可吸入阿托伐他汀粉末的研制及其在人体肺细胞中的抗炎作用

《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Development of an Inhalable Atorvastatin Powder and its Anti-Inflammatory Effects in Human Lung Cells

吸入式阿托伐他汀干粉制剂的开发及其肺上皮细胞抗氧化抗炎作用研究。

　　

洛伦佐·曼奇尼（Lorenzo Mancini）|露西亚·埃尔科拉内蒂（Lucia Ercolanetti）|加布里埃莱·迪·桑特（Gabriele Di Sante）|弗朗切斯科·加利（Francesco Galli）|毛里齐奥·里奇（Maurizio Ricci）|德西蕾·巴托利尼（Desirée Bartolini）|奥蕾莉·舒本（Aurélie Schoubben）

佩鲁贾大学药学系，Via del Giochetto 5号，06122，佩鲁贾，意大利

摘要

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种肺部疾病，预计在未来几年发病率将上升。除了降脂作用外，他汀类药物（包括阿托伐他汀（ATV）还具有多种生物学活性，多项研究报道了它们在治疗COPD及其急性加重方面的疗效。本研究旨在开发并表征一种高含量（>90%）的阿托伐他汀喷雾干燥粉末，用于吸入，并评估其在BEAS-2B肺上皮细胞中的效果。

阿托伐他汀与亮氨酸共同喷雾干燥，产率约为50%。扫描电子显微镜（SEM）图像显示颗粒大小约为1-2微米，呈球形且表面不规则。使用多级液体撞击器（MSLI）进行的气动学评估显示，可吸入颗粒比例为41-52%，排放颗粒比例为58-66%，质量中值空气动力学直径（MMAD）为2.6-3.0微米。为了便于体外研究，制备了阿托伐他汀与乳糖和硬脂酸镁的混合物。LPS刺激的BEAS-2B细胞实验表明，阿托伐他汀具有抗氧化和抗炎作用。阿托伐他汀溶液以及喷雾干燥后的混合物能够有效降低细胞外H₂O₂和IL-6水平，而仅使用辅料则没有抗炎效果。

实时PCR结果显示，阿托伐他汀溶液和混合物均能下调IL-6的表达，同时上调TGF-β、PPAR-γ和PLIN-2的表达。总之，成功开发出一种可吸入的阿托伐他汀干粉，在LPS处理的BEAS-2B细胞中表现出显著的抗炎和抗氧化作用。

引言

肺部疾病是全球范围内仅次于缺血性心血管疾病和脑血管疾病的常见死因，因此对健康和经济造成了巨大负担。世界卫生组织预测，到2030年，五分之一的死亡将由四种主要肺部疾病（肺炎、结核病、肺癌和慢性阻塞性肺疾病（COPD）引起，而2008年这一比例为六分之一[1]、[2]。在欧洲，结核病和下呼吸道感染的发病率预计会下降，而肺癌和COPD的发病率则会上升[3]，总体肺部疾病的发病率将保持稳定。肺部给药方式可实现较高的局部药物浓度，从而减少给药剂量并快速发挥药效。此外，它还能降低全身给药（如口服或注射）可能产生的副作用风险[4]。肺部给药途径被用于治疗多种肺部疾病，包括COPD[5]、哮喘[6]和囊性纤维化[7]。根据全球慢性阻塞性肺疾病倡议（GOLD）的定义，COPD是一种“由气道（支气管炎、细支气管炎）和/或肺泡（肺气肿）异常引起的慢性呼吸道症状（呼吸困难、咳嗽、咳痰和/或急性加重）的异质性肺部疾病”。这种临床异质性反映了该疾病的复杂病因，涉及环境和遗传因素[5]。

目前的药物治疗手段旨在扩张支气管、减轻炎症并改善肺功能。根据患者的呼吸困难程度和急性加重情况，单独或联合使用长效β2受体激动剂（LABA）和长效抗胆碱能药物（LAMA）作为支气管扩张剂。支气管扩张剂还常与吸入性皮质类固醇联合使用以减轻支气管炎症[8]。

