楊曉燕，張 娜

(山東大學(xué) 藥學(xué)院 藥物制劑研究所，山東 濟南 250012)

胰島素是治療胰島素依賴型糖尿病的首選藥物，主要采用皮下注射給藥。胰島素口服后易被胃腸道溶解，生物利用度低，因此避免藥物失活，促進胰島素吸收成為提高胰島素口服生物利用度的關(guān)鍵［1-2］?？诜o藥系統(tǒng)常用的載體主要是高分子材料和脂質(zhì)材料，其中天然高分子材料殼聚糖及其衍生物因其優(yōu)良的性質(zhì)及其促吸收作用而備受青睞。本文主要對殼聚糖及其衍生物的性質(zhì)，促吸收機制及其在胰島素口服中的應(yīng)用進展進行綜述。

1 殼聚糖的性質(zhì)

殼聚糖由N-乙?；?D-葡萄糖胺和D-葡萄糖胺經(jīng)β(1-4)糖苷鍵聚合而成，pKa為6.5，在有機酸如醋酸、檸檬酸和谷氨酸中可溶，在中性和堿性條件下不溶。殼聚糖具有生物黏附性，分子中的羥基、氨基可與黏液中帶負電荷的糖蛋白形成氫鍵而產(chǎn)生黏附作用［3］，利于藥物的吸收。且殼聚糖具有促滲透吸收性，可以降低細胞間連接ZO-1蛋白的分布，使細胞骨架上F-肌動蛋白由絲狀變?yōu)榍驙?，可逆的打開細胞間的緊密連接，促進大分子蛋白藥物的吸收［4］。因殼聚糖具有上述良好性質(zhì)，且無毒，生物可降解，而被廣泛用作口服蛋白藥物的載體［5-8］。

2 殼聚糖在胰島素口服中的應(yīng)用

2.1 殼聚糖復(fù)合物納米粒

殼聚糖納米粒的制備最早采用化學(xué)交聯(lián)劑三聚磷酸鈉(TPP)，但TPP為小分子化學(xué)試劑，與CS交聯(lián)的位點有限，限制了其廣泛應(yīng)用。近年來，采用生物相容性陰離子聚合物與殼聚糖形成復(fù)合物納米粒受到了廣泛的關(guān)注，常用的陰離子聚合物有海藻酸和聚γ-谷氨酸［9］。

2.1.1 海藻酸 酸性條件下，殼聚糖易被溶菌酶降解，與海藻酸形成復(fù)合物后，二者之間的強靜電力可以抑制溶菌酶對殼聚糖的降解［10］，更好的遞送藥物。此外海藻酸殼聚糖復(fù)合物還具有pH敏感性［11］:在胃酸條件下，海藻酸與殼聚糖形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，藥物釋放緩慢;到達小腸后，海藻酸離子化，復(fù)合物膨脹疏松，間隙增大，藥物釋放快。

Sarmento等［11］制備了胰島素-海藻酸-殼聚糖復(fù)合物納米粒。體外釋放顯示在pH 1.2的人工胃液中胰島素緩慢釋放，2 h內(nèi)釋放了40%，隨后轉(zhuǎn)入pH 6.8的人工腸液，胰島素快速釋放，6 h釋放達到70%。糖尿病造模大鼠降血糖試驗表明，給藥50 U/kg后，血糖百分率在12 h時降至最低為65%，24 h后恢復(fù)至最初血糖值，胰島素口服生物利用度達到 6.8%。

2.1.2 聚 γ-谷氨酸(γ-PGA) γ-PGA為水溶性的多聚陰離子材料，無毒，生物可降解，對胃腸內(nèi)的消化酶有很好的耐受性［10，12］。Uotani等［12］發(fā)現(xiàn) γ-PGA 口服后可以減慢糖類的吸收，避免血糖升高。Karmaker等［13］也證實了γ-PGA口服后具有降血糖作用。因此采用γ-PGA作為胰島素口服的載體材料，不僅可以保護胰島素免受消化酶的降解，還可以與胰島素協(xié)同作用降低血糖。

Sonaje等［14］制備了胰島素-γ-PGA-殼聚糖自組裝納米粒。體外試驗表明納米?？梢猿晒Φ奈皆陴つけ砻?。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，給藥30 U/kg后，血糖百分率在10 h降至最低50%，胰島素口服生物利用度可以達到15.1%。但是殼聚糖與γ-PGA復(fù)合物納米粒不穩(wěn)定，為了增加納米粒的穩(wěn)定性，制備過程中需要加入交聯(lián)劑TPP和硫酸鎂。

2.2 合并使用促吸收手段

2.2.1 腸溶包衣 為了克服殼聚糖納米粒在胃酸條件下易解離釋放胰島素的缺陷，可以對殼聚糖納米粒進行適當保護，如在殼聚糖納米粒外包裹一層腸溶材料，或?qū)⑵溲b入腸溶膠囊。

