多糖作为载体在5-氨基水杨酸口服结肠定位系统中的研究进展

刘慧敏，黄麟杰，郑 芳，田先地，王 珊，邵 将，陈富超

多糖作为载体在5-氨基水杨酸口服结肠定位系统中的研究进展

刘慧敏，黄麟杰*，郑 芳，田先地，王 珊，邵 将，陈富超

通过查阅相关文献，对果胶、壳聚糖、海藻酸钠、淀粉、右旋糖酐、魔芋多糖、乳果糖、瓜尔胶等多糖作为5-氨基水杨酸结肠定位制剂的载体的研究进展进行了综述。这些多糖可通过疏水性改造、与其他辅料复配形成聚电解质来降低自身的亲水性，同时利用结肠菌群酶解作用达到结肠定位目的，具有较大的应用潜力。

多糖；口服结肠定位系统；菌群酶触型

0 引言

溃疡性结肠炎(UC)是一种慢性肠道疾病，发病于结肠黏膜，以腹泻、腹痛、黏液脓血便为主要症状，病程易于反复、迁延不愈[1]。UC发病是环境、遗传、免疫系统、吸烟、精神等因素综合作用的结果，UC患者发生结直肠癌的风险高出正常人2～5倍[2]。5-氨基水杨酸(5-ASA)也称美沙拉嗪，是目前缓解轻、中度UC的一线药物，应用广泛。5-ASA最常见的给药途径为口服，虽然方便，但存在小肠上段吸收迅速、结肠浓度低、释药过早导致不良反应等问题。为了解决这些问题，近20年来出现了大量有关5-ASA的结肠定位给药系统(OCDDS)的研究[3]。不难发现，这些研究中很多都利用多糖作为OCDDS载体。多糖是由单糖或低聚糖聚合而成的大分子聚合物，来源广泛、稳定无毒、生物相容性好，并在结肠中被大量微生物产生的酶特异性降解，而在胃和小肠中不降解，这一原理使其作为OCDDS载体成为可能，这种给药系统称为菌群酶触型结肠靶向给药系统(Bacteria-triggered OCDDS，BtOCDDS)。然而很多天然多糖疏水性差，水中易溶胀腐蚀，导致药物提前释放，故常与其他材料配合使用或通过化学修饰降低亲水性后再被应用，以达到更好的结肠定位效果[4]。本文将对常用做OCDDS载体的多糖材料进行综述。

1 果胶

果胶是从植物中提取的一种多糖，由D-半乳糖醛酸和鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖通过1，4糖苷键连接而成，能被结肠中微生物产生的酶特异性降解[4]。根据果胶中羧基被甲基酯化程度不同，可将其分为低酯果胶(LM)和高酯果胶(HM)，由于溶解度随酯化程度增加而减少，故HM难溶、LM易溶于水。刘静等[5]分别用质量比为4∶6的高酯果胶-乳糖或9∶1的低脂果糖-羟丙甲纤维素压制柱塞片，与含5-ASA的速崩片一同密封于非渗透性胶囊体内制备胶囊，得到一种将酶触型和时滞型原理相结合的结肠定位制剂。这种胶囊在体内外均可呈明显的脉冲释放，并达到结肠定位所需的4～5 h释药时滞。利用乳糖的致孔剂作用加速HM的溶蚀，利用HPMC控制LM的溶蚀速度并减小其膨胀性。动物实验显示，4∶6的高酯果胶-乳糖压制的柱塞性胶囊给药后6 h才能检测出血药浓度，9 h时迅速达到血药浓度高峰，然后持续缓慢释放长达13 h，说明具有良好的体内结肠定位效果[3]。

果胶亲水性强，在水中溶胀导致药物提前释放，因此，近年来单用果胶作为结肠定位系统材料的报道不多，而果胶钙的应用非常广泛。这是因为钙离子能与果胶分子中的羧基进行离子键交联，降低水溶性[6]。杨蕾等[7]采用挤出滚圆法制备5-ASA果胶钙微丸，发现当果胶钙含量质量分数为20%时，微丸不仅具有较好的成形性，在大鼠盲肠内容物存在时，0.5 h即可释放完全，说明果胶钙具有酶降解性能，适用于制备难溶性药物结肠定位制剂。杨志欣等[8]以醋酸纤维素为衣膜材料，以浇膜法制备5-ASA游离膜，比较高酯果胶与果胶钙作为致孔剂对于释药的影响，发现含果胶钙的膜在人工胃液、小肠液中不易膨胀、通透性小，同时具有较好的结肠降解性，适合作为结肠定位制剂的致孔剂；又以2∶3的醋酸纤维素和果胶钙的混合物作为包衣材料，制备了酶触型渗透泵结肠定位微丸，在人工胃液、小肠液中累计释放率<8%，而在含大鼠盲肠内容物的人工结肠液累计释放率>70%，释药机理为零级释放，具有结肠定位释放的特性[9]。

