大黄酚纳米制剂研究进展
王 脉 乔春友 王银月 王 树
1 河北北方学院药学系，张家口，075000，中国
2 张家口市第一医院，张家口，075000，中国
随着对纳米领域的不断探索，纳米技术逐渐被应用于各行各业的研发与生产中。在生物医学领域中纳米技术解决了药物在给药过程中的一系列问题，如提高药物水溶性及药物靶向能力、提高治疗指数等问题［1］。为了进一步提高纳米制剂的理化性质，降低毒副作用，研究者们对纳米载体材料的研究也逐步增多。大黄酚有着丰富的药理作用，但由于其水溶性差、生物利用度低等问题，在基础研究及临床治疗中无法充分显示出其丰富优异的药理作用，因此多种大黄酚纳米制剂应运而生。本文对纳米制剂和大黄酚纳米制剂的研究进展综述如下。
纳米制剂是指由药物与纳米载体材料构成，能够在纳米层次上利用纳米载体材料特殊性来改变所载药物的药代动力学、药理学、药效学等方面的性质，从而显著改善临床疗效的纳米组装体。起到包载作用的载体材料一般包括三方面作用：①对所载药物的携带保护作用；
②帮助所载药物通过输送屏障到达病灶部位或作用细胞；
③降低药物或治疗过程中的毒副作用。所载药物包括小分子药物和多肽、蛋白质、核酸药物siRNA、mRNA、DNA 等大分子药物或有影像功能等起到诊断帮助的分子。以抗肿瘤药物为例，纳米制剂可有效改善传统小分子药物的药代动力学特性，并可利用肿瘤组织的增强渗透滞留效应（EPR 效应）［2］来实现肿瘤部位的富集［3］。
1.1 纳米制剂载体材料
目前用于纳米制剂的纳米载体材料主要包括：有机纳米材料、无机纳米材料、生物纳米材料、复合纳米材料等。
1.1.1 有机纳米材料
有机纳米材料又有脂质纳米材料与聚合物纳米材料两种，可以制成纳米脂质体、纳米胶束、纳米凝胶等纳米制剂。有机纳米材料制备的药物载体具有生物相容性高、药物包载性好、毒性低、靶向性好等优势。陈栋［4］等以Pluronic F127 为纳米制剂载体材料，Kartogenin 为包载药物制备纳米胶束，增加了Kartogenin 的水溶解度，证明了Kartogenin-Pluronic F127 胶束可有效促进骨髓间充质干细胞的成骨分化。
1.1.2 无机纳米材料
无机纳米材料具有制备简单、形状和大小可控、易于改性等优点，其独特的光电性能赋予其成像、靶向传递和增效药物治疗等潜在功能。常见的无机纳米材料有碳纳米材料、钙纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、磁性纳米颗粒、金纳米颗粒等。余圣［5］等以高效氯氟氰菊酯（cyhalothrin，LC）为模型药物，通过物理吸附作用将LC 负载在中空介孔二氧化硅（HMSN）纳米粒中，通过酰胺化反应在HMSN 表面接枝羧甲基-β-环糊精（CM-β-CD）作为封堵分子，制备得到具有α-淀粉酶响应型菊酯/二氧化硅纳米粒（CM-β-CD/LC/HMSN）。
1.1.3 生物纳米材料
生物纳米材料有内源性天然纳米材料与仿生纳米材料两种，如DNA 纳米材料、脂蛋白等。Tang 等［6］以牛血清白蛋白为载体，制备紫杉醇-维生素E 白蛋白纳米粒（paclitaxel-VE nanoparticles，PTX-VE NPs），以提高乳腺癌的化疗效果。
1.1.4 复合纳米材料
利用有机纳米材料对复合纳米材料进行修饰或改性，以改善其物理、化学性质和代谢动力学，例如将无机金属纳米材料引入脂质或聚合物纳米材料中制备磁性剂。金哲浩［7］等采用薄膜分散法制备了磁性氧化铁纳米脂质体，增强了磁性氧化铁的成像效果。
1.2 纳米制剂存在的问题
