姜黃素聚合物納米粒的研究進展

謝順嵐，宋金春，楊小青，郝好華

(1.武漢大學藥學院，武漢 430072；2.武漢大學人民醫院藥學部，武漢 430060)

姜黃素聚合物納米粒的研究進展

謝順嵐1，宋金春2，楊小青2，郝好華2

(1.武漢大學藥學院，武漢 430072；2.武漢大學人民醫院藥學部，武漢 430060)

姜黃素是姜黃屬植物的主要生物活性成分之一，具有十分廣泛的藥理作用，且安全性高，但其不溶于水、穩定性差、體內半衰期短等缺點限制了臨床上的應用。姜黃素聚合物納米粒能夠克服上述缺點，大大提高姜黃素的生物利用率 。該文從姜黃素聚合物納米粒的制備工藝、質量評價、藥動學特點及實際應用進行概述，并對其前景做出展望。

姜黃素聚合物納米粒；制備工藝；質量評價；藥動學

姜黃素(curcumin)是一種從姜科姜黃屬植物姜黃、莪術、郁金等的發達根莖中提取得到的多酚類物質。近年來國外許多文獻報道姜黃素擁有抗氧化、抗癌、抗炎、傷口愈合[1]、抗糖尿病、心臟保護、神經保護[2]的廣譜藥理學活性。姜黃素廣泛用于治療各類疾病的最關鍵原因是其安全性高。臨床實驗發現即使以每天12 g的劑量連續口服3個月，姜黃素的耐受性依然良好[3]。但是姜黃素水溶性差，在機體內難以被吸收；口服后很快被腸道和肝臟進行生物轉化，代謝較快[4]；大部分以原型排出，生物利用率低；對光敏感，光照容易引起降解；共軛二烯烴結構使其在酸性環境中穩定，中性至堿性則會使該結構遭到破壞[5]。

為了解決上述難題，聚合物納米粒(polimer nanoparticles，PNP)、無機納米粒、脂質體、膠束和磷脂復合物已被用于封裝姜黃素，其中PNP是新興載體的最佳選擇之一[6]。PNP是直徑為10～1 000 nm的一類固態膠體粒子，由天然或合成的高分子物質聚合而成。姜黃素聚合物納米粒能夠明顯增加姜黃素的水溶性，提高穩定性，使其在生物體內的利用率得到顯著提高。

1 姜黃素聚合物納米粒的制備工藝

1.1 乳化-溶劑揮發法 乳化-溶劑揮發法是一種常用的制備方法，先將聚合物溶解在有機溶劑中，再借助乳化劑的作用，使有機相和水相通過超聲乳化或機械攪拌的方式制成乳劑，加熱、減壓蒸發或連續攪拌除去溶劑，最后過濾、干燥，得到載藥PNP。SANKAR等[7]用S/O/W法將PLGA溶解在二氯甲烷中，再將姜黃素加入到聚乳酸-羥基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]溶液中超聲處理以得到乳液，將該乳液加入聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol，PVA)水溶液中再次進行超聲得到油包水乳液，最后將溶劑蒸發出來得到納米粒子。

1.2 乳化聚合法 乳化劑有防止納米粒聚集的穩定作用，介質的pH影響聚合速度和粒徑。在聚合反應終止后，經分離得到固態納米囊或納米球。LU等[8]利用分散聚合法將飾有油酸的氧化鐵(Fe3O4)納米粒作為磁性核，苯乙烯丙烯酸共聚物作為聚合物外殼，以聚乙二醇 (polyethylene glycol，PEG)- 4000作為穩定劑，過硫酸鉀作為引發劑，制得Fe3O4磁性高分子聚合物的納米復合材料，裝載姜黃素后成功制得磁性的姜黃素PNP。

