針對胃腸道黏液屏障的口服納米粒研究進展*

楊 暉，姚 靜，周建平，李蘇昕

中國藥科大學藥劑學教研室，南京 210009

口服納米粒在胃腸道的吸收途徑包括：細胞旁路通道轉運、腸道上皮細胞跨膜攝取和經回腸內集合淋巴結的M細胞吞噬。由于集合淋巴結部位的黏液較為稀疏，有利于納米粒突破黏膜屏障，是口服納米粒的主要吸收途徑[1]。因此，克服黏膜屏障成為改進口服納米粒的主要研究方向。

本文綜述了胃腸道黏液的性質和功能及其對口服納米粒促吸收和靶向性設計的影響，并討論了通過黏膜粘附型和黏液穿透型納米粒來提高胃腸道給藥效率的研究現狀。

1 胃腸道黏液的特點

胃腸道黏液層一方面通過快速清除病原體和外來顆粒保護了暴露的上皮表面，但另一方面也構成納米粒吸收過程中的最大屏障[2-7]。

黏液是一個復雜的水凝膠，由蛋白質、碳水化合物、脂類、無機鹽、抗體、細菌和細胞殘骸組成。粘蛋白作為黏液的主要成分，直接影響著黏液的厚度。與上皮細胞直接相連的粘蛋白和多糖構成黏液的緊密粘附層，而疏松粘附層覆蓋于緊密粘附層之上。黏液的不同厚度，決定了其保護能力與穿透水平。表1列出了大鼠胃腸道各處疏松和緊密粘附層黏液的厚度。人胃腸道黏液最厚的部位是胃 （40～450 μm）和結腸（110～160 μm），保障機體不受胃酸及結腸中細菌的損害。

黏液在胃腸道各處的pH值也不同。胃黏液的pH值為1～2，到十二指腸pH值局部中和，在之后的胃腸道中pH穩定升高，在結腸和直腸達7～8。

表1 大鼠的胃腸道中各處疏松和緊密粘附層黏液的厚度（μm）

2 黏膜粘附型納米粒系統

2.1 黏膜粘附型納米粒主要作用機制

粘附型納米粒旨在將藥物安全轉運到近胃腸道黏膜層，實現在上皮細胞表面的藥物釋放。黏膜粘附納米粒借助靜電作用、疏水作用、范德華力以及聚合物鏈相互作用、滲透等，延長胃腸道滯留的時間，提高藥物吸收。其作用如下：

（1）避免胃腸道惡劣環境和酶對藥物的破壞。如聚乙二醇修飾的聚乳酸納米粒在提高胰島素和降鈣素穩定性方面獨具優勢。其不僅減少大分子藥物在胃腸道環境下的酶解和聚集，同時增加小腸上皮的跨膜吸收。

（2）延長藥物在黏膜表面的滯留時間。納米粒的黏附能力與材料性質有關。通常殼聚糖的粘附特性強于聚乙烯醇和海藻酸鈉。由于殼聚糖納米粒的黏膜粘附特性，采用殼聚糖包衣的納米粒對降鈣素的降血鈣效應可提高1倍以上，但對十二指腸、空腸和回腸的黏膜粘附效應無顯著的部位特異性。

（3）納米粒獨特的吸收機制有利于藥物在體內的攝取。研究表明，納米粒可以直接被腸M細胞攝取，在小腸絨毛部位實現跨膜轉運。當小腸上皮細胞與具有M細胞類似功能的細胞共培養后，在體外對200nm和500nm的聚苯乙烯粒子的轉運增長千倍[3]。

（4）納米粒的表面特性易于實現細胞靶向定位。普通的粘附材料僅是延長制劑在胃腸道的停留時間，但對相應的底物沒有特異性，因此粘附效果有限。采用靶向配基修飾納米粒可以實現靶向給藥，延長在特定吸收部位的滯留時間。

2.2 黏膜粘附型納米粒

影響黏膜粘附型納米粒口服吸收的主要因素及其作用見表2。

表2 影響黏膜粘附型納米粒口服吸收的主要因素

2.2.1 聚合物黏膜粘附型納米粒 黏膜粘附型納米粒由常用的聚合物合成，如聚乳酸（PLA）、聚癸二酸（PSA）、聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）和聚丙烯酸（PAA）。聚合物黏膜粘附型納米粒可通過氫鍵，聚合物與粘蛋白的聯粘，疏水相互作用或其他結合機制達到黏膜粘附[3]。

因為胰島素會在胃腸道環境中顯著降解，服用胰島素溶液與生理鹽水后，體內血糖水平無統計學差異。若將胰島素包封在黏膜粘附聚合物納米粒中，納米粒的包載降低了胰島素降解并且提高了胰島素的吸收，與胰島素溶液相比可使大鼠空腹血糖減少至其1/7。

