药物递送载体及其在饲料添加剂领域中的研究进展

丁浩轩，武 昊，冯 杰*

（1.浙江大学饲料科学研究所，浙江省动物营养重点实验室，浙江杭州 310058；2.武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉 430072）

药物递送系统是将药物通过特殊载体材料包裹后递送至特定部位控制释放的给药方式，在靶向缓释、高效吸收、抗酸耐热方面具有独特优势。目前药物递送系统已经在人类临床药物及畜禽饲用药物研究中发挥了重要作用。饲料添加剂是饲料中具有良好生物学功能的微量成分，如维生素、酶制剂、微生态制剂、微量元素等，主要在提高动物生产性能、保证机体健康以及节省饲料成本方面发挥作用，但许多饲料添加剂存在不稳定、易氧化、抗逆性差等特点[1]，因此如何提高其生物学稳定性并高效发挥饲料添加剂的功能具有重要意义。农业农村部194 号公告指出，自2020 年7 月1 日起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料。虽然禁用促生长类药物饲料添加剂会在一定程度上缓解抗生素残留所带来的一系列问题，但高速发展的畜禽产业同样面临抗生素替代产品效果不佳的窘境。鉴于药物递送系统的作用特点与机制，其是提升饲料添加剂稳定性、增强生物学效应的有效途径之一，在饲料添加剂领域中也具有良好的应用前景。本文将从最新的药物递送系统研究出发，简述最新的生物聚合物、脂质体、介孔二氧化硅材料、纳米材料药物递送载体及其在饲料添加剂领域的研究与应用，以期为药物递送载体在畜禽生产中的应用提供借鉴和参考。

1 药物递送载体

1.1 生物聚合物 生物聚合物具有可再生、可生物降解、生物相容性好、低免疫原性等优点，在体内易于降解为无毒物质并通过生理途径排出体外，在药物递送方面受到广泛关注[2]。常用于活性物质的包封载体有蛋白质（如玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白等）以及多糖（如壳聚糖、纤维素、海藻酸钠、阿拉伯胶等）[3]。Tan 等[4]基于牛血清白蛋白和硫酸软骨素开发了一种椰状核-双层壳智能纳米胶囊，可高效运送多种亲水性活性物质，具有环境pH 和氧化还原双重响应性高的直链淀粉和微晶纤维素的混合凝胶可被开发为胃滞留药物输送系统。淀粉/纤维素通过离子溶液溶解和再生形成复合凝胶，负载盐酸雷尼替丁后制成片剂，可在模拟胃液中保持悬浮24 h，药物持续释放可达10 h，有望成为新型低密度胃漂浮型缓释片剂[5]。新城疫（ND）和传染性支气管炎（IB）是鸡的高传染性呼吸道疾病，容易给家禽业造成严重的经济损失。N-2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（N-2-HACC）和N，O-羧甲基壳聚糖（CMC）被合成为疫苗抗原的佐剂和递送载体，该递送载体包被的疫苗抗原不仅具有较低的细胞毒性和较高的稳定性，而且可激发宿主更高的白细胞介素2（IL-2）、白细胞介素4（IL-4）和干扰素-γ（IFN-γ）水平[6]。在鱼类腹膜内注射嗜水气单胞菌外膜蛋白（OMP）的不同抗原制剂，发现聚D，l-丙交酯-乙醇酸共聚物（PLGA）包封的抗原具有更好适应性免疫能力，且在免疫后21 d 和42 d依然表现出好的免疫参数[7]。

