纳米医药 第10章－纳米药物的药效学与药代动力学.doc

第10章 纳米药物的药效学与药代动力学众所周知，药效学（pharmacodynamics）和药物代谢动力学（pharmacokinetics）特征除与药物本身的化学结构、理化性质等有关外，药物剂型也是重要影响因素之一。因此应用新技术进行载药系统及药物新剂型的研究与开发，可以定向改变药物的效应及药代动力学特征，从而达到提高药物疗效、降低药物不良反应、减少药源性疾病、更好地满足临床需要的目的。纳米技术是21世纪科学技术发展的前沿技术之一，纳米技术应用于药物制剂研究得到的纳米药物与原药物相比，通过有效改变药物在制剂中的存在状态。其药物效应与体内处置过程均具有了许多新的特色。10.1概述纳米载药系统，包括聚合物纳米粒、脂质纳米粒、微乳、分子凝胶等，可以作为多种药物的有效输送载体，如抗癌药、抗病毒药、抗生素、多肽和蛋白质、核酸、疫苗以及诊断用药等，并且可制成注射剂、口服制剂、滴眼剂等多种剂型。自20世纪70年代中期药物纳米化技术开始出现后，越来越多的研究显示，纳米化使药物的药效与体内过程发生了很大变化。纳米载药系统可以使药物的药效增强，而不良反应减弱；可以使药物溶解度增加，粘附性提高，表面积增大，从而改善吸收，提高生物利用度；可以将药物被动靶向输送到肝、脾、肺、骨髓、淋巴等部位，或经修饰后达到主动靶向输送的目的，从而改变药物的体内分布，提高靶部位的药物浓度；可以调节药物的体内循环时间和控制药物分子的释放速度，达到缓释控释效果，使药物作用时间延长；可以防止生物技术药品、疫苗、核苷酸等在体内酶解失活，起到保护作用；除此之外还可以提高蛋白质和多肽类药物在消化道内的稳定性，用以建立一些新的给药途径。由于纳米载药系统可能赋于药物剂型许多新特征，纳米药物对药物的药效动力学和药代动力学的影响已引起医药界的高度重视。现有研究成果已充分显示纳米载药系统对新药的研发有重要的意义。10.2 纳米药物的药效学纳米颗粒作为药物载体，可以使药物浓集于靶部位，在增强药物疗效的同时，减小用药剂量，减轻药物不良反应。下面按药物种类介绍纳米药物的药效学。10.2.1 抗肿瘤药化学治疗（chemotherapy）是目前癌症治疗的主要手段之一。但抗肿瘤药往往在杀伤肿瘤细胞的同时也损伤正常细胞，不良反应较为严重，甚至不得不因此中断治疗而延误治疗时机。提高癌症化疗效果的重要措施之一是提高药物分布对癌组织的靶向性和降低药物的毒副作用，而纳米载药系统正有利于达到这一目的。研究表明，载带抗肿瘤药物的纳米颗粒能够有效提高肿瘤组织的药物浓度，延长药物作用时间，克服肿瘤组织耐药性，提高疗效，降低毒副作用。因此纳米载药系统用于输送抗肿瘤药物是其最有价值的应用之一。这方面的研究报道较早也较多。阿霉素（adriamycin, Adr）是临床常用的蒽环类抗恶性肿瘤药，具有抗癌谱广、活性强、疗效确切等优点，但由于对心脏及骨髓有较强的毒性作用，其临床应用受到限制。因此人们尝试采用纳米颗粒载带Adr，以期达到疗效增强、剂量减小而毒性作用降低的目的。80年代末期有人1制备了包封Adr的粒径270nm350nm的聚甲基丙烯酸酯（polyalkylmethacrylate，PAMA）纳米球（Adr-NS），并在体外以细胞生长抑制率和DNA合成抑制为观察指标，比较研究Adr-NS和游离型Adr（F-Adr）对单核癌细胞株U-937的抗肿瘤活性。结果表明，在Adr浓度为0.02gmL-1和0.04gmL-1条件下，Adr-NS的抗肿瘤细胞活性比F-Adr提高了3倍，两者90%生长抑制浓度分别为0.018gmL-1、0.051gmL-1。进一步研究发现，Adr-NS活性的增强依赖于细胞中纳米球的数目，而不是用药剂量，相同剂量时细胞中的纳米球密度越高，药物活性越强。另外纳米脂质体包载Adr也可提高药物疗效，降低毒性作用。有人2将Adr包封于二棕榈酸磷脂酰胆碱（DPPC）和大豆甾醇（soybean-derived sterol, SS）以及DPPC、SS和聚乙二醇（PEG）构成的两种脂质体（DPPC/SS和DPPC/SS/PEG脂质体）中，探讨二者经静脉注射（iv）对小鼠肝癌-22细胞（H22）和肉瘤-180（S180）的抗肿瘤活性。对H22腹水型肝癌小鼠，Adr脂质体治疗组与游离Adr组相比，小鼠存活时间明显延长，且DPPC/SS/PEG组的生命延长率（97.7%）显著高于DPPC/SS组（32.1%）；对S180实体瘤小鼠，DPPC/SS/PEG组平均瘤重和瘤体积明显小于对照组和DPPC/SS组。