基于多糖的超分子组装前后体内外生物活性变化研究概况

栗焕焕 ，刘亚男 ，王萌 ，窦志英

（1.天津中医药大学中药学院，天津 301617；2.天津中医药大学中医药研究院，天津 301617）

多糖是由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的线性或分枝链状聚合物，是生命物质的重要组成成分之一。自然界中多糖来源广泛，如动物中的壳聚糖、软骨素，植物中的果胶、瓜儿豆胶，微生物中的葡聚糖、黄原胶，以及藻类中的海藻多糖等。天然多糖具有亲水、安全、稳定、无毒、生物可降解、易制备、价廉等优点，具备抗病毒、免疫调节、细胞识别等功效，在医药、生物、食品等领域广泛应用，可用作凝固剂、润滑剂、絮凝剂、医药材料、药物缓释剂等[1-4]。绝大多数天然多糖都带有如羟基、羧基、氨基等亲水性集团，具有高水溶性、高分散稳定性，同时多糖分子链有多种不同类的基团，经化学和生化方法修饰，可获得相应的功能化多糖超分子衍生物，进一步扩大了多糖在实际中的应用。本文总结了近年来多糖在生物领域的应用，系统阐述多糖经超分子组装后的体内外生物活性，旨在为多糖超分子组装体的开发与研究提供思路。

1 多糖作为保护载体的组装体生物活性

正常人体胃排空时间为4～6 h，药物在胃肠道中的滞留时间很短，使得许多药物未完全释放即已离开吸收部位，出现药物吸收量不够、生物利用度低等问题，部分水溶性差的药物在给药后具有清除速率快、疗效低、毒性大等缺点，使得传统单一的药物通常需要与生物载体材料复合使用。白及多糖具有包合物特性，不稳定成分经包合后可增加其稳定性，如绿原酸性质不稳定，形成白及多糖包合物后其抗氧化作用显著提升[5-6]。丹皮酚在水中溶解度低，性质不稳定，易挥发，见光易氧化分解，利用白及多糖作为主体包合丹皮酚，其稳定性和生物利用度得到提升[7]。成念等[8]发现白及多糖载紫杉醇纳米粒对肝癌细胞的杀伤性强于游离药物，可知白及多糖作为难溶性药物载体具有较高的可行性，可作为一种极具潜力的载体材料。维生素C作为广泛使用的水溶性抗氧化物，易氧化变质且较难透过皮肤，限制了其临床应用，经果胶包覆后的维生素C纳米脂质体能显著提高储存稳定性，具有更好的理化特性和生物利用度，皮肤渗透率提高，产生明显的抑菌效果[9]。二氢青蒿素具有抗肿瘤特性，但水溶性差，血浆半衰期短，Sun等[10]将二氢青蒿素包裹在明胶或透明质酸纳米颗粒中，其生物利用度得到提升且具有更高的抗肿瘤活性。辣椒素作为一种治疗疼痛和肿瘤的有效药物，水溶性差，生物利用度低，胃肠道刺激性强，实际给药受到限制，经羟丙基-β-环糊精包合后其水溶解度和口服生物利用度显著提升，为临床应用提供了新的选择[11]。穿心莲内酯作为肝脏保护剂，水溶性低，在胃肠道中不稳定，生物利用度低，但经壳聚糖、海藻酸盐修饰后增强了其溶解度和稳定性，增强了肝脏保护功能[12]。姜黄素为抗肿瘤药物，但难溶性限制了临床应用，为了提高难溶性天然活性产物的抗肿瘤效果，姜黄素以壳聚糖和阿拉伯胶为多糖壁材，可将其水溶解性提高约7000倍，增加姜黄素的光稳定性及抗氧化性[13]。

与合成聚合物在制备时使用大量有机溶剂对环境造成压力、生物相容性低且体内不易降解相比，多糖作为一种天然安全生物大分子，符合“绿色化学”的主题。使用时以保护药物、稳定血药浓度、减少给药频率、提高效率为目的，达到显著增强疗效、降低毒副作用、满足临床用药的需求。

