藥物遞送載體及其在飼料添加劑領域中的研究進展

丁浩軒，武 昊，馮 杰*

（1.浙江大學飼料科學研究所，浙江省動物營養重點實驗室，浙江杭州 310058；2.武漢大學化學與分子科學學院，湖北武漢 430072）

藥物遞送系統是將藥物通過特殊載體材料包裹后遞送至特定部位控制釋放的給藥方式，在靶向緩釋、高效吸收、抗酸耐熱方面具有獨特優勢。目前藥物遞送系統已經在人類臨床藥物及畜禽飼用藥物研究中發揮了重要作用。飼料添加劑是飼料中具有良好生物學功能的微量成分，如維生素、酶制劑、微生態制劑、微量元素等，主要在提高動物生產性能、保證機體健康以及節省飼料成本方面發揮作用，但許多飼料添加劑存在不穩定、易氧化、抗逆性差等特點[1]，因此如何提高其生物學穩定性并高效發揮飼料添加劑的功能具有重要意義。農業農村部194 號公告指出，自2020 年7 月1 日起，飼料生產企業停止生產含有促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料。雖然禁用促生長類藥物飼料添加劑會在一定程度上緩解抗生素殘留所帶來的一系列問題，但高速發展的畜禽產業同樣面臨抗生素替代產品效果不佳的窘境。鑒于藥物遞送系統的作用特點與機制，其是提升飼料添加劑穩定性、增強生物學效應的有效途徑之一，在飼料添加劑領域中也具有良好的應用前景。本文將從最新的藥物遞送系統研究出發，簡述最新的生物聚合物、脂質體、介孔二氧化硅材料、納米材料藥物遞送載體及其在飼料添加劑領域的研究與應用，以期為藥物遞送載體在畜禽生產中的應用提供借鑒和參考。

1 藥物遞送載體

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、低免疫原性等優點，在體內易于降解為無毒物質并通過生理途徑排出體外，在藥物遞送方面受到廣泛關注[2]。常用于活性物質的包封載體有蛋白質（如玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白等）以及多糖（如殼聚糖、纖維素、海藻酸鈉、阿拉伯膠等）[3]。Tan 等[4]基于牛血清白蛋白和硫酸軟骨素開發了一種椰狀核-雙層殼智能納米膠囊，可高效運送多種親水性活性物質，具有環境pH 和氧化還原雙重響應性高的直鏈淀粉和微晶纖維素的混合凝膠可被開發為胃滯留藥物輸送系統。淀粉/纖維素通過離子溶液溶解和再生形成復合凝膠，負載鹽酸雷尼替丁后制成片劑，可在模擬胃液中保持懸浮24 h，藥物持續釋放可達10 h，有望成為新型低密度胃漂浮型緩釋片劑[5]。新城疫（ND）和傳染性支氣管炎（IB）是雞的高傳染性呼吸道疾病，容易給家禽業造成嚴重的經濟損失。N-2-羥丙基三甲基氯化銨殼聚糖（N-2-HACC）和N，O-羧甲基殼聚糖（CMC）被合成為疫苗抗原的佐劑和遞送載體，該遞送載體包被的疫苗抗原不僅具有較低的細胞毒性和較高的穩定性，而且可激發宿主更高的白細胞介素2（IL-2）、白細胞介素4（IL-4）和干擾素-γ（IFN-γ）水平[6]。在魚類腹膜內注射嗜水氣單胞菌外膜蛋白（OMP）的不同抗原制劑，發現聚D，l-丙交酯-乙醇酸共聚物（PLGA）包封的抗原具有更好適應性免疫能力，且在免疫后21 d 和42 d依然表現出好的免疫參數[7]。