由此可见，修饰剂PEG在其中发挥了重要作用，这可能由于PEG在脂质体表面形成位阻层，以及PEG的极性基团提高了脂质体外膜的亲水性，从而影响网状内皮系统（reticuloendothelial system, RES）识别、结合和吞噬脂质体，延长血液循环时间和作用时间，增加药物在癌组织的聚集。实验中还发现，相同条件下接种S180后第7天给药的疗效优于第1天给药，这提示脂质体可能直接在生长的癌组织中释放药物，有效抑制癌组织增生。采用界面聚合法制备载有Adr的聚氰基丙烯酸正丁酯（polybutylcyanoacrylate, PBCA）纳米粒（Adr-NP），平均粒径93nm，载药量40.9%。移植性W256肝癌模型大鼠随机分为四组，分别经肝动脉灌注生理盐水（NS）、游离Adr（F-Adr）、游离Adr加空白纳米粒（Adr+NP）和Adr-NP。治疗7天后，F-Adr组和Adr+NP组与NS组相比，肿瘤生长显著减缓，生长率分别为1.883和1.896（NS组为31.550），二者无明显统计学差异，瘤细胞核分裂数减少，瘤组织以中、重度坏死为主，大鼠平均生存期显著延长，生命延长率为74.66%和61.03%；Adr-NP组则肿瘤生长率（1.106）又显著低于F-Adr和Adr+NP组，瘤组织以重度坏死为主，大鼠生命延长率为173.57%，表明Adr-NP经动脉给药用于大鼠移植性肝癌疗效肯定，对肿瘤的生长抑制明显优于游离Adr，肿瘤坏死更广泛、更彻底，且显著延长动物生存期。原因可能在于Adr-NP改变了药物的体内分布，使肿瘤组织的Adr浓度明显增高，并且大大减轻药物的心脏毒性3。另有研究证明4，Adr-NP在降低Adr心脏毒性的同时，对肝脏转移瘤的疗效也有所提高。接种网状细胞肉瘤M5076的CSTBL6小鼠给予Adr-NP后，癌细胞的转移数目较F-Adr组显著降低，小鼠成活率大大提高。此外，纳米药物还有助于克服瘤组织耐药性。多药耐药（multiple drug resistance, MDR）是导致肿瘤化疗失败的重要原因，它的产生与P-糖蛋白（P-glycoprotein, Pgp）的表达增加密切相关，因为Pgp能够将细胞内的药物泵至胞外，使细胞内药物浓度降低而无法有效杀伤肿瘤细胞。有研究发现5，Adr纳米粒对五种Adr耐药细胞株的半数致死量（LD50）较游离Adr明显下降，表明Adr纳米粒能够逆转细胞耐药性；另一项关于免疫纳米粒抗癌作用机制的研究6也显示，以抗人肝癌单克隆抗体HAb18为导向载体的Adr人体白蛋白(HSA)免疫纳米粒HAb18-Adr-HAS-NP，能够结合在人肝癌细胞SMMC-7721多药耐药株表面并内化，增强癌细胞对Adr的敏感性，使细胞耐药倍数比对游离Adr明显降低，说明HAb18-Adr-HAS-NP在一定程度上逆转MDR。纳米载药系统克服MDR的机制可能在于，纳米颗粒通过内化进入细胞，在胞内释药而杀伤MDR肿瘤细胞，避开了细胞膜表面Pgp的作用。米托蒽醌（mitoxantrone, DHAQ）是70年代末国外合成的蒽环类广谱抗癌药，其抗癌活性优于Adr，而心脏毒性小于Adr，对乳腺癌、白血病、何杰金氏病和原发性肝癌均有较好疗效。由于该药浓集于肝脏的速度较慢，故仍存在较大的全身毒性。以纳米载药系统输送DHAQ，可使其迅速浓集于肝脏，达到提高抗肝癌疗效和降低全身毒性的目的。包载DHAQ的PBCA纳米球，球径55.82nm，载药量51.03%。体内抗肝癌实验发现，DHAQ纳米球抗原位移植人肝癌瘤株LTNM4的效果明显优于游离DHAQ，二者抑瘤率分别为99.44%和67.49%，肿瘤细胞增殖活性阳性率分别为31.0%和76.0%7。Beck8等对DHAQ-PBCA纳米粒、DHAQ脂质体和DHAQ给小鼠静注后的抗癌活性进行比较，纳米粒和脂质体均能提高DHAQ活性，但又有所不同，脂质体明显延长P388白血病小鼠的存活时间，而纳米粒则使B16黑色素瘤体积显著缩小。阿克拉霉素A（aclacinomycin A, ACM）是一种由Streptomyces galilaeus培养液中提取的第二代蒽环类广谱抗癌抗生素。