纳米制剂研发就是为了解决传统药物在临床应用上的缺陷或者具有显著优于传统药物在临床治疗上的作用。目前，纳米药物制剂与传统药物制剂的区别主要在于改善药物性质，如提高难溶性药物的水溶性，改善原制剂的副作用（如改善阿霉素的心肌毒性）等。目前临床使用的纳米药物并未提高药物的临床治疗疗效，而主要是以降低了相应药物的毒副作用的临床优势而被批准进入临床，如多美素（1999 年美国国家食品与药品监督局正式批准的聚乙二醇化脂质体阿霉素）主要起到降低阿霉素对心脏毒性的作用，因此，纳米制剂目前存在最大的问题就是如何进一步提高纳米制剂的临床疗效。
进一步提高纳米制剂疗效的关键在于如何将包载药物高效递送到病灶部位或细胞。以静脉注射为例，静脉注射纳米制剂的药物递送过程是CAPIR 级联过程（血液循环circulation、C，肿瘤部位富集accumulation、A，肿瘤组织渗透penetration、P，到达肿瘤细胞并被内吞internalization、I，在细胞内释放出活性药物drug release、R）［8］。要想提高纳米制剂的疗效，需要提高有效到达肿瘤细胞内且具有药理活性的药物量，也就需要高效完成CAPIR 级联过程的每一步，因此提高纳米制剂疗效主要可通过以下三个方面：
1.2.1 纳米制剂的稳定性
药物在到达R 环节之前，药物分子必须稳定地包载于载体中，避免释放到血液循环系统或非靶器官中，到达R 环节后，纳米制剂载体解组装释放包载药物发挥药理作用。
1.2.2 纳米制剂载体的性质
在到达C、A 环节之前，纳米制剂载体表面需要具有减少纳米制剂与细胞或蛋白的相互作用的功能，使纳米药物能够有效躲避免疫系统的识别清除而获得长循环效能，使纳米制剂流经病灶部位时能有效通过EPR 作用外渗进入病灶部位［9］。达到目标位置后，需要将功能基团暴露在纳米颗粒表面，以黏附在细胞膜表面，从而改善纳米颗粒与细胞之间的相互作用，促进细胞内吞作用。
1.2.3 纳米制剂的粒径
纳米制剂粒径的尺寸不同对血液循环时间、病灶部位富集作用与渗透作用等都有较大影响［10-11］。早在2007 年，研究者发现较小尺寸（<30 nm）有利于纳米制剂在病灶部位中的渗透［12］；
2015 年另有研究表明较大尺寸的纳米制剂（30～100 nm）可使纳米制剂载体具有较长血液循环时间及富集作用［13］。
2.1 大黄酚药理作用研究进展
大黄酚（chrysophanol）是大黄、何首乌、虎杖的主要有效成分，化学名为 1，8-二羟基-3-甲基蒽醌（1，8-dihydroxy-3-methylanthraquinone），分子式为C15H10O4，相对分子量254.23，为金黄色六角形片晶（丙酮中结晶）或针状结晶（乙醇中结晶），含有多个羰基和羟基，同时又具有蒽醌类三环芳香结构（如Fig.1 所示），几乎不溶于水，易溶于沸乙醇、溶于苯、氯仿、乙醚、冰醋酸及丙酮等，极微溶于石油醚，具有丰富的药理作用，广泛应用于临床治疗和基础研究中。
Fig.1 The chemical structure of chrysophanol
大黄酚的药理作用有：①神经保护作用：刘伦［14］等在研究中用改良 Himori 法（暂时性阻断两侧颈总动脉法）构建小鼠脑缺血再灌注损伤模型，发现大黄酚具有显著增强缺血再灌注小鼠脑组织抗氧化能力，起到神经保护作用。②免疫保护作用：宋博翠［15］等建立环磷酰胺诱导免疫抑制小鼠模型发现大黄酚能够通过增强 T、B 淋巴细胞增殖来提高免疫抑制小鼠的脾脏指数和胸腺指数，上调血清中白细胞介素-2（interleukin-2，IL-2）和IL-4 水平，促进溶血素水平升高和抗体细胞生成，表明大黄酚对环磷酰胺诱导免疫抑制小鼠有显著的免疫保护作用。