非布司他-苦豆碱共无定形给药系统：提升水溶性及与黄嘌呤氧化酶结合亲和力的协同策略

本研究针对非布司他（FEB）水溶性差、生物利用度低及长期用药心血管风险高等问题，开发了FEB与天然生物碱苦豆碱（ALO）以1:1摩尔比形成的共无定形系统（CAM）。通过溶剂蒸发和液相辅助研磨法制备的FEB-ALO CAM表现出显著增强的平衡溶解度（>10000倍）和固有溶出速率（145倍），并通过分子模拟证实其与黄嘌呤 oxidase（XO）具有更强结合亲和力。该研究为优化FEB剂量、降低毒副作用提供了新策略，对难溶性药物递送系统开发具有重要参考价值。

　　

痛风作为一种常见的代谢性关节炎，其发病率在全球范围内持续上升，给患者带来巨大痛苦。高尿酸血症是痛风的病理基础，而黄嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）是尿酸生成过程中的关键酶。非布司他（Febuxostat, FEB）作为新一代非嘌呤类XO抑制剂，已成为痛风长期管理的一线药物。然而，FEB属于生物药剂学分类系统（Biopharmaceutics Classification System, BCS）Ⅱ类药物，虽具有高渗透性，但其水溶性极低（仅0.013 mg·mL^–1），这严重限制了其口服生物利用度。临床实践中，为达到治疗效果往往需要较高剂量（40-80 mg/天），而长期使用会增加心血管死亡风险。2019年，美国食品药品监督管理局（FDA）甚至对FEB发布了黑框警告，提示其心血管安全性问题。因此，如何提高FEB的溶解度和生物利用度，从而降低临床给药剂量、减少毒副作用，成为药剂学领域亟待解决的重要问题。

传统的晶体工程方法如共晶、盐型等虽能一定程度改善FEB的溶解性，但效果有限。共无定形系统（co-amorphous system, CAM）作为一种新兴的药物递送策略，通过将活性药物成分（API）与共形成物（co-former）在分子水平通过氢键、离子键等相互作用形成均相单相系统，不仅能显著提高药物的溶解度和溶出速率，还能避免化学修饰，保持药物的治疗活性。近年来，药物-药物CAM系统因其能同时改善溶解性和实现协同治疗效果而受到广泛关注。

在这项发表于《European Journal of Pharmaceutical Sciences》的研究中，研究人员创新性地选择苦豆碱（aloperine, ALO）作为共形成物。ALO是一种从苦豆子种子中提取的天然生物碱，在传统中药中常用于抗过敏和抗炎治疗。现代研究表明，ALO具有心血管保护、抗炎、抗菌、抗肿瘤和抗病毒等多种药理活性，且其水溶性极佳。更重要的是，苦豆子来源的生物碱如苦参碱等已被证明是良好的CAM共形成物，这为ALO的应用提供了理论基础。

研究团队采用溶剂蒸发法和液相辅助研磨法（liquid-assisted grinding, LAG）成功制备了FEB-ALO（1:1）共无定形系统，并通过多种分析技术对其进行了系统表征。粉末X射线衍射（PXRD）结果显示，FEB-ALO CAM呈现典型的无定形弥散峰，证实了无定形相的形成。差示扫描量热法（DSC）分析显示，CAM系统在57.3°C出现单一的玻璃化转变温度（T_g），表明形成了均相单相系统。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振波谱（NMR）分析揭示了FEB与ALO之间存在的强离子键和氢键相互作用：FEB的羧基质子信号消失，同时出现去质子化羧酸根的不对称和对称伸缩振动峰；ALO的仲胺氮原子质子化，其附近氢原子出现去屏蔽现象。这些结果表明FEB-ALO CAM中形成了盐型结构，ΔpKa值达7.2（FEB pKa=3.07，ALO pKa=10.31），符合盐形成的条件。