最近的研究表明，他汀类药物（尤其是阿托伐他汀）对COPD患者的氧化应激和气道阻塞有积极作用。阿托伐他汀通过抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶的活性，阻断胆固醇生物合成途径中的关键步骤，从而降低血浆中的胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-cholesterol）、极低密度脂蛋白胆固醇（VLDL-cholesterol）和甘油三酯水平[9]、[10]。除了降脂作用外，他汀类药物还具有多种生物学活性，对内皮功能、血液凝固和炎症有积极作用[11]。在患有COPD的大鼠中，口服阿托伐他汀可保护肺血管免受炎症和重塑[12]。一项初步的随机临床研究也证实了阿托伐他汀的抗炎效果[13]。多项研究证实阿托伐他汀对COPD及其急性加重的治疗效果[14]、[15]、[16]。阿托伐他汀通过抑制异戊二烯类物质的生成来调节炎症并限制平滑肌细胞的生长[17]、[18]。此外，在内毒素诱导的急性肺损伤中，阿托伐他汀也表现出抗氧化作用[17]。在另一项研究中，通过吸入方式给COPD小鼠模型使用阿托伐他汀，结果显示阿托伐他汀改善了肺形态和功能，恢复了细胞外基质并减少了炎症细胞的聚集[19]。阿托伐他汀的抗炎作用主要归因于其抗炎效果，但关于其吸入制剂的性质尚缺乏详细信息[19]。吸入给药方式可能通过提高肺部药物浓度来增强抗炎效果。在现有的制剂中，吸入用干粉因具有较好的长期稳定性而受到关注，通常比溶液或悬浮液更优。此外，干粉吸入器能提供更高的给药剂量[20]、[21]、[22]。虽然有文献报道使用喷雾干燥技术制备阿托伐他汀口服制剂以提高生物利用度[20]、[21]、[22]，但这些制剂不适合直接用于吸入。关于肺部给药途径，现有文献中仅有的两项研究使用的阿托伐他汀含量极低，分别为0.2%（w/w）和0.235%（w/w）[24]、[25]。

本研究旨在开发一种高含量阿托伐他汀的吸入干粉，并使用BEAS-2B人肺细胞进行体外效果评估。据作者所知，目前文献中尚未有关于此类制剂的报道。

材料

亮氨酸（Leu）、甲醇（MeOH）、乙醇、乙腈和3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化物（MTT）购自Sigma-Aldrich Chemical（意大利）。乳糖（Lactohale? 200）购自DFE Pharma（德国）。硬脂酸镁购自Faravelli S.p.A.（意大利）。阿托伐他汀（ATV）购自BLD pharmatech Gmbh（德国）。

粉末制备

通过优化喷雾干燥参数，制备出一种阿托伐他汀含量高、产率良好且具有合适气动特性的干粉。改变了辅料和溶剂的用量、喷雾干燥条件及固体百分比，共生产了8批样品（表1）。还制备了一种含100%阿托伐他汀的干粉以探讨不添加辅料的可能性，但该干粉产率较低，且具有粘性、静电吸附性强，难以处理

结论

利用亮氨酸作为共喷雾干燥剂，成功制备出一种高药物含量、适合吸入的阿托伐他汀干粉。在LPS刺激的BEAS-2B肺上皮细胞中的体外研究表明，该制剂具有显著的抗氧化和抗炎作用，表现为细胞外H₂O₂和IL-6水平降低，以及关键基因标记物的变化。重要的是，这种喷雾干燥的阿托伐他汀干粉的效果优于纯阿托伐他汀

作者贡献声明

露西亚·埃尔科拉内蒂（Lucia Ercolanetti）：研究工作。洛伦佐·曼奇尼（Lorenzo Mancini）：撰写初稿、方法设计、研究实施、数据整理。德西蕾·巴托利尼（Desirée Bartolini）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、资源协调、方法设计、研究实施、数据分析。毛里齐奥·里奇（Maurizio Ricci）：撰写、审稿与编辑、资金申请。弗朗切斯科·加利（Francesco Galli）：撰写、审稿与编辑、资源协调。加布里埃莱·迪·桑特（Gabriele Di Sante）：撰写初稿、数据可视化、方法设计、研究实施、数据分析。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系