③抗结肠癌作用：代继源［16］等以体外培养结肠癌SW480 细胞和体内荷瘤裸鼠为研究对象，发现了大黄酚通过AMP 依赖的蛋白激酶（adenosine 5′-monophosphate（AMP）-activated protein kinase，AMPK）信号通路抑制结肠癌SW480 细胞的增殖、侵袭及荷瘤小鼠肿瘤形成。大黄酚还可通过线粒体途径抑制癌细胞增殖，减轻结肠癌HCT116 细胞移植瘤小鼠模型瘤体积并对肿瘤组织中Ki-67阳性细胞有抑制作用，下调抗凋亡基因B 淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）水平，提升半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9，3（caspase-9，3）活性以达到抗结肠癌作用［17］。④抗炎作用：朱培［18］等通过给小鼠腹腔注射脂多糖建立小鼠炎症模型，观察不同浓度的大黄酚对脂多糖诱导小鼠炎症模型肝组织和肺组织损伤的影响以及血清中炎症因子肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平，研究发现大黄酚能通过抑制巨噬细胞表达TNF-α水平从而有效改善脂多糖诱导的小鼠炎症模型中的炎症反应。⑤改善记忆认知能力的作用：大黄酚能通过活化磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，AKT）信号通路，升高海马组织内PI3K、Akt mRNA 蛋白水平来改善异氟烷诱导的小鼠记忆认知功能减退［19］。⑥缓解脓毒症引起的肺损伤作用：大黄酚可促进模型大鼠巨噬细胞向M2 型极化进而缓解脓毒症大鼠模型肺损伤，下调大鼠肺组织中半胱天冬酶（cleaved caspase-3、cleaved caspase-9）表达量，抑制NF-κB p65、ERK1/2 通路活性［20］。⑦降低血脂和血清胰岛素水平、减轻小鼠心肌损伤的作用：大黄酚可通过调节Sirt1/HMGB1/NF-κB 信号通路，上调自发性糖尿病小鼠沉默信息调节因子l（Sirt1），抑制CK 和LDH 活性，下调炎性细胞因子IL-1、mRNA 和IL-6 表达，降低血脂和血清胰岛素水平，减轻小鼠心肌损伤［21］。另有研究表明，大黄酚可成为预防与治疗新生大鼠心肌细胞表面肥大潜在候选化合物［22］。⑧大黄酚还具有降脂、保肝等药理作用：胡云芝［23］等发现，在高脂饮食诱导的幼龄大鼠非酒精性脂肪肝模型（NAFLD 模型）中伴随着肝脂肪变性、炎性细胞浸润、凋亡小体增多，经大黄酚干预，大鼠分解代谢基因PPARα 和CPT-1 的表达明显上调，脂质合成代谢基因ACC 与SPEBP-1c，炎症因子IL-1β与IL-6 水平明显降低。⑨抗肺癌作用：大黄酚呈剂量依赖性抑制人肺癌细胞系A549、H738 小鼠移植瘤模型细胞的增殖、迁移与侵袭，其机制与调节ROS/HIF-1a/VEGF 信号通路抑制CD31、CD34 的表达，增加胞内含量，并破坏细胞膜电位，下调血管生成素水平相关［24］。
2.2 大黄酚纳米制剂的研究进展
2.2.1 脂质体
