靶向給藥大分子載體系統(tǒng)_關(guān)于生物分布中的藥動(dòng)學(xué)問題

1、靶向給藥大分子載體系統(tǒng):關(guān)于生物分布中的藥動(dòng)學(xué)問題T akakura Y et al摘要本文從藥動(dòng)學(xué)角度描述了大分子載體系統(tǒng)用于普通藥物、蛋白及基因藥物定位給藥的現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢。大分子載體系統(tǒng)在臨床應(yīng)用成功需要在全身、器官、細(xì)胞及亞細(xì)胞水平進(jìn)行深入的藥動(dòng)學(xué)研究。此外,生物化學(xué)、細(xì)胞及分子生物學(xué)、藥理學(xué)及藥動(dòng)學(xué)等多學(xué)科研究領(lǐng)域的共同進(jìn)步將加速大分子載體給藥系統(tǒng)的商品化進(jìn)程。關(guān)鍵詞大分子載體;藥代動(dòng)力學(xué);靶向;蛋白藥物;基因藥物鑒于大多數(shù)藥物存在一定的毒副作用,有效的治療方法必須可以將藥物選擇性地輸送至靶部位。一般認(rèn)為大多數(shù)常用藥物缺乏選擇性,這與其藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)緊密相關(guān),而體內(nèi)藥物行為由其理化性

2、質(zhì)及身體解剖學(xué)/生理學(xué)特點(diǎn)決定。大多數(shù)常用藥物分子量低,在體內(nèi)容易擴(kuò)散,導(dǎo)致相對平均的組織分布。在各種定位給藥方案中,由于大分子載體的理化及生物學(xué)性質(zhì)和功能千差萬別,因此它可作為一種強(qiáng)有力的工具。其理論基礎(chǔ)在于與載體結(jié)合的藥物體內(nèi)處置由載體性質(zhì)決定,因而與游離藥物有顯著不同。因此,了解大分子的藥動(dòng)學(xué)與其理化、生物學(xué)特性的關(guān)系非常重要。本文綜述了大分子載體系統(tǒng)(M CS靶向給藥的現(xiàn)狀及未來。藥物生物分布及藥動(dòng)學(xué)行為對靶向制劑的合理設(shè)計(jì)極為重要,因此,本文在全身、器官、細(xì)胞水平從藥動(dòng)學(xué)角度對普通藥物、蛋白及基因藥物M CS定位給藥進(jìn)行了探討。1藥物-大分子絡(luò)合物的設(shè)計(jì)選擇各種天然及合成大分子用作藥

3、物載體應(yīng)符合:載體(1生物相容;(2無毒性及抗原性;(3不在體內(nèi)蓄積;(4有足夠的功能基可用于化學(xué)固定;(5保留大分子的原有靶向特性;(6在到達(dá)作用部位前保持藥物的活性。根據(jù)藥物類別,可將藥物-大分子絡(luò)合物分為以下三類。1.1大分子前藥大多數(shù)小分子藥物及藥物-大分子交聯(lián)物屬于大分子前藥。除一些抗癌藥物大分子前藥本身具有藥理活性外,多數(shù)大分子前藥在酶解及化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為游離藥物后發(fā)揮作用。在大分子前藥設(shè)計(jì)時(shí),藥物應(yīng)當(dāng)(1藥理活性高以減少大分子用量;(2結(jié)合態(tài)化學(xué)穩(wěn)定;(3分子中有適宜的功能基團(tuán)用于化學(xué)固定。通常,藥物借助于各種交聯(lián)劑通過共價(jià)鍵與大分子中功能基或嵌與其分子骨架中的間隔基團(tuán)結(jié)合;(4藥