以聚氰基丙烯酸异丁酯（polyisobutylcyanoacrylate, PIBCA）为载体材料制备的ACM纳米粒（平均粒径76.85 nm，载药量48.76%），能够明显抑制体外培养的人肝癌细胞株7703生长，药物浓度0.8g/mL时克隆形成抑制率为90%，但与游离ACM相比，二者的抑制作用无显著差异；而体内实验时ACM纳米粒与ACM的抗癌活性明显不同，二者对原位移植人肝癌模型裸小鼠的抑瘤率分别为86.84%和46.69%，肿瘤细胞增殖活性阳性率分别为20.8%和72.5%，表明ACM纳米粒的体内抗肝癌活性优于ACM9。另有实验10以PBCA为囊材制备了ACM纳米囊，并测定LD50及其对S180肉瘤和P388白血病的疗效，结果表明ACM纳米囊降低了ACM毒性且抗癌活性提高。从紫杉树皮中分离得到的天然产物紫杉醇（taxol），是一种具有独特结构和独特作用机制的抗肿瘤药物，临床对多种癌症如卵巢癌、乳腺癌等有效，尤其对耐常规药物的肿瘤也取得较好疗效。然而taxol难溶于水，传统制剂中多采用聚氯乙酰蓖麻油和乙醇助溶，而这些赋形剂可引起过敏、血管刺激及心脏毒性等，因此需要改进taxol的剂型，增强其细胞毒活性，减轻毒副作用。将taxol包封于粒径50nm60nm的聚乙烯吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone, PVP）纳米粒，给予移植有B16F10鼠黑色素瘤的C57B1/6小鼠后，肿瘤体积明显减小，动物存活时间延长，taxol纳米粒的抗肿瘤活性明显强于等剂量的游离型taxol，提示taxol包封于聚合物纳米粒可以有效地提高其对实体瘤的临床疗效11。对taxol药质体的毒性研究表明，无论是腹腔还是静脉注射，其毒性均为taxol注射剂的1/10左右；药效学研究发现，taxol药质体与注射剂的疗效相当12。抗代谢类抗肿瘤药5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil, 5-Fu），临床主要用于胃、肠道恶性肿瘤和肝癌的治疗，但存在骨髓抑制、胃肠道反应、白细胞及血小板下降等毒性作用。研究发现13，以聚2-氰基丙烯酸正丁酯（polybutylcyanoacrylate, PBCA）为载体材料制备的5-Fu纳米囊，可以减小药物毒副作用，同时提高5-Fu的抗癌活性。例如5-Fu纳米囊和5-Fu对肉瘤S180的抑瘤率分别为68.3%和51.7%，对肝癌实体瘤的抑瘤率分别为89.8%和75.1%，治疗后的艾氏腹水瘤小鼠生命延长率分别为71.7%和33.6%，二者的抗癌疗效具有显著统计学差异。三尖杉酯碱（harringtonine, HT）是从榧属植物中提取的具有抗癌活性的生物碱，对非淋巴性白血病疗效较好，但不良反应重，具有抑制骨髓以及消化道反应等毒性作用。HT-BCA纳米囊给小鼠静注后，对肉瘤S180的抑制率明显高于游离HT组，并且急性毒性实验结果表明，HT-BCA纳米囊的LD50高于HT，可见纳米囊使HT疗效增强而毒性减小14。10.2.2 抗微生物药 很多微生物，包括多种致病菌、原虫、真菌、病毒等，可在宿主的吞噬细胞内生长和繁殖，并不断释放，造成感染的复发。抗生素进入细胞的能力较弱，因此大多数细胞内感染的治疗十分困难。以纳米载药系统输送药物则有利于治疗细胞内感染。 氨苄西林（ampicillin）的聚氰基丙烯酸异己酯（polyisohexylcyanoacrylate, PIHCA）纳米粒，平均粒径187nm，给感染沙门氏菌的C57BL/6小鼠注射用药后，观察其治疗效果。氨苄西林纳米粒0.8mg药物与原药32mg的抗菌活性相当，并且该组小鼠全部存活，而对照组和非纳米粒治疗组小鼠在感染后10天内全部死亡，表明氨苄西林纳米粒用于抗细胞内细菌感染作用显著。进一步体内分布实验表明，氨苄西林纳米粒治疗指数显著提高，是因为纳米粒注射进入体内后，药物主要浓集于肝脏和脾脏，而这些脏器正是该实验感染模型的主要感染部位15。采用乳化聚合法制备得到庆大霉素（gentamicin, GM）PBCA纳米粒，平均粒径63.39nm，载药量42.79%。以鼠伤寒沙门杆菌感染的C57BL/6j小鼠为细胞内感染的动物模型，以小鼠存活率和器官组织中的活菌计数为指标，对GM纳米粒的体内抗菌活性进行评价。结果发现，GM纳米粒组的剂量为2mgkg-1时，其存活率与GM溶液组20mg/kg时接近，也就是治疗指数提高了10倍；肝、脾、肾中活菌计数最低可降至GM溶液组的1/426、1/141和1/30,说明GM纳米球与原药相比明显提高了对伤寒沙门杆菌感染小鼠的治疗效果。