磷脂复合物已被用于封装姜黄素，其中PNP是新兴载体的最佳选择之一[6]。PNP是直径为10～1 000 nm的一类固态胶体粒子，由天然或合成的高分子物质聚合而成。姜黄素聚合物纳米粒能够明显增加姜黄素的水溶性，提高稳定性，使其在生物体内的利用率得到显著提高。

1 姜黄素聚合物纳米粒的制备工艺

1.1 乳化-溶剂挥发法 乳化-溶剂挥发法是一种常用的制备方法，先将聚合物溶解在有机溶剂中，再借助乳化剂的作用，使有机相和水相通过超声乳化或机械搅拌的方式制成乳剂，加热、减压蒸发或连续搅拌除去溶剂，最后过滤、干燥，得到载药PNP。SANKAR等[7]用S/O/W法将PLGA溶解在二氯甲烷中，再将姜黄素加入到聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]溶液中超声处理以得到乳液，将该乳液加入聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol，PVA)水溶液中再次进行超声得到油包水乳液，最后将溶剂蒸发出来得到纳米粒子。

1.2 乳化聚合法 乳化剂有防止纳米粒聚集的稳定作用，介质的pH影响聚合速度和粒径。在聚合反应终止后，经分离得到固态纳米囊或纳米球。LU等[8]利用分散聚合法将饰有油酸的氧化铁(Fe3O4)纳米粒作为磁性核，苯乙烯丙烯酸共聚物作为聚合物外壳，以聚乙二醇 (polyethylene glycol，PEG)- 4000作为稳定剂，过硫酸钾作为引发剂，制得Fe3O4磁性高分子聚合物的纳米复合材料，装载姜黄素后成功制得磁性的姜黄素PNP。

1.3 纳米沉淀法 这种方法是将纳米载体材料和药物共同溶于能够与水互溶的有机溶剂中，由于界面沉积左右，载体材料析出的同时包裹药物形成纳米颗粒。沉淀包括两个主要过程，一个是成核过程，另一个是生长过程。YALLAPU等[9]将PLGA 溶解在丙酮中获得均匀的溶液，然后加入姜黄素搅拌，将此溶液逐渐加入到含有PVA或PVA和L-赖氨酸溶液中，经过磁力搅拌后PNP沉淀出来，最后彻底除去溶剂丙酮。

1.4 电流体雾化法 电流体驱动雾化也称电喷射，是一种用来制备单分散体纳米粒的常用方法。这项技术的原理是当液体通过薄的金属导管如喷嘴、毛细管或者针头时在电场作用下会解体成很细微的带电液滴。GOMEZ-ESTACA等[10]用电流体雾化技术将玉米蛋白溶解于80%乙醇，待其完全溶解后将溶液经由旋转流变仪喷出，制得装载有姜黄素的玉米蛋白纳米粒，并且制备出的姜黄素纳米粒性质稳定，再分散性良好。

2 姜黄素PNP的质量评价

2.1 形态、粒径及其分布 姜黄素PNP的形态一般为球形或类球形，无粘连；粒径要求大小分布均匀。激光散射和电镜扫描可用于测定粒径的大小及其分布。PNP的粒径是药物载体系统的重要因素之一。粒径的大小、形态及其分布对纳米粒的物理学性质如被动靶向、口服、粘膜吸收等密切相关。在体内的粒子粒径>500 nm时会被巨噬细胞内吞，被机体迅速清除。粒径<200 nm的PNP则不被肝脏和脾脏的窦状小管截留，这种粒子能在体内循环时间更长，消除率也更低。这种纳米粒还可以蓄积于肿瘤组织内[11]。粒径<100 nm的PNP可以透过内皮层离开血管被所有细胞内吞吸收。但PNP的粒径过小，胶体微粒在肝脏会出现聚集，如<70 nm时该现象已较为明显，这可能与粒径较小时渗透性增强有关。

2.2 Zeta电位 使用阳离子或阴离子的表面活性剂可以提高PNP的Zeta电位，但是过高的表面电荷会使纳米粒容易被机体清除，一般认为PNP的电位绝对值在30 mV比较稳定。如 KUMAR等[12]制备的姜黄素PNP电位为-29.3 mV。 ANITHA等[13]制备的姜黄素壳聚糖纳米粒电位为48.2 mV 。Zeta电位受诸多因素的影响，如溶液 pH值、溶液离子强度、包载药物的种类等。如果使用空间稳定剂或稀释分散体，Zeta电位绝对值均下降。