1.3 納米沉淀法 這種方法是將納米載體材料和藥物共同溶于能夠與水互溶的有機溶劑中，由于界面沉積左右，載體材料析出的同時包裹藥物形成納米顆粒。沉淀包括兩個主要過程，一個是成核過程，另一個是生長過程。YALLAPU等[9]將PLGA 溶解在丙酮中獲得均勻的溶液，然后加入姜黃素攪拌，將此溶液逐漸加入到含有PVA或PVA和L-賴氨酸溶液中，經過磁力攪拌后PNP沉淀出來，最后徹底除去溶劑丙酮。

1.4 電流體霧化法 電流體驅動霧化也稱電噴射，是一種用來制備單分散體納米粒的常用方法。這項技術的原理是當液體通過薄的金屬導管如噴嘴、毛細管或者針頭時在電場作用下會解體成很細微的帶電液滴。GOMEZ-ESTACA等[10]用電流體霧化技術將玉米蛋白溶解于80%乙醇，待其完全溶解后將溶液經由旋轉流變儀噴出，制得裝載有姜黃素的玉米蛋白納米粒，并且制備出的姜黃素納米粒性質穩定，再分散性良好。

2 姜黃素PNP的質量評價

2.1 形態、粒徑及其分布 姜黃素PNP的形態一般為球形或類球形，無粘連；粒徑要求大小分布均勻。激光散射和電鏡掃描可用于測定粒徑的大小及其分布。PNP的粒徑是藥物載體系統的重要因素之一。粒徑的大小、形態及其分布對納米粒的物理學性質如被動靶向、口服、粘膜吸收等密切相關。在體內的粒子粒徑>500 nm時會被巨噬細胞內吞，被機體迅速清除。粒徑<200 nm的PNP則不被肝臟和脾臟的竇狀小管截留，這種粒子能在體內循環時間更長，消除率也更低。這種納米粒還可以蓄積于腫瘤組織內[11]。粒徑<100 nm的PNP可以透過內皮層離開血管被所有細胞內吞吸收。但PNP的粒徑過小，膠體微粒在肝臟會出現聚集，如<70 nm時該現象已較為明顯，這可能與粒徑較小時滲透性增強有關。

2.2 Zeta電位 使用陽離子或陰離子的表面活性劑可以提高PNP的Zeta電位，但是過高的表面電荷會使納米粒容易被機體清除，一般認為PNP的電位絕對值在30 mV比較穩定。如 KUMAR等[12]制備的姜黃素PNP電位為-29.3 mV。 ANITHA等[13]制備的姜黃素殼聚糖納米粒電位為48.2 mV 。Zeta電位受諸多因素的影響，如溶液 pH值、溶液離子強度、包載藥物的種類等。如果使用空間穩定劑或稀釋分散體，Zeta電位絕對值均下降。

2.3 載藥量與包封率 納米粒包封率測定的常用方法有超速離心法、透析法和凝膠色譜法。DUAN等[14]利用超速離心聯合高效液相色譜 (high performance liquid chromatography，HPLC) 法測定姜黃素在聯合包裹多柔比星和姜黃素的聚氰基丙烯酸正丁酯納米粒中的包封率為96.56%，載藥量為1.49%。在生產PNP的過程中，采用不同的制備方法、不同的聚合物材料以及不同的藥物對納米粒的包封率和載藥量均有影響，實驗中常常優化各條件使達到最高載藥量與包封率。

3 姜黃素納米粒藥動學特點

3.1 姜黃素PNP的吸收 腸道是藥物口服的主要吸收部位，PNP粒徑小、比表面積大，使黏膜黏附性得到大大增強，延長胃腸道內輸送時間，促進藥物在腸道的吸收。納米顆粒進入機體首先要通過生物膜構成的屏障，研究顯示它可以經由擴散作用、細胞吞噬、胞飲作用、內吞作用等方式透過生物膜[15]。PNP還能直接作用于細胞，使藥物有效濃度得到延長。PNP能通過淋巴結內 M細胞機制進行攝取，此途徑與腸系膜淋巴導管相通，經胸導管排空進入全身血液循環，避免首關代謝。YALLAP等[9]研究發現姜黃素PNP比游離姜黃素在乳腺癌細胞中的吸收量提高了6倍。另外對PNP表面進行修飾也能提高細胞的攝取量。LIU等[16]利用殼聚糖和聚己內酯制備姜黃素陽離子PNP，它和未經修飾的姜黃素相比細胞的攝取量顯著增加。