1.2 脂質體 脂質體是由磷脂雙分子層構成的單層或多層封閉囊泡，其內外均為水相，具有無毒、無免疫原性、靶向性好等優點，對親水性和疏水性藥物均具有良好的負載能力，是第一種市場化的微納米藥物載體[8]。Aizik 等[9]將量子點（QDs）耦合納米脂質體通過單核細胞遞送至乳腺腫瘤內部，使脂質體量子點獲得了優化的生物分布，具有優異的結構和光學穩定性，提高了腫瘤對量子點的攝取量，對于腫瘤的成像、診斷和治療（如藥物遞送載體的高靈敏追蹤）具有巨大的應用價值。Lu等[10]合成了雙響應性磁性熱敏脂質體，表面耦合西妥昔單抗，對人原發性膠質母細胞瘤細胞具有雙重靶向性，可在交變磁場作用下釋放藥物伊立替康，具有良好的血液相容性。非洲豬瘟（ASF）具有高死亡率，滅活或修飾的活病毒疫苗研制一直是對抗ASF 的研究熱點。有報道指出，ASF 病毒樣顆粒、生物相容性聚合物和脂質體產生的納米顆粒（NPs）由于其獨特的理化特性而具有許多優勢，可通過抗原呈遞細胞進行有效的抗原內化和加工，并激活引發先天性和適應性免疫[11]。布魯氏菌病是一種多發的人畜共患傳染病，將抗菌藥物包裹在單層脂質體中是治療感染的有效方法。Khan 等[12]評估了左氧氟沙星對從牛奶中鑒定的布魯氏菌菌種的抗菌活性，并發現脂質體包封左氧氟沙星后抗菌能力顯著提高。

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積，其中孔徑大小在2～50 nm 的材料稱為介孔材料。介孔二氧化硅納米顆粒由于其良好的化學穩定性、高負載能力、低毒、易于功能化等優點，近年來廣泛用于藥物遞送系統[13]。Zhang 等[14]報道，通過表面活性劑誘導的溶膠-凝膠輔助水熱處理獲得了表面改性的介孔二氧化硅中空納米球，其在藥物控釋中表現出pH/熱雙響應性，具有良好的生物相容性和結構穩定性。Cheng 等[15]設計了一種多功能化介孔二氧化硅阿霉素遞送載體，其表面接枝的多功能肽可靶向穿透腫瘤細胞膜，細胞攝取后在其表面酶切肽作用下迅速釋放藥物，促使腫瘤細胞凋亡。該研究可能為腫瘤靶向治療和酶誘導的藥物遞送系統提供新的思路。Peralta 等[16]在氧化鐵納米粒子（IONPs）表面合成介孔二氧化硅殼體，進一步在顆粒表面共聚接枝熱敏性聚合物，可形成熱響應性藥物控釋材料，在40℃以上觀察到模型藥物布洛芬的快速釋放，且顯著高于25℃下的釋放率。該熱響應性雜化納米載體有望用作磁性靶向藥物輸送系統。乳房炎是奶牛最常見的疾病，其對牛奶制品安全性和動物福利具有潛在威脅。廣譜抗生素抑制傳染性病原菌雖然能在一定程度上遏制乳房炎的發生，但是高劑量的抗生素往往會對牛乳質量產生不利影響。Panebianco 等[17]研究發現，二氧化硅納米粒子可以介導藥物直接傳遞到乳腺中，并保留其生物學活性，這為新型靶向奶牛乳腺藥物的研究開辟了新的道路。口蹄疫是一種急性發熱性傳染病，會對畜牧生產造成巨大的經濟損失。為誘導畜禽產生持續的免疫反應，Bai 等[18]合成了中空介孔二氧化硅納米顆粒（HMSNs）作為潛在的納米佐劑，并加載了口蹄疫病毒樣顆粒（VLPs）。上述研究證實，HMSNs/VLPs 具有超過3 個月的高抗體滴度，提供抵抗口蹄疫病毒攻擊的理想保護。介孔二氧化硅材料是良好的蛋白質傳遞載體，并且是今后飼用疫苗的潛在納米佐劑。