溶解性能研究表明，FEB-ALO CAM的平衡溶解度达到180.20 mg·mL^–1，较结晶FEB（0.017 mg·mL^–1）提高了10588倍；固有溶出速率（IDR）达到4.050 mg·min^–1·cm^–2，提高了145倍。这种显著的溶解性改善主要归因于CAM系统中强烈的离子键和氢键相互作用，增强了体系对水分子的静电吸引力，加速了溶解过程。

分子静电势表面（MEPS）分析进一步从理论上验证了分子间相互作用的可行性。FEB羧基羟基的局部静电势极大值为+60.27 kcal·mol^–1，是强氢键供体；ALO氮原子（N12）的局部静电势极小值为-35.91 kcal·mol^–1，是强氢键受体。这种静电势的互补性为分子间氢键（N12–H12A···O8）的形成提供了理论依据。

分子对接和动力学模拟结果显示，FEB-ALO与黄嘌呤氧化酶（PDB ID: 3B9J）的Cdocker结合能为-43.684 kcal·mol^–1，显著高于单独的FEB（-31.267 kcal·mol^–1）和ALO（-25.167 kcal·mol^–1）。100 ns的分子动力学模拟通过分析均方根波动（RMSF）、回转半径（Rg）和溶剂可及表面积（SASA）等参数，证实了FEB-ALO与XO复合物具有良好的结构稳定性。

物理稳定性研究表明，FEB-ALO CAM在高温（60°C）、高湿（RH 80%）、光照和长期储存（6个月）条件下均能保持无定形状态，表现出良好的物理稳定性。尽管在光照和高温条件下观察到衍射峰强度有所降低，这主要与ALO的光敏感性和温度接近T_g有关，但仍未出现结晶现象。

本研究主要采用了以下关键技术方法：通过溶剂蒸发和液相辅助研磨法制备共无定形系统；使用粉末X射线衍射、差示扫描量热法、傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱进行物理化学表征；通过平衡溶解度和固有溶出速率测定评价溶解性能；采用分子静电势表面分析预测分子间相互作用；运用分子对接和分子动力学模拟研究系统与靶标蛋白的结合特性。

3.1. PXRD分析

通过PXRD分析证实，使用液相辅助研磨和溶剂蒸发两种方法均成功制备了FEB-ALO共无定形系统。结晶FEB（A型）和ALO均显示出尖锐的特征衍射峰，而物理混合物（PM）呈现两组分的衍射峰叠加，FEB-ALO CAM则显示典型的无定形弥散 halo 峰，表明成功实现了共无定形化。ΔpKa值达7.2，表明体系中可能形成了盐。

3.2. DSC分析

DSC曲线显示，结晶FEB在202.2°C、203.3°C和210.0°C处分别显示出多晶型转变、结晶和熔融峰；ALO的熔点为73.0°C；而FEB-ALO CAM在57.3°C处显示单一的玻璃化转变温度，证实形成了均相无定形单相系统。

3.3. IR光谱

FTIR光谱显示，FEB-ALO CAM中FEB的ν(C=O)特征峰消失，同时出现去质子化羧酸根的不对称（1607 cm^–1）和对称（1368 cm^–1）伸缩振动峰，羧酸二聚体的宽峰（2545 cm^–1）消失；ALO的δ(N-H)峰（1674-1615 cm^–1）也消失，表明发生了电离和盐的形成。此外，FEB的O–H、C≡N和C=N伸缩振动峰分别位移至2931、2227和1507 cm^–1，进一步证实了氢键相互作用的存在。

3.4. ¹H-NMR

¹H-NMR谱显示，FEB-ALO CAM中FEB的羧基质子信号消失，表明去质子化；FEB的H11（从8.26移至8.18 ppm）和H7（从8.18移至8.10 ppm）向高场位移；ALO的H17'（从5.39移至5.70 ppm）和H12'（从3.05移至3.25 ppm）向低场位移，这些化学位移变化进一步证实了分子间强相互作用的存在。特征峰积分比为1:1，表明CAM由FEB和ALO按1:1摩尔比组成。