納米粒的疏水性是影響腸內集合淋巴結吸收的主要因素，一些疏水性聚合物如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚羥基丁酸酯比低疏水性乳酸和甘醇酸聚合物納米粒可更有效地被腸內集合淋巴結吸收，疏水粒子的吸收強度約為親水性纖維素聚合物的100倍。但疏水相互作用在發揮主要黏膜粘附作用的同時也是黏液滲透的一大障礙[2]。

除了疏水性，納米粒的表面電荷也影響口服給藥。研究表明，帶正電荷的納米粒（如殼聚糖）表面和帶負電荷的粘蛋白糖基靜電作用，會導致強烈的黏膜粘附，促使納米粒接近上皮細胞，增加粒子的腸內集合淋巴結攝取[8]。此外，粒徑大小是影響口服吸收的另一個重要因素。粒徑小于1 μm的納米粒可以被M細胞吞噬，但鑒于體外細胞培養和體內腸道模型存在較大差異，最優粒徑還存在爭議。如灌胃體積一定程度上影響了納米粒吸收，因為大量的液體稀釋可以降低黏液屏障，提高攝取。同時，納米粒的水溶液（低滲）給藥后的血藥濃度明顯高于鹽溶液（等滲液），因為滲透驅動流體吸收促進了腸內集合淋巴結的攝取[9]。

2.2.2 靶向黏膜粘附型納米粒 利用小腸M細胞表面受體與配體特異性結合可實現靶向黏膜粘附，納米粒的配體修飾可加強黏膜粘附的特異性并降低消除率，常用的靶向修飾物質有凝集素、抗體、糖類和維生素B12等。

麥胚凝集素（WGA）的靶向物N-乙酰-D-氨基葡萄糖和唾液酸廣泛存在于整個腸道中。WGA修飾可降低納米粒受黏液層分泌量的影響，同時引發腸上皮細胞的內吞作用，提高藥物吸收。熒光顯微鏡照片顯示，納米粒在給藥后粘附在腸絨毛上皮以及腸內集合淋巴結，其相對于游離藥物吸收的提高，可能是外源凝集素與腸內集合淋巴結的相互作用導致攝取增強。

應用于接種疫苗的免疫刺激作用，也可應用于納米粒誘導M細胞攝取，實現靶向給藥。致病細菌如沙門氏菌和志賀氏菌能通過表面蛋白粘附于黏膜并被上皮細胞內化入侵黏膜免疫系統。將納米粒用沙門氏菌提取物包衣，可增加在大鼠腸內集合淋巴結的粘附，同時使上皮細胞結合細菌能力下降[10]。目前關于胃腸道特定靶向的納米微球口服系統（NiMOS）是以聚合物聚己內酯（PCL）包封的含有質粒DNA的B型明膠納米粒。在潰瘍性結腸炎小鼠模型中，含有小鼠IL-10質粒DNA的NiMOS口服給藥后，測量結腸長度、重量、體重和髓過氧化物酶（MPO）活性，確定IL-10在腸道內轉錄水平顯著增加，結腸炎得到有效預防[11]。

2.2.3 pH敏感黏膜粘附型納米粒 基于整個胃腸道的pH值變化的復雜性，pH敏感納米粒在胃腸道給藥受到關注。通常采用pH依賴型膨脹的聚合物以實現pH敏感型黏膜粘附[12]。如聚甲基丙烯酸（PMAA）在低pH值的胃環境中保持折疊狀態，在通過腸道時隨pH值的升高而膨脹。聚甲基丙烯酸聚馬來酸酯（PMAAPMA）可以根據特定的pH值范圍實現生物降解[13]。

除了聚丙烯酸類，Lin等設計了一種由殼聚糖、聚γ-谷氨酸、三聚磷酸鈉和鎂離子組成的新型“多離子交聯”納米粒，在裝載胰島素后，可以緩慢釋放胰島素直到pH值達到7。這些納米粒可以轉運胰島素穿過Caco-2細胞單層膜，實現在小腸中的胰島素給藥[14]。然而，黏液屏障制約著pH敏感黏膜粘附型納米粒。Sonaje等研究的pH敏感型殼聚糖/聚γ-谷氨酸納米粒包載的速效胰島素類似物，在低pH值條件下緩慢釋放，在高pH值條件下迅速釋放。相比于皮下速效胰島素制劑，這種新口服劑型表現出更緩慢更平穩的胰島素釋放，使血糖水平顯著降低，是一種很有前景的非侵入性替代物[15]。

2.2.4 脂類黏膜粘附型納米粒 整個消化道存在大量脂類，使得親脂類材料對口服給藥系統具有極大吸引力。目前已有脂質為基礎的劑型，包括脂質體、混合膠束、微乳和納米乳、固體脂質納米粒等，它們的主要優勢在于增加包封藥物的溶解度和生物利用度。脂類黏膜粘附制劑已廣泛用于各類不同的藥品并作為合成核酸和DNA的載體，并得到了廣泛的關注[16-17]。

