酵母微胶囊包埋新技术及药效评价的研究进展

贾丽娟，戴智强，高青青，刘玉璇*，商学良，国大亮*（.天津中医药大学，天津 3067；.华北理工大学，河北 唐山 0630）

20世纪30年代，美国一家渔业公司首次制备出鱼肝油明胶微胶囊，从此微胶囊技术正式进入大众的视野。微胶囊作为一种微型容器，可用来包封固体、液体和气体。微胶囊包埋是建立芯材和壁材间功能性障碍的过程，以避免化学和物理反应，并保持芯材的生物活性和理化性质[1]。历经几十年的发展变化，微胶囊技术已日趋成熟，并已广泛应用在食品、医药、化工、农业等多个领域。当前，制备微胶囊的方法有很多，文章重点对微胶囊的新型制备方法——酵母微胶囊法进行综述，以期为微胶囊技术的后续发展提供参考。

曾经对比多种微生物（如霉菌、原生虫、酵母菌）作为壁材的包埋效果，结果发现采用酵母微胶囊包埋效果最理想[2]。对于所有的包封体系，包封分子与基质之间的相互作用对其稳定性和生物利用度都有着重要的影响。而经酵母包埋后的活性物质稳定性、生物利用度、溶解性和缓释性均有所提高[3]。酵母是最常用的食品级工业微生物之一。酵母细胞以分散的单细胞状态存在，其完整的细胞壁和细胞膜结构具有一定的强度和通透性，从而使酵母细胞具有很好的吸附性能，可作为一种新型的微胶囊壁材。酵母细胞有一层磷脂膜，因此它可以充当脂质体，既可以封装疏水化合物，也可以封装亲水化合物[4]。研究表明香料、精油、农药、脂溶性维生素和生物活性物质等成分在加工或储存过程中容易因氧化而失去作用[5-6]，采用酵母包封法可有效克服不同种类生物活性化合物的氧化问题。

1 酵母微胶囊包埋新技术

1.1 酵母微胶囊包埋油脂

微胶囊包埋技术有利于控制精油的挥发性，可以改善油脂的水溶性、化学稳定性和释放特性，并保持其生物活性。微胶囊化的植物油和精油更利于加工和储藏，可以延长富含油脂产品的货架期[7]。细胞壁作为细胞的保护屏障，可以降低对药物的敏感性，细胞壁的主要成分和与细胞壁有关的酶可作为精油活性成分的重要作用位点[8]。目前，研究者主要利用酵母微胶囊技术包埋油脂类化合物，包埋后的油脂从液态转化为粉末状，挥发性降低，生物稳定性提高。

马齿苋籽油是ω-3脂肪酸的潜在营养来源，易氧化。Kavosi等[9]采用酵母微胶囊包埋技术解决此类问题，把马齿苋籽油作为囊芯，将其包裹在包覆羧甲基纤维素（CMC）的酿酒酵母细胞中，研究贮藏30 d后的氧化稳定性。结果表明制备酵母微胶囊可增加马齿苋籽油的稳定性。鱼油富含多种不饱和脂肪酸，有很好的营养价值，但易氧化，且有强烈刺激性气味，限制了其应用。Adrian等[10]研究酵母微胶囊包埋鱼油技术，对酵母细胞预处理的各种方法（自溶预处理、化学促进自溶、酶促细胞壁消化）进行评价，从温度、搅拌速度和乳化剂添加量三个方面对酵母细胞中鱼油的微胶囊化进行研究和优化，并验证其稳定性。实验表明包封后的鱼油稳定性明显提高，不良气味被有效掩盖。Karaman等[11]应用酵母细胞对没食子酸进行包封，并研究质壁分离处理和溶剂类型的包埋介质对包封性能、生物活性性质、形态-构象特征和在模拟胃和肠介质中的释放行为的影响。结果表明，包封介质的溶剂类型对包封率和生物活性参数有显著影响，质壁分离处理的酵母细胞微胶囊可为食品和制药工业提供控制释放特性。Karaman等[12]利用酵母细胞抑制了黑孜然籽油中百里香醌的降解。薄荷精油作为从薄荷中提取出来的物质，具有很好的抗菌、抗氧化性能。调查发现，薄荷精油对一些农作物害虫具有良好的防治效果，基于此，Kavetsou等[13]将薄荷精油包封在酵母细胞载体中，制备出一种绿色、环保的杀虫农药。

