白蛋白作为药物载体的特点

白蛋白作为药物载体的特点,一、白蛋白的简介 二、来源（从什么物种，用什么方法提取） 三、白蛋白的结构分析四、白蛋白可以作为药物载体的机理五、几种药物的举例 六、研究的前景,白蛋白 （albumin,Alb）：别称为清蛋白，溶于水且遇热凝固的一种球形单纯蛋白，为含585个氨基酸残基的单链多肽，分子量为66458，分子中含17个二硫键，不含有糖的组分。,白蛋白（又称清蛋白）是由肝实质细胞合成，在血浆中的半寿期约为15-19天，是血浆中含量最多的蛋白质，占血浆总蛋白的40%-60%。白蛋白是属于球蛋白的一种蛋白质。在人体内它最重要的作用是维持胶体渗透压。人血白蛋白，系由健康人血浆经低温乙醇蛋白分离法提取，并经病毒灭活处理制成。人血白蛋白制剂不含任何抗体，不会增加机体免疫力。,生理作用,a:维持胶体渗透压:b:物质结合和转运c:协调血管内皮完整性d:保护血细胞，调节凝血e:不激活炎症反应f:器官保护g:其他：抗氧化，损伤修复等,白蛋白又称清蛋白。一类分子 较小,呈球状,能溶于水的蛋白质。主要存在于 哺乳动物、细菌、霉菌和植物中。卵白蛋白、乳白蛋白、血清白蛋白和麦清白蛋白、豆白蛋白等植物白蛋白都属此类。卵白蛋白包括卵清蛋白和伴清蛋白主要从卵白中提取乳白蛋白广泛存在于哺乳动物（牛、山羊、骆驼、马、荷兰猪、兔等）和人的乳汁中，是由乳腺腺泡上皮合成的特殊蛋白质。麦清蛋白和豆白蛋白等统称为植物性白蛋白从植物种子中提取血清白蛋白主要来源于动物血液,白蛋白提取工艺,结构,白蛋白的分子结构已于1975年阐明，为含585个氨基酸残基的单链多肽，分子量为66458，分子中含17个二硫键，不含有糖的组分。在体液pH7.4的环境中，白蛋白为负离子，每分子可以带有200个以上负电荷。它是血浆中很主要的载体，许多水溶性差的物质可以通过与白蛋白的结合而被运输。这些物质包括胆红素、长链脂肪酸（每分子可以结合4-6个分子）、胆汁酸盐、前列腺素、类固醇激素、金属离子（如Cu2+、Ni2+、Ca2+）药物（如阿司匹林、青霉素等）。,为什么白蛋白可以作为许多药物的载体？其机理何在？,它是内源性物质，不会产生毒性或免疫反应。同时具有良好的稳定性。白蛋白独特的空间结构可增加难溶性药物在血浆中的溶解度，显著降低药物毒性，且对于易氧化药物具有较好的保护作用。,、化学键偶联： 白蛋白具有很多活性氨基、羧基，应用白蛋白表面的活性基团与药物偶联，在体内酶的作用下链接的化学键缓慢断裂，可以实现缓释、提高药物溶解性、靶向等目的。以表面活性氨基可供结构修饰做较为详细的介绍:.共价偶联改变表面性质（如PEG修饰提高亲水性，避开巨噬细胞的吞噬）.结合细胞特异性受体（如半乳糖化修饰提高肝靶向性).叶酸修饰（提高对叶酸受体丰富的肿瘤细胞的靶向性）.免疫抗体欧联（抗体-抗原介导系统）.磁性化等措施实现药物的主动靶向性。,其中，赖氨酸残基是建立蛋白与药物间分子链接的重要官能团。,、物理包裹 白蛋白作为药物的物理包埋物时，可以起到：.保护药物不受外界环境影响。.提高药物的稳定性。 .制备合适粒径大小的纳米粒，依赖 EPR 效应实现靶向的目的。.药物从制剂中缓慢释放实现缓释。,、白蛋白修饰载体 将白蛋白与相应配体、抗体欧联作为药物载体，借助配体、抗体的作用实现靶向的目的。.偶联配体.偶联单抗.亲水/疏水修饰,优点总括：1.白蛋白是人体内源性物质（1）不会产生毒性或免疫反应；（2）具有良好的稳定性，不会因人体内环境的变化或免疫反应而变性或降解。,3D structure fromPDB,2.