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lican8341的博客

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日志

 
 

基于糖及其偶联物的靶向给药体系  

2017-02-24 16:31:41|  分类: 抬头望见北斗星— |  标签: |举报 |字号 订阅

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【关键词】  碳水化合物;糖偶联物;糖枝状物;受体;配体;大分子偶联物;给药体系;脂质体


    靶向给药是一种新型给药方式, 根据靶部位存在的受体,在药物载体表面连接与受体特异性结合的配基,可使载体药物具有靶向性[1]。自从1971年研究人员利用糖类作为配体修饰药物载体靶向蛋白质受体实现局部靶向后[2],人们开始重视糖类化学与给药体系之间的研究。糖类作为配体修饰药物载体的思路来源于细胞本身结构中分子之间的相互作用,多细胞生物的细胞外表面覆盖着一层具有分支的糖链,糖链结构的改变不但影响细胞内的正常状态,而且与很多疾病的发生、发展密不可分[3]。这些改变成为新一代糖类及其复合物修饰药物载体的研究依据。近几年,糖类对靶向给药载体的修饰受到研究人员的普遍关注。药物载体经过糖类及其复合物修饰进入体内后,具有干扰糖-蛋白之间相互作用的能力[4],能够阻止细胞-细胞识别和吸附过程,有望实现恶变组织器官的真正意义上的主动靶向。

    2  修饰药物载体的糖类及其偶联物的种类和应用    糖类及其复合物与药物载体偶联,再通过对载体和糖链结构的分子设计,不但能够实现对各种不同组织和细胞的有效主动靶向,而且能够装载不同种类的药物、基因等,从而实现癌症和其他疾病的治疗与控制。目前,根据糖链与其偶联物结合的方式,可将给药载体广义上分为糖-大分子偶联物和粒子给药载体[5,6]。

    2.1  糖大分子偶联物给药体系

    糖蛋白质相互作用的特异性远超过许多其他配体-结合系统。糖类可以传递大量的信息,而大分子通过特异性修饰及其本身所具有的物理化学性能可实现主动给药。一旦将二者结合形成糖-大分子偶联物,则成为极有潜力的药物载体。

    蛋白质与多肽药物研究是目前生物医药领域中最活跃、进展最快的部分。由于蛋白质和多肽具有高密度化学功能性,通过化学修饰可改变蛋白质和多肽分子的性质,消除免疫原性和免疫反应性,提高重组蛋白质与多肽药物的药效、半衰期及稳定性。在目前已发现的多种蛋白质和多肽的修饰中,糖基化活性基团修饰技术已经成为研究焦点之一。

    Unverzagt等[7]研究了N-聚糖糖基化与牛血清白蛋白结合性能的影响。他们采用化学酶法合成了N聚糖,并用海藻糖对复杂类型具有双天线结构的七糖叠氮化物进行糖基化,糖基化后结构中的氨基与异硫氰酸盐连接,利于配体与牛血清白蛋白(BSA)的结合。长有Ehrlich实体瘤的ddY小鼠的器官分布结果显示,除了肝、肾和脾脏外,其他器官摄取率较低,并且α2,6唾液酸化的糖蛋白比α2,3-唾液酸化的糖蛋白血清清除速度更快。BSA经过多种新型L海藻糖衍生物糖类修饰后用作蛋白质载体,肝内肿瘤细胞的靶向性明显优于肝细胞或Kuper细胞[8]。随后Andre等[9]继续研究了在双天线N-聚糖结构中引入G1cNAc,研究了带有G1cNAc的N-聚糖与受体之间的亲和力变化。结果显示末端连接半乳糖的N-聚糖在小鼠体内肝脏和脾脏内摄取最高。上述结果证明了调整聚糖结构是优化蛋白质-糖类相互作用的极有前途的方法。