1.2 脂质体 脂质体是由磷脂双分子层构成的单层或多层封闭囊泡，其内外均为水相，具有无毒、无免疫原性、靶向性好等优点，对亲水性和疏水性药物均具有良好的负载能力，是第一种市场化的微纳米药物载体[8]。Aizik 等[9]将量子点（QDs）耦合纳米脂质体通过单核细胞递送至乳腺肿瘤内部，使脂质体量子点获得了优化的生物分布，具有优异的结构和光学稳定性，提高了肿瘤对量子点的摄取量，对于肿瘤的成像、诊断和治疗（如药物递送载体的高灵敏追踪）具有巨大的应用价值。Lu等[10]合成了双响应性磁性热敏脂质体，表面耦合西妥昔单抗，对人原发性胶质母细胞瘤细胞具有双重靶向性，可在交变磁场作用下释放药物伊立替康，具有良好的血液相容性。非洲猪瘟（ASF）具有高死亡率，灭活或修饰的活病毒疫苗研制一直是对抗ASF 的研究热点。有报道指出，ASF 病毒样颗粒、生物相容性聚合物和脂质体产生的纳米颗粒（NPs）由于其独特的理化特性而具有许多优势，可通过抗原呈递细胞进行有效的抗原内化和加工，并激活引发先天性和适应性免疫[11]。布鲁氏菌病是一种多发的人畜共患传染病，将抗菌药物包裹在单层脂质体中是治疗感染的有效方法。Khan 等[12]评估了左氧氟沙星对从牛奶中鉴定的布鲁氏菌菌种的抗菌活性，并发现脂质体包封左氧氟沙星后抗菌能力显著提高。

1.3 介孔二氧化硅材料 多孔材料具有一定大小的孔隙以及高比表面积，其中孔径大小在2～50 nm 的材料称为介孔材料。介孔二氧化硅纳米颗粒由于其良好的化学稳定性、高负载能力、低毒、易于功能化等优点，近年来广泛用于药物递送系统[13]。Zhang 等[14]报道，通过表面活性剂诱导的溶胶-凝胶辅助水热处理获得了表面改性的介孔二氧化硅中空纳米球，其在药物控释中表现出pH/热双响应性，具有良好的生物相容性和结构稳定性。Cheng 等[15]设计了一种多功能化介孔二氧化硅阿霉素递送载体，其表面接枝的多功能肽可靶向穿透肿瘤细胞膜，细胞摄取后在其表面酶切肽作用下迅速释放药物，促使肿瘤细胞凋亡。该研究可能为肿瘤靶向治疗和酶诱导的药物递送系统提供新的思路。Peralta 等[16]在氧化铁纳米粒子（IONPs）表面合成介孔二氧化硅壳体，进一步在颗粒表面共聚接枝热敏性聚合物，可形成热响应性药物控释材料，在40℃以上观察到模型药物布洛芬的快速释放，且显著高于25℃下的释放率。该热响应性杂化纳米载体有望用作磁性靶向药物输送系统。乳房炎是奶牛最常见的疾病，其对牛奶制品安全性和动物福利具有潜在威胁。广谱抗生素抑制传染性病原菌虽然能在一定程度上遏制乳房炎的发生，但是高剂量的抗生素往往会对牛乳质量产生不利影响。Panebianco 等[17]研究发现，二氧化硅纳米粒子可以介导药物直接传递到乳腺中，并保留其生物学活性，这为新型靶向奶牛乳腺药物的研究开辟了新的道路。口蹄疫是一种急性发热性传染病，会对畜牧生产造成巨大的经济损失。为诱导畜禽产生持续的免疫反应，Bai 等[18]合成了中空介孔二氧化硅纳米颗粒（HMSNs）作为潜在的纳米佐剂，并加载了口蹄疫病毒样颗粒（VLPs）。上述研究证实，HMSNs/VLPs 具有超过3 个月的高抗体滴度，提供抵抗口蹄疫病毒攻击的理想保护。介孔二氧化硅材料是良好的蛋白质传递载体，并且是今后饲用疫苗的潜在纳米佐剂。

