酵母微膠囊包埋新技術及藥效評價的研究進展

賈麗娟，戴智強，高青青，劉玉璇*，商學良，國大亮*（.天津中醫藥大學，天津 3067；.華北理工大學，河北 唐山 0630）

20世紀30年代，美國一家漁業公司首次制備出魚肝油明膠微膠囊，從此微膠囊技術正式進入大眾的視野。微膠囊作為一種微型容器，可用來包封固體、液體和氣體。微膠囊包埋是建立芯材和壁材間功能性障礙的過程，以避免化學和物理反應，并保持芯材的生物活性和理化性質[1]。歷經幾十年的發展變化，微膠囊技術已日趨成熟，并已廣泛應用在食品、醫藥、化工、農業等多個領域。當前，制備微膠囊的方法有很多，文章重點對微膠囊的新型制備方法——酵母微膠囊法進行綜述，以期為微膠囊技術的后續發展提供參考。

曾經對比多種微生物（如霉菌、原生蟲、酵母菌）作為壁材的包埋效果，結果發現采用酵母微膠囊包埋效果最理想[2]。對于所有的包封體系，包封分子與基質之間的相互作用對其穩定性和生物利用度都有著重要的影響。而經酵母包埋后的活性物質穩定性、生物利用度、溶解性和緩釋性均有所提高[3]。酵母是最常用的食品級工業微生物之一。酵母細胞以分散的單細胞狀態存在，其完整的細胞壁和細胞膜結構具有一定的強度和通透性，從而使酵母細胞具有很好的吸附性能，可作為一種新型的微膠囊壁材。酵母細胞有一層磷脂膜，因此它可以充當脂質體，既可以封裝疏水化合物，也可以封裝親水化合物[4]。研究表明香料、精油、農藥、脂溶性維生素和生物活性物質等成分在加工或儲存過程中容易因氧化而失去作用[5-6]，采用酵母包封法可有效克服不同種類生物活性化合物的氧化問題。

1 酵母微膠囊包埋新技術

1.1 酵母微膠囊包埋油脂

微膠囊包埋技術有利于控制精油的揮發性，可以改善油脂的水溶性、化學穩定性和釋放特性，并保持其生物活性。微膠囊化的植物油和精油更利于加工和儲藏，可以延長富含油脂產品的貨架期[7]。細胞壁作為細胞的保護屏障，可以降低對藥物的敏感性，細胞壁的主要成分和與細胞壁有關的酶可作為精油活性成分的重要作用位點[8]。目前，研究者主要利用酵母微膠囊技術包埋油脂類化合物，包埋后的油脂從液態轉化為粉末狀，揮發性降低，生物穩定性提高。

馬齒莧籽油是ω-3脂肪酸的潛在營養來源，易氧化。Kavosi等[9]采用酵母微膠囊包埋技術解決此類問題，把馬齒莧籽油作為囊芯，將其包裹在包覆羧甲基纖維素（CMC）的釀酒酵母細胞中，研究貯藏30 d后的氧化穩定性。結果表明制備酵母微膠囊可增加馬齒莧籽油的穩定性。魚油富含多種不飽和脂肪酸，有很好的營養價值，但易氧化，且有強烈刺激性氣味，限制了其應用。Adrian等[10]研究酵母微膠囊包埋魚油技術，對酵母細胞預處理的各種方法（自溶預處理、化學促進自溶、酶促細胞壁消化）進行評價，從溫度、攪拌速度和乳化劑添加量三個方面對酵母細胞中魚油的微膠囊化進行研究和優化，并驗證其穩定性。實驗表明包封后的魚油穩定性明顯提高，不良氣味被有效掩蓋。Karaman等[11]應用酵母細胞對沒食子酸進行包封，并研究質壁分離處理和溶劑類型的包埋介質對包封性能、生物活性性質、形態-構象特征和在模擬胃和腸介質中的釋放行為的影響。結果表明，包封介質的溶劑類型對包封率和生物活性參數有顯著影響，質壁分離處理的酵母細胞微膠囊可為食品和制藥工業提供控制釋放特性。Karaman等[12]利用酵母細胞抑制了黑孜然籽油中百里香醌的降解。薄荷精油作為從薄荷中提取出來的物質，具有很好的抗菌、抗氧化性能。調查發現，薄荷精油對一些農作物害蟲具有良好的防治效果，基于此，Kavetsou等[13]將薄荷精油包封在酵母細胞載體中，制備出一種綠色、環保的殺蟲農藥。

