环孢菌素A制剂的研究进展

张常雄,成 颖,周四元*

(1.空军军医大学药学院药剂学教研室,西安 710032；2.中国人民解放军68205部队,中宁 755100)

环孢菌素A(cyclosporine A,CsA)是一种从丝状真菌培养液中分离出的由11个氨基酸组成的环肽。从1983年FDA批准环孢菌素A作为免疫抑制剂应用以来,其在器官移植治疗中发挥了重要作用[1]。此后环孢菌素A 的临床应用范围不断扩大,1987年,环孢菌素A用于一些自身免疫性疾病的治疗；2003年,环孢菌素A用于治疗干眼症[2]。近年研究发现,环孢菌素A对于其他疾病如心肌缺血再灌注损伤有治疗作用。然而,环孢菌素A口服生物利用度低,会引起较严重的肾毒性、肝毒性和消化道反应等[3]。获得吸收程度高、体内分布优和不良反应低的制剂一直是研究者所追求的目标。本文将对环孢菌素A的作用机制、药动学特点及临床应用做简要介绍,重点对其制剂研究进行综述。

1 环孢菌素A简介

1.1作用机制 环孢菌素A通过其结构中1，2，3，10和11位的氨基酸与亲环蛋白(cyclophilins)结合发挥作用。亲环蛋白是广泛存在于原核和真核生物组织中的一种蛋白,是肽酰-脯氨酰顺反异构酶(PPIase)家族成员,具有PPIase活性,可催化肽或蛋白底物的肽酰-脯氨酰顺反式之间的内部转化。环孢菌素A与亲环蛋白结合形成复合物,再与依赖钙/钙结合蛋白的钙调磷酸酶 (CaN) 作用,抑制NF-AT(nuclear factors of activated T cell,活化T细胞核因子)的去磷酸化使其不能进入核内,从而抑制细胞因子 IL-2、IL-4、TNF-α和INF-γ的产生,使T淋巴细胞的生成受到抑制,机体不能对抗原产生响应,最终导致机体免疫功能减弱,发挥免疫抑制作用[4]。此外,环孢菌素A还可与线粒体上的亲环蛋白D(cyclophilin D)结合,从而导致线粒体通透性转换孔关闭,发挥保护心脏和神经的作用[5]。

1.2临床作用 环孢菌素A广泛应用于临床各种器官移植术后治疗,大大提高了移植器官的存活率。环孢菌素A在肾脏移植中的应用最广泛,治疗效果与血药浓度密切相关。环孢菌素A还被应用于其他一些常规治疗方法无法起效的自身免疫性疾病[6]。例如类风湿性关节炎、肾病综合征、银屑病、溃疡性结肠炎、大颗粒T淋巴细胞白血病[7]和干眼症等。近年来一些临床前实验和早期临床数据表明,环孢菌素A对创伤性脑损伤、中风以及其他一些神经系统疾病具有明显的治疗作用[8]。环孢菌素A还可在心脏病发作时,保护心肌组织线粒体,发挥保护心脏的作用[9-10]。目前相关的一些临床试验研究正在进行之中[11-12]。

1.3药动学 环孢菌素A的亲脂性高,口服生物利用度以及消除半衰期个体差异大[13],其口服生物利用度为8%～60%,血中药物峰浓度出现在给药后1～8 h[14]。环孢菌素A在体内分布广泛,人体内表观分布容积为2.9～7 L·kg-1,在淋巴组织中浓度较高,主要积聚于脂肪含量较高的组织,如肝脏、胰脏、肾上腺以及脂肪,在大脑中分布较少。大部分环孢菌素A经肝脏被CYP3A4氧化代谢,少部分经肠道壁和肾脏代谢[15]。环孢菌素A代谢产物主要通过胆汁排泄,仅有小于1%的原形药物从尿和胆汁中排出。清除率在0.35 L·kg-1·h-1左右[13]。

2 环孢菌素A制剂

第一个上市的环孢菌素A制剂是诺华制药生产的软胶囊和注射剂,生物利用度较低,且不稳定。随后诺华研发了新山地明,商品名为Sandimmune Neoral®,处方中包括DL-α生育酚、氢化蓖麻油、乙醇、丙二醇和玉米甘油酯。新山地明是根据微乳剂能降低药代动力学变异性的原理而设计的一种微乳剂的预浓缩物,具有稳定的吸收行为,吸收的药物量与给药剂量之间线性关系良好,药物吸收受进餐影响较小。当预浓缩物与水相遇时(胃液中),即形成微乳剂。但与山地明相比,新山地明不良反应并未减少,仍然需要进行药物监测。市场上也有其他品牌的环孢菌素A制剂,例如Gengraf®、Deximune®、Panimun BioralTM、丽珠环明®、川抗®和新赛斯平®等。但不同厂家的产品并不一定生物等效,因此,在开始服用药物的几周内,一定要进行血药浓度监测。