1.4 納米材料 納米材料包括金屬、合金及金屬氧化物納米粒子及非金屬納米粒子，如銀（Ag）、金（Au）、銅（Cu）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、氧化鋅（ZnO）、氧化鈦（TiO2）、磁鐵礦（Fe3O4）、碳酸鈣（CaCO3）、二氧化硅（SiO2）等。納米粒子具有小尺寸、高比表面積等優點，已在生物醫學、免疫、電子、能源、化工、生物傳感器、化妝品等領域廣泛應用[19]。Serov 等[20]合成了負載血纖維蛋白溶解酶的Fe3O4@CaCO3納米粒子（磁性球霰石納米粒子），可以在磁場作用下有效溶解血栓，用作溶栓藥物，不影響凝血且沒有細胞毒性。Sadhukhan 等[21]采用苯硼酸官能化的納米氧化鋅顆粒負載槲皮素，可在苯硼酸作用下將槲皮素靶向遞送至過表達唾液酸的癌細胞，并顯示出基于pH 響應的藥物釋放行為，通過增強氧化應激和線粒體損傷誘導人乳腺癌細胞（MCF-7）凋亡，有效抑制荷瘤小鼠的腫瘤生長。厄洛替尼綴合氧化鐵納米顆粒可作為治療診斷探針，用于非小細胞肺癌的靶向藥物遞送，并可通過無創核磁共振成像檢測腫瘤和細胞層面的藥物攝取[22]。銀納米材料（Ag NMs）具有優異的抗微生物特性，其通過調節p38/線粒體-caspase-3 信號通路抑制了傳染性胃腸炎病毒誘導的細胞凋亡，結果可為豬傳染性腸胃炎治療提供新的思路[23]。

2 遞送載體在畜禽生產中的科學實踐

2.1 遞送載體在生豬產業中的應用 遞送系統不僅成為人類醫藥領域解決靶向遞送的研究熱點，也在飼料添加劑領域具有較多應用。遞送載體及其配套產品在脂肪酸、酶制劑、抗菌肽等領域均表現出廣闊的應用前景。丁酸鈉是一種可以提高母豬和仔豬采食量和日增重的短鏈脂肪酸制劑[24]。Tuleu 等[25]設計高劑量的丁酸酯顆粒包被pH 依賴性涂層（Eudragi（R）L+S）用于結腸遞送，表現出了較好的滯留時間。飼料酶制劑是一種可提高養分消化率的添加劑，但酶活性的高低受到溫度和pH 影響。通過聚合物修飾構建納米微粒封裝的酶是保持酶制劑穩定性的一種新興方法，該聚合物在不同的消化位置為酶制劑提供空間屏蔽和選擇性相互作用[26]。抗菌肽已成為一種用于替代抗生素使用的新型抑菌劑，脂質納米膠囊可以對抗菌肽實施包被提高其殺菌活性。與游離肽相比，包被后的抗菌肽被蛋白水解酶分解較少，且納米載體還可以增強滲透性和活性物質的遞送效率[27]。抗生素耐藥性帶來的一系列問題推動了畜牧生產逐步走向無抗化，遞送載體除在提高抗生素替代物功效方面發揮功能外，也在促進生長類添加劑中展現了特有靶向釋放優勢。Hossain 等[28]研究發現，相比于對照組，基質涂層有機酸和中鏈脂肪酸混合物（MCOFA）組生長豬對營養物質的表觀消化率更好、NH3和乙酸氣體排放更低。Ruan 等[29]通過將表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）摻入海藻酸鈉（SA）和羧甲基纖維素（CMC）中來制備活性食用涂料，以研究SA-CMC-EGCG 涂料對4℃儲存新鮮豬肉品質的影響，結果表明涂層包被的鮮豬肉在微生物抑制、脂質抗氧化、肉色保鮮和感官口感方面具有優勢，并提高了鮮豬肉的保質期。

2.2 遞送載體在反芻動物中的應用 遞送載體及其配套產品在反芻動物抑菌替抗、酵母包封、微量元素遞送等領域具有良好前景。瘤胃開窗手術常用來檢查牛的瘤胃消化情況以及觀察胃部健康狀況，但存在慢性傷口感染的風險。Mir 等[30]通過使用聚己內酯包埋香芹酚（具有抗菌活性的生物提取物）構建特異性納米顆粒，可以在感染部位保持持續的抗菌作用，這為禁止使用促生長類藥物添加劑后動物易感染疾病提供了新的飼料添加劑解決方案。Shen 等[31]研究表明，使用大麥蛋白中的大麥醇溶蛋白和谷蛋白作為膠囊材料包封活酵母在瘤胃中是穩定的，并在胰酶溶液中消化釋放出超過90% 存活率的酵母。該包封技術可作為將活性酵母遞送至反芻動物腸道的新方法。瘤胃中的銅容易與拮抗化合物發生不可逆的絡合并降低生物利用度，有效補充銅以避免牛的銅缺乏癥狀仍是一項挑戰。在中性條件下殼聚糖凝膠珠螯合銅可以長達24 h 不釋放銅離子，但在pH 為2 的環境下可持續釋放3 h 的銅離子[32]。遞送載體為反芻動物消化道定向吸收微量元素建立了一種可行的解決方案。