脂质体，又称固体脂质纳米粒（solid lipid nanoparticles，SLN），以固态天然或合成的类脂如卵磷脂、三酰甘油等为载体，将药物包裹或夹嵌于类脂核中制成的固体胶粒给药系统，粒径一般在10～1 000 nm，是目前药物纳米制剂中研究最为广泛的纳米载体之一。卵磷脂在水中分散时，因其疏水作用可以弯曲自发形成封闭的囊泡结构，其内核为亲水相，可用于包载亲水性药物，形成的脂质双分子膜间为亲油相，可用于包载亲脂性药物。脂质体作为药物纳米制剂载体具有增加难溶药物的溶解度、减轻副作用与不良反应、提高药物疗效，减少药量、提高药物输送靶向性、延长药物在体内的循环时间、易于修饰等特点。随着脂质体纳米制剂的不断发展，一些由脂质体包载的药品已经被成功应用于临床，比如首个成功应用于临床的多柔比星脂质体［25］，随后又相继开发出了柔红霉素脂质体、紫杉醇脂质体等。脂质体可以说是在药物纳米制剂研究领域最成功的制剂，正因如此，许多关于大黄酚脂质体制剂的研究也在不断出现。
基于脂质体易于修饰的优势，庚丽丽［26］等采用薄膜超声分散法制备大黄酚脂质体，并使用两性物质CMCS 对其进行表面修饰，制得了稳定性好、粒径分布均匀、包封率高的大黄酚pH 敏感性脂质体，有效增加了大黄酚脂质体的主动靶向细胞的能力，可以提高大黄酚在靶向部位的蓄积量，其具有的pH 敏感性也可以根据体内pH 微环境使大黄酚在特定pH 的靶向部位释放。高宏敬［27］等采用薄膜超声法制备了以Fe3O4为载体的大黄酚磁性脂质体，磁性脂质体可以通过体外磁场效应起到引导大黄酚在体内的移动与定位，进而提高大黄酚的靶向性，能够降低大黄酚的刺激性。但由于脂质体储存稳定性差，且Fe3O4作为强极性的磁性金属颗粒，在放置一定时间后，易出现Fe3O4沉淀物。也有研究者［28］提出了改善大黄酚脂质体稳定性的方案，王立华等采用载体沉积法制备了大黄酚前体脂质体，该脂质体在使用前为固体粉末状，使用时将其溶于水中水合为脂质体混悬液。并且该大黄酚前体脂质体还可以做成片剂或胶囊剂，方便其运输和储存。该方案解决了大黄酚脂质体难以保存的问题，有效提高了大黄酚脂质体制剂的稳定性。虽然目前大黄酚脂质体制剂的研究已有一定进展，但也存在如急性过敏综合征［29］、保存稳定性差等一些弊端，因此对于大黄酚脂质体制剂的开发还要进一步深入研究。
2.2.2 纳米囊
纳米囊，又称微囊，属于微胶囊的范畴，微胶囊包含固体或液体药物，使用天然或人造合成高分子材料作为载体材料（胶囊壁）。一般来说，粒径在1～250 μm之间的称微囊，粒径在0.1～1 μm 之间的称亚微囊，粒径在10～100 nm 之间的称纳米囊。纳米囊的制备方法一般有喷雾干燥法、复凝法等，纳米囊较其他药物纳米制剂最大的优势在于减少了复方配伍禁忌，其最早面向的模型药物多以挥发油类为主［30］，如藿香挥发油等，在中药复方制剂研究相对缺乏的大背景下，纳米囊包载中药复方的能力具有着一定价值与意义。纳米囊还具有有效掩盖药物不良气味，降低药物的刺激性，提高药物的稳定性的特点，且具有缓释作用，但在大黄酚纳米囊制剂的研究上仍有不足。2011 年，严春临［31］等采用复凝法制备了大黄酚微囊，显著提高了大黄酚的稳定性，能够有效减少大黄酚对胃的刺激性，掩饰其苦味。该大黄酚微囊在人工肠液中的溶出度较好，但在水及人工胃液中的溶出效果不佳。2012 年，朱成琳［32］等采用界面聚合法制备出了大黄酚聚氰基丙烯酸丁酯纳米囊，该纳米囊在小鼠体内组织分布较好，在脑组织及肝组织分布具有靶向性，能很好地透过血脑脊液屏障来充分发挥作用，有效延长了大黄酚在体内的作用时间。由此可见，大黄酚纳米囊制剂的开发具有很大的潜力，但是其研究不够广泛，也不够深入，相比较大黄酚脂质体制剂的研究来说，其囊才的选择、纳米囊的制备工艺、质量评判水平上还比较欠缺，有待进一步探索。
2.2.3 包合物