原因可能是由于纳米粒具有明显的RES靶向性，可使肝、脾等组织中药物浓度提高，而RES正是一些细胞内生长菌感染的中心部位，另外纳米球粒可以促进细胞摄取，使胞内药物浓度大大增加16。两性霉素B（amphotericin B, AMPH-B）是一广谱抗真菌药，但其毒副作用尤其是中毒性肾损害较严重而使临床应用受到限制。将AMPH-B包裹于脂质纳米球则有利于疗效提高和毒性降低。以新型隐球菌为实验菌株，体外实验表明AMPH-B脂质纳米球的抑菌作用比AMPH-B强16倍。肺隐球菌疾病模型鼠体内实验发现，低剂量（0.8mgkg-1）治疗时，AMPH-B纳米球与AMPH-B作用相当；高剂量（2mgkg-1）用药时，AMPH-B纳米球组有30%小鼠存活期超过60天，而AMPH-B治疗组小鼠在接种隐球菌后6天内全部死亡，可见AMPH-B纳米球相比AMPH-B毒性明显降低。实验还证明，AMPH-B脂质纳米球抗烟曲霉菌、白色念珠菌的活性比AMPH-B更强，尤其在高剂量条件下。关于AMPH-B纳米球的肾损害有人作了进一步研究。体外细胞培养结果表明，AMPH-B纳米球对肾小管上皮细胞的损伤明显低于AMPH-B。鼠静脉输注AMPH-B 3 mgkg-1时，血清血液尿素和肌酐浓度明显升高，肾小管组织大量坏死，而给予同样剂量的AMPH-B纳米球则未观察到上述变化。由此可见AMPH-B脂质纳米球显著降低AMPH-B的中毒性肾损害作用17-19。在艾滋病（AIDS）的治疗中，RES的巨噬细胞是最重要的治疗靶细胞之一。除CD4+T细胞外的一些细胞都易被人类免疫缺陷病毒（HIV）感染。在肺、脑等组织中，HIV主要存在于类巨噬细胞中。除与AIDS的发病机理有关外，巨噬细胞还是HIV的转运工具，例如胎盘巨噬细胞很可能是HIV母婴传播的最主要细胞类型。因此要达到有效的抗HIV感染就必须把抗病毒药定向输送到巨噬细胞，使药物充分发挥作用，这一措施亦有利于减小剂量，降低毒性作用。Bender20等以聚氰基丙烯酸己酯（polyhexylcyanoacrylate, PHCA）为载体材料，采用乳化聚合法制备载HIV蛋白酶抑制药沙奎那韦（saquinavir）的纳米粒。以沙奎那韦水溶液为对照进行体外抗病毒活性实验，结果表明纳米粒组呈剂量依赖性地显著抑制HIV-1抗原的表达。在急性感染细胞，纳米粒组浓度为1nmolL-1时即表现很强的抗病毒活性，0.1nmolL-1时仍明显抑制抗原表达，而对照组药物浓度低于10nmolL-1时仅表现较弱活性；两制剂的IC50分别为0.39nmolL-1和4.23nmolL-1。由此可见，以纳米粒为药物载体可以增加进入单核巨噬细胞的药量，提高药物对HIV感染和AIDS的疗效。纳米载药系统还用于抗寄生虫药的研发。例如包虫病是一种严重危害人体健康的寄生虫病，分为囊性和泡状两种。囊性包虫病的70%和泡状包虫病的100%原发性病灶在肝脏。肝泡状包虫病有“类肝癌样”病灶之称。阿苯哒唑（albendazole）聚乳酸纳米粒给小鼠静脉注射6 mgkg-1抗肝包虫病的效果与口服游离阿苯哒唑1500 mgkg-1的治疗效果相当，并能显著减少寄生虫向外周转移。又如载有伯氨喹（primaquine）的PHCA纳米囊对体外巨噬细胞内的杜氏利什曼原虫的作用比游离伯氨喹的作用强21倍，作用机理主要是引起巨噬细胞的暴发性呼吸，增加过氧化氢（H2O2）的生成21。喷他脒（pentamidine）也是一种抗利什曼原虫药，将其载于PAMA纳米粒，并在BALB/c小鼠黑热病动物模型体内对其活性进行评价。结果发现，喷他脒纳米粒的半数有效量（ED50）为0.17mgkg-1（ED90为1 mgkg-1），而游离型药物的ED50为1.06 mgkg-1，并且其对寄生虫的最高抑制率只能达到60%，表明喷他脒纳米粒抗利什曼原虫的活性明显强于游离喷他脒22。由此可见，纳米药物为寄生虫病的化疗开辟了新途径。10.2.3 多肽和蛋白质药物随着基因工程和生物技术的发展，越来越多的多肽和蛋白质药物用于预防和治疗疾病。但该类药物口服应用时易被胃肠道蛋白酶降解而必须注射用药，且生物半衰期短、不易通过生物屏障。这些缺点使其临床应用受到很大限制。纳米给药系统具有独特的药物保护作用和控制释放特性，能在一定程度上克服上述缺点，从而使该类药物的实验药效学特征和临床疗效得以充分发挥。 纳米粒经注射给药可起到明显的缓释作用和药物保护作用。