利用白蛋白独特的空间结构，以物理包裹或化学键偶联的方式将药物载入其中，（1）增加难溶性药物在血浆中的溶解度；（2）显著降低药物毒性；（3）对于易氧化药物具有较好的保护作用，可显著延长药物半衰期,TIFF image from PDB,3.白蛋白载药有被动靶向的作用。 药动学研究表明，白蛋白易被网状内皮系统吞噬而被动靶向于肝、肾、骨髓等器官。对白蛋白表面具有活性的氨基如赖氨酸,-氨基进行化学修饰，再偶联特异性抗体或配体，可达到主动靶向的目的。,缺点总括：,稳定性差，半衰期短，成本高，存在致敏性，生物利用度低，对酶敏感载药量有待提高靶向性需待增强。容易被被巨噬细胞吞噬掉。,Example,一物理形式结合 药物载体（一）传统制备方法为去溶剂化- 化学交联法。将白蛋白水溶液与含药油相在合适的稳定剂下乳化形成乳粒，再加热或化学交联( 戊二醛变性) 使乳粒固化，最后采用过滤或离心的方法收集得到白蛋白微球或纳米粒。,1.张晓燕等用此法制得了稳定的多西他赛( 多西紫杉醇) 白蛋白纳米粒。显著提高了多西他赛在水相中的浓度。,2.郭莉媛等 5 采用该法制备了白藜芦醇白蛋白纳米粒，所得纳米粒呈球形，主要分布于400 500 nm。制成纳米粒后白藜芦醇的水溶性显著改善，溶解度较原药提高了12 倍。（可以提高原药的水溶性，增加药在水相中的浓中）,（二）新型白蛋白纳米粒制备技术不改变白蛋白结构的前提下，将药物载入其中，以提高制品稳定性。,例：紫杉醇- 白蛋白纳米粒( nab-paclitaxel，Abraxane) 是第一个应用白蛋白纳米粒技术的上市药物，该制剂利用了肿瘤细胞摄取营养物质的途径，将白蛋白传送的营养物质替换为抗肿瘤药紫杉醇。A.避免了表面活性剂( 如聚氧乙烯蓖麻油) 的使用，减少了由此带来的过敏反应B.使药物富集于肿瘤病灶部位。（很多学者用nab-paclitaxel对部分癌症进行临床检验，从二期临床研究看来，紫杉醇-白蛋白纳米粒有：良好的药效且毒性可耐受，不良反应可控。）,二化学偶联方式 白蛋白化药物应用白蛋白表面的活性基团与药物偶联，确保白蛋白的理化性质不变，从而得到结构和性质保存完好的药物偶联白蛋白。,1. 甲氨蝶呤(MTX) -HSA 结合物是将MTX 与HSA 的赖氨酸基团直接偶合而制成。Devineni 等人先以N- 羟基琥珀酰亚胺和2,2- 二环己基碳二亚胺处理MTX 得到甲氨蝶呤活性酯，然后与HSA 交联。优势：这样不仅HSA 能连接数目较多的药物分子，且结合物性质稳定，能保持较好的水溶性。,2. Hickstein 等人为了避免MTX 作为免疫抑制剂使用时对胃肠道和骨髓细胞的严重不良反应，将MTX 与HSA 偶联制成MTX-HSA。由于增殖性淋巴细胞以摄取白蛋白为能量，因此期望MTX-HSA可快速靶向到该细胞来抑制免疫作用。优势：避免原药不良反应；快速靶向到靶点，起作用,3.Fiehn 等人通过胶原诱导关节炎( collageninducedarthritis，CIA) 的小鼠模型研究了MTX 与MTX-HSA 的疗效。结果表明，两者如要达到相同的疗效，MTX-HSA 的给药量仅为MTX 的20。且在治疗后期，仅MTX-HSA 组显示有效。优势：这说明HSA 与MTX 偶合物显著优于MTX，提示HSA 是一种有效且长效的药物载体材料。缺陷：氨甲喋呤是不等量地与白蛋白分子结合，因为白蛋白上赖氨酸残基众多，只是反应的平均结合比例为1:1，因此这一偶联物的化学结构并不清楚，其分解速率，分解产物也尚不明确。