1.4 纳米材料 纳米材料包括金属、合金及金属氧化物纳米粒子及非金属纳米粒子，如银（Ag）、金（Au）、铜（Cu）、铁（Fe）、锌（Zn）、氧化锌（ZnO）、氧化钛（TiO2）、磁铁矿（Fe3O4）、碳酸钙（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）等。纳米粒子具有小尺寸、高比表面积等优点，已在生物医学、免疫、电子、能源、化工、生物传感器、化妆品等领域广泛应用[19]。Serov 等[20]合成了负载血纤维蛋白溶解酶的Fe3O4@CaCO3纳米粒子（磁性球霰石纳米粒子），可以在磁场作用下有效溶解血栓，用作溶栓药物，不影响凝血且没有细胞毒性。Sadhukhan 等[21]采用苯硼酸官能化的纳米氧化锌颗粒负载槲皮素，可在苯硼酸作用下将槲皮素靶向递送至过表达唾液酸的癌细胞，并显示出基于pH 响应的药物释放行为，通过增强氧化应激和线粒体损伤诱导人乳腺癌细胞（MCF-7）凋亡，有效抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长。厄洛替尼缀合氧化铁纳米颗粒可作为治疗诊断探针，用于非小细胞肺癌的靶向药物递送，并可通过无创核磁共振成像检测肿瘤和细胞层面的药物摄取[22]。银纳米材料（Ag NMs）具有优异的抗微生物特性，其通过调节p38/线粒体-caspase-3 信号通路抑制了传染性胃肠炎病毒诱导的细胞凋亡，结果可为猪传染性肠胃炎治疗提供新的思路[23]。

2 递送载体在畜禽生产中的科学实践

2.1 递送载体在生猪产业中的应用 递送系统不仅成为人类医药领域解决靶向递送的研究热点，也在饲料添加剂领域具有较多应用。递送载体及其配套产品在脂肪酸、酶制剂、抗菌肽等领域均表现出广阔的应用前景。丁酸钠是一种可以提高母猪和仔猪采食量和日增重的短链脂肪酸制剂[24]。Tuleu 等[25]设计高剂量的丁酸酯颗粒包被pH 依赖性涂层（Eudragi（R）L+S）用于结肠递送，表现出了较好的滞留时间。饲料酶制剂是一种可提高养分消化率的添加剂，但酶活性的高低受到温度和pH 影响。通过聚合物修饰构建纳米微粒封装的酶是保持酶制剂稳定性的一种新兴方法，该聚合物在不同的消化位置为酶制剂提供空间屏蔽和选择性相互作用[26]。抗菌肽已成为一种用于替代抗生素使用的新型抑菌剂，脂质纳米胶囊可以对抗菌肽实施包被提高其杀菌活性。与游离肽相比，包被后的抗菌肽被蛋白水解酶分解较少，且纳米载体还可以增强渗透性和活性物质的递送效率[27]。抗生素耐药性带来的一系列问题推动了畜牧生产逐步走向无抗化，递送载体除在提高抗生素替代物功效方面发挥功能外，也在促进生长类添加剂中展现了特有靶向释放优势。Hossain 等[28]研究发现，相比于对照组，基质涂层有机酸和中链脂肪酸混合物（MCOFA）组生长猪对营养物质的表观消化率更好、NH3和乙酸气体排放更低。Ruan 等[29]通过将表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）掺入海藻酸钠（SA）和羧甲基纤维素（CMC）中来制备活性食用涂料，以研究SA-CMC-EGCG 涂料对4℃储存新鲜猪肉品质的影响，结果表明涂层包被的鲜猪肉在微生物抑制、脂质抗氧化、肉色保鲜和感官口感方面具有优势，并提高了鲜猪肉的保质期。

2.2 递送载体在反刍动物中的应用 递送载体及其配套产品在反刍动物抑菌替抗、酵母包封、微量元素递送等领域具有良好前景。瘤胃开窗手术常用来检查牛的瘤胃消化情况以及观察胃部健康状况，但存在慢性伤口感染的风险。Mir 等[30]通过使用聚己内酯包埋香芹酚（具有抗菌活性的生物提取物）构建特异性纳米颗粒，可以在感染部位保持持续的抗菌作用，这为禁止使用促生长类药物添加剂后动物易感染疾病提供了新的饲料添加剂解决方案。Shen 等[31]研究表明，使用大麦蛋白中的大麦醇溶蛋白和谷蛋白作为胶囊材料包封活酵母在瘤胃中是稳定的，并在胰酶溶液中消化释放出超过90% 存活率的酵母。该包封技术可作为将活性酵母递送至反刍动物肠道的新方法。瘤胃中的铜容易与拮抗化合物发生不可逆的络合并降低生物利用度，有效补充铜以避免牛的铜缺乏症状仍是一项挑战。在中性条件下壳聚糖凝胶珠螯合铜可以长达24 h 不释放铜离子，但在pH 为2 的环境下可持续释放3 h 的铜离子[32]。递送载体为反刍动物消化道定向吸收微量元素建立了一种可行的解决方案。

