天然来源抗感染药物的肺部递送：桑皮酮脂质体制剂的开发与表征

《European Journal of Pharmaceutical Sciences》：Pulmonary delivery of anti-infectives from natural sources: Development and characterization of liposomal sanggenon formulations

本研究针对桑皮酮C(SGC)和桑皮酮D(SGD)口服生物利用度低、水溶性差的问题，开发了DMPC:DMPG(2:1 w/w)脂质体肺部递送系统。研究通过乙醇注入法制备了高载药量(>3.5 mg/mL)的脂质体，并利用DSC、Langmuir槽、SAXS和cryo-TEM等技术系统表征了药物-脂质相互作用。结果显示，脂质体在雾化过程中稳定性良好(MMAD:1.30-1.35 μm)，体外释放缓慢(240 h释放8-9%)，且显著降低了细胞毒性。该研究为开发基于天然产物的肺部抗感染疗法提供了新策略。

　　

在抗击呼吸道感染的道路上，科学家们不断从大自然中寻找灵感。桑皮酮C(Sanggenon C, SGC)和桑皮酮D(Sanggenon D, SGD)这对来自桑树根皮的"孪生兄弟"，作为穆尔伯Diels-Alder型加合物(Mulberry Diels-Alder-type adducts, MDAAs)家族成员，展现出令人瞩目的抗感染潜力。它们不仅能够有效对抗ESKAPE病原菌面板中的多种革兰氏阳性菌株，如金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant S. aureus, MRSA)，还对肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae)和甲型流感病毒(Influenza A virus, IAV)共培养物具有抑制作用，甚至对SARS-CoV-2病毒的主要蛋白酶也表现出抑制活性。

然而，这些天然产物面临着巨大的成药性挑战：它们结构庞大、水溶性差、口服生物利用度低，这些特性严重限制了其临床应用。面对这一困境，研究人员将目光投向了肺部给药这一创新途径。通过吸入给药，药物可以直接抵达感染部位——肺部，最大限度地提高局部药物浓度，同时减少全身暴露带来的副作用。

这项发表于《European Journal of Pharmaceutical Sciences》的研究，由维也纳大学(University of Vienna)药学系的Jacqueline Schwarzinger等学者主导，旨在开发一种能够克服桑皮酮固有缺陷的先进递送系统。研究人员基于前期研究发现SGC和SGD在肺上皮细胞Calu-3单层模型中表现出极低的渗透性，这提示它们可能在肺部具有较长的滞留时间，为局部治疗提供了理想条件。

为了将这一理论转化为实践，研究团队采用了脂质体封装策略。他们借鉴了已获批的两性霉素B脂质体制剂(如Abelcet?)的成功经验，选用了1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DMPC)和1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸-(1'-rac-甘油)钠盐(1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol) sodium salt, DMPG)以2:1的重量比组成脂质基质。这种脂质组合不仅具有良好的生物相容性，其主相变温度(phase transition temperature, T_m)约为23°C，能确保在生理温度下保持流体双层特性。

研究团队采用乙醇注入法(ethanol injection method)制备脂质体，这种方法通常能产生小而均匀的囊泡，并具有较高的包封效率。他们设定了≥3.5 mg/mL的目标药物浓度，这一剂量是基于先前呼吸道感染动物模型的研究经验而确定的。

为全面评估制剂质量，研究人员运用了多种关键技术方法：通过动态光散射(dynamic light scattering, DLS)和电泳光散射(electrophoretic light scattering, ELS)分析粒径和zeta电位；采用差示扫描量热法(differential scanning calorimetry, DSC)研究热力学行为；利用Langmuir槽(Langmuir trough)进行单层研究；借助小角X射线散射(small-angle X-ray scattering, SAXS)解析纳米尺度结构；通过冷冻透射电子显微镜(cryo-transmission electron microscopy, cryo-TEM)观察形态特征；使用下一代撞击器(next generation impactor, NGI)评估气溶胶性能；并采用MTT法和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)法进行细胞相容性评价。

系统表征结果显示，空白脂质体(Blank-Lip)的平均流体动力学直径为70.1±0.6 nm，而SGC-Lip和SGD-Lip的粒径分别为97.8±2.4 nm和116.9±1.6 nm，表明桑皮酮的加入影响了囊泡尺寸。所有制剂的多分散指数(polydispersity index, PDI)均低于0.25，显示粒径分布较为均一。包封效率(encapsulation efficiency, EE)方面，SGC-Lip达到99.2±0.3%，SGD-Lip为96.0±4.0%，高包封率与桑皮酮较高的脂溶性(logP值SGC为3.48±0.05，SGD为2.92±0.07)密切相关。