2.3 载药量与包封率 纳米粒包封率测定的常用方法有超速离心法、透析法和凝胶色谱法。DUAN等[14]利用超速离心联合高效液相色谱 (high performance liquid chromatography，HPLC) 法测定姜黄素在联合包裹多柔比星和姜黄素的聚氰基丙烯酸正丁酯纳米粒中的包封率为96.56%，载药量为1.49%。在生产PNP的过程中，采用不同的制备方法、不同的聚合物材料以及不同的药物对纳米粒的包封率和载药量均有影响，实验中常常优化各条件使达到最高载药量与包封率。

3 姜黄素纳米粒药动学特点

3.1 姜黄素PNP的吸收 肠道是药物口服的主要吸收部位，PNP粒径小、比表面积大，使黏膜黏附性得到大大增强，延长胃肠道内输送时间，促进药物在肠道的吸收。纳米颗粒进入机体首先要通过生物膜构成的屏障，研究显示它可以经由扩散作用、细胞吞噬、胞饮作用、内吞作用等方式透过生物膜[15]。PNP还能直接作用于细胞，使药物有效浓度得到延长。PNP能通过淋巴结内 M细胞机制进行摄取，此途径与肠系膜淋巴导管相通，经胸导管排空进入全身血液循环，避免首关代谢。YALLAP等[9]研究发现姜黄素PNP比游离姜黄素在乳腺癌细胞中的吸收量提高了6倍。另外对PNP表面进行修饰也能提高细胞的摄取量。LIU等[16]利用壳聚糖和聚己内酯制备姜黄素阳离子PNP，它和未经修饰的姜黄素相比细胞的摄取量显著增加。

3.2 姜黄素PNP的分布 药物进入血循环内，便可分布到机体的各个组织和部位。动物实验显示，姜黄素PLGA纳米粒静脉注射组主要分布器官是脾和肺[17]，而传统姜黄素治疗组主要分布到肝肾进行代谢和消除[18]。PNP积累于脾脏与网状内皮系统吞噬细胞的摄取密切相关[11]，积累于肺部则由于肺毛细血管网床的过滤作用。影响药物在体内分布的因素很多，包括药物脂溶性、药物的pKa、毛细血管通透性、与血浆蛋白或组织蛋白的结合能力、特殊组织膜的屏障作用等。例如大脑周围的天然屏障系统血-脑脊液屏障，它阻止绝大多数药物进入脑部。多项研究发现姜黄素有抗阿尔茨海默病的活性，姜黄素为脂溶性物质，包封它的高分子聚合物如PLGA、聚乳酸(polylactic acid，PLA)等都有高脂溶性，因此姜黄素及其纳米制剂能穿过血-脑屏障进入脑部。姜黄素PNP能明显提升姜黄素在颅内的含量[19]。还有报道发现，姜黄素PNP与水不溶性蛋白结合后，其在肝脏的分布量远远高于脾脏[20]。这项结果表明改变制剂的材料使纳米粒的Zeta电势和粒度随之发生变化，从而能够影响药物在各种组织的分布。

3.3 姜黄素PNP的代谢和排泄 姜黄素PNP到达分布组织后，纳米粒子就会将姜黄素释放出来。戴东波等[21]制备姜黄素mPEG-PLA纳米粒体外释药性满足Weibull方程。PATRA 等[22]研究的姜黄素聚赖氨酸PNP药物释放曲线遵循Higuchi模型。ANAND等[23]制备姜黄素PLGA纳米粒和游离姜黄素相比半衰期更长，并且由于PNP的缓控释作用使得细胞间有效作用浓度时间明显延长。 TSAI等[17]制备的PLGA纳米粒大鼠静脉注射后，药物在大脑的药物半衰期和平均驻留时间 (mean retention time，MRT)从游离姜黄素的20.4 h提高到27.1 h，半衰期从9.2 h延长到14.8 h。因此PNP能有效提高姜黄素生物利用率。ANAND等[23]制备的姜黄素PLGA纳米粒利用率增加9倍。SHAIKH等[5]实现姜黄素纳米粒生物利用率的双倍提升。迄今为止，用于缓控释递药体系纳米粒的载体材料主要为高分子聚合物[24]。生物降解型聚合物包含天然或人工合成的高分子材料，前者主要有天然蛋白、壳聚糖及多糖类，后者研究较多的有主要PLA、PLGA。 生物降解型聚合物载体材料能在体内自行降解，无需后期取出，如PLGA的降解产物为乳酸和羟基乙酸，可被机体利用。其出众的安全可靠性及生物兼容性，使之成为纳米载体材料的首选。