胰岛素（insulin, INS）是治疗糖尿病的首选药物之一，临床采用注射给药，但由于生物半衰期短，病人需接受长期频繁注射。Damge23等制备的INS聚氰基丙烯酸酯（polyalkylcyanoacrylate, PACA）纳米囊（平均粒径220nm）经皮下注射后，降血糖作用可持续12h24h，且维持时间呈剂量依赖性。以BCA为单体材料，采用乳化聚合法得到平均粒径101nm的INS纳米囊，给糖尿病大鼠单次皮下注射后，降糖作用明显，且随剂量增加作用增强，具有明显的剂量依赖性，药效最长可持续7天，而INS注射液降糖作用仅持续8h；3天给药一次的降糖作用可接近1天3次常规的用药疗效，表明INS纳米囊可以明显延长INS的降糖作用时间，药效优于相同剂量的INS注射液24。肿瘤坏死因子（TNF-）具有显著的抗肿瘤生物活性。为延长其半衰期，提高疗效和安全性，Li25等采用PEG-PHDCA（poly(methoxypolyethyleneglycol cyanoacrylate-co-n-hexadecyl cyanoacrylate)）为载体材料制备了包载rHuTNF- （recombinant human tumor necrosis factor-）的纳米粒，粒径150nm，包封率58.4%。在植有S180实体瘤小鼠体内，以游离型TNF-和载有rHuTNF-的PHDCA纳米粒为对照，对其抗肿瘤活性进行评价。结果发现，相同剂量时PEG-PHDCA纳米粒的抑瘤率高达78.3%，作用明显强于游离型TNF-和rHuTNF-的PHDCA纳米粒（二者抑瘤率分别为15.4%和33.9%），而且动物容易耐受，未出现明显体重减轻。该结果可能与rHuTNF-体内过程的改变有关。由于PEG的空间位阻效应，肿瘤血管通透性增加等因素，PEG-PHDCA纳米粒可明显延长rHuTNF-的半衰期（t1/2=7.42h），增加rHuTNF-在肿瘤组织的分布，从而使TNF-的抗肿瘤活性显著提高。更为重要的是，纳米载药系统有利提高多肽和蛋白质药物口服经消化道用药的生物利用度。例如INS-PACA纳米粒给糖尿病大鼠单次灌胃，两天后起效，血糖水平可降低50%60%，剂量为12.5Ukg-1、25Ukg-1和50Ukg-1时，降糖作用分别可维持6天、9天和20天，而相同剂量的游离型INS则不影响血糖水平23。Aboubraker26等制备的INS-PIBCA纳米粒口服后得到类似结果。原因可能与几个方面有关：纳米粒由于与肠粘膜的粘着性提高，因此持续性从胃输送到肠腔，并且随着载体材料的降解或溶蚀，INS自其中缓慢释放；纳米囊可保护INS免遭酶解，使INS以活性形式被吸收；纳米囊自门静脉进入肝脏，被Kupffer细胞所吞噬，随后的再分布过程则较缓慢，故降糖效应持续较久。促黄体生成激素释放激素（luteinizing hormone releasing hormone, LHRH）可以阻断睾丸酮的合成与分泌，目前主要的给药方式是静脉滴注和鼻腔喷雾。将LHRH制成LHRH纳米粒后，给Wistar雄性大鼠灌服14天，结果发现LHRH纳米粒组的大鼠精囊和前列腺的重量仅为LHRH组的50%，表明纳米粒载体使LHRH口服时的作用增强27。又如Vranckx28等制备的鲑鱼降钙素(salmon calcitonin, sCT)纳米囊，经大鼠灌胃后，绝对生物利用度高达40%，降血钙活性是同剂量静脉注射活性的45%。Sakurma29等也制备了降钙素纳米粒，并在相同剂量下与降钙素溶液进行比较，发现给大鼠灌胃后前者的降血钙作用明显强于后者，原因可能是纳米粒的保护作用和生物粘附性，使降钙素在胃肠道的稳定性提高，吸收增加。由此可见，纳米粒载药系统作为多肽和蛋白质药物的输送载体，尤其在口服给药方面，极具开发潜力。10.2.4 其它药物1眼科局部用药由于眼角膜皮层的亲脂结构及经常性泪液冲洗，常使眼局部用药消除半衰期较短，难以达到预期效果。理想的滴眼剂应使药物在眼局部均匀分布，并且较长时间滞留。眼局部用药的纳米载药系统具备这些特性，能使药物经角膜吸收增加，作用增强或延长，而非角膜吸收减少，副作用减轻。匹鲁卡品（pilocarpine）是治疗青光眼的重要药物。匹鲁卡品的普通滴眼剂必需经常滴而给患者带来不便。