2 壳聚糖与衍生物

壳聚糖是由甲壳素去乙酰化后得到的一种聚阳离子多糖，具有无毒、生物相容性和黏附性好、易被结肠菌群降解的优点。Tozaki等[10]使用壳聚糖胶囊装载5-ASA，较含药的羟甲基纤维素钠混悬液而言，增加了大肠黏膜中药物浓度，降低了胃、小肠中浓度，同时AUC面积有所减少；分别对经2,4,6-三硝酸苯磺酸钠(TNBS)诱导的UC大鼠给药后，发现壳聚糖胶囊能更明显地减少髓过氧化酶(MPO)的表达，降低结肠损伤评分，对结肠炎具有较好的疗效。

壳聚糖易溶于酸，会降低剂型在胃内的完整性，制约了其在OCDDS中的应用，因此需要通过物理或化学方法进行修饰。Wu等[11]发现，聚阴离子化合物纤维素钠硫酸盐(NaCS)能与壳聚糖(CS)通过多聚磷酸钠(PPS)进行交联，形成不溶于酸的聚电解质复合物NaCS-CS-PPS，再以锐孔/聚合法制备粒径1.90 mm、包封率60.77%的含5-ASA的双层微囊。这种微囊将5-ASA以晶体的形式包载，体外释放试验显示该微囊在含葡聚糖水解酶的人工结肠液中能完全释放。陈宇洲等[12]根据果胶含有羧基、壳聚糖含有氨基，二者联合可形成聚电解质的原理，制备了5-ASA果胶-壳聚糖聚电解质复合物微丸，弥补了单一多糖在上消化道释药快的缺陷，并用尤特奇对微丸进行包衣，根据菌群酶触和pH敏感双重原理增强结肠定位释药效果；体外释药显示，该微丸能有效阻滞药物在小肠中释放，而在结肠中释药较快，具有双模式的释药特征。

3 海藻酸盐

海藻酸盐分子结构中包含β-D-甘露糖酸和α-L-古罗糖醛酸，按一定比例通过1,4糖苷键连接而成，自身不能形成凝胶，但分子骨架上的古罗糖醛酸可与钙离子反应，形成网状结构，作为载体递送材料[4]。Mladenovska等[13]使用离子胶凝法得到壳聚糖-钙-海藻酸聚电解质复合物，采用喷雾干燥法制成粒径小于9 μm的载5-ASA微粒，通过动物体内降解试验，发现这种微粒能在经TNBS诱导的结肠病变大鼠结肠内存在2 d，具有较低的生物利用度，提示可能是一种很好的结肠定位制剂，不易被吸收，有利于降低全身不良反应。

Duan等[14]将壳聚糖硫醇化，然后与海藻酸钠通过离子胶凝法组成聚电解质微粒，以尤特奇S-100包衣。这种包衣微粒同时具有pH敏感性、黏膜黏附性、控释3种优势，对经TNBS诱导的结肠炎模型大鼠具有较好的疗效。

