猪繁殖调控激素药物剂型研发与应用进展

陈晓丽，宋 真，王玉燕，田见晖，王 栋

（1.吉林农业大学动物科技学院，吉林长春 130118；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193；3.全国畜牧总站，北京 100125；4.阳信县畜牧兽医服务中心，山东滨州 251800；5.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193）

近年来，规模化养殖逐渐增多，养殖效率和管理水平成为我国养猪业面临的重要瓶颈[1]。传统养猪生产，母猪性周期随机分布，猪群配种、产仔、育肥猪上市等生产活动难以批次化，影响了养殖效益[2]。当前，非洲猪瘟仍然存在，基于繁殖调控的批次化生产技术可以使养殖者在批次间充分消毒防疫，切断病原微生物传播[3]。批次化生产技术已普遍应用于欧美发达国家养殖生产，也成为我国养猪业发展的重要趋势。但不同剂型的给药方式不同，作用效果也不同。药物剂型是为适应治疗或预防需要而制备的不同给药形式，以孕激素等繁殖调控药物为例，针对不同使用方法开发了片剂、针剂、阴道栓等多种剂型，其中，为达到低成本效果，研制出的凝胶栓、硅胶栓等若干栓剂类型还可因为缓释作用、一次给药而获得较长药效，提升了母畜繁殖和管理效率，促进了定时输精技术推广应用[4-5]。但用于母猪繁殖调控的烯丙孕素只有口服液一种剂型，由于母猪卵泡发育数量和速度的个体差异，为实现预定时间内定时输精，并使各处理母猪尽可能多排卵，生产中常在烯丙孕素处理后再依次肌注孕马血清促性腺激素（PMSG）和促性腺激素释放激素（GnRH），以实现排卵同步化[6]。然而，烯丙孕素需每天定时口服，多日连续给药，费时费力，且难以避免胃酸的药物破坏作用。研发烯丙孕素长效缓释剂型，改变给药途径，提高药物作用效果，降低投药成本，是批次化生产技术示范推广的重要前提。为此，本文综述了激素药物主要剂型的发展历程及其优缺点，以及缓释新材料的研究进展，为烯丙孕素等激素药物缓释剂型研发提供理论参考。

1 烯丙孕素在猪上的应用

烯丙孕素（又名四烯雌酮），是一种专门用于性成熟后备母猪同期发情调控的人工合成甾体类孕激素，1990 年由食品药品监督管理局（FDA）批准在美国上市销售。目前，中国农业大学和宁波三生生物有限公司联合研发了烯丙孕素新兽药，填补了我国该项药物空白，并获得了内服溶液生产许可证[7]。通过对后备母猪连续14 d 或18 d 饲喂烯丙孕素，可使处理母猪卵泡发育停滞在同一阶段，停药后所有处理母猪卵泡同时发育[8-9]。研究表明，按照20 mg/d 的剂量饲喂烯丙孕素，母猪卵泡囊肿发生率最低，连续饲喂18 d 比14 d 同期化效率更高[10-11]。烯丙孕素内服溶液已成为全世界主要生猪养殖国家调控母猪同期发情，实现批次化生产的必需药品。然而，母猪口服给药增加了生产成本，且口服不能兼顾母猪个体体质及生理状态差异的影响；此外，口服液生产、保管、使用过程中不可避免地会受到高温、光照、胃酸等理化因素的不良影响。因此，优化烯丙孕素使用方案，以获得最佳使用剂量和最短给药天数，成为降低成本、促进产业应用的首要问题，烯丙孕素新剂型研发作为节本增效的最可能途径，已成为未来关注的焦点[12-14]。栓剂、微球等缓释制剂可增加药效持续时间，减少给药频率，大幅降低工作量，有可能成为本药品未来剂型研发的重要方向。

2 缓释制剂对烯丙孕素新剂型研究的启发

2.1 激素药物栓剂 研究表明，阴道栓、凝胶或霜剂等阴道给药方式是切实可行的黄体酮非口服给药途径，阴道给药后，激素经阴道黏膜吸收后，可直接转运至子宫，发挥“子宫首关效应”[15]。其中，孕激素阴道栓在牛羊养殖上应用较普遍，主要有硅胶环螺旋栓剂（Progesterone Intravaginal Device，PRID）与T 型硅胶栓剂（Controlled Internal Drug Release，CIDR）2 种，这些栓剂采用硬塑料或不锈钢弹簧片作为支撑骨架，外面包被上发泡的硅橡胶。制作栓剂时，先采用特殊工艺将孕激素溶解于硅橡胶中，再将融有药品的硅橡胶塑化为发泡状态。阴道栓被投放到牛羊阴道后，在阴道黏液浸润下，脂溶性药品从硅橡胶微孔中逐渐释放出来（孕激素与雌激素混合物被安放于PRID 栓前端的速溶胶囊中）[16]。但由于硅胶阴道栓制作工艺要求高，成本昂贵。为此，有人将海绵块吸收孕激素或其类似物药液，烘干制成羊海绵阴道栓，该产品制作工艺简单，成本较低，但海绵栓应用时易产生阴道炎，甚至有粘连阴道壁现象。张长兴等[17]和权凯等[18]研制了一种脱脂棉栓，将孕激素吸附于棉栓中，放于阴道调节母羊性周期活动，结果显示，棉栓性价比明显优于海绵栓，同期发情效果相当于进口硅胶栓。