采用乳化聚合法制备了载有不同浓度（2%6%）匹鲁卡品的PBCA纳米粒（粒径100nm300nm），以药物水溶液为对照，给眼内压增高的家兔眼局部用药后，对眼无刺激性，瞳孔缩小，眼内压降低，作用维持时间比匹鲁卡品非纳米制剂显著延长，并且药物浓度越低，延长作用越明显；药动学研究发现，纳米粒能显著增加药物的药时曲线下面积（AUC），延长t1/2和减小消除速率常数（Ke），表明药效学的变化可能由药动学规律的改变而引起30。2炎性肠道疾病的局部用药炎性肠道疾病（inflammatory bowel disease）的一般治疗需要经常服用高剂量的抗炎药，这可能会导致药物经肠吸收而引起严重的不良反应。纳米粒载体可使药物靶向分布于炎症组织，从而药效增强，毒性作用降低。以咯利普兰（rolipram）为抗炎模型药，将其包载于聚乳酸聚乙醇酸（PLGA）纳米粒。用三硝基苯磺酸诱导大鼠炎性肠道疾病模型，分组分别灌胃咯利普兰纳米粒和咯利普兰溶液，每天1次连续服用5天，观察并比较两种制剂的疗效和副反应。结果发现，咯利普兰纳米粒与溶液具有相同的抗炎作用，临床行为评分和髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）活性均比用药前显著降低。停药后5天内，溶液组大鼠发生严重复发感染，不良反应指数高，而纳米粒组炎症反应继续减轻，不良反应指数明显降低。由此可见，该纳米粒载体能够使药物聚集于炎症组织，并停留一段时间。同时肠吸收减少，药物局部抗炎作用延长，而不良反应明显减轻31。3抗氧化药最近有报道32，采用界面缩聚法将艾地苯醌（idebenone）载于吐温80包衣的聚氰基丙烯酸乙酯（polyethyl-2-cyanoacrylate，PECA）纳米囊后，能有效抑制马来酸二乙酯（diethylmaleate）和H2O2引起的人纤维母细胞的氧化性损伤，并且作用明显强于游离型药物，说明吐温80包衣的PECA纳米囊使艾地苯醌的抗氧化作用增强。硒作为人体必需的微量元素，是谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）的必需成分。一般认为单质硒几乎没有生物活性，而纳米硒（一种经蛋白介导转化而成的纳米级无定形硒，是对热性能稳定的红色单体）经研究发现，可以降低连续注射D-半乳糖引起的小鼠体内自由基的升高，抑制小鼠免疫功能的失衡，可见纳米硒有一定的生物利用率和生物功效，对D-半乳糖引起的小鼠免疫失衡和氧化损伤具有保护作用33。碳原子在单体状态几乎无生物学效应，但由60个碳原子形成的纳米级C60则有抗氧化、抗衰老和细胞保护作用。10.3 纳米药物的代谢动力学 众多研究表明，纳米粒作为药物载体可使药物的代谢动力学规律发生改变，而且许多纳米药物的药效学变化正是由于这种体内处置过程的变化而引起，因此研究和认识纳米药物的代谢动力学特征，将有助于阐明其作用机制和设计符合要求的纳米制剂。10.3.1 改善吸收和生物利用度 1纳米药物经肠吸收吸收是指药物自用药部位进入血液循环的过程，多数药物通过被动转运吸收，少数药物经主动转运吸收。吸收过程受到药物自身的性质、剂型等多种因素的影响。药物吸收进入血液循环的相对量和速度愈高，即生物利用度提高，才有可能达到药物发挥疗效所需的血药浓度。然而许多药物由于难溶解、不稳定或极性高等因素而吸收少，生物利用度极低，只能制备成注射剂型经注射方式应用。纳米药物由于粒径小，表面积大，与生物膜的粘着性提高，且对药物具有保护作用，因此有利于增加药物与肠壁的接触面积，延长接触时间，保持药物活性，有利于不稳定或不能吸收的药物经肠粘膜吸收进入体循环增加，从而提高药物的生物利用度。碘油（lipiodol）：以制备的PACA碘油纳米囊（粒径甘草酸（1%）脱氧胆酸（0.5%）-环糊精（1%）胆酸（0.5%）；以降糖作用维持时间为指标进行排序：甘草酸（166h56h）癸酸（72h）脱氧胆酸（66h6h）无促进剂（64h16h）-环糊精（31h17.5h）胆酸（22h5.7h）。因此，癸酸和甘草酸可以作为纳米粒口服吸收促进剂。 （3）生理因素Seifert等47研究了年龄对聚苯乙烯纳米粒吸收的影响，结果幼鼠（68周龄）吸收较少，青年鼠（5月龄）吸收程度大幅度提高，老龄鼠（9月龄）则吸收有所下降。食物可能提高纳米粒的吸收率，因为胃肠道内食物有利药物在肠道的存留时间延长。10.3.2 纳米药物的靶向分布长期以来，人们一直努力寻求有效办法，使药物能够高选择性分布于其作用靶部位，以增强疗效，降低药物不良反应。