4、物與大分子間結(jié)合鍵應(yīng)以適當(dāng)速率斷裂釋放藥物。1.2蛋白-大分子交聯(lián)物大分子載體已經(jīng)用于蛋白藥物的化學(xué)修飾以改善其藥學(xué)、藥動(dòng)學(xué)及免疫學(xué)特性。與大分子前藥不同,蛋白與大分子結(jié)合物通常具有獨(dú)特的生物活性。經(jīng)大分子載體交聯(lián)偶而引起蛋白內(nèi)部構(gòu)型變化和/或產(chǎn)生空間位阻,阻礙其靠近靶分子表面,使藥物生物活性降低。因此,對于必須借助受體結(jié)合發(fā)揮治療作用的蛋白藥物,應(yīng)認(rèn)真考慮空間位阻可能產(chǎn)生的問題。除大分子交聯(lián)物外,用一些小功能單位如帶正或負(fù)電荷的基團(tuán),疏水基團(tuán)及糖基,對蛋白直接進(jìn)行化學(xué)修飾也能改變其理化及生物學(xué)特性。1.3基因藥物-大分子載體絡(luò)合物使用如重組DNA及反義低聚核苷酸已是基因治療中的新型治療方法。

5、為使這些基因藥物的治療取得成功,必須開發(fā)一種可將其傳遞至細(xì)胞內(nèi)靶部位的給藥系統(tǒng)。基因藥物通常是聚陰離子性DNA分子,膜通透性較低,易被核酸酶降解。選擇適當(dāng)?shù)拇蠓肿幼鳛檩d體可以克服這些問題,實(shí)現(xiàn)基因藥物的靶向治療。雖然大分子載體也可與低聚核苷酸通過共價(jià)鍵結(jié)合,但一般利用DNA與聚陽離子間靜電相互作用制備絡(luò)合物。通常雙功能大分子交聯(lián)物含有兩個(gè)組分,即聚陽離子與可靶向識別的大分子。前者可與DNA結(jié)合或中和其負(fù)電荷,后者可將交聯(lián)物導(dǎo)向靶細(xì)胞。一些靶向識別小單位如糖基可直接引入聚陽離子中。許多可與特定細(xì)胞表面受體作用的配體,如糖蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、胰島素、單克隆抗體已被用作靶向組分。聚-L-賴氨酸是絡(luò)合載體

6、最常用的聚陽離子。2靶向作用與大分子載體廣義上定位給藥可分為主動(dòng)及被動(dòng)靶向。被動(dòng)靶向利用藥物載體自然處置模式,由載體理化性質(zhì)及身體解剖及生理學(xué)性質(zhì)決定。主動(dòng)靶向則改變了藥物或載體的正常處置,直接導(dǎo)向特定細(xì)胞、器官或組織。目前,大量工作已集中于開發(fā)具有特殊識別能力的復(fù)雜的大分子載體。另外,Widder等定義了不同的靶向水平。一級、二級、三級靶向分別指選擇性導(dǎo)向特定器官或組織、靶細(xì)胞、細(xì)胞內(nèi)特定部位。3大分子在體內(nèi)的命運(yùn)3.1解剖學(xué)及生理因素毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成血液及間質(zhì)液間內(nèi)源性、外源性物質(zhì)交換的動(dòng)態(tài)界面。根據(jù)內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)微結(jié)構(gòu)及連續(xù)性,可將其分為三類:(1連續(xù)型毛細(xì)血管。大分子在這類血管中轉(zhuǎn)運(yùn)

7、途徑有胞飲囊及細(xì)胞間接合,大分子穿過內(nèi)皮細(xì)胞通道的轉(zhuǎn)運(yùn)可以忽視;(2有孔型毛細(xì)血管。大分子除以上述方式穿透這類血管內(nèi)皮屏障外,也可穿過管壁上孔洞,通常這些孔蓋有橫隔膜是關(guān)閉的,但腎小球毛細(xì)血管缺乏這些橫隔膜,大分子可輕易穿過這些孔洞(直徑2030 nm;(3非連續(xù)型毛細(xì)血管。這類血管僅分布于肝、脾及骨髓中,其特征為存在內(nèi)皮細(xì)胞裂隙,細(xì)胞間結(jié)合處的直徑為1001000nm,但不存在基底膜,不限制分子在血漿及間質(zhì)組織間傳遞。3.2大分子的一般藥動(dòng)學(xué)由于多數(shù)器官毛細(xì)血管對大分子通透性較差,給藥后瞬間大分子主要分布于血液循環(huán)中,腎臟對這些大分子處置起重要作用。大分子(M W70000的大分子前藥如絲裂