除了上述提到的幾種油脂外，近幾年來，中國酵母微膠囊技術也用于包埋其他油脂，部分研究如表1所示。

表1 酵母微膠囊包埋的油脂 Tab 1 Yeast microencapsulated oils

1.2 酵母微膠囊包埋黃酮

槲皮素是從蘆丁中提取出的一種多羥基黃酮類化合物，具有抗氧化及清除自由基的作用，還具有抗炎、抗病毒、抗腫瘤、降糖及免疫調節等作用[19]。但疏水性、在生理介質中不穩定、胃腸吸收不佳等使其功效受限[20]。近年來，有學者使用酵母微膠囊技術對槲皮素進行包埋，以期改善槲皮素的穩定性。Pham-Hoang等[21]研究酵母細胞壁包埋槲皮素，在4個月貯藏期內的分子穩定性，并利用紫外-可見分光光譜法和時間相關單光子計數技術評價槲皮素與酵母膠囊之間的相互作用，證實了酵母包埋的優點。黃秋葵是一種富含黃酮類化合物的植物，蘇平等[22]采用酵母微膠囊技術包封黃秋葵黃酮，并對振蕩時間、溫度和芯壁比三個因素進行優化，優化后的包埋率為64.2%，抗氧化效果為黃秋葵花黃酮微膠囊＞BHT＞純化后的黃酮，且黃酮微膠囊表現出很好的緩釋效應。

1.3 酵母微膠囊包埋多糖

多糖又稱為多聚糖，是由10個以上的單糖通過不同類型糖苷鍵聚合而成的生物大分子，廣泛存在于動植物和微生物中[23]。已有研究表明植物多糖具有多種生物活性，如抗氧化、抗炎、免疫調節、抗腫瘤、降血糖、保肝、降血脂和調節腸道菌群[24-31]等，且無毒副作用，逐漸成為食品科學、天然藥物、生物化學與生命科學研究的熱點。但多糖易吸濕、對酸堿、金屬離子不穩定，將多糖微囊化是對現有問題的一種潛在解決方法。洪自兵等[32]利用酵母微膠囊技術包埋決明子多糖，有效延長了其藥效，未被包埋的決明子多糖和包埋后的決明子多糖酵母均可以抑制HepG2細胞的生長，但后者比前者抑制效果更好。

1.4 酵母微膠囊包埋生物堿

小檗堿，又名黃連素，是從傳統中藥黃連中提取出的一種季銨型異喹啉生物堿[33]。研究表明，小檗堿具有良好的抗腫瘤、降血脂、治療糖尿病、抗動脈粥樣硬化、抗腦缺血、神經保護、抗炎、抗凋亡等作用[34-38]。然而小檗堿的水溶性差，對環境條件敏感，使其在許多行業中無法應用。Salari等[39]以凍干的質壁分離和非質壁分離的酵母細胞作為載體對小檗堿進行包埋，通過差示掃描量熱法（DSC）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）和熒光顯微鏡對微膠囊進行表征，對小檗堿微膠囊進行研究。結果表明，酵母微膠囊裝載有高達（40.2±0.2）%的小檗堿且小檗堿主要通過與酵母細胞膜和細胞壁的疏水相互作用定位于細胞內。

1.5 酵母微膠囊包埋維生素

維生素D3是一種用于佝僂病、骨軟化癥與骨質疏松癥等代謝性骨疾病治療的重要藥物，然而，維生素D3化學性質極不穩定，水溶性差，且易受環境因素影響。Dadkhodazade等[40]利用酵母細胞壁包封維生素D3，模擬在胃腸道中的釋放研究，結果表明，載維生素D3微囊在胃中表現出持續和緩慢的釋放，并且能克服胃酸介質的影響，提高了維生素D3的穩定性。因此這種酵母微囊包封技術有望產生一種新型包封維生素的載體。