4 淀粉及其衍生物

淀粉含聚1,4-D-吡喃葡萄糖，水溶性高，在胃和小肠中不能被消化代谢，但在结肠中可被微生物产生的α-淀粉酶特异性降解[4]，因此也可作为结肠定位给药的载体。刘晓桓等[15]以可溶性淀粉为原料，与环己烷和水构成反相悬浮体系，以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，采用反相悬浮聚合法制备平均粒径为14.7 μm的淀粉微球，体外含酶的人工肠液降解过程显示，3～4 h后微球骨架崩解导致迅速降解，时间上恰好可满足结肠定位释药，同时利用了酶触型和时滞型定位释药原理，且在干燥的环境下具有较好的稳定性，有望成为OCDDS的理想载体。Saboktakin等[16]采用复凝聚法制备了壳聚糖-羟甲基淀粉纳米粒，该纳米粒对5-ASA包封率可达80%以上，平均粒径约1.90 mm，体外释放显示， 前6 h累计释放率不超过20%，而6～8 h累计释放率高达90%以上；该纳米粒的释药基于离子交换的机理。Karrout等[17]采用挤出滚圆法制备5-ASA小丸，又以1∶2的豌豆淀粉-乙基纤维素混合物对其进行包衣。体内实验表明，该包衣小丸能有效降低TNBS诱导的溃疡结肠段的组织损伤的程度，降低MPO、IL-1β mRNA、TNF mRNA这些炎症标志物的表达；与市售普通制剂相比，能提高过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR-γ)的活性，同时增强HMGCS2基因的表达；与美沙拉嗪肠溶片(Pentasa®)相比，5-ASA 代谢产物N-乙酰-5-ASA的血药浓度更低，减少了全身吸收，这层含有壳聚糖-羧甲基淀粉的包衣能使小丸具有更好的体内结肠靶向效果。类似地将淀粉作为包衣材料的还有徐彦等[18]，后者以乙基纤维素水分散体(Surlease)和直链淀粉(Amylose)作为5-ASA丸芯的控释包衣材料，克服了Amylose在胃肠道中膨胀的缺点，得到了在上部胃肠道环境不释药、而在含结肠内容物的模拟结肠介质中3 h释药80%以上、10 h内释药完全的制剂。

5 右旋糖酐

右旋糖酐是一种人工合成的多糖，是由葡萄糖经1,6α-D吡喃葡萄糖苷连接而成的大分子聚合物。可被肠道内革兰阴性厌氧菌产生的右旋糖酐酶降解[19]。因此，右旋糖酐也可作为OCDDS的载体。Saboktakin等[20]采用复凝聚法制备了5-ASA 的壳聚糖-右旋糖酐硫酸盐亲水性凝胶纳米粒，并以含铁氧化物包衣，使其具有超顺磁性，体外释放试验表明，该纳米粒前6 h累计释放率仅为12%，后4 h累计释放率可达90%以上，具有结肠定位释放的可能，包衣层使得这种载体释药可用磁共振成像的手段进行监测。

6 魔芋多糖

魔芋多糖来源于天南星科草本植物魔芋，主要成分为葡甘露聚糖(Konjac glucomannan，KGM)，由β-D-葡萄糖与β-D-甘露糖以β-1,4糖苷键结合而成，在甘露糖的C3位上存在以β-1,3键结合的支链结构，可被小肠末端和结肠中微生物产生的β-甘露聚糖酶特异性分解[4]。但KGM含大量羟基、羰基等亲水性基团，与其他的天然多糖类似，吸水性很强、膨胀系数大[21]，需进行疏水改性或与其他材料复配使用，才能在药物缓释材料领域得到应用。

为了克服单一KGM膜存在抗拉伸能力弱、吸湿性强的缺点，袁毅等[22]将魔芋葡甘露聚糖与聚乙烯醇复配，在交联剂戊二醛的存在下，采用静电纺丝设备制备含5-ASA的纳米纤维膜。该纤维膜中2种成膜材料通过相互作用，形成了无数纳米腔空间，以较大的比表面积吸附药物，在pH 7.4的磷酸缓冲液中25 h累积释放率约45%，具有较好的缓释效果，缓释行为符合Higuchi模型。

而刘静等[23]将魔芋胶、乳糖、羟丙甲纤维素混合作为控释材料压制柱塞片，将含5-ASA的速释片用柱塞片密封于非渗透性胶囊内制备脉冲胶囊，当3种控释材料之比为5∶4∶1时，形成具有一定强度的凝胶，6 h左右开始体外释药，且再过1 h后释药率达90%以上，达到了在预定时间释药并迅速起效的目的，能满足结肠定位释药的要求。