    Yeeprae等[10]采用甘露糖和海藻糖化的乳液作为亲脂性药物和(或)多肽载体,研究了小鼠体内肝非实质细胞特异性靶向体系体内分布行为和药动学特点。甘露糖(海藻糖)乳液的组分由大豆油、卵磷脂PC和甘露糖C4胆固醇(或海藻糖C4胆固醇)组成,比例为70∶25∶5。通过静脉给药,这两种糖基化的乳液被快速从血液循环中清除,优先被肝脏吸收,而空白对照乳液则仍在血液中循环。肝脏对甘露糖和海藻糖乳液的摄取清除率分别是空白乳液的3.3和4.0倍,肝脏对海藻糖乳液的摄取清除率明显高于甘露糖乳液。另外肝非实质细胞和实质细胞对空白乳液、甘露糖乳液和海藻糖乳液的摄取比率分别为0.4、2.0和2.9。因而甘露糖和海藻糖化的乳液是受体介导的多肽药物非实质细胞特异性靶向的良好载体。

    聚L赖氨酸、聚L(γ)谷氨酸和聚L鸟氨酸均可进行糖基化,用作基因和其他药物的载体。糖基化的聚L赖氨酸体系的基因治疗给药系统比蛋白质-聚赖氨酸偶联物具有更明显的优势,因为其中的蛋白质作为靶向配体,在制备过程中会形成无用的不溶性聚合物。研究表明乳糖和半乳糖化的聚L赖氨酸能提高已知质粒对人肝癌细胞的靶向功能和表达水平[12];甘露糖化的聚L赖氨酸/基因复合物粒径为220 nm,采用静脉注射入小鼠体内后,质粒中的放射性快速下降,大部分主要集中在肝内非实质细胞中,肾、肺和脾脏内的放射性非常低;小鼠肝内药量可达总量的80%以上,该体系可用于提高肝内氯霉素转乙酰酶水平[11]。

    Hashida等[12]采用2亚氨基2甲氧基乙基硫代半乳糖苷对带有乙二胺(ED)间隔臂的聚L谷氨酸(PLGA)进行糖基化,与前列腺素E(1)[PGE(1)]聚合物前药偶联,静脉注射入小鼠体内。结果表明GalEDPLGA通过受体介导的内吞作用被肝实质细胞选择性吸收,肝脏的靶向效率高,但药物的释放较少。随后制备了半乳糖化的聚L谷氨酸酰肼(GalHZPLGA),与前列腺素偶联后,偶联物PGE(1)GalHZPLGA快速聚集到肝实质细胞中,并有效抑制了GPT在质粒中的升高。表明聚L谷氨酸半乳糖糖基化与药物偶联是有效靶向肝脏的极有潜力的载药体系。另外采用聚γ谷氨酸和聚丙交酯制备的共聚物与氨基半乳糖相偶联可以有效抑制HepG2肝癌细胞增长活性,并能缩小肿瘤尺寸[13]。因而聚 L(γ)谷氨酸糖基化是实现肝肿瘤细胞靶向的有效方法。

    阳离子型聚合物聚L鸟氨酸(pOrn)先经过半乳糖修饰,再经过缩氨酸(肽)mHA2修饰,得到GalpOrnmHA2。该物质与唾液酸糖蛋白受体细胞相作用时,荧光标记的DNA表现出扩散状态,表明DNA从载体中释放。小鼠静脉注射后,60%的放射性聚集在肝脏内,主要聚集在肝实质细胞。作为载体荧光酶的基因表达比DNA/DOTMA:胆固醇脂质体(常用作未糖化的脂质体标准)体系高出280倍。由此得到的肝实质细胞内的荧光酶的活性占到所测得的整个组织活性的95%[14]。因此体内肝实质细胞的基因表达可通过多功能载体与DNA复合而得以实现。

 2.2  糖修饰粒子给药体系

    粒子给药体系是以分子自组装为药物载体,不需要共价偶联到粒子组分上。药物包入载体内使药物与环境隔开。与大分子偶联物相比,提供了更高度地保护,并可防止酶失活。粒子载体可以是脂质体、聚合物纳米粒子和共聚物胶束。细胞的糖衣通常含有高比率多糖,研究人员利用这一点将药物载体与糖类偶联,制成微粒形式进入人体,不但能提高细胞靶向的特异性,还可以防止生物环境引起的压力变化,并能有效阻止生物敏感物质的降解[15]。

    脂质体是目前粒子载体中常用的一种多功能定向药物载体。 由于2000年以前脂质体给药体系的主动靶向研究主要是细胞的体外靶向, 未能实现细胞真正意义上的体内主动靶向, 因而近几年来研究人员尝试采用糖类修饰脂质体增进与靶细胞之间的相互作用成为脂质体表面修饰的研究重点之一[16]。