除了上述提到的几种油脂外，近几年来，中国酵母微胶囊技术也用于包埋其他油脂，部分研究如表1所示。

表1 酵母微胶囊包埋的油脂 Tab 1 Yeast microencapsulated oils

1.2 酵母微胶囊包埋黄酮

槲皮素是从芦丁中提取出的一种多羟基黄酮类化合物，具有抗氧化及清除自由基的作用，还具有抗炎、抗病毒、抗肿瘤、降糖及免疫调节等作用[19]。但疏水性、在生理介质中不稳定、胃肠吸收不佳等使其功效受限[20]。近年来，有学者使用酵母微胶囊技术对槲皮素进行包埋，以期改善槲皮素的稳定性。Pham-Hoang等[21]研究酵母细胞壁包埋槲皮素，在4个月贮藏期内的分子稳定性，并利用紫外-可见分光光谱法和时间相关单光子计数技术评价槲皮素与酵母胶囊之间的相互作用，证实了酵母包埋的优点。黄秋葵是一种富含黄酮类化合物的植物，苏平等[22]采用酵母微胶囊技术包封黄秋葵黄酮，并对振荡时间、温度和芯壁比三个因素进行优化，优化后的包埋率为64.2%，抗氧化效果为黄秋葵花黄酮微胶囊＞BHT＞纯化后的黄酮，且黄酮微胶囊表现出很好的缓释效应。

1.3 酵母微胶囊包埋多糖

多糖又称为多聚糖，是由10个以上的单糖通过不同类型糖苷键聚合而成的生物大分子，广泛存在于动植物和微生物中[23]。已有研究表明植物多糖具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎、免疫调节、抗肿瘤、降血糖、保肝、降血脂和调节肠道菌群[24-31]等，且无毒副作用，逐渐成为食品科学、天然药物、生物化学与生命科学研究的热点。但多糖易吸湿、对酸碱、金属离子不稳定，将多糖微囊化是对现有问题的一种潜在解决方法。洪自兵等[32]利用酵母微胶囊技术包埋决明子多糖，有效延长了其药效，未被包埋的决明子多糖和包埋后的决明子多糖酵母均可以抑制HepG2细胞的生长，但后者比前者抑制效果更好。

1.4 酵母微胶囊包埋生物碱

小檗碱，又名黄连素，是从传统中药黄连中提取出的一种季铵型异喹啉生物碱[33]。研究表明，小檗碱具有良好的抗肿瘤、降血脂、治疗糖尿病、抗动脉粥样硬化、抗脑缺血、神经保护、抗炎、抗凋亡等作用[34-38]。然而小檗碱的水溶性差，对环境条件敏感，使其在许多行业中无法应用。Salari等[39]以冻干的质壁分离和非质壁分离的酵母细胞作为载体对小檗碱进行包埋，通过差示扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和荧光显微镜对微胶囊进行表征，对小檗碱微胶囊进行研究。结果表明，酵母微胶囊装载有高达（40.2±0.2）%的小檗碱且小檗碱主要通过与酵母细胞膜和细胞壁的疏水相互作用定位于细胞内。

1.5 酵母微胶囊包埋维生素

维生素D3是一种用于佝偻病、骨软化症与骨质疏松症等代谢性骨疾病治疗的重要药物，然而，维生素D3化学性质极不稳定，水溶性差，且易受环境因素影响。Dadkhodazade等[40]利用酵母细胞壁包封维生素D3，模拟在胃肠道中的释放研究，结果表明，载维生素D3微囊在胃中表现出持续和缓慢的释放，并且能克服胃酸介质的影响，提高了维生素D3的稳定性。因此这种酵母微囊包封技术有望产生一种新型包封维生素的载体。