3.5. 加速和长期物理稳定性

加速稳定性试验（高温、高湿、光照）和长期稳定性试验（25°C干燥器6个月）的PXRD结果显示，FEB-ALO CAM在所有条件下均保持无定形状态，未出现结晶现象，表明其具有良好的物理稳定性。虽然在光照和高温条件下观察到衍射峰强度降低，这与ALO的光敏感性和温度接近T_g有关，但仍未出现结晶。

3.6. 溶解性研究

3.6.1. 平衡溶解度测定

FEB-ALO CAM的平衡溶解度达到180.20 mg·mL^–1，较结晶FEB（0.017 mg·mL^–1）提高了10588倍，较物理混合物（31.3 mg·mL^–1）也有显著提高。CAM系统在30分钟内即形成超饱和溶液，并在24小时内保持平衡。

3.6.2. 固有溶出速率

FEB-ALO CAM的IDR为4.050 mg·min^–1·cm^–2，较结晶FEB（0.028 mg·min^–1·cm^–2）提高了145倍，较物理混合物（0.129 mg·min^–1·cm^–2）也有显著改善。CAM系统呈现线性释放曲线，表明溶解过程中无结晶现象。

3.7. 分子静电势表面分析

MEPS分析显示，FEB羧基羟基的局部静电势极大值（+60.27 kcal·mol^–1）与ALO氮原子（N12）的局部静电势极小值（-35.91 kcal·mol^–1）形成互补，为分子间氢键（N12–H12A···O8）的形成提供了理论依据。

3.8. 分子对接和动力学模拟

分子对接显示，FEB-ALO与XO的Cdocker结合能（-43.684 kcal·mol^–1）显著高于单独的FEB（-31.267 kcal·mol^–1）和ALO（-25.167 kcal·mol^–1）。100 ns分子动力学模拟通过RMSF、Rg和SASA分析证实，FEB-ALO与XO复合物结构稳定，表明其可能具有更强的酶抑制活性。

本研究成功开发了一种新型FEB-ALO共无定形系统，通过溶剂蒸发和液相辅助研磨法制备的1:1摩尔比CAM表现出显著改善的溶解性能和与黄嘌呤氧化酶的结合亲和力。系统表征证实了体系中强离子键和氢键相互作用的存在，这些相互作用不仅增强了系统的物理稳定性，还显著提高了FEB的平衡溶解度（>10000倍）和固有溶出速率（145倍）。分子模拟研究进一步表明，FEB-ALO CAM与靶酶XO具有更强的结合能力和稳定性，这为其在痛风治疗中实现剂量优化、降低毒副作用提供了理论依据。

该研究的重要意义在于：首先，为解决FEB低溶解度、低生物利用度和高剂量用药安全问题提供了创新性解决方案；其次，展示了天然活性生物碱作为共无定形系统共形成物的巨大潜力，为难溶性药物的递送系统开发提供了新思路；第三，通过多学科技术手段（从制剂制备到分子模拟）系统阐述了CAM系统的形成机制和作用特点，为类似研究提供了完整的技术路线和研究框架；最后，研究结果对推动FEB临床用药安全性和有效性具有重要价值，对痛风和高尿酸血症的治疗策略优化具有积极意义。

需要注意的是，虽然本研究在物理化学性质和理论模拟方面取得了重要进展，但FEB-ALO CAM的实际生物学效果（如酶抑制活性、药代动力学行为和体内疗效）仍需通过后续实验验证。此外，体系的长期化学稳定性、规模化生产工艺和制剂开发等方面也需要进一步研究。总体而言，该研究为药物共无定形系统的设计和开发提供了有价值的参考，展示了这种策略在改善难溶性药物性能方面的巨大潜力。