張力強等［15］制備了胰島素殼聚糖納米粒，并采用羥丙甲纖維素酞酸酯進行包衣。體外釋放顯示，pH 1.2時未包衣納米粒組胰島素釋放了60%，而包腸溶衣后釋放明顯降低，10 h內(nèi)僅釋放25%。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，納米粒組的胰島素口服生物利用度為11.12%，而包腸溶衣后生物利用度提高至16.29%。Sonaje等［16］制備了胰島素-γ-PGA-殼聚糖納米粒，對其進行冷凍干燥得到固體粉末，然后將其裝入明膠膠囊。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，納米粒組的胰島素口服生物利用度為15.1%，裝入膠囊后生物利用度提高至20%。這些研究表明，對納米粒進行腸溶包衣，可有效地抑制胰島素的突釋效應(yīng)，并可減少由于殼聚糖溶于胃酸而引發(fā)的胰島素快速釋放并被強酸或消化酶破壞失活，進而增加胰島素的口服吸收，提高口服生物利用度。

2.2.2 殼聚糖-酶抑制劑接枝聚合物 酶抑制劑接枝聚合物，即把酶抑制劑經(jīng)共價鍵與不被機體吸收的聚合物如聚丙烯酸酯，殼聚糖等相連，不僅具有黏附性，促滲透吸收性，還具有抑制蛋白酶活性的作用，可以進一步保護胰島素的活性，提高胰島素的口服生物利用度。

Werle等［17］用抑肽酶-殼聚糖接枝聚合物包覆降鈣素脂質(zhì)體，用于降鈣素口服。體外結(jié)果顯示，抑肽酶殼聚糖具有蛋白酶抑制活性，且對殼聚糖的黏附性無明顯影響。Werle等［18］合成了殼聚糖-抑肽酶接枝聚合物，用其制備胰島素片劑。結(jié)果表明，殼聚糖無酶抑制活性，而抑肽酶接枝后的殼聚糖具有明顯的蛋白酶抑制活性。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，接枝聚合物片劑組口服4 h后血糖百分率開始下降，在8 h時降至最低84%;而殼聚糖片劑組口服后無降糖作用，在8 h時血糖百分率為120%。結(jié)果表明抑肽酶接枝到殼聚糖上后仍具有蛋白酶抑制活性，可以保護胰島素的活性，利于胰島素的吸收。然而其長期使用是否存在毒性等安全問題還需要進一步研究。

3 殼聚糖衍生物在胰島素口服中的應(yīng)用

對殼聚糖進行衍生化，增加其在中性和堿性條件下的溶解性，制備多功能聚合物成為近年來的研究熱點［19］。近年來研究的殼聚糖衍生物主要有下列幾種。

3.1 N-三甲基殼聚糖(N-Trimethyl-Chitosan，TMC)

殼聚糖的伯胺基經(jīng)碘代甲烷取代即得TMC。TMC在pH 1～9均可以溶解［20］。三甲基的引入，增加了分子的空間位阻，使殼聚糖的黏附性降低，但黏附性仍大于其他聚合物如果膠等［21］。TMC促吸收作用與季氨化程度(DQ)有關(guān)。中性條件下，低DQ(12%)的TMC不具有促吸收作用，DQ升高，TMC的促吸收效果越顯著［20］。

Sadeghi等［22］采用TMC(DQ為50%)制備了胰島素-TMC復(fù)合物納米粒。Caco-2細胞試驗顯示，TMC組中胰島素的細胞間轉(zhuǎn)運量比殼聚糖組增加了一倍，具有更好的促吸收效果。Sandri等［23］對TMC的促滲透吸收性進行了體外研究，離體器官的滲透性試驗顯示，在十二指腸(pH 5.0～5.5)內(nèi)，殼聚糖與TMC均具有很好的滲透吸收性，在空腸(pH 6.0～6.5)內(nèi)，TMC比殼聚糖具有更好的滲透性。增加殼聚糖在中性條件下的溶解性可以增加其促吸收效果，但體內(nèi)的降糖效果還需要進一步的驗證。

3.2 PEG 化殼聚糖

對殼聚糖進行PEG化修飾，可以增加其生物相容性。載藥的PEG-殼聚糖納米粒內(nèi)部為包載的藥物，外部是由PEG鏈形成的“冠”狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以增加粒子的親水性，避免粒子的聚集，利于粒子在小腸的轉(zhuǎn)運，且研究表明PEG本身不具備黏附性，但是其可以與黏膜黏液層相互滲透，促進黏附過程的發(fā)生，是一種很好的黏附啟動因子［24］。Prego等［25］制備了載降鈣素的PEG-殼聚糖納米粒，納米粒的毒性明顯降低。Jintapattanakit等［24］制備了胰島素-PEG-TMC復(fù)合物納米粒，其黏附性比胰島素-TMC復(fù)合物納米粒增加了3.4倍。結(jié)果表明對殼聚糖及其衍生物進行PEG化，可以增加生物相容性和黏膜黏附性。