药学工作者在此领域已进行了大量的尝试，获得许多药物靶向输送的方法，包括化学方法、生物方法以及物理化学方法。例如，对活性药物进行结构修饰得到的前体药物，浓集于靶部位并代谢为活性化合物。明确辨别靶组织和非靶组织对前体药物是非常重要的，有一些就是利用靶组织病理生理条件（如pH值，酶含量等）的不同来识别，然而许多情况下有效地辨别并非易事。 纳米技术在药学领域的应用使药物靶向输送研究获得突破性进展。载药纳米颗粒在体内可通过被动靶向、主动靶向、物理靶向等方式高选择性分布于特定的器官、组织、细胞，甚至细胞内结构，改变原型药物的体内分布特征。1被动靶向 纳米粒进入血液循环后，主要被网状内皮系统（RES）吞噬而被动靶向于RES。RES包括肝、脾、肺和骨髓等组织，具有丰富的吞噬细胞，这些细胞广泛分布于体内，或固定于局部组织，或在周身组织内游动，在清除血管中粒状异物方面发挥着主要作用。纳米粒进入循环后经调理作用（opsonization），即被血浆蛋白、糖蛋白等多种成分吸附，进而被RES，特别是肝脏的Kupffer细胞特异识别并作为异物而吞噬。 纳米粒被捕获吞噬的过程受到粒子的粒径大小和表面性质的影响。当粒径足够小（100nm150nm），表面带疏水基团时，纳米粒可很快自血液清除，而当颗粒表面带亲水基团时，则被Kupffer细胞摄取的过程延缓。另外，粒径大小不同，纳米粒在体内的选择性分布亦不同。在静脉给药后，一般粒径小于50nm的微粒可透过肝内皮细胞，通过淋巴循环到达脾、骨髓及肿瘤组织等处；100nm200nm之间的微粒被RES的吞噬细胞内吞，进入肝星形细胞，主要分布于肝、脾中，也有少量被骨髓吸收；大于1000nm的微粒则被第一毛细血管网摄取，或被肺内毛细血管机械性截留而被动靶向于肺48。 纳米粒的被动靶向作用对与RES有关的疾病的治疗非常有益。乙型肝炎的预防和治疗一直是医药界的难题。核苷类药物被证实对乙肝病毒有效，但疗效不理想，且肾毒性大。原因在于乙肝病毒核心抗原位于肝细胞内，核苷类药物必须进入肝细胞，并经胸腺嘧啶核苷激酶催化三磷酸化后方能显效，而该类药物肝脏分布少，不易透过肝细胞，不能达到抑制病毒复制的有效浓度。张志荣等49，50采用乳化聚合法制备了万乃洛韦（valaciclovir, VACV）PBCA纳米粒，平均粒径104.77nm。经小鼠尾静脉注射后15min，即有74.49%集中在肝脏，是VACV水针剂24.92%分布量的2.99倍；VACV-PBCA纳米粒肾脏分布量为9.36%，而VACA水针剂肾脏分布量高达51.15%，提示PBCA纳米粒肾脏分布量明显降低，呈现良好的肝靶向性。进一步体外肝细胞摄取实验发现，在相同剂量，相同培养时间条件下，肝细胞对VACV-PBCA纳米粒的摄取量比对VACV高数倍，表明纳米粒使VACV对肝细胞的通透性增强。由此提示，PBCA纳米粒对提高VACV对病毒性乙型肝炎的治疗效果和降低其肾毒性有重要意义。巨噬细胞在艾滋病（AIDS）的免疫发病机理中扮演重要角色。将抗病毒药定向输送到巨噬细胞，能使药物充分发挥作用，从而减小剂量，降低毒性作用。给大鼠静脉注射载有齐多夫定（azidothymidine, AZT）的纳米粒后，RES器官的药物浓度比对照组（AZT水溶液）高18倍，口服时同样能提高RES的AZT浓度51。 提高化疗药物对肿瘤的靶向性非常重要。纳米载药系统有利于化疗药物靶向分布于肿瘤组织。有报道52将载有阿霉素（Adr）的PBCA纳米粒（Adr-NP）和游离Adr（F-Adr）给荷肝肿瘤大鼠经肝动脉灌注用药，比较二者体内的分布情况。结果给药后1h、5h、15h，Adr-NP组大鼠肝肿瘤、肝、脾组织中药物浓度均显著高于F-Adr组，而血浆、心、肺中Adr浓度显著降低；以药后1h的数据计算，Adr-NP相比F-Adr在肝肿瘤、肝及脾组织的药物靶向指数（drug targeting index, DTI，公式DTI=CtNP/CtF，CtNP：给予Adr-NP后t时刻i器官药物浓度，CtF：给予F-Adr后t时刻i器官药物浓度）分别为9.175，8.158和6.393；以血浆为非靶器官计算，选择性指数（drug selection index, DSI，公式DSI=Ct靶/Ct非靶，Ct靶：t时刻靶器官药物浓度，Ct非靶：t时刻非靶器官药物浓度）分别为53.758，39.904和22.508。