8、霉素C-葡聚糖前藥(M W70000,可以在腫瘤中高度蓄積并抑制S180肉瘤的生長。5.2聚陽離子介導(dǎo)的被動(dòng)靶向聚陽離子可通過靜電作用吸附于肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞表面,使用陽離子化大分子載體可直接被動(dòng)靶向給藥至肝臟。此外,腎臟也是攝取陽離子化大分子的重要器官,較大的大分子載體可從小管側(cè)達(dá)到腎靶向,而較小的大分子從腔及毛細(xì)管側(cè)實(shí)現(xiàn)腎靶向。還有一些陽離子化蛋白如陽離子化白蛋白及免疫球蛋白、組蛋白、抗生物素蛋白,可通過吸附介導(dǎo)的胞吞作用穿過腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞。盡管其絕對靶向效能較低,但這一方法可能有助于透過血腦屏障的靶向給藥治療,這一方法已用于肽類及低聚核苷酸藥物。5.3蛋白藥物在血液循環(huán)中的停留蛋白藥物的生物

9、半衰期極短,限制了其臨床應(yīng)用。藥物體內(nèi)消除除與蛋白水解降解、網(wǎng)狀內(nèi)皮攝取及受體介導(dǎo)的清除有關(guān)外,這些蛋白易從腎小球?yàn)V過是存在的主要問題。許多藥物如干擾素、白介素、腫瘤壞死因子的分子量為1000030000,將其與大分子載體結(jié)合后可有效減少其腎小球?yàn)V過,并延長血中停留時(shí)間,這對于血管內(nèi)靶向或?qū)π揎椇蟮牡鞍淄ㄍ感愿叩慕M織的靶向給藥是有益的。PEG是最常用的蛋白化學(xué)修飾劑,與PEG交聯(lián)的蛋白可因分子體積大、減少腎小球?yàn)V過并避免被RES識別攝取,使藥物血液消除減慢,并降低免疫抗原性,已有PEG-白介素2等的臨床應(yīng)用報(bào)道。6受體介導(dǎo)的主動(dòng)靶向可被靶細(xì)胞選擇性識別的大分子可用作主動(dòng)靶向的載體。配體-受體結(jié)

10、合是體內(nèi)特殊識別機(jī)制的典型例子。糖基化交聯(lián)物如天然糖蛋白及化學(xué)修飾的糖基化大分子被廣泛用作通過受體介導(dǎo)的胞吞作用的主動(dòng)靶向的配體,含有半乳糖及甘露糖殘基的大分子可分別靶向肝細(xì)胞及巨噬細(xì)胞。其中,在肝細(xì)胞表面的無唾液酸糖蛋白受體由于分布有限,親和力高,進(jìn)入配體細(xì)胞內(nèi)快,是引人注目的靶向給藥受體。由于原發(fā)的增殖惡性細(xì)胞轉(zhuǎn)鐵蛋白受體偏多,轉(zhuǎn)鐵蛋白被廣泛用作抗癌藥、蛋白及基因藥物對該細(xì)胞靶向的載體。葉酸-大分子共價(jià)交聯(lián)物作為抗癌藥物的載體體外快速抑制腫瘤細(xì)胞的生長,也可用作胞質(zhì)溶膠部分的靶向給藥。受體介導(dǎo)的主動(dòng)靶向的一個(gè)顯著特點(diǎn)是有大量方法用于基因藥物,這些方法的優(yōu)點(diǎn)僅在于受體可與DNA-配體絡(luò)合物有