2.3 遞送載體在家禽產業中的應用 遞送載體及其配套產品在家禽產業中發展抗體產品、包被益生菌、抑菌防霉等方面具有不可忽視的功能。卵黃抗體（IgY）在蛋黃中提取相應的抗體并可用于動物疾病的預防、治療和診斷，但口服給藥使抗體傳遞到胃腸道時活性急劇下降。在納米載體中負載抗體是在胃腸道中對抗體進行保護的有效解決方案。研究發現，由0.2%（w/v）儲備液制備的海藻酸鹽納米顆粒可能是通過禽類胃腸道有效安全地遞送IgY 的合適載體，其在模擬胃液（pH 1.2）和模擬腸液（pH 6.8）中IgY 的釋放量分別為10% 和99.84%[33]。益生菌逐步成為了家禽中抗生素的替代品，但大多數益生菌以液體或半固體制劑的形式存在，口服后表現出較低的細胞活力。構建合適的遞送載體，形成合適的固體制劑，以保護益生菌抵抗胃中的強酸，從而使產品具有更高的益生菌生存能力。Jiang 等[34]使用羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯55 形成包被用于開發家禽的片劑型益生菌，該片劑中的益生菌在酸性條件下的生存率高于溶液中的益生菌，且在腸液中快速釋放片劑中的益生菌。霉菌毒素是真菌產生的次生有毒代謝產物，飼料中的霉菌毒素污染容易對人類和動物健康產生威脅。Solís-Cruz 等[35]采用家禽的體外消化模型評估了殼聚糖（CHI）和3 種纖維素聚合物（HPMC、CMC和MCC）對6 種霉菌毒素（AFB1、FUB1、OTA、T-2、DON 和ZEA）的吸附能力，結果表明4 種材料均表現出對真菌毒素具有顯著的結合能力，且纖維素聚合物比殼聚糖表現出更好的吸附能力。

2.4 遞送載體在水產中的應用 遞送載體及其配套產品在開發魚類口服藥品、魚油新產品、維生素制劑等方面表現出了特有的競爭力。口服途徑是魚類免疫的理想方法，操作簡單，適用于大小魚類，不受漁業規模的限制。為了防止抗原在到達免疫部位之前被降解，已經開發了各種可生物降解的聚合物納米顆粒作為抗原遞送系統[36]。但這些納米顆粒通常是聚合物、陶瓷、富勒烯和金屬衍生物，可能會對魚類和其他水生生物產生毒性[36]。據Charlie-Silva 報道[37]，利用美洲駝魚（Lophiosilurus alexandri）黏液中獲得的蛋白質構建了納米遞送載體，該材料是可生物降解、可代謝，并且易于表面修飾以運輸生物分子。魚油是水產加工的延伸產品，具有較高保健價值，但富含不飽和脂肪酸容易被氧化。Lee 等[38]構建了油凝膠的新配方，乳清蛋白分離物（WPI）作為外部涂層可改善魚油的氧化穩定性。在熱處理和紫外線輻射下，與未封裝形式相比，WPI 包覆的油凝膠魚油的氧化被抑制了2～3 倍。另外，魚油本身也可以作為遞送材料載體。Walia 等[39]將維生素D 包裹在魚油中通過超聲技術配制水包油納米乳液，其比未包裹的維生素具有更高的生物利用度。魚油遞送載體為飼料工業中脂溶性維生素的新產品開發提供了新思路。

3 總結

藥物遞送系統是保障飼料添加劑穩定性的有效途徑，且具有靶向性、高效性、緩釋性。國外對藥物遞送載體的研究已較深入，國內可在借鑒國外經驗的基礎上充分認識藥物遞送的機制和靶點，并將其應用到飼料添加劑領域。遞送載體可在生物活性提取物、酶制劑、抗菌肽、微量元素等飼料添加劑領域發揮獨特優勢，為畜牧業高效生產提供了新的思路。展望未來，藥物遞送系統不僅僅會促進治療藥物的更新換代，而且可為新型飼料添加劑高效化、靶向化、穩定化提供新方法。