3.3 硫醇化殼聚糖

近年來硫醇化聚合物在蛋白藥物口服中的應(yīng)用中受到了廣泛的關(guān)注。其優(yōu)勢有是硫醇化聚合物與胃腸黏膜表面的半胱氨酸形成二硫鍵，使粒子在黏膜處錨定;硫醇化聚合物分子內(nèi)部形成二硫鍵，增加納米粒的穩(wěn)定性。巰基化合物與殼聚糖伯胺基共價連接即得硫醇化殼聚糖。經(jīng)硫醇化修飾后，殼聚糖的黏附性增加，游離巰基越多，黏附性越強。有研究表明，硫醇化殼聚糖片劑比殼聚糖片劑在腸內(nèi)的滯留時間增加［26］。

Yin等［27］分別采用硫醇化程度為15%和30%的TMC-半胱氨酸(TMC-Cys)制備載胰島素納米粒。Caco-2細胞結(jié)果顯示TMC-Cys納米粒組的黏附性比TMC納米粒組增加了2.1～4.7倍，且硫醇化程度大，黏附性越強。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，TMC納米粒組與TMC-Cys納米粒組分別口服給藥50 U/kg后，前者在1.5 h時血糖百分率降至最低為70%，8 h后恢復(fù)最初血糖水平，而后者在2 h時降至最低為30%，8 h后仍有降糖效果。表明硫醇化修飾后的殼聚糖納米粒黏附性增強，在黏膜的滯留時間增加，利于胰島素的吸收，從而延長了降糖持續(xù)時間。

3.4 鄰苯二甲酸殼聚糖

殼聚糖的伯氨基經(jīng)鄰苯二甲酸的羧基取代即可得到鄰苯二甲酸殼聚糖。在酸性條件下，鄰苯二甲酸殼聚糖的羧基以-COOH存在，親水性弱，納米粒致密，藥物釋放緩慢;堿性條件下，羧基離子化，親水性增強，納米粒膨脹，利于藥物的釋放。Ubaidulla等［28］制備了載胰島素鄰苯二甲酸殼聚糖納米粒，體外釋放顯示，在pH 2.0的人工胃液中，胰島素釋放緩慢，2 h內(nèi)僅釋放20%，隨后轉(zhuǎn)入pH 7.4的人工腸液，胰島素快速釋放，6 h時胰島素釋放了70%，在10 h釋放完全。糖尿病造模大鼠體內(nèi)降糖實驗顯示，修飾的殼聚糖納米粒在2 h內(nèi)無降血糖作用，6 h時降血糖作用最顯著，血糖百分率降至最低51.54%，16 h時仍具有降糖作用。

3.5 十二烷基琥珀酰殼聚糖

中鏈的脂肪酸及其鈉鹽如辛酸鹽，葵酸鹽和月桂酸鹽，可以與細胞間連接的鈣離子螯合，擾亂分子的結(jié)構(gòu)，打開細胞間的緊密連接，促進親水性藥物的吸收［29］，同時鈣離子也是蛋白水解酶發(fā)揮活性的必需金屬離子，因此脂肪酸還有降低蛋白水解酶的活性，保護蛋白的作用［30］。采用脂肪酸對殼聚糖進行修飾，可以保護胰島素的活性，進一步增加親水藥物的細胞間轉(zhuǎn)運，促進藥物的吸收。

Rekha等［30］分別制備了載胰島素殼聚糖納米粒和載胰島素十二烷基琥珀酸殼聚糖納米粒，并對其進行了體內(nèi)外研究。Caco-2細胞試驗顯示，十二烷基琥珀酸殼聚糖納米粒能更加明顯地降低細胞間阻滯，促進胰島素的細胞間轉(zhuǎn)運。糖尿病造模大鼠降血糖試驗顯示，殼聚糖納米粒組與十二烷基琥珀酸殼聚糖納米粒組分別給藥60 U/kg后，前者在3 h時血糖百分率降至最低為83%，7 h后無降糖效果，而后者在3 h時降至75%，6 h時降至最低70%，7 h后仍有降糖效果。

4 結(jié)論

殼聚糖及其衍生物具有生物相容性，生物黏附性和促滲透吸收性［7］，在胰島素口服中顯示了良好的應(yīng)用前景。其中硫醇化殼聚糖和pH敏感殼聚糖衍生物顯示了很好的效果。前者經(jīng)共價鍵作用增加黏膜黏附性，更有效遞送藥物，增加腸吸收;后者控制釋藥，保證藥物的活性，顯示了良好的吸收效果，但目前還未有上市的胰島素口服制劑。要想提高胰島素的口服吸收生物利用度，需要解決胰島素的不穩(wěn)定、黏膜滲透性差等問題。制備多功能的殼聚糖納米粒，使其不僅可以抑制胰島素在胃內(nèi)的釋放，控制胰島素在腸內(nèi)的釋放，同時又具有生物黏附性，促滲透吸收性和酶抑制性等性質(zhì)，可以達到增加胰島素口服吸收，提高口服生物利用度的目的。

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