1.6 酵母微膠囊包埋多酚

酚類化合物因其對人類健康的有益影響而受到關注。白藜蘆醇作為純天然多酚類化合物，以順式和反式兩種異構體的形式存在。Shi等[41]首次成功地將白藜蘆醇包埋在酵母細胞壁中，并比較了非包封白藜蘆醇和包封后白藜蘆醇對DPPH自由基的清除能力。結果證明酵母包封的白藜蘆醇具有良好的穩定性，DPPH自由基清除能力增強。殷佳雅等[42]研究酵母微囊化技術包埋茶多酚，以避免外界環境影響使茶多酚結構改變或活性消失。姜黃素作為一種酸性多酚類物質，其水溶性差，對加工和儲存條件要求嚴格，易降解，藥物利用率低。Medeiros等[43]利用酵母包埋技術緩解姜黃素的降解，提高其穩定性，結果顯示經酵母包埋后的姜黃素其光化學穩定性提高了5.7倍。

2 酵母微膠囊技術的藥效評價研究

2.1 降血糖

1型糖尿病是一種與碳水化合物代謝受損相關的代謝紊亂，可導致慢性高血糖，該疾病的特征是β細胞進行性自身免疫破壞，導致胰島素不足或胰島素分泌缺陷。胰島素皮下注射用于糖尿病的日常治療。但是由于胰島素給藥帶來的不便，很難滿足患者的依從性。為了克服這個困難，可優先選擇口服胰島素輸送系統。然而，口服胰島素必須克服某些生理障礙[44]。侵入性和強化方法促使人們需要一種相容的胰島素給藥途徑[45]。釀酒酵母的微膠囊可以通過靜電力介導的自發沉積結合不同的帶電納米粒子[46]，長期服用酵母微膠囊在治療慢性疾病方面顯示出良好的安全性[47]。Sabu等[48]首次提出了一種利酵母微膠囊包埋胰島素抑制糖尿病的生物激勵方法。利用胰島素和酵母微膠囊之間的靜電相互作用促使酵母微膠囊包埋胰島素的形成，并在熒光成像下證實了這一點。在酵母微膠囊包埋胰島素的表面裝載海藻酸鈉涂層可以保護酵母微膠囊免受惡劣的胃腸道環境影響，防止胰島素降解。藥理學實驗發現，糖尿病大鼠口服海藻酸鈉包覆的酵母微膠囊包埋胰島素后血糖明顯降低。

2.2 治療心血管疾病

心血管疾病的發生和動脈硬化緊密相關。近年來，基于納米粒子的靶向策略被認為是治療動脈粥樣硬化（AS）的新途徑。

Zhang等[49]研發了一種用于靶向治療心血管疾病的方法，該方法由酵母衍生微膠囊（YC）介導，利用靜電驅動自發沉積的方式使不同帶電納米顆粒成功負載到YC中。口服給藥后，包埋納米顆粒的酵母膠囊（YDMC）可以優先到達關節炎和腫瘤的病變部位，并顯著降低斑塊面積，增強AS斑塊的穩定性。最重要的是，實驗發現YC介導的納米療法比未包裝的納米藥物更有效，對毒性測定的結果顯示包裝后的納米藥物在長期口服后表現出良好的安全性，因此該方法或可用于AS和其他血管疾病的靶向治療。單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）在AS中扮演著關鍵的角色，是AS發生早期的重要因素。Yin等[50]利用上述YC介導的仿生方法成功將一種MCP-1的特異性合成抑制劑靶向輸送到AS斑塊內部，結果顯示這種抑制劑的作用明顯增強，有效減少了單核細胞在AS斑塊中的聚集。

2.3 治療炎癥相關疾病

胃腸道存在許多生物屏障，即使是當前最先進的納米粒子靶向傳遞系統口服給藥后也面臨來自胃腸道障礙的挑戰。Zhou等[51]嘗試將含有消炎藥吲哚美辛或抗腫瘤藥物紫杉醇的納米粒負載到酵母膠囊中，口服后經過一系列的體內運輸過程，包埋在酵母膠囊中的納米粒最終被傳遞到小鼠或大鼠炎癥或腫瘤的遠程病變部位。結果顯示，在該急性炎癥模型中，酵母膠囊介導的納米探針的靶向效率甚至比靜脈注射相同劑量的納米探針的靶向效率還要高。口服經酵母膠囊介導的吲哚美辛或紫杉醇納米療法在炎癥和腫瘤動物模型中與單獨納米治療相比，作用顯著增強。Plavcová等[52]利用酵母細胞包封姜黃素研究其在體外的抗炎作用，發現克服姜黃素生物利用度低、提高靶向傳遞主要是酵母細胞中純化的葡聚糖顆粒發揮作用。