2 多糖作为缓控释载体的组装体生物活性

凝胶因其表面积大、密度小、吸水保水性、缓释性、分散稳定性、增稠性等特点，在食品、化妆品、医疗卫生、农业和园艺等方面都有着广泛的应用，与传统水凝胶材料相比，高分子多糖水凝胶因其具有环境友好性、生物相容性、特殊功能性、生物可降解性等优势而更加受到重视。目前药物控制释放体系是水凝胶应用最广泛的领域之一，主要是利用物理包埋及固定化技术，将药物负载到水凝胶微球或微囊中，药物在自身扩散和水凝胶溶胀或降解的多重作用下，以所需速率长期缓慢地释放，从而大大提高药物的利用率[14-17]。青稞β-葡聚糖是一种具有良好持水性的胶凝剂和增稠剂，白藜芦醇具有广谱抗肿瘤特性和高效低毒性，以青稞β-葡聚糖为基质的白藜芦醇鼻用凝胶剂对鼻腔黏膜有很好的相容性，并具有良好的黏附和释药性能，可实现鼻腔方便给药[18]。覃山福等[19]以抗肿瘤药物盐酸阿霉素为药物模型，以生物多糖海藻酸钠、明胶为原料构筑新型的可注射水凝胶，该体系对阿霉素具有良好的缓释和控释效果，能持续有效释放阿霉素达4周以上，具有更显著的抗肿瘤效果，且心脏毒性明显降低。两亲性海藻酸钠衍生物和两亲性壳聚糖衍生物与泊洛沙姆在接近体温时形成水凝胶，增强疏水性药物醋酸泼尼松的稳定性和缓释特性[20]。假酸浆籽胶质多糖具有良好的吸湿保湿性能，1%的氯化钙（CaCl2）溶液可使之发生胶凝，根据该特性可用作药物缓释材料[21]。以生物可降解的羟乙基纤维素/聚丙烯酸钠接枝共聚物（HEC-g-PAA）负载布洛芬，可实现在选择性条件下药物控制释放的目的[22]。陈治[23]以纤维素和环糊精为原材料制备的布洛芬水凝胶运输体系，在不同的纤维素配比条件下，可以实现内核组分对布洛芬包合物的控释释放。铵盐壳聚糖、明胶与多巴胺形成的可注射水凝胶复合物载药量大，且具备生物相容性，可作为多巴胺类药物的长期注射缓释系统治疗帕金森病[24]。

纳米材料作为新型药物载体，具有靶向、缓释、促进大分子水溶性药物在体内吸收、提高生物利用度等优点，多糖纳米材料除了具有上述优点外，还能获得多糖的识别特性。阿霉素作为抗肿瘤药物，其纳米粒经壳聚糖修饰后，药物的释放更加平缓且突释降低并具有一定的肿瘤靶向性，增强了药物的抗肿瘤效果，有望开发为一种新型抗肿瘤载体[25]。史黎黎等[26]以十二烷-羧甲基-茯苓多糖为载体材料，将不溶于水、难溶于脂且不稳定的抗肿瘤药物羟基喜树碱自组装为纳米微球，得到的茯苓多糖纳米微球对羟基喜树碱有一定的负载能力，且具有良好的缓释性能。聚乳酸-聚羟基乙酸共聚物微球用于输送蛋白和多肽类药物时，存在蛋白或多肽结构易被破坏、突释、不完全释放等问题，有学者将药物牛血清蛋白负载于多糖纳米颗粒中，后包裹于共聚物微球内，能够提高蛋白的稳定性并改善体外释放行为，减少突释[27-28]。姜黄素具有抗氧化、抗肿瘤等多种活性，但水溶性差、生物利用率低，极大地限制了它的应用，甘招娣[29]发现米糠清蛋白-壳聚糖纳米粒能够高效负载姜黄素，增强其分散性和稳定性，大大改善姜黄素的溶解度，在胃肠道中具有阶段性的突释-缓控释释放行为，具有很好的靶向肠道释药作用。

明胶-乙基纤维素-姜黄素复合物具有缓释作用和抗氧化活性，对研制具有良好理化特性和黏附性能的姜黄素膀胱给药剂型具有一定的指导意义[30]。以果胶和明胶为基质负载的姜黄素在一定pH环境下具有一定的控释特性，可更好地治疗肿瘤[31]。聚乳酸类由于其结构的疏水性，限制了在医学上的应用，多糖与聚乳酸的共聚合或共混改性可明显改进聚乳酸的亲水性，如葡聚糖、壳聚糖、透明质酸改性物质等共聚物可用作长效缓控释药物的载体[32]。

近代随着人们环保意识的提高，天然多糖因其良好的生物相容性和生物降解特性，作为缓控释载体具有广泛的应用价值，在延缓或控制药物释放、稳定和保护药物活性成分、促进药物吸收、提高生物利用率和帮助药物靶向定位等方面发挥作用。