11、效結(jié)合并進(jìn)入內(nèi)部,但用于該方法的大多數(shù)受體對細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞核給藥不夠理想。7受體介導(dǎo)的靶向大分子載體的藥動(dòng)學(xué)藥動(dòng)學(xué)方面的考慮對實(shí)現(xiàn)通過受體介導(dǎo)的胞吞作用的體內(nèi)主動(dòng)靶向給藥非常重要。但對除少數(shù)藥物、蛋白、低聚核苷酸、基因大分子載體外,其他的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)的了解還很少。在器官水平的主動(dòng)靶向效能也可用清除率來評價(jià)。各種分子量的蛋白、羧甲基葡聚糖及聚-L-谷氨酸經(jīng)半乳糖基修飾后,都在不同程度上增加肝臟的攝取,較大蛋白如牛血清白蛋白、免疫球蛋白G的清除幾乎與理論最大值一致(85000L Lh-1,小鼠肝血流速度,這一糖基化優(yōu)點(diǎn)在于大分子凈電荷不被改變。被動(dòng)靶向在很大范圍內(nèi)與給藥劑量成線性關(guān)系,而通過受體介導(dǎo)的

12、胞吞作用的主動(dòng)靶向是一種飽和及非線性過程,因而選擇給藥劑量非常重要。在低給藥劑量水平,大分子糖蛋白衍生物在肝臟蓄積可達(dá)給藥劑量的70%80%,而小分子糖蛋白由于尿中清除較大,這一數(shù)值最高僅有30%。此外,應(yīng)設(shè)法控制載體分子量以減弱腎小球?yàn)V過這一主要消除過程,并使每個(gè)蛋白分子應(yīng)與適當(dāng)量半乳糖分子結(jié)合以保證對受體的高度親和力。另外,即使對一個(gè)易于腎小球?yàn)V過的蛋白如SOD(M W=32000,通過增加載體親和力及控制合適給藥劑量,仍可能達(dá)到有效的肝細(xì)胞靶向。此外,由于大于15nm的配體被肝枯否氏細(xì)胞表面的半乳糖受體特異性清除,15nm是通過無唾液酸糖蛋白受體識別的大分子載體大小的上限。8使用單克隆抗

13、體的主動(dòng)靶向抗原-抗體相互作用是主動(dòng)靶向中另一類特異性識別系統(tǒng)。盡管選擇單克隆抗體(Mab作為抗癌藥及前藥-活化酶的載體進(jìn)行了大量研究工作,包括臨床實(shí)驗(yàn),但就其體內(nèi)對固體腫瘤的靶向效能而言,同被動(dòng)靶向相比,這一方法并不理想。一些諸如穿過腫瘤毛細(xì)血管外滲及在腫瘤組織中轉(zhuǎn)運(yùn)的被動(dòng)過程將限制它們到達(dá)腫瘤細(xì)胞表面并識別抗原決定簇。一個(gè)替代方法是用M ab主動(dòng)靶向攻擊腫瘤血管床內(nèi)皮細(xì)胞,將免疫毒素直接導(dǎo)向腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞引起腫瘤血管阻塞,使腫瘤顯著縮小。此外,使用對血管基底膜抗原主動(dòng)靶向的Mab也能增強(qiáng)大分子在腫瘤的濃集。腦部微血管內(nèi)皮細(xì)胞中轉(zhuǎn)鐵蛋白受體濃度較高,一種可以與受體表面突起的抗原決定簇結(jié)合并

14、由受體介導(dǎo)穿過細(xì)胞的M ab(OX26已作為藥物、肽、低聚核苷酸及肽核酸的載體,用于腦部靶向給藥。此外,Mab也已用作DNA的載體。9結(jié)論及展望實(shí)現(xiàn)大分子載體定位給藥不僅要求其對靶部位具有特定親和力,而且在體內(nèi)器官、細(xì)胞及亞細(xì)胞水平應(yīng)具有適宜的藥動(dòng)學(xué)性質(zhì)。盡管用大分子載體靶向給藥基礎(chǔ)研究已取得顯著進(jìn)步,但其臨床應(yīng)用仍非常有限。美國FDA于1990及1994年分別批準(zhǔn)PEG-腺苷脫氨酶及PEG-天冬酰胺酶分別用于治療重癥聯(lián)合免疫缺陷和急性淋巴細(xì)胞白血病。至于抗癌藥物,根據(jù)近來臨床結(jié)果,還不能對其腫瘤靶向治療的應(yīng)用前景樂觀,但SMAN CS(苯乙烯與馬來酸共聚物與新制癌菌素交聯(lián)物是一個(gè)特例,日本官