7 乳果糖

乳果糖是一种人工合成的二糖，口服后在上消化道不被吸收，在小肠末端、结肠可被细菌产生的有机酸降解，利用这一原理，乳果糖也可以作为OCDDS载体。Katsuma等[24]将5-ASA和乳果糖制成片芯，然后分别以酸溶材料和肠溶材料进行两层包衣，以保证药物主要在结肠释放。其分别对禁食和未禁食的比格犬给药，比较药动学差异，发现两组犬血浆中的药物分别于3 h和9 h后被检测到，但Cmax和AUC类似，说明这种制剂药物浓度主要受肠道菌群的影响，而胃排空仅影响起效时间，与受胃排空影响较大的时间依赖型的OCDDS相比，更能消除进食带来的个体差异。

8 瓜尔胶

瓜尔胶为半乳糖和甘露糖通过糖苷键连接而成的亲水胶质聚多糖，在冷水和热水中可迅速分散并立刻溶胀形成高黏度触变性凝胶，阻止药物从制剂中释放，可在结肠部位糖苷酶作用下降解[25]。Kaur等[26]以质量比2∶1的瓜尔胶-黄原胶制备了载药率11.83%的微球，与2种市售美沙拉嗪片剂相比，在含盲肠内容物的释放介质中，该微球能够延缓药物释放，解决了市售片剂2 h后开始快速释药的问题。这种微球在5 h时释放率仅为10%，6 h时释放率接近40%，24 h释放率可达80%。体内实验显示，醋酸导致结肠损伤的动物体重会在18 d内持续减轻，给予这种微球能够改善这一结局；对实验动物结肠组织的病理切片进行观察，结果显示，微球可明显促进病变组织恢复，治疗后组织隐窝缺损只有5%。此外，将益生菌与含药微球一同给药后，对增加结肠受损动物体重、促进溃疡组织康复的效果更加明显。

9 小结

治疗结肠病变的5-ASA制剂应具备病变局部浓度高、口服吸收少、不良反应少的特点。为达到这一目标，出现了多种结肠定位载体。众多的剂型研究按照释药原理可分为pH依赖型、时间依赖型、压力控制型和酶触型4大类。其中时间依赖型受食物和胃肠蠕动的影响大，导致个体差异明显。压力控制型受生理因素、节律性影响，也存在差异大的问题，且制备复杂，对工艺要求高。pH依赖型制剂在上市剂型中应用最广泛，但也存在因小肠、结肠pH接近，结肠定位精确性欠佳的问题。菌群酶触型载体理论上能够克服以上缺点，利用结肠特异性酶解原理实现精准定位，而且多糖作为菌群酶触型载体的主要材料，具有生物相容性好、来源广泛、无毒相容性好的优势，开发前景广阔。

然而，多糖作为OCDDS具有一定的局限性：多糖亲水性强，易膨胀，易致剂型提前崩解。另外，体内环境的复杂性也造成了体内外释放的不一致，而研究中对于体内释放的考察不多，不利于剂型的评价和推广。因此，如何对多糖进行疏水性改造的同时保持其可降解性和安全性，如何巧妙地联合菌群酶触型和其他机制，共同实现结肠定位目的的同时降低工艺的复杂性，如何提高体外释放与体内过程的相关性，如何提高载体的载药量以保证治疗所需剂量，都是需要深入研究的问题。凭借多糖的资源优势，随着制剂领域、辅料开发领域、药物代谢与动力学领域、微生物药学等领域的进一步发展和多学科交叉，期待这些问题会逐渐得到解决，以开发更多高效的多糖结肠定位制剂。

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Researchprogressonpolysaccharidesasthecarrierof5-aminosalicylicacidintheoralcolon-specificdrugdeliverysystem

LIU Hui-min,HUANG Lin-jie*,ZHENG Fang,TIAN Xian-di,WANG Shan,SHAO Jiang,CHEN Fu-chao

(Dongfeng Hospital Affiliated to Hubei University of Medicine,Shiyan 442008,China)

The research progresses on pectin,chitosan,alginate,starch,dextran,konjac glucomannan,lactulose and guar gum as the carrier of 5-aminosalicylic acid in the oral colon-specific drug delivery system were reviewed.The polysaccharides can be modified or combined with other materials to form polyelectrolytes in order to reduce their own hydrophobicity,and they can be hydrolyzed in the colon by specific enzyme,and therefore have great potential for application.

Polysaccharide;Oral colon-specific drug delivery system;Bacteria-triggered

2017-07-31

湖北医药学院附属东风医院，湖北 十堰 442008

十堰市科学技术研究与开发项目(14Y49，14Y47)

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10.14053/j.cnki.ppcr.201712025