3 多糖作为靶向载体的组装体生物活性

陈大全[33]以海洋多糖-昆布多糖设计了新型智能敏感天然多糖材料，可有效负载姜黄素，在低pH和氧化还原环境下释放药物80%以上，同时增加在肿瘤细胞中的摄取，达到更好的抗肿瘤效果。研究表明魔芋葡甘聚糖不会被胃肠道上端的消化道酶降解，但可在结肠被结肠部位的β-甘露聚糖酶降解，由此李培培等[34-35]以海藻酸钠、魔芋葡甘聚糖共混体系为载体材料制备了黄连素结肠靶向凝胶微球，其载药量和包封率均较高，具有良好的结肠靶向释药性能。苦参碱制剂存在口服消除半衰期短、血药浓度不稳定等缺陷，采用物理交联法制得的壳聚糖-透明质酸-海藻酸钙复合水凝胶珠可以控制药物在胃内微量释放甚至不释放，而在肠道内pH较高的环境中释放，提高了药物的生物相容性及生物利用度[36-37]。果胶因其生物相容性好、能被结肠特有菌群产生的果胶酶酶解、不受个体差异影响等优势，常用作载体材料，壳聚糖、瓜木耳胶、海藻酸钠等均可作为结肠定位药物递送系统的骨架材料[38-40]。刘媛媛[41]基于普鲁兰多糖构建了具有肝癌靶向的化疗药物纳米共载体系，实现了肝癌靶向递送以及高效抗肝癌协同作用，为临床肝癌的治疗提供了新策略[42]。王敏哲等[43]构建基于当归多糖酶敏肿瘤靶向纳米递药体系，生成当归多糖－基质金属蛋白酶敏感肽－阿霉素聚合物，能够实现酶敏释药及抗肿瘤效果，为肿瘤的治疗提供了新思路。黄芩苷对糖尿病相关血管内皮细胞功能障碍有明显的抑制作用，但其低溶解性及低生物利用度限制了临床应用，Wang等[44]以两亲性壳聚糖衍生物为载体负载黄芩苷，制备并表征了一种新型肠道靶向纳米颗粒载体，增强黄芩苷的口服给药疗效，并显示出作为小肠靶向物的潜力，有望成为治疗2型糖尿病视网膜病变的纳米载体。

目前靶向剂型研究有pH依赖型、时间依赖型、压力控制型及酶触型等，时间依赖型和压力控制型受生理因素影响较大，pH依赖型应用较为广泛，但同时存在因小肠、结肠pH接近而精确性欠佳等问题，酶触型因具有较好的生物相容性和无毒性，具有广泛的应用前景。

4 多糖作为还原剂和稳定剂合成纳米粒子组装体的生物活性

纳米粒子的表面能及表面活性都很高，因此非常活泼，易于聚集，需要用化学方法对其表面进行钝化，防止团聚。纳米材料合成中使用的多糖类物质无毒害、成本低且易于降解，是理想的还原剂。高义霞等[45]将亚硒酸钠分散于罗望子多糖溶液中，当亚硒酸钠与抗坏血酸反应生成硒粒子时，罗望子多糖便吸附在硒晶体表面，阻止粒子之间相互结合、团聚，控制粒子的生长使产生的单质硒以纳米微粒的形式存在。郑晓凤[46]以桔梗多糖为模板，利用维生素C还原亚硒酸钠的反应制备纳米硒-桔梗多糖复合物，具有良好的抗氧化能力，对糖尿病以及药物性肝损伤也有很好的治疗作用。同时刺槐豆多糖、板栗多糖、裙带菜多糖、牡蛎多糖、昆布多糖、壳聚糖、阿拉伯胶、纤维素等多糖也可以作为模板用于合成纳米硒，有些多糖本身具有生物学活性，作为药物辅料与药物结合在一起具有双重的治疗效果[47-52]。杨静文[53]以可溶性淀粉、羧甲基纤维素钠为模板，采用沉淀法制备纳米氧化锌颗粒，得到纳米氧化锌-多糖复合材料，多糖起到了分散剂和稳定剂的作用。贾学伟[54]使用香菇多糖制备的不同粒径和形状的金纳米粒子，可以选择性地杀死肿瘤细胞。Padinjarathil等[55]从石榴果皮中分离的半乳甘露聚糖被证明可作为一种单独抗肿瘤制剂或化疗辅助剂，经制备得到的纳米银粒子具有良好的稳定性和生物相容性，扩大了纳米银颗粒的生物医学潜力。甘草多糖纳米银综合了甘草多糖的医药功能和纳米银的抗菌功能，代巧玉[56]提出了一种新的绿色方法合成纳米银，并且已有多种多糖被成功应用于纳米银的合成中，包括海洋多糖、壳聚糖、肝素、透明质酸、羧甲基可德胶等。

多糖作为“绿色”的还原剂和稳定剂，反应完成后易于降解，不会环境污染，可用于贵金属纳米粒子的制备，从而避免使用传统毒性较大的还原剂，由于多糖的特殊结构特征，不仅具有保护和钝化纳米粒子表面防止粒子聚集的作用，也可作为模板对纳米粒子的尺寸及形貌发挥重要的诱导作用。

5 结语

多糖作为一种天然的生物大分子物质，其来源广泛，绿色安全，基团可被修饰性空间大，在生物医药领域的应用日益广泛，越来越多的动物、植物、微生物多糖被发现并加以开发利用，融合了基团修饰、包合技术、凝胶技术、纳米技术，将药物的概念与药物传递系统的概念结合为一，为低生物利用度药物的临床使用提供了可能。但多糖同时也具有一定的局限性，如易膨胀、易致剂型提前崩解，以及体内环境复杂造成的体内外释放不一致等问题，需要加强对于体内释放的研究考察，在达到目的的同时降低工艺的复杂性，提高体外释放与体内过程的相关性，以利于剂型的评价和推广。凭借多糖的资源优势以及未来多学科的交叉研究，天然多糖必将朝着高效、特异性、智能型的方向发展。