疏水性药物颗粒在离体胃肠液中形成复杂生物分子冠的研究

《Journal of Controlled Release》：Hydrophobic drug particles adopt a complex biomolecular corona in ex vivo gastrointestinal fluids

本研究针对口服疏水性药物颗粒在胃肠道内形成"生物分子冠"这一新兴前沿，通过蛋白质组学分析揭示了药物身份、晶型及胃肠分段对蛋白冠组成的特异性影响，为理解药物-生物界面相互作用提供了新视角。

　　

当我们吞下一粒药片时，很少有人会想到这些药物在体内的奇妙旅程。对于疏水性药物而言，它们往往以颗粒形式存在于胃肠道中，或由于pH变化和消化过程而沉淀形成颗粒。这些颗粒在复杂的胃肠环境中会立即被蛋白质等生物分子包裹，形成一层动态的"生物分子冠"。这一现象在血液中已被广泛研究，但在胃肠道中的研究却相对滞后。然而，每天有数百万患者服用疏水性小分子药物，理解这些药物颗粒在胃肠道中形成的生物分子冠对于预测其溶解、吸收和潜在免疫反应具有重要意义。

本研究发表在《Journal of Controlled Release》上，由哥本哈根大学的研究团队开展，首次系统探讨了疏水性药物颗粒在离体猪胃肠液中的蛋白冠形成规律。研究人员通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)蛋白质组学技术，分析了三种疏水性药物（克霉唑、利托那韦和吲哚美辛）在胃液、肠液和结肠液中的蛋白冠组成，并考察了药物特性、晶型状态和胃肠分段对冠组成的影响。

关键技术方法包括：从猪胃肠道各段提取生理流体并表征其理化性质；将药物颗粒与不同胃肠液孵育后，通过离心洗涤和热变性洗脱获得吸附的蛋白质；使用基于质谱的蛋白质组学分析冠组成；通过主成分分析(PCA)等生物信息学方法比较不同条件下的冠组成差异。

3.1. 猪胃肠道流体的表征

研究人员首先详细表征了提取的猪胃液(PGF)、肠液(PIF)和结肠液(PCF)的理化性质。PGF呈酸性(pH 4.54)，而PIF和PCF接近中性。蛋白质组学分析显示，PGF中含有790种蛋白质，数量最多，而PIF和PCF分别含有353和239种蛋白质。各段流体的蛋白质组成存在显著差异，PIF中消化酶含量丰富，而PCF则包含更多载体蛋白和免疫蛋白。

3.2. CMZ颗粒上的GI冠组成具有腔室特异性

在克霉唑(CMZ)颗粒上形成的生物分子冠强烈依赖于其所处的胃肠分段。PGF中形成的冠最为多样(661种蛋白质)，而PCF冠最为简单(267种蛋白质)。主成分分析显示，不同胃肠段形成的冠组成聚类明显分离，表明胃肠环境的特异性显著影响冠组成。

3.3. 颗粒顺序暴露于腔室流体会改变初始GI冠并偏好小肠蛋白

模拟药物颗粒在胃肠道中转运的顺序暴露实验(PGF→PIF→PCF)显示，无论暴露顺序如何，最终冠组成均与单独PIF暴露形成的冠高度相似。这表明PIF中的蛋白质对CMZ颗粒表面具有更高亲和力，能够取代其他段流体中吸附的蛋白质。

3.4. CMZ颗粒上的PIF冠快速形成且其组成随时间变化不显著

时间动力学研究表明，PIF中CMZ颗粒上的蛋白冠在10分钟内即达到平衡，且在长达120分钟的观察期内组成保持稳定，未出现明显的蛋白质交换现象，表明冠形成是一个快速且稳定的过程。

3.5. 药物颗粒的表面化学和固态决定PIF冠组成

不同药物颗粒在PIF中形成的冠组成存在显著差异。疏水性较强的CMZ和利托那韦(RTV)形成的冠相似(分别有394和399种蛋白质)，而与相对亲水的吲哚美辛(IND)形成的冠(262种蛋白质)明显不同。更重要的是，无定形IND形成的冠(361种蛋白质)与晶形IND显著不同，含有153种独特蛋白质，表明药物固态形式对蛋白吸附有重要影响。

3.6. 低丰度蛋白在药物颗粒表面的亲和驱动富集

在所有实验条件下，均观察到低丰度蛋白在颗粒表面的富集现象。这些在原始体液中难以检测的蛋白质，因对药物颗粒表面的高亲和力而在冠中被显著富集，这可能影响颗粒与肠道细胞的相互作用。

本研究系统揭示了疏水性药物颗粒在胃肠道中形成的生物分子冠的特性和规律。研究发现，胃肠分段的特异性、药物本身的理化性质（如疏水性和表面电荷）以及固态形式均是决定冠组成的关键因素。特别值得注意的是，肠液蛋白在顺序暴露中占据主导地位，且冠组成在短时间内即可达到稳定状态。无定形药物相比晶形药物能吸附更多种类的蛋白质，这为理解不同制剂形式的体内行为提供了新视角。低丰度蛋白的特异性富集现象提示，生物分子冠可能改变药物颗粒的"生物身份"，进而影响其与肠道微生物、黏液层和免疫细胞的相互作用。这些发现不仅深化了对口服药物胃肠道命运的理解，也为优化疏水性药物制剂设计、提高口服生物利用度和预测潜在免疫反应提供了重要理论基础。未来的研究应进一步探讨食物蛋白对冠组成的影响，以及冠形成对药物溶解和吸收的具体机制。