    文献报道可以修饰脂质体的糖类有:半乳糖、壳聚糖、甘露聚糖、胶淀粉、支链淀粉和葡萄聚糖(天然形式或载体偶联物形式结合)。其中又以多糖的研究更为广泛。由于部分多糖本身具有生物效应,一旦制成偶联物形式后,更具有靶向性,当锚定到适当给药系统后,可实现有效的主动靶向,见表1。表1  文献报道的不同糖类体系及其治疗意义 Matsukawa等[20]采用多糖胆甾醇衍生物与1氨基乳糖化学修饰脂质体,对传统脂质体、胆甾醇支链淀粉修饰的脂质体(CHP)和乳糖(乳糖CHP)在四种癌细胞(两种人肝癌细胞系(HUH7和Alexander)、结肠癌细胞系(FCC)和肺癌细胞系(KNS))中

    的摄取情况进行了对比研究。培养3小时后,乳糖CHP的放射活性分别是HuH7、Alexander、FCC和KNS细胞中CHP的4.4、4、3.4和4.4倍。而在肝细胞中未见显著性差异。因此,癌细胞对乳糖CHP脂质体具有较高的亲和力。

    2002年日本大阪大学眼科的Noboru等[19]成功研究出世界第一例糖链配体修饰纳米粒子给药体系(见图1),采用视网膜脉络炎小鼠作为炎症疾病的动物模型,实验证明利用血管内皮细胞上的凝集素可以实现具有炎症特征的各种疾病(如脑炎、视网膜脉络膜炎、肺炎、肝炎和关节炎等)给药治疗的主动靶向。他们计划将来采用该技术在癌症、基因和组织工程中实现给药体系的实际应用。

    图1  给药体系糖链配体修饰脂质体纳米粒子的制备方法

    Garg等18研究了半乳糖修饰脂质体体外靶向凝集素受体,减少补血药毒性,增强细胞摄取和改变半乳糖化脂质体装载的叠氮胸苷的药动学。通过半乳糖和棕榈酰氯的酯化作用,制备了O棕榈酰半乳糖。通过半乳糖和蓖麻凝集素结合作为测定体外配体结合能力的模型,研究了肺泡巨噬细胞对药物的摄取。结果表明细胞摄取的半乳糖化脂质体最多,半乳糖化脂质体包裹的叠氮胸苷在10天后,未观察到血液毒性。半乳糖化脂质体有望用于AIDS6的治疗。Noboru等[27]采用共价化学合成方法制备了糖蛋白-脂质体偶联物用于主动靶向给药体系。制备的脂质体平均粒径为100nm,在4℃下长达几个月内稳定性良好。肿瘤和炎症组织的血管内皮细胞上表达的E-选择蛋白与糖蛋白-脂质体具有特异性结合,偶联物优先靶向实体瘤组织。

    糖类锚定脂质体用于治疗时,需要着重考虑的是糖类和双层膜的结合机制与方法,以及对双层膜产生的综合效果:渗透性、流动性和完整性。糖类锚定脂质体的亲和力和选择性是先决条件,决定能否实现体系的特异性靶向。涉及糖类介导的相互作用的脂质体研究已有大量报道,但是作为给药系统中糖类的特异性主动靶向尚未实现临床应用。不过对细胞表面的糖类区域的重要性的研究已推动了给药系统的发展

    3  结语

    主动靶向给药体系受到恶性肿瘤和其他疾病治疗的关注,人们一直在寻找无副作用的给药体系。糖类修饰药物载体可以保证给药体系低毒性,在生物环境和特异性区域中具有较高的物理化学稳定性,并能提高主动靶向器官和细胞的能力。靶向给药体系中,蛋白质、多肽和脂质体等给药体系与糖类及其复合物以共价或非共价的方式相偶联后,将使给药体系具有多功能性,能够充分发挥靶向制剂的优点。目前正在进行的临床实验表明它具有积极的临床活性,有望实现恶变组织器官的真正意义上的主动靶向。因此研究糖类及其复合物修饰药物载体具有重要意义,是实现疾病有效控制和治疗的极有潜力的方法之一。

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