15、方1993年批準(zhǔn)SM ANCS與Lipi-o dol合用于肝細(xì)胞瘤治療?；蛩幬锎蠓肿虞d體靶向給藥研究僅處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段。大分子載體研究和發(fā)展很大程度上取決于相關(guān)研究領(lǐng)域的進(jìn)步,如生物化學(xué)、免疫學(xué)、細(xì)胞及分子生物學(xué)、藥動(dòng)學(xué)及藥理學(xué),多學(xué)科綜合性發(fā)展的進(jìn)步將加速新型大分子載體系統(tǒng)商品的出現(xiàn)。P harm Res,1996;13(6:820830(英文; Dr ug D eliv Res,1996;19:377399(英文王亞敏編譯朱于村校(1997-01-20收稿反義核酸的修飾及其類似物的研究進(jìn)展錢江潮綜述魏東芝張嗣良審校(華東理工大學(xué)生物化學(xué)研究所上海200237摘要為了加強(qiáng)反義核酸的細(xì)胞通透

16、性、穩(wěn)定性和特異性,對天然寡聚核苷酸進(jìn)行修飾已成為其成功應(yīng)用的基礎(chǔ)。針對核酸的結(jié)構(gòu),修飾工作可以從其骨架、核糖和堿基入手,也可在核酸片段的末端進(jìn)行偶聯(lián)修飾。經(jīng)過化學(xué)修飾后的反義核酸已被廣泛地用于基礎(chǔ)研究和藥物開發(fā),其中甲基化和硫代化的反義核酸藥物已進(jìn)入了臨床試驗(yàn)。關(guān)鍵詞反義核酸;寡聚核苷酸;化學(xué)修飾1978年,Zamecnik等1曾報(bào)道了外源寡聚脫氧核苷酸(oligodeo xy nucleotide,ODN對勞斯肉瘤病毒(Rous sarcom a virus,RSV復(fù)制的抑制,并推測這種抑制作用是通過反義核酸機(jī)理實(shí)現(xiàn)的。此后,經(jīng)過近20年的發(fā)展,反義核酸技術(shù)已被廣泛地用于各種病毒、癌基因和

17、細(xì)胞生長因子的抑制和調(diào)節(jié)2,3。堿基配對是反義核酸(包括反義DNA和RNA作用的基礎(chǔ),作為藥物,反義核酸還必須符合以下標(biāo)準(zhǔn)2:(1制備方法簡便、經(jīng)濟(jì);(2具有一定的穩(wěn)定性;(3具有較強(qiáng)的細(xì)胞通透性;(4能在靶細(xì)胞內(nèi)保持一定的濃度;(5能與靶細(xì)胞內(nèi)的特定位點(diǎn)發(fā)生作用;(6不發(fā)生非序列特異性反應(yīng)。顯然,天然的寡聚核苷酸難以同時(shí)滿足以上的要求,于是對它進(jìn)行修飾成為反義核酸研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。目前,反義核酸的修飾從較為常見的硫代、甲基化到全新的側(cè)鏈取代,新的修飾手段和結(jié)構(gòu)類似物不斷出現(xiàn)。核酸骨架(磷酸二酯鍵、核糖和堿基是修飾的主要對象,還有在寡聚核苷酸末端引入各種基團(tuán)進(jìn)行偶聯(lián)修飾。1磷酸二酯鍵的修飾磷酸二酯鍵是核酸鏈的骨架,其中的P-O 鍵能被核酸酶水解,使寡聚核苷酸解聚。因此,對磷酸二酯鍵的修飾是提高其抗核酸酶能力的重要手段。1.1對P-O鍵的修飾S與O屬同族元素,用P-S鍵代替P-O鍵與天然磷酸二酯鍵最相似。此外,還有Se,BH2, CH3,NH-R和OR等的取代基(圖1。在這些類似物中,硫代磷酸酯(PS(1, (2,(3和甲基膦酸酯(7的研究和應(yīng)用最為廣泛。以硫代磷酸酯作為骨架的ODN(PS-ODN在與對應(yīng)的RNA結(jié)