阴道栓剂的巨大应用潜在市场也吸引了新材料领域的关注，羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物作为一种可降解的组织工程材料，与45%～46%聚己内酯（PCL）混合制备牛阴道栓，体外实验可维持孕酮释放达16 d（＞1 ng/mL）之久，与硅胶栓效果相当[19]。也有研究将黄体酮与高分子材料聚已内酯（PCL）和聚乳酸（PLA）（2:8，w/w）制成3D 打印的环状物，药物稳定性几乎不受影响，体外缓释实验表明，药物释放稳定，接近机体正常释放规律，且缓释可长达7 d[20]。该探索表明，利用固体分散体、环糊精包合物、纳米颗粒等多种缓释材质，根据动物阴道生理结构特点，可制备出满意的3D 打印缓释剂型，为药物缓释研究开辟了新思路[21]。

然而，由于猪阴道结构不同于牛羊，没有阴道穹隆，且阴道黏膜较脆弱[22]，不宜长时间放置栓剂，所以，很少见到猪栓剂产品报道，相关研究多集中于如何简化母猪同期发情调控方式，如将GnRH 类似物承载于多聚物上外阴注射，或制成GnRH 类似物凝胶（商品名OvuGel，美国JBS 联合动物保健公司），阴道灌注给药40～48 h 后，对断奶母猪单剂量定时人工授精，可达良好效果[23]。也有研究聚焦于温敏凝胶（应用于避孕栓），这种凝胶材料配制好后，25℃室温下呈液体溶胶状态，随温度升高逐渐由液相向固相转变，当温度达32.6℃时，弹性模量及黏性模量开始趋向平缓，当接近体温时转换成较强弹性特征的半固体凝胶形态，更适用于黏膜给药[24-25]。壳聚糖就是一种常见的温敏凝胶材料，有良好的生物降解性、生物相容性、无毒与抑菌性，是一种优良的生物黏附性材料，可用于药物缓释[26]。聚卡波菲也是一种凝胶缓释材料，将8%（w/w）微粉化黄体酮水包油型乳液分散在聚卡波菲基质中，制成黄体酮阴道缓释凝胶，阴道给药后，聚卡波菲会像强力胶一样黏附于阴道壁，其乳液储库中的黄体酮会连续从油相释放到水相，从而被阴道表皮吸收[27]。但凝胶类缓释时长仅3 d 左右，对于需连续给药14 d 或18 d 的烯丙孕素等激素药物，有一定局限性。

2.2 激素药物植入型控释制剂 植入控释给药系统（ICRDDS）是一类经手术植入皮下或经穿刺针导入皮下的控制释药制剂。1937 年，Deansley 等[28]将药丸（片）植于皮下组织，通过缓慢释药而起长效作用，发明了植入型控释技术，其药物载体最初仅采用单一硅橡胶，现已研发出PCL、聚酸酐、PLA、聚氨基酸等数十种高分子生物降解性材料。1966 年，Dziuk 等[29]首次观察到甾类化合物能以一定的速率通过硅橡胶管壁，开启了硅橡胶缓释基质的历史，含有甾类化合物的缓释硅胶囊逐渐被广泛用于各种埋置实验和临床研究，并研发出国际公认的皮下埋置高效避孕方法。给去势狗埋置7.5 cm 性激素缓释硅胶囊，能很好地控制实验狗体内性激素水平[30]。2006 年，以乙烯-醋酸乙烯酯为载体的单根型皮下埋置剂依托孕烯（一种口服避孕药，去氧孕烯的生物活性代谢物）经美国FDA 批准上市，2012 年在我国正式上市，使用效果明显优于传统左炔诺铜皮下埋置剂（6 根和2 根剂型）[31]。PCL 具有生物降解性、药物通透性、生物相容性等优点，该载体材料内装左炔诺孕酮（LNG）研发出了新一代长效抗生育埋植剂CaproF[32]。最新研究显示，将承载孕酮的高分子材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物（poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA）和PLA 浇铸成微针贴，贴在皮肤上几秒钟后移除背贴，微针则保留在皮肤中。由可降解聚合物制成的微针可在体内缓慢、安全地释放左炔诺孕酮数周或数月[33]。此外，美国Innovative Research of America（IRA）公司研制出动物专用皮下嵌入式缓释片，并可根据剂量和释放速率要求，定制不同规格。然而，关于IRA 植入型雌二醇长效缓释药片的研究发现，该药片不能达到预期释放量[34]。所以，虽然载药基质可根据不同药物定制，但是否适用于烯丙孕素还有待于更深入地研究。