3.2 姜黃素PNP的分布 藥物進入血循環內，便可分布到機體的各個組織和部位。動物實驗顯示，姜黃素PLGA納米粒靜脈注射組主要分布器官是脾和肺[17]，而傳統姜黃素治療組主要分布到肝腎進行代謝和消除[18]。PNP積累于脾臟與網狀內皮系統吞噬細胞的攝取密切相關[11]，積累于肺部則由于肺毛細血管網床的過濾作用。影響藥物在體內分布的因素很多，包括藥物脂溶性、藥物的pKa、毛細血管通透性、與血漿蛋白或組織蛋白的結合能力、特殊組織膜的屏障作用等。例如大腦周圍的天然屏障系統血-腦脊液屏障，它阻止絕大多數藥物進入腦部。多項研究發現姜黃素有抗阿爾茨海默病的活性，姜黃素為脂溶性物質，包封它的高分子聚合物如PLGA、聚乳酸(polylactic acid，PLA)等都有高脂溶性，因此姜黃素及其納米制劑能穿過血-腦屏障進入腦部。姜黃素PNP能明顯提升姜黃素在顱內的含量[19]。還有報道發現，姜黃素PNP與水不溶性蛋白結合后，其在肝臟的分布量遠遠高于脾臟[20]。這項結果表明改變制劑的材料使納米粒的Zeta電勢和粒度隨之發生變化，從而能夠影響藥物在各種組織的分布。

3.3 姜黃素PNP的代謝和排泄 姜黃素PNP到達分布組織后，納米粒子就會將姜黃素釋放出來。戴東波等[21]制備姜黃素mPEG-PLA納米粒體外釋藥性滿足Weibull方程。PATRA 等[22]研究的姜黃素聚賴氨酸PNP藥物釋放曲線遵循Higuchi模型。ANAND等[23]制備姜黃素PLGA納米粒和游離姜黃素相比半衰期更長，并且由于PNP的緩控釋作用使得細胞間有效作用濃度時間明顯延長。 TSAI等[17]制備的PLGA納米粒大鼠靜脈注射后，藥物在大腦的藥物半衰期和平均駐留時間 (mean retention time，MRT)從游離姜黃素的20.4 h提高到27.1 h，半衰期從9.2 h延長到14.8 h。因此PNP能有效提高姜黃素生物利用率。ANAND等[23]制備的姜黃素PLGA納米粒利用率增加9倍。SHAIKH等[5]實現姜黃素納米粒生物利用率的雙倍提升。迄今為止，用于緩控釋遞藥體系納米粒的載體材料主要為高分子聚合物[24]。生物降解型聚合物包含天然或人工合成的高分子材料，前者主要有天然蛋白、殼聚糖及多糖類，后者研究較多的有主要PLA、PLGA。 生物降解型聚合物載體材料能在體內自行降解，無需后期取出，如PLGA的降解產物為乳酸和羥基乙酸，可被機體利用。其出眾的安全可靠性及生物兼容性，使之成為納米載體材料的首選。

4 姜黃素聚合物納米粒的應用

4.1 提高水溶性 姜黃素在水中溶解度極低，這成為其口服的主要障礙。口服給藥是最常見的給藥方式之一，有的患者順應性高、不良反應小、操作簡單等優點。然而諸如姜黃素一類的脂溶性藥物水溶性差，大大限制它們在臨床上的應用。姜黃素口服進入血液循環量少，大部分腸道內代謝以原形排出(約89%)，將姜黃素包封于PNP中能顯著提高其水溶性。相較于其他增溶方法，納米系統無疑具備更多優點，引起科學家的廣泛關注。MOHANTY等[25]制備的姜黃素PNP比游離姜黃素更容散在水性介質中，且具備生物兼容。