脂類黏膜粘附型納米粒能夠提高口服生物利用度的主要原因是：（1）高度分散性使藥物溶解度提高；（2）粒徑小于500 nm的納米粒在胃腸道集合淋巴結聚集，并通過M細胞直接攝取；（3）脂類納米粒可在腸上皮表面產生具有固化作用的生物粘附，延長滯留時間[18]。

固體脂質納米粒（SLN）的特點是毒性低、生物相容性好、以生物可降解的固態天然或合成的類脂為載體。SLN憑借其粒徑小（10～1000nm）的特性，不僅可以增加藥物在胃腸道的黏附作用，還可以進入絨毛間隙增加其在胃腸道的停留時間，提高生物利用度。實驗表明，口服環孢霉素SLN分散片，由于黏膜粘附作用在動物體內可以延長藥物停留時間，提高了生物利用度[19]。也有實驗顯示SLN在十二指腸給藥后，淋巴吸收增加。

3 黏液穿透型納米粒系統

3.1 黏液穿透型納米粒的作用機制

占總表面積的1%的集合淋巴結被黏液屏障保護程度比胃腸道其他部位低，被認為是口服納米粒的主要吸收途徑[3]。但黏液屏障限制了大部分納米粒在集合淋巴結的靶向積聚，因此，突破黏液屏障是促進納米粒口服轉運的另一個有效途徑。

胃腸道黏液嚴重阻礙著納米粒的吸收和轉運，因此亟需設計出有穿透黏液屏障能力的納米粒。研究發現很多病毒因其足夠小，而不被立體的黏液篩所阻擋；能夠占領沒有黏膜粘著劑的疏水區表面；具有一層厚的、由正負電荷組成的、中性的高親脂性外表面，因此具有穿透黏液的能力[2-3]。

有些研究應用“滲透增強劑”來提高胃腸道中的藥物傳遞，通常用在黏液粘彈性異常的病灶[20]；其對健康黏膜的影響尚不清楚。

3.2 黏液穿透型納米粒

實驗表明，具有親水表面的外源凝集素菌株比疏水表面的菌株，更易通過粘蛋白凝膠。鑒于口服納米粒大多由疏水聚合物組成，從而影響納米粒穿透黏液的效率。因此，一些研究采用親水性材料修飾納米粒，以提高其黏液穿透效率。實驗證明，泊洛沙姆F127修飾的脂質體納米粒穿透腸黏液的速率是未修飾納米粒的5～7倍[21]。

納米粒的粒徑、電荷和溶液體積均是影響黏液穿透的因素。聚乳酸納米粒在結扎小鼠腸袢的吸收研究中發現納米粒主要截留在非淋巴組織上面的黏液層[22]，一般小于300 nm的納米粒穿透黏液能力低。Crater等[23]比較了帶有不同表面電荷的聚苯乙烯納米粒在天然豬腸黏液及人工配制的腸粘蛋白中的擴散速率。納米粒在兩種黏液中的擴散相似，帶正電荷納米粒比帶負電荷納米粒擴散慢。此外，增大灌腸液的體積，可一定程度上降低黏液粘性，使納米粒通過水通道迅速轉運到上皮細胞，并且低濃度納米粒溶液相對于高濃度溶液可在壓力的驅動下，更易穿透黏液屏障。

目前，對胃腸道黏液穿透納米粒的研究大多針對于經過純化的黏液或者人工黏液。人工黏液由于沒有加入脂質、蛋白質和細胞成分，可能導致動物模型與體外模型差異顯著[24]。為重現體內環境，必須采用最低稀釋度新鮮黏液，如子宮頸陰道黏液（CVM）。Lai等[25]通過共價鍵連接一個高密度的低分子量聚乙二醇（PEG）設計了一個黏液穿透型包衣材料，制備的黏液穿透型納米粒能夠穿透未稀釋的CVM，速率比其在純水中的理論擴散值慢了幾倍。其通過滲透進入黏液層，清除松散附著的黏液，可以提高黏膜粘附性，增加納米粒胃腸道停留時間，促進藥物的吸收。

4 結 語

黏液的快速分泌和對納米粒的清除，已成為口服納米粒滯留時間的主要限制之一。盡管一些研究顯示，黏膜粘附型納米粒一定程度上可改善納米粒的胃腸道滯留，但大量數據也表明，其在消化道給藥的作用是有限的。相比而言，黏液穿透納米粒能夠迅速清除松散附著的黏液層提高滲透性，增加在消化道的滯留時間并增加上皮細胞的分布，可能是更有效的口服途徑。

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