Adr-NP组中，给药后1h，5h肝肿瘤药物浓度最高，而15h时肝脏Adr浓度最高，各时间点均以心脏药浓最低，且均显著低于F-Adr组，表明Adr-NP经肝动脉给药后改变了Adr的体内分布特征，对肝肿瘤、肝、脾表现出明显的靶向性，而心脏的药物分布明显减少。蒋学华等53以PIBCA为载体材料制备的阿柔比星A（aclarubicin A, ACRA）纳米粒，给小鼠尾静脉注射或灌胃时均具有肝靶向作用，并且灌胃时靶器官生物利用度高达76.01%。氟尿嘧啶（5-Fu）药质体给予动物后，药物主要浓集于肝脏，血药浓度较低，而5-Fu水针剂组，肝脏的药物浓度较低，说明该药质体亦具有良好肝靶向性。另外，有人54发现温度和粒径可以影响纳米粒子向肿瘤组织输送药物的效率。在移植人SKOV-3卵巢癌的小鼠体内，100nm、200nm和400nm的脂质体于34时均未能从血管外渗进入肿瘤组织间隙，因为此时瘤体血管内皮孔隙仅有7 nm100nm；当温度高至42时，内皮孔隙直径增加（超过400nm），三种粒径的脂质体均可扩散进入瘤组织间隙，并且扩散程度与粒径呈反比关系，粒径越小，扩散程度越高。最为重要的是，在正常组织的血管，高温并不使脂质体外渗增加。由此可见，联合使用热疗能够提高脂质体对肿瘤组织的选择性，有利于增强药物疗效。关于高温诱导脂质体外渗的机制可能为：温度升高时，癌组织血管内皮细胞由于应激反应而发生收缩，这种形态学的改变可能由细胞骨架的分解造成，随后细胞间隙变宽，较大的粒子即可穿过血管内皮进入外周组织。 骨髓也是RES的一部分，平均粒径70nm、载药量55.7%的柔红霉素（daunorubicin, DNR）PBCA纳米粒给小鼠尾静脉注射后，股骨内峰浓度比对照组（游离DNR）提高1.62倍，AUC提高4.87倍，总靶向效率从5.17%提高至24.19%55。2主动靶向 许多情况下，疾病的病灶部位并不在RES系统，药物需逃避RES的摄取而靶向分布于非RES器官，这可通过对粒子进行表面修饰以抑制RES对纳米粒的吞噬，延长体内循环时间，从而主动靶向于特定的器官、组织或细胞。喜树碱（camptothecin, CA）是从我国喜树中提取的有抗癌活性的生物碱。采用热融分散技术制备了CA固体脂质纳米粒（CN-SLN）并经Poloxamer188包衣，平均粒经为196.8nm。以CA溶液为对照，CA-SLN给小鼠静注后，药物在血液循环中的滞留时间明显延长，血液、心、脑等器官的靶向效率高于肝、脾等RES器官。原因在于Poloxamer188的亲水性和“立体位阻”作用，降低了血液中调理素（opsonin）在纳米粒表面的吸附，使RES对纳米粒的吞噬降低，延长其在血液中滞留时间，在非RES部位的靶向性增强，有一定主动靶向作用，有助于对淋巴癌和脑肿瘤等疾病的治疗，同时CA-SLN在肾脏的靶向效率较低，最高浓度低于CA溶液，因此CA-SLN可降低CA对肾脏的毒性作用56。CyA聚乳酸纳米粒经Brij78、Myrj53和Myrj59三种表面活性剂修饰后，经体外试验证明，可明显减少小鼠腹腔巨噬细胞的摄取57；0.1% Poloxamine 908修饰纳米粒则可使肝脏摄取从75%降至13%；用Poloxamer188包封聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA）纳米球，静注后30min，巨噬细胞的吞噬从85%降到38%；PEG修饰的纳米粒抗吞噬效果优于普洛沙姆；用乙二胺的非离子型聚氧乙烯聚氧丙烯共聚物包封粒径60nm的聚苯乙烯纳米球，经兔血液循环不被肝、脾、骨髓组织明显摄取。磁性纳米球作为药物载体在体外磁场作用下，通过磁性导航移向病变部位，可达到定向治疗目的，这对治疗离表皮比较近的疾病如乳腺癌、皮肤癌等具有独特的优越性。有人采用高性能磁性阿霉素（Adr）纳米粒治疗肝癌取得进展。将载带抗肿瘤药物Adr的纳米囊注射于移植肝肿瘤的鼠体内，结果发现磁性Adr白蛋白纳米粒聚集在鼠癌变部位，7天后，大部分癌细胞被抑制，外观上肿块消灭，表明磁性纳米囊对癌细胞具有高度靶向性，能选择性杀死癌细胞，而不损伤正常细胞，对移植性肝肿瘤疗效较好。纳米颗粒与单克隆抗体连接也是实现主动靶向行之有效的方法。有报道将单克隆抗体与脂质体结合制成免疫脂质体，使与淋巴转移癌的细胞特异性抗原结合，可以增强对肿瘤的淋巴靶向性，对于肿瘤淋巴转移的治疗具有更主动的运输药物和杀灭肿瘤细胞的作用。采用化学偶联法将抗人膀胱癌单克隆抗体分子偶联到Adr白蛋白纳米球上，制得具有癌细胞靶向性的免疫