除了作为免疫抑制剂,环孢菌素A还被制成眼用乳剂用于干眼症的治疗,已经上市的药物如Restasis®。

3 环孢菌素A新制剂研究

3.1固体脂质纳米粒 固体脂质纳米粒(solid lipid nanoparticle,SLN)是一种毫微粒类给药系统,以固态的天然或合成的类脂,如卵磷脂、三酰甘油等为载体,将药物包裹于类脂核中，制成粒径为50～1 000 nm的固体胶粒给药体系,具有广泛的药物适应性和良好的生物相容性,可提高难溶性药物的溶解度,减少药物毒性,延缓药物释放,促进药物吸收。Wolska E等[16]发现经过固体脂质微球包裹后,与微乳制剂相比,环孢菌素A的血药浓度至少可以提高2%,且持续释药48 h以上。Guada M等[17-18]研究表明,不同的环孢菌素A固体脂质纳米粒都可与新山地明发挥相同的抑制IL-2的作用。随后在小鼠体内的实验表明,以卵磷脂/牛磺胆酸或普朗尼克127/牛磺胆酸作为稳定剂时,所制备的SLN与新山地明相比,相对生物利用度为100%。当以吐温-80为稳定剂时,相对生物利用度有所增加。这些SLN与新山地明相比,体内分布相似。Zhang L等[19]制备了PEG修饰的壳聚糖脂质纳米粒,粒径为89.4 nm,环孢菌素A的载药量达到37.04%,体外48 h释药量为30%,体内药动学研究表明,所制备的纳米粒的半衰期是环孢菌素A溶液的21倍,曲线下面积(AUC)也增加了25.8倍。

除了免疫抑制作用,环孢菌素还可用于治疗干眼症,而发挥此作用的药物浓度低于免疫抑制作用的药物浓度。Basaran E等[20]将环孢菌素A包裹入山嵛酸甘油酯或三硬脂酸甘油酯中形成粒径约为180 nm的阳离子固体脂质纳米粒。由于三硬脂酸甘油酯制备的SLN比山嵛酸甘油酯制备的SLN表面电荷低,且粒度分布较窄。因此,作者选择三硬脂酸甘油酯制备的SLN在羊体内进行了实验。在给药后2,16,24和48 h取血和玻璃体液,血液和玻璃体液中的药物浓度均低于环孢菌素A发挥免疫抑制作用的浓度,且释药时间可以维持48 h。

3.2脂质体 陈颖等[21]利用薄膜-超声法制备环孢菌素A纳米脂质体,考察了其形态、含量、包封率、粒径、多分散指数及zeta电位等参数。以环孢菌素A微乳软胶囊内容物为对照,小鼠灌胃给药,考察环孢菌素A在全血及心、肝、脾、肺、肾和皮肤的分布特征。结果表明，制备的脂质体与新山地明相比,未能进一步促进环孢菌素A的吸收,但在一定程度上改变了体内分布,延长了平均驻留时间(mean retention time,MRT)。王亚晶等[22]采用改良的乙醇注入结合超声分散的方法制备PEG修饰的环孢菌素A长循环脂质体(最优处方配比为卵磷脂、胆固醇、环孢素A和单甲氧基聚乙二醇磷脂酰乙醇胺摩尔比为95∶40∶4.5∶5),延长了药物在体内的循环时间,使环孢菌素A的AUC增加。Guan P等[23]制备了含有脱氧胆酸盐(SDC)的环孢菌素A脂质体,并将其与传统的大豆卵磷脂(SPC)/胆固醇配方的脂质体进行比较,结果2种脂质体在12 h内释药量均低于5%,体内研究结果显示,与SPC/胆固醇脂质体以及新山地明相比,SPC/SDC脂质体能够提高环孢菌素A的吸收,对于口服脂质体的临床转化具有重要的意义。

3.3聚合物胶束 聚合物胶束是将两亲性聚合物溶解到水中,当浓度高于临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC)时,可自聚集形成纳米聚集体。杨蕾[24]以Solutol HS15作为增溶剂代替了新山地明中的聚氧乙烯蓖麻油,制成胶束后可以增加环孢菌素A的溶解度。Yu H等[25]应用两亲性聚合物Soluplus®制备了过饱和的胶束,大鼠体内药动学研究表明,与新山地明相比,相对生物利用度达到了134%。Hamdy S等[26]制备了包裹环孢菌素A的PEO-b-PCL胶束,体内外实验结果显示，胶束与山地明的治疗效果相同,但延长了药物释放时间。Zhang H等[27]制备了可溶性的纳米胶束滴眼液,动物实验结果表明，制备的纳米胶束比普通滴眼液具有更好的免疫抑制作用,通过下调NF-κB 和ICAM-1的表达降低免疫反应,可在角膜移植手术中作为免疫抑制药物使用。