,4. HSA/IFN-融合蛋白（Albuferon-）Albuferon-的研发主要是针对慢性丙型肝炎（CHC）治疗Albuferon-是将HSA同IFN-a-2b的N端融合制备而成，融合HSA后的IFN-a-2b的二级和三级蛋白质结构保持完好，依然具有同受体IFNARl和IFNAR2有效结合的活性，可激活信号转导从而抑制病毒复制,优点：由于融合HSA后药物半衰期的延长，Albuferon-可24周间隔应用，这将更有利于提高治疗的依从性，并防止对合并应用的抗病毒药物(如蛋白酶抑制剂)产生耐药性。缺点：虽然融合HSA的蛋白质药物在体内的半衰期大大延长，但生物活性(ECso)均明显低降，所以在今后的研究中可以考虑通过设计连接HSA与药物蛋白的linker等途径以解决这个难题。,三白蛋白表面改性制备靶向给药制剂,细胞表面存在各种受体，利用配体与受体的特异性结合，使白蛋白纳米粒直接靶向细胞，从而改变纳米粒的生物分布。,From PPI,（一）叶酸(folate) 偶联,多种肿瘤( 卵巢癌、肺癌、乳腺癌、结肠直肠癌等) 细胞膜表面的叶酸受体活性和数量显著高于正常细胞，这为叶酸受体介导药物靶向于肿瘤细胞的研究奠定了基础。叶酸偶联白蛋白纳米粒是由叶酸和白蛋白表面活性基团在缩合剂的作用下偶联，然后将结合物与药物通过去溶剂法制得。例：刘海等人通过此法制得的白蛋白纳米粒进入小鼠体内优势：可靶向于肝癌细胞，提高药效。,（二）聚乙二醇(PEG) 化白蛋白,普通白蛋白纳米粒表面共价结合亲水性聚合物PEG，形成一层或多层保护性的亲水衣膜，改变微粒表面性质，阻碍调理素(opsonin) 的作用，从而避开巨噬细胞的吞噬。例：徐超等用单甲氧基聚乙二醇(mPEG) 对白蛋白纳米球进行表面修饰。优势：可躲避吞噬细胞的捕获和增加药物负载量。,（三）免疫抗体偶联,白蛋白纳米粒表面偶联抗体有助于实现其与肿瘤细胞的特异性结合，还能维持有效药物浓度，提高转染效率和转染产物的生物利用度。例：阚和平等人将抗人肝癌单克隆抗体HAb18 通过异型双功能交联剂与载多柔比星(ADR) 的人血清白蛋白纳米球HSA(ADR) -NS 偶联，制成的具有单抗活性的抗人肝癌免疫纳米球HAb18-HSA(ADR) -NS能与人肝癌细胞株SMMC-7721 特异性结合，其体外杀伤SMMC-7721 细胞的IC50 值(44.6 g/ml) 较HSA(ADR)-NS(345.5 g/ml) 及ADR(365.5g/ml)明显降低；人肝癌裸鼠模型显示肿瘤抑制率比HSA(ADR)-NS 及ADR 明显增强。,（四）表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)偶联,表皮生长因子受体( epidermal growth factorreceptor，EGFR) 参与激活一系列复杂的细胞信号转导途径，广泛表达于上皮细胞、间质及神经组织。在正常组织中调控细胞的生长、分裂、分化等重要生理过程，在异常情况下可引起癌变，许多恶性肿瘤可出现一种或几种EGFR 家族过表达和( 或) 突变，是肿瘤治疗的重要分子靶点。将肿瘤的分子靶向技术和白蛋白纳米技术结合起来，构建出一种新的具有靶向作用的纳米载体，是目前白蛋白制剂靶向的研究热点之一。,总结：白蛋白作为药物载体主要用于静脉注射途径给药，包埋的药物多为抗肿瘤药。 表面偶联单克隆抗体能使其获得一定的靶向性，但多数工作还停留在体外研究阶段。 总之，随着各方面研究的深入，以白蛋白为载体的注射给药系统在难溶