4.2 提高穩定性 姜黃素性質十分不穩定，其混懸在pH=7.4的磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffered solution，PBS)中，6 h后幾乎全部降解；而姜黃素 PLGA 納米粒在PBS溶液中，6 h后并未發生明顯的降解[26]。PNP在PBS中保護姜黃素不被水解和生物轉化，這顯示它增強姜黃素的穩定性。姜黃素具有良好的抗氧化性，能夠清除各類自由基；抑制脂質過氧化；消除DNA損傷；提高內源性氧化防御[27-28]。SUWANNATEEP等[29]將姜黃素封裝于乙基纖維素或甲基纖維素構成的納米粒子中，經紫外線照射，未封裝的姜黃素組幾乎全部失活；姜黃素PNP組產生了較少的自由基，顯示出姜黃素抗氧化性得到保留。這可能是由于納米粒微膠囊保護姜黃素不被降解，因此可以延長姜黃素的抗氧化活性時間。

4.3 靶向 PNP既可以被動靶向又能主動靶向。被動靶向首先取決于納米粒的粒徑大小，例如粒徑約200 nm的PNP粒子能夠高效地積累于腫瘤組織或者增加在腫瘤組織的滲透率和保留率[30]。納米粒被巨噬細胞(尤其是肝的kupffer細胞)攝取，通過生理過程運送至肝、脾等器官，但要求靶向其他組織器官則有困難。至于主動靶向運輸，有效的方法之一是利用配體-受體的相互作用。例如肝細胞靶向給藥系統中，肝臟去唾液酸糖蛋白受體能與特定終端結合，因此附著乳糖或半乳糖的化合物如D-半乳糖以及N-乙酰半乳糖殘基的PNP能特異性靶向肝臟[31]。ZHOU等[32]制備的半乳糖化殼聚糖姜黃素納米粒的肝細胞靶向性由人類肝癌細胞(HepG2)攝取實驗得到證實，與游離姜黃素相比，該納米粒在細胞中有更高的吸收值；流式細胞儀獲得的結果表明，優化的PNP和游離姜黃素相比，誘導HepG2細胞 72 h內凋亡和壞死能力高出6倍。因而在保證療效的前提下，可減少給藥劑量和次數，提高藥物穩定性，并能形成較高的局部濃度，通過靶向給藥控制藥物在靶點的持續而緩慢的釋放，這樣可延長有效作用時間。

5 結束語

利用納米技術，將姜黃素裝載于PNP上不僅大大提高姜黃素的生物利用率，更使其有新的特性，如靶向性。姜黃素PNP能夠直接靶向癌癥病變區，使藥效不僅比傳統藥物更強，而且不影響正常的細胞。利用熱力學性質還能增強姜黃素PNP對癌癥細胞的殺傷力[6]。對于使姜黃素PNP透過生物膜和靶向病灶區，可從修飾載體這一角度出發。因此，對PNP載體材料的改良在納米技術中是一個很重要的突破點。

然而，將姜黃素PNP推向市場仍存在許多挑戰，如PNP荷藥量小，大規模生產工藝及技術、載藥系統的穩定性和質量控制尚待取得突破性進展 。

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2014-09-25

2015-01-12

謝順嵐(1990-)，女，湖北武漢人，碩士，研究方向：臨床藥學。電話：(0)13080663846，E-mail：1040106309@qq.com。

宋金春(1964-)，男，碩士生導師，教授 ，研究方向：臨床藥學。電話：027-88047471， E-mail：songjc1234@126.com。

R281.1

A

1004-0781(2015)10-1325-04

10.3870/j.issn.1004-0781.2015.10.017