3.4聚合物纳米粒 聚合物纳米粒(nanoparticles)的载体材料多采用可生物降解的高分子物质如聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸等。王杰等[28]制备了平均粒径为59 nm的环孢菌素A聚乳酸纳米粒,并用物理吸附的方法分别用Brij 78、Myrj 53和Myrj 59 3种表面活性剂对其进行了表面修饰。体外细胞吞噬实验和体内组织分布实验表明，纳米粒组可使小鼠腹腔巨噬细胞对环孢菌素A的摄取值达到溶液组的20倍,表面修饰可使小鼠腹腔巨噬细胞的摄取值明显减小。相比于环孢菌素A溶液,纳米粒可使环孢菌素A在小鼠肝、脾的组织分布明显增加,纳米粒表面修饰可使环孢菌素A在小鼠肝、脾的组织分布有不同程度的增加。实验证明，表面修饰可显著改变载环孢菌素A聚乳酸纳米粒的体外细胞摄取和在体内单核巨噬细胞系统的分布。Ankola D D等[29]应用EL14(一种乳酸聚乙二醇共聚物)制备了环孢菌素A纳米粒,并与传统的PLGA纳米粒进行了比较,结果EL14纳米粒的载药量高,释药更快。体内药动学研究表明,与PLGA纳米粒相比,EL14纳米粒可增加环孢菌素A的血药峰值浓度(Cmax),使药物达到Cmax的时间缩短,同时,与新山地明相比,制备成纳米粒后,环孢菌素A的生物利用度均得到提高。Siew A等[30]应用两亲性的壳聚糖GCPQ制备了环孢菌素A纳米粒,大鼠体内研究表明,与环孢菌素A溶液相比,纳米粒可显著提高环孢菌素A的Cmax。Goyal R等[31]比较了包裹有环孢菌素A的PLGA纳米粒和三嵌段共聚物纳米粒,分别从制备方法、粒径和释药行为等方面对2种纳米粒进行了系统的评价,指出了各自的优缺点。Leung S S等[32]应用超声冷冻喷雾干燥技术制备多孔甘露醇用来将环孢菌素A纳米粒递送到肺部,结果发现,维生素E琥珀酸聚乙二醇酯(TPGS)体系比卵磷脂/乳糖体系表现出更好的均一性,并且超声冷冻干燥技术显著增加了药物的溶解速率,从而提高了药物的生物利用度。

由于环孢菌素A具有明确的线粒体通透性转换孔(MPTP)抑制作用,众多文献报道环孢菌素A对于心肌缺血或心肌缺血再灌注损伤具有保护作用,可以减少心梗面积,提高心脏功能。然而,由于CsA对MPTP存在非选择性和潜在的全身毒性和不良反应影响,需要靶向性更高的新剂型而发挥环孢菌素A的心肌保护作用。Ikeda G等[33]使用PLGA作为纳米粒载体,把CsA递送到心肌细胞。实验研究表明，与给予普通剂型的CsA药物组相比,包载CsA的PLGA纳米粒可使CsA被动聚集在再灌注损伤的心肌细胞中,对心肌缺血再灌注损伤表现出更好的保护作用。

除了纳米粒自身的被动靶向作用,通过对纳米粒表面进行不同的修饰,可使纳米粒靶向地分布于不同的组织器官,从而发挥目标作用,降低不良反应。Jyothi K R等[34]用肝靶向肽修饰包裹环孢菌素A 的PEG-PLGA纳米粒,实验证明纳米粒能够靶向性地分布于肝组织。体外和动物模型实验都表明经过纳米粒修饰后,环孢菌素A可有效地抑制丙型肝炎病毒的复制,同时降低环孢菌素A的免疫抑制作用及其他不良反应。

现有的治疗干眼症的制剂Restasis®是环孢菌素A的滴眼液,容易导致视物模糊、产生灼烧感或对结膜产生刺激,生物利用度较低。Jóhannsdóttir S等[35]应用环糊精制备不含表面活性剂的环孢菌素A滴眼液。实验表明,当应用α-环糊精增溶时,环孢菌素A不会大量以纳米粒的形式存在,但当α-环糊精不低于3%,并和γ-环糊精共同增溶时,药物以环孢菌素A/环糊精纳米粒的形式存在,α-环糊精可以促进环孢菌素A溶解,而γ-环糊精促进了纳米粒的形成。

3.5其他纳米制剂 Yin Q等[36]应用Lipoid E 80和poloxamer 188制备了CsA纳米乳,与脂肪来源干细胞共同治疗猪心梗损伤,结果显示，左心室射血分数明显增加,心梗面积明显降低,心血管生成增加,心肌细胞凋亡得到了抑制。Romero G B等[37]制备了环孢菌素A悬浮液用于增加药物的皮肤渗透性来治疗银屑病。

综上所述,新制剂材料和技术的应用,可有效地提高环孢素A的生物利用度,并通过靶向给药系统的应用,提高疗效,降低其毒性及不良反应。同时,进一步扩大了环孢菌素A在临床的应用范围。随着制剂研究工作的不断深入,环孢菌素A的临床应用前景将更加广阔。

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