4 姜黄素聚合物纳米粒的应用

4.1 提高水溶性 姜黄素在水中溶解度极低，这成为其口服的主要障碍。口服给药是最常见的给药方式之一，有的患者顺应性高、不良反应小、操作简单等优点。然而诸如姜黄素一类的脂溶性药物水溶性差，大大限制它们在临床上的应用。姜黄素口服进入血液循环量少，大部分肠道内代谢以原形排出(约89%)，将姜黄素包封于PNP中能显著提高其水溶性。相较于其他增溶方法，纳米系统无疑具备更多优点，引起科学家的广泛关注。MOHANTY等[25]制备的姜黄素PNP比游离姜黄素更容散在水性介质中，且具备生物兼容。

4.2 提高稳定性 姜黄素性质十分不稳定，其混悬在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffered solution，PBS)中，6 h后几乎全部降解；而姜黄素 PLGA 纳米粒在PBS溶液中，6 h后并未发生明显的降解[26]。PNP在PBS中保护姜黄素不被水解和生物转化，这显示它增强姜黄素的稳定性。姜黄素具有良好的抗氧化性，能够清除各类自由基；抑制脂质过氧化；消除DNA损伤；提高内源性氧化防御[27-28]。SUWANNATEEP等[29]将姜黄素封装于乙基纤维素或甲基纤维素构成的纳米粒子中，经紫外线照射，未封装的姜黄素组几乎全部失活；姜黄素PNP组产生了较少的自由基，显示出姜黄素抗氧化性得到保留。这可能是由于纳米粒微胶囊保护姜黄素不被降解，因此可以延长姜黄素的抗氧化活性时间。

4.3 靶向 PNP既可以被动靶向又能主动靶向。被动靶向首先取决于纳米粒的粒径大小，例如粒径约200 nm的PNP粒子能够高效地积累于肿瘤组织或者增加在肿瘤组织的渗透率和保留率[30]。纳米粒被巨噬细胞(尤其是肝的kupffer细胞)摄取，通过生理过程运送至肝、脾等器官，但要求靶向其他组织器官则有困难。至于主动靶向运输，有效的方法之一是利用配体-受体的相互作用。例如肝细胞靶向给药系统中，肝脏去唾液酸糖蛋白受体能与特定终端结合，因此附着乳糖或半乳糖的化合物如D-半乳糖以及N-乙酰半乳糖残基的PNP能特异性靶向肝脏[31]。ZHOU等[32]制备的半乳糖化壳聚糖姜黄素纳米粒的肝细胞靶向性由人类肝癌细胞(HepG2)摄取实验得到证实，与游离姜黄素相比，该纳米粒在细胞中有更高的吸收值；流式细胞仪获得的结果表明，优化的PNP和游离姜黄素相比，诱导HepG2细胞 72 h内凋亡和坏死能力高出6倍。因而在保证疗效的前提下，可减少给药剂量和次数，提高药物稳定性，并能形成较高的局部浓度，通过靶向给药控制药物在靶点的持续而缓慢的释放，这样可延长有效作用时间。

5 结束语

利用纳米技术，将姜黄素装载于PNP上不仅大大提高姜黄素的生物利用率，更使其有新的特性，如靶向性。姜黄素PNP能够直接靶向癌症病变区，使药效不仅比传统药物更强，而且不影响正常的细胞。利用热力学性质还能增强姜黄素PNP对癌症细胞的杀伤力[6]。对于使姜黄素PNP透过生物膜和靶向病灶区，可从修饰载体这一角度出发。因此，对PNP载体材料的改良在纳米技术中是一个很重要的突破点。

然而，将姜黄素PNP推向市场仍存在许多挑战，如PNP荷药量小，大规模生产工艺及技术、载药系统的稳定性和质量控制尚待取得突破性进展 。

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2014-09-25

2015-01-12

谢顺岚(1990-)，女，湖北武汉人，硕士，研究方向：临床药学。电话：(0)13080663846，E-mail：1040106309@qq.com。

宋金春(1964-)，男，硕士生导师，教授 ，研究方向：临床药学。电话：027-88047471， E-mail：songjc1234@126.com。

R281.1

A

1004-0781(2015)10-1325-04

10.3870/j.issn.1004-0781.2015.10.017