储存稳定性研究表明，在4°C条件下储存8周后，所有制剂均保持稳定的粒径分布，无显著聚集现象，PDI值始终维持在较低水平(<0.25)，证明制剂具有良好的物理稳定性。

Cryo-TEM分析揭示，空白脂质体呈现刻面结构，而加入桑皮酮后则形成更光滑的球形脂质体。SGD-Lip中观察到更大的囊泡(部分超过200 nm)和多层结构，表明SGD对囊泡形成的影响与SGC存在差异。膜厚度测量显示，空白脂质体为5 nm，而SGC-Lip和SGD-Lip均为4 nm，这种减少可能与从凝胶相到流体相的转变有关。

DSC热分析表明，桑皮酮的加入使主相变温度向低温方向移动，表明两者对脂质双层均具有流动化效应，其中SGC的效应更为明显。

Langmuir单层研究显示，随着桑皮酮与脂质比例的增加，药物逐渐破坏了脂质 packing，抑制了液体扩张(liquid-expanded, LE)到液体凝聚(liquid-condensed, LC)的相变，表明桑皮酮有效整合到脂质基质中并干扰脂质相互作用。

SAXS分析结果在16°C(低于T_m)和37°C(高于T_m)下进行。在16°C时，桑皮酮的加入导致双层厚度减少约0.8 nm，并引起双层无序化；在37°C时，双层厚度进一步减少约0.4 nm，桑皮酮对尾部区域产生 ordering 效应。这些结果表明桑皮酮在两种温度下均能融入双层，并在低于T_m时诱导无序和变薄，在高于T_m时产生一定的有序和稳定效应。

气溶胶性能评估使用振动网孔雾化器进行，SGC-Lip和SGD-Lip的质量中值空气动力学直径(mass median aerodynamic diameter, MMAD)分别为1.35±0.07 μm和1.30±0.13 μm，适合深肺沉积。雾化后，囊泡直径略有减小(SGC-Lip从98±2 nm降至94±3 nm；SGD-Lip从117±1 nm降至106±3 nm)，这可能是较大囊泡在剪切力作用下破裂所致，但总体结构保持稳定。

释放研究在模拟肺液(simulated lung fluid, SLF)中进行。10天后，游离SGC和SGD的累积释放率分别为25%和38%，而脂质体制剂中SGC-Lip和SGD-Lip的释放率仅为8%和9%，表明脂质双层对药物具有显著的滞留效应。Korsmeyer-Peppas模型拟合显示，脂质体制剂的转运常数(n值约为0.35-0.38)表明其释放机制为非Fick扩散。

生物相容性评价通过MTT和LDH实验进行。游离SGC和SGD显示出浓度依赖的细胞毒性，半最大细胞毒性浓度(half-maximal cytotoxic concentration, CC₅₀)在MTT实验中分别为48 μg/mL和121 μg/mL，在更敏感的LDH实验中分别为20 μg/mL和56 μg/mL。而脂质体制剂即使在最高测试浓度(500 μg/mL)下也未显示相关细胞毒性，显著改善了生物相容性。

研究结论部分强调，尽管SGC和SGD在物理化学性质上存在立体化学依赖性差异，但这些差异在脂质体配方中得到了有效缓解。两种制剂在稳定性、气溶胶性能、体外释放动力学和生物相容性方面表现相当。脂质体封装不仅显著提高了桑皮酮的溶解度，还使其能够实现高效的肺部沉积，同时增强细胞相容性。

这项研究的深远意义在于，它为解决结构复杂的天然抗感染药物成药性难题提供了切实可行的方案。通过精心设计的脂质体递送系统，研究人员成功地将桑皮酮这类具有显著生物活性但理化性质不佳的天然产物转化为具有临床应用前景的候选药物。特别是该研究深入探讨了立体异构体在脂质基递送系统中的特异性行为，为理解药物-膜相互作用提供了新的视角。

研究结果表明，基于天然产物的肺部抗感染疗法具有巨大的开发潜力。随着后续体内药代动力学/药效学(pharmacokinetic/pharmacodynamic, PK/PD)研究的推进，这种脂质体递送策略有望为呼吸道感染治疗提供新的解决方案，特别是在抗生素耐药性日益严重的当下，这种基于天然产物的创新疗法显得尤为珍贵。