1.6 酵母微胶囊包埋多酚

酚类化合物因其对人类健康的有益影响而受到关注。白藜芦醇作为纯天然多酚类化合物，以顺式和反式两种异构体的形式存在。Shi等[41]首次成功地将白藜芦醇包埋在酵母细胞壁中，并比较了非包封白藜芦醇和包封后白藜芦醇对DPPH自由基的清除能力。结果证明酵母包封的白藜芦醇具有良好的稳定性，DPPH自由基清除能力增强。殷佳雅等[42]研究酵母微囊化技术包埋茶多酚，以避免外界环境影响使茶多酚结构改变或活性消失。姜黄素作为一种酸性多酚类物质，其水溶性差，对加工和储存条件要求严格，易降解，药物利用率低。Medeiros等[43]利用酵母包埋技术缓解姜黄素的降解，提高其稳定性，结果显示经酵母包埋后的姜黄素其光化学稳定性提高了5.7倍。

2 酵母微胶囊技术的药效评价研究

2.1 降血糖

1型糖尿病是一种与碳水化合物代谢受损相关的代谢紊乱，可导致慢性高血糖，该疾病的特征是β细胞进行性自身免疫破坏，导致胰岛素不足或胰岛素分泌缺陷。胰岛素皮下注射用于糖尿病的日常治疗。但是由于胰岛素给药带来的不便，很难满足患者的依从性。为了克服这个困难，可优先选择口服胰岛素输送系统。然而，口服胰岛素必须克服某些生理障碍[44]。侵入性和强化方法促使人们需要一种相容的胰岛素给药途径[45]。酿酒酵母的微胶囊可以通过静电力介导的自发沉积结合不同的带电纳米粒子[46]，长期服用酵母微胶囊在治疗慢性疾病方面显示出良好的安全性[47]。Sabu等[48]首次提出了一种利酵母微胶囊包埋胰岛素抑制糖尿病的生物激励方法。利用胰岛素和酵母微胶囊之间的静电相互作用促使酵母微胶囊包埋胰岛素的形成，并在荧光成像下证实了这一点。在酵母微胶囊包埋胰岛素的表面装载海藻酸钠涂层可以保护酵母微胶囊免受恶劣的胃肠道环境影响，防止胰岛素降解。药理学实验发现，糖尿病大鼠口服海藻酸钠包覆的酵母微胶囊包埋胰岛素后血糖明显降低。

2.2 治疗心血管疾病

心血管疾病的发生和动脉硬化紧密相关。近年来，基于纳米粒子的靶向策略被认为是治疗动脉粥样硬化（AS）的新途径。

Zhang等[49]研发了一种用于靶向治疗心血管疾病的方法，该方法由酵母衍生微胶囊（YC）介导，利用静电驱动自发沉积的方式使不同带电纳米颗粒成功负载到YC中。口服给药后，包埋纳米颗粒的酵母胶囊（YDMC）可以优先到达关节炎和肿瘤的病变部位，并显著降低斑块面积，增强AS斑块的稳定性。最重要的是，实验发现YC介导的纳米疗法比未包装的纳米药物更有效，对毒性测定的结果显示包装后的纳米药物在长期口服后表现出良好的安全性，因此该方法或可用于AS和其他血管疾病的靶向治疗。单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）在AS中扮演着关键的角色，是AS发生早期的重要因素。Yin等[50]利用上述YC介导的仿生方法成功将一种MCP-1的特异性合成抑制剂靶向输送到AS斑块内部，结果显示这种抑制剂的作用明显增强，有效减少了单核细胞在AS斑块中的聚集。

2.3 治疗炎症相关疾病

胃肠道存在许多生物屏障，即使是当前最先进的纳米粒子靶向传递系统口服给药后也面临来自胃肠道障碍的挑战。Zhou等[51]尝试将含有消炎药吲哚美辛或抗肿瘤药物紫杉醇的纳米粒负载到酵母胶囊中，口服后经过一系列的体内运输过程，包埋在酵母胶囊中的纳米粒最终被传递到小鼠或大鼠炎症或肿瘤的远程病变部位。结果显示，在该急性炎症模型中，酵母胶囊介导的纳米探针的靶向效率甚至比静脉注射相同剂量的纳米探针的靶向效率还要高。口服经酵母胶囊介导的吲哚美辛或紫杉醇纳米疗法在炎症和肿瘤动物模型中与单独纳米治疗相比，作用显著增强。Plavcová等[52]利用酵母细胞包封姜黄素研究其在体外的抗炎作用，发现克服姜黄素生物利用度低、提高靶向传递主要是酵母细胞中纯化的葡聚糖颗粒发挥作用。