包合物是一种有机晶体，通过包嵌于载体分子结构中形成的包合体，一般通过包合物中的静电作用力、疏水作用力、范德华力等相互作用结合被包载药物。包合物具有增加药物溶解度、液体药物固体化、降低药物刺激性等作用。包合物的制备方法有饱和溶液法、共研磨法、冷冻干燥法、电磁搅拌-喷雾干燥法和共沉淀法等方法，李红［33］等分别采用以上方法，以包封率、渗漏率和累积释放率为质量评价指标，对大黄酚-β-葡聚糖超分子复合物的制备方法进行了考察，研究表明最适合大黄酚-β-葡聚糖超分子复合物的制备方法为电磁搅拌-喷雾干燥法，其制得的大黄酚-β-葡聚糖超分子复合物具有较高的包封率和稳定性。吴振［34］等采用电磁搅拌-喷雾干燥法制备了大黄酚葡聚糖复合物，但就目前研究来说，在大黄酚葡聚糖复合物的形成过程中起到包合作用的功能性小分子研究未见报道，且形成的大黄酚葡聚糖包合结构及其特性的研究尚且不足。目前包合物的研究较广，但研究深度不够，包合作用具体机制尚不明确，且因其结构特点，在包载药物释放时，存在溶蚀性释放，导致释放药物过早，且存在一定竞争性释放特点［35］。
2.2.4 其他大黄酚纳米制剂
固体分散体的最大特点在于其制剂中间体的角色，它可以通过将药物固体化以便进一步被包载于各种纳米制剂中。固体分散体在溶解时使药物高度分散，通过增大药物溶出表面积来提高溶出速率与吸收速率［36］。韩刚［37］等以聚乙二醇6 000 为载体制备了大黄酚固体分散体，实验结果证明了大黄酚固体分散体能增加大黄酚的溶解度，改善大黄酚的溶出度。但目前未见有考察固体分散体粒径等其他条件的研究，无法判断是否具有能作为其他纳米制剂载体中间体的可能性。若大黄酚固体分散体能够作为其他纳米制剂的中间体，则可以进一步增加大黄酚的靶向性、矫味等作用，为大黄酚纳米制剂的研究提供一种新的思路。
纳米乳剂，也称为微乳剂，是霍尔和舒尔曼在1943年首次发现和报道的。粒径一般在1～100 nm 之间。纳米乳一般有：油包水型（W/O）、水包油型（O/W）和双连续型。李倩［38］等采用滴定法制备大黄游离蒽醌O/W 型纳米乳。纳米乳存在的问题不容忽视，其最主要的就是纳米乳稳定性低，不易储存。当中药单体成分包载于纳米乳内时，微小的载药乳滴使得药物粒子更易团聚，从而出现乳剂分层，乳滴凝聚、乳剂絮凝、乳滴变大、乳滴合并等现象。在目前研究中，针对中药成分纳米乳的不稳定性，有先固化后复溶解决方案，通过冷冻干燥、喷雾干燥等技术固化纳米乳，使用时再进行纳米乳粉末的复溶，该方案是改善纳米乳稳定性的热点研究方向，但对于复溶后纳米乳中药物疗效的研究考察较少，对该方案的完善研究还要进一步继续。
白蛋白纳米粒具有较其他纳米制剂更好的生物相容性、生物可降解、无免疫原性等特性。白蛋白通过其表面存在的多种药物结合位点与多种带电氨基酸以静电吸附作用结合药物。白蛋白表面的各种功能基团赋予其更好的靶向性和组织渗透性。白蛋白纳米粒制备方法有去溶剂法、自组装法、乳化法等，但乳化法中需要利用到有机溶剂或者交联剂，存在一定毒性问题，应用较少。辛娟［39］等制备了大黄酚白蛋白纳米粒，生物相容性较其他大黄酚制剂更好，安全性更强，且具有能够与机体血浆白蛋白快速交换的生物能力，提高生物利用度，但白蛋白造价过高，且虽然在一定程度上提高了大黄酚的水溶性，但在研究中体外溶出仍较缓慢，其脂溶性有待进一步改善。
大黄酚纳米制剂仍需面对诸多挑战。大黄酚对胃肠道有一定刺激性，生物利用度不高，市面上基本是以复方制剂的形式出现，然而复方制剂却无法完全发挥大黄酚的药效；
大黄酚属于脂溶性化合物，在水中溶解度极小，使用有机溶剂又会对人体造成一定的损伤。因此，所选择的纳米载体材料至少具有增溶性、增强生物利用度和无毒性的特点。大黄酚理化性质不稳定，极易氧化，在实验室纳米制剂的基础研究中，很难做到完全避光避氧。虽然目前大黄酚纳米制剂所面对的挑战较多，但随着研究的不断深入，相信大黄酚纳米制剂的研究将会取得更深入的突破。