2.4 抗腫瘤

口服是最常見和最有效的給藥方式，具有較高的安全性、方便性和用藥依從性。目前，口服抗腫瘤藥物在治療癌癥方面越來越受歡迎。但一些治療癌癥的口服藥物存在親水性低、對上皮細胞滲透性差、毒副作用大等問題。卡巴他賽是一種新型半合成紫杉醇，具有很強的抗腫瘤活性，與其他紫杉醇類似，卡巴他賽的口服給藥仍然受到限制，Ren等[53]將載藥聚合物-脂質雜化納米粒子（NPs）負載到多孔空心酵母細胞壁微顆粒（YPs）中，制備了一種載藥納米微載體，用于巨噬細胞靶向口服卡巴他賽；在模擬胃腸道環境中，NPs負載YPs的體外釋藥速度較NPs慢，藥物穩定性較高；體內藥動學研究中，卡巴他賽溶液的口服利用度提高了5倍。順鉑是當前聯合化療中最常用的藥物之一，Zhou等[54]將制備好的順鉑衍生的前體納米粒子（PreCDDP）封裝到酵母膠囊中得到可以口服給藥的PreCDDP/YC，并從其理化性質、體外藥物釋放、體外抗腫瘤活性、口服靶向性、體內藥動學和體內藥效等方面對酵母膠囊仿生給藥系統進行考察，結果PreCDDP/YC在細胞內釋放后仍具有抗腫瘤活性，口服載于酵母膠囊中的PreCDDP比口服或靜脈注射游離的順鉑具有更好的安全性和更高的生物利用度。上述研究表明載藥納米微載體技術是增加小分子藥物口服吸收的一種可能途徑。

2.5 潛在的骨組織再生能力

已有研究表明，生物醫學材料聚磷酸鈣摻鍶后能夠顯著增強成骨細胞的增殖和分化。Huang等[55]利用酵母細胞對某些金屬離子的吸附作用，成功將鍶離子富集到多孔聚磷酸鈣酵母微膠囊中，保證了微囊中微量元素的持續緩慢釋放。與人骨髓基質細胞共培養的結果顯示，酵母調控法制備的鍶摻雜多孔聚磷酸鈣微膠囊對堿性磷酸酶和Ⅰ型膠原基因的表達均有推動作用，證實了對成骨細胞的促進作用。其效果明顯優于純聚磷酸鈣和沉淀的鍶摻雜聚磷酸鈣。這也表明酵母微囊技術可以通過摻雜微量元素控制其在聚磷酸鈣中的滲入，進一步為骨組織工程開發新型生物材料。

目前的研究大多利用酵母微囊化口服給藥，但也可用于全身給藥、局部或吸入性黏膜給藥[56]。

3 結語

鑒于微膠囊化技術帶來的實用價值及其在眾多領域中的應用前景，目前對酵母微膠囊研究越來越多。酵母細胞是一種綠色、天然、營養豐富、價格低廉、可大規模培養、安全系數高的可食用微載體。與傳統的微膠囊制備方法相比，以酵母細胞為囊壁材料制備微膠囊具有以下優勢：微膠囊產品大小均一、無毒、生物相容性好、易生物降解，制備過程中，不需要或很少引入其他化學試劑，較少溶劑殘留或脫除的問題，非常適合藥物和食品添加劑的包覆。我國研究人員對酵母微膠囊技術的研究雖然起步較晚，但已取得了較大的進步，在醫藥、食品領域進行了一定的實際應用和深入的研究，不過與國外相比還存在較大差距，特別是對成囊機制的分析，新技術、新設備的開發，藥物控釋、緩釋及靶向釋放等方面的研究還很不足。相信不久的將來，隨著醫藥技術的不斷進步，我國在酵母微膠囊的基礎研究與應用研究一定會取得突破。