2.3 药物缓释微球制剂 微球给药系统，通过溶剂溶解、乳化、高速分散等系列工艺技术途径，将药物吸附或分散在高分子聚合物基质中，最终形成1～250 μm粒径大小的球形或类球形载药微粒，常用于生产水针剂，或生产内服溶液，而动物口服给药无法把控准确剂量、药品无法避免消化酶作用，应用中多优选注射给药方式。据此用微球建立的缓释剂减少了给药次数、延长了药品时效。

壳聚糖、透明质酸、海藻酸盐等天然高分子生物材料，取材方便[35]。其中，壳聚糖生物活性强、抑菌、可降解，无毒且易溶于水，在达到缓控效应的同时，壳聚糖微球可以改变给药途径，降低药物不良反应[36]。海藻酸盐是一种天然线性多糖，是高吸湿性和凝胶性药物黏附载体，可通过改变药物/聚合物比例和浓度，改变药物释放速率[37]。由于具有生物相容性、可降解性、无毒性和非免疫原性等优点，透明质酸被用于建立微粒、胶束、脂质体、水凝胶等载药微粒递送系统[38]。

除上述天然高分子材料外，一些纤维素类衍生物半合成分子材料，也因其化学性质稳定、缓释速度可控、易于合成，可满足各类药物制备要求，使PLGA、PLA、聚乙醇酸（PGA）、聚氨基酸、聚合酸酐等合成材料越来越广泛应用于缓释微粒载药系统制备[39-40]。其中，PLGA 是一种由乳酸与羟基乙酸以不同比例聚合而成的高分子聚合物，理化性能优异且可在生物体内最终被降解为 H2O 和CO2。

近年来PLGA 正被大量用作微球控释系统骨架材料，尤其是对于半衰期短或口服生物利用度低而又需长期使用的药物来说，PLGA 微球控释系统可发挥较好的控释效果，使药物在几周或几个月内以一定速率控制释放，以维持有效血浓度，减少给药次数[41]。兽医上主要被用于疫苗制备。承载免疫原性模型蛋白（IgY）PLGA 微球的肠相关淋巴组织免疫应答研究，检测到了实验猪血清IgY 特异性抗体，据此推测，PLGA 微球可能是一种潜在的抗原口服给药系统[42]；用PLGA 包裹无乳链球菌制备的口服疫苗可增强罗非鱼免疫应答，其缓释机制能使机体长时间维持较高的抗体水平[43]。此外，针对体内外寄生虫的控释药物也逐渐增多，犬皮下注射伊维菌素普通注射液与PLA 及PLGA 微球混悬液的药动学特征显示，2 种微球均具有明显缓释特性，可进一步作为临床新制剂开发应用[44]；用含硝基查尔酮（CH8）7.8% 的PLGA 微粒给利什曼小鼠单次注射，可使感染的利士曼原虫减少91%，并不产生任何毒副作用；而常规剂型连续给药3 次才累计降低病原虫80%[45]。近来，本团队研究了PLGA 微球控释系统的烯丙孕素载药效果，最佳载药量为12.95%和包封率可达77.63%（未发表数据），正在进行体外缓释试验，并安排后续体内实验，以系统研究该剂型的缓释规律和效果，有望能最大程度降低劳动强度和日常饲喂造成的误差。

3 结 论

通过对大群饲养母猪繁殖调控，建立批次化生产工艺，促进转型升级，是养猪业发展的必然趋势，而烯丙孕素是后备母猪情期启动与同期化调控的重要药品，传统长时间口服给药方式，限制了其产业推广应用。本文通过综述激素药物剂型类别、使用优缺点，追溯基质材料发展历史及特点，初步发现PLGA 微球缓控系统适用于烯丙孕素缓释，后续通过工艺技术优化，建立烯丙孕素缓释制剂工艺，促进批次化生产技术推广，实现生猪产业流水线工业化管理，提高猪场繁殖效率，提升管理效率和对非洲猪瘟、蓝耳病等疫病的综合防控能力。