2.4 抗肿瘤

口服是最常见和最有效的给药方式，具有较高的安全性、方便性和用药依从性。目前，口服抗肿瘤药物在治疗癌症方面越来越受欢迎。但一些治疗癌症的口服药物存在亲水性低、对上皮细胞渗透性差、毒副作用大等问题。卡巴他赛是一种新型半合成紫杉醇，具有很强的抗肿瘤活性，与其他紫杉醇类似，卡巴他赛的口服给药仍然受到限制，Ren等[53]将载药聚合物-脂质杂化纳米粒子（NPs）负载到多孔空心酵母细胞壁微颗粒（YPs）中，制备了一种载药纳米微载体，用于巨噬细胞靶向口服卡巴他赛；在模拟胃肠道环境中，NPs负载YPs的体外释药速度较NPs慢，药物稳定性较高；体内药动学研究中，卡巴他赛溶液的口服利用度提高了5倍。顺铂是当前联合化疗中最常用的药物之一，Zhou等[54]将制备好的顺铂衍生的前体纳米粒子（PreCDDP）封装到酵母胶囊中得到可以口服给药的PreCDDP/YC，并从其理化性质、体外药物释放、体外抗肿瘤活性、口服靶向性、体内药动学和体内药效等方面对酵母胶囊仿生给药系统进行考察，结果PreCDDP/YC在细胞内释放后仍具有抗肿瘤活性，口服载于酵母胶囊中的PreCDDP比口服或静脉注射游离的顺铂具有更好的安全性和更高的生物利用度。上述研究表明载药纳米微载体技术是增加小分子药物口服吸收的一种可能途径。

2.5 潜在的骨组织再生能力

已有研究表明，生物医学材料聚磷酸钙掺锶后能够显著增强成骨细胞的增殖和分化。Huang等[55]利用酵母细胞对某些金属离子的吸附作用，成功将锶离子富集到多孔聚磷酸钙酵母微胶囊中，保证了微囊中微量元素的持续缓慢释放。与人骨髓基质细胞共培养的结果显示，酵母调控法制备的锶掺杂多孔聚磷酸钙微胶囊对碱性磷酸酶和Ⅰ型胶原基因的表达均有推动作用，证实了对成骨细胞的促进作用。其效果明显优于纯聚磷酸钙和沉淀的锶掺杂聚磷酸钙。这也表明酵母微囊技术可以通过掺杂微量元素控制其在聚磷酸钙中的渗入，进一步为骨组织工程开发新型生物材料。

目前的研究大多利用酵母微囊化口服给药，但也可用于全身给药、局部或吸入性黏膜给药[56]。

3 结语

鉴于微胶囊化技术带来的实用价值及其在众多领域中的应用前景，目前对酵母微胶囊研究越来越多。酵母细胞是一种绿色、天然、营养丰富、价格低廉、可大规模培养、安全系数高的可食用微载体。与传统的微胶囊制备方法相比，以酵母细胞为囊壁材料制备微胶囊具有以下优势：微胶囊产品大小均一、无毒、生物相容性好、易生物降解，制备过程中，不需要或很少引入其他化学试剂，较少溶剂残留或脱除的问题，非常适合药物和食品添加剂的包覆。我国研究人员对酵母微胶囊技术的研究虽然起步较晚，但已取得了较大的进步，在医药、食品领域进行了一定的实际应用和深入的研究，不过与国外相比还存在较大差距，特别是对成囊机制的分析，新技术、新设备的开发，药物控释、缓释及靶向释放等方面的研究还很不足。相信不久的将来，随着医药技术的不断进步，我国在酵母微胶囊的基础研究与应用研究一定会取得突破。