2.3 递送载体在家禽产业中的应用 递送载体及其配套产品在家禽产业中发展抗体产品、包被益生菌、抑菌防霉等方面具有不可忽视的功能。卵黄抗体（IgY）在蛋黄中提取相应的抗体并可用于动物疾病的预防、治疗和诊断，但口服给药使抗体传递到胃肠道时活性急剧下降。在纳米载体中负载抗体是在胃肠道中对抗体进行保护的有效解决方案。研究发现，由0.2%（w/v）储备液制备的海藻酸盐纳米颗粒可能是通过禽类胃肠道有效安全地递送IgY 的合适载体，其在模拟胃液（pH 1.2）和模拟肠液（pH 6.8）中IgY 的释放量分别为10% 和99.84%[33]。益生菌逐步成为了家禽中抗生素的替代品，但大多数益生菌以液体或半固体制剂的形式存在，口服后表现出较低的细胞活力。构建合适的递送载体，形成合适的固体制剂，以保护益生菌抵抗胃中的强酸，从而使产品具有更高的益生菌生存能力。Jiang 等[34]使用羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯55 形成包被用于开发家禽的片剂型益生菌，该片剂中的益生菌在酸性条件下的生存率高于溶液中的益生菌，且在肠液中快速释放片剂中的益生菌。霉菌毒素是真菌产生的次生有毒代谢产物，饲料中的霉菌毒素污染容易对人类和动物健康产生威胁。Solís-Cruz 等[35]采用家禽的体外消化模型评估了壳聚糖（CHI）和3 种纤维素聚合物（HPMC、CMC和MCC）对6 种霉菌毒素（AFB1、FUB1、OTA、T-2、DON 和ZEA）的吸附能力，结果表明4 种材料均表现出对真菌毒素具有显著的结合能力，且纤维素聚合物比壳聚糖表现出更好的吸附能力。

2.4 递送载体在水产中的应用 递送载体及其配套产品在开发鱼类口服药品、鱼油新产品、维生素制剂等方面表现出了特有的竞争力。口服途径是鱼类免疫的理想方法，操作简单，适用于大小鱼类，不受渔业规模的限制。为了防止抗原在到达免疫部位之前被降解，已经开发了各种可生物降解的聚合物纳米颗粒作为抗原递送系统[36]。但这些纳米颗粒通常是聚合物、陶瓷、富勒烯和金属衍生物，可能会对鱼类和其他水生生物产生毒性[36]。据Charlie-Silva 报道[37]，利用美洲驼鱼（Lophiosilurus alexandri）黏液中获得的蛋白质构建了纳米递送载体，该材料是可生物降解、可代谢，并且易于表面修饰以运输生物分子。鱼油是水产加工的延伸产品，具有较高保健价值，但富含不饱和脂肪酸容易被氧化。Lee 等[38]构建了油凝胶的新配方，乳清蛋白分离物（WPI）作为外部涂层可改善鱼油的氧化稳定性。在热处理和紫外线辐射下，与未封装形式相比，WPI 包覆的油凝胶鱼油的氧化被抑制了2～3 倍。另外，鱼油本身也可以作为递送材料载体。Walia 等[39]将维生素D 包裹在鱼油中通过超声技术配制水包油纳米乳液，其比未包裹的维生素具有更高的生物利用度。鱼油递送载体为饲料工业中脂溶性维生素的新产品开发提供了新思路。

3 总结

药物递送系统是保障饲料添加剂稳定性的有效途径，且具有靶向性、高效性、缓释性。国外对药物递送载体的研究已较深入，国内可在借鉴国外经验的基础上充分认识药物递送的机制和靶点，并将其应用到饲料添加剂领域。递送载体可在生物活性提取物、酶制剂、抗菌肽、微量元素等饲料添加剂领域发挥独特优势，为畜牧业高效生产提供了新的思路。展望未来，药物递送系统不仅仅会促进治疗药物的更新换代，而且可为新型饲料添加剂高效化、靶向化、稳定化提供新方法。