环糊精修饰如何影响其对骨骼的亲和力：来自adamgammadex骨骼毒性评估的见解

《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》：How cyclodextrin modification dictates bone affinity: Insights from the bone toxicity evaluation of adamgammadex

Adamgammadex在幼年及成年大鼠和犬中的骨毒性评估显示，长期给药未引起骨或牙齿发育异常，血清骨标志物（ALP、Ca2?、Pi、PINP、TRACP-5b、CTX-I、OC）无明显变化。药代动力学表明幼年大鼠药物代谢较慢，成年大鼠代谢更快，且Adamgammadex与羟基磷灰石（HA）的结合力较低，可能与L-半胱氨酸乙酰化侧链结构有关。

　　药物诱导的骨毒性是一个重要的安全问题，尤其在儿童群体中更为突出。儿童的骨骼正处于快速发育阶段，对药物的干扰尤为敏感。本研究聚焦于一种新型改良γ-环糊精——adamgammadex，它是一种用于快速逆转神经肌肉阻滞的药物，目前已接近市场批准。通过在幼年和成年大鼠中进行研究，评估其对骨骼和牙齿的潜在毒性，并探讨其与羟基磷灰石（hydroxyapatite, HA）的结合能力，从而为药物的安全性提供科学依据。

### 药物对骨骼和牙齿的分布与代谢

adamgammadex在单次静脉注射后，能够迅速分布至大鼠的骨骼和牙齿中。具体来说，在幼年和成年大鼠的头骨、胫骨、肱骨、股骨、肩胛骨、气管软骨以及腰椎L4-6等部位，放射性物质在注射后3小时内达到峰值。随后，放射性水平在3小时至10周的时间范围内逐渐下降，但成年大鼠中的放射性水平明显低于幼年大鼠，表明药物在成年大鼠中的代谢速度更快，且在骨骼和牙齿中的蓄积较少。这种差异可能与骨骼和牙齿在不同年龄段的生长速度有关，幼年大鼠由于骨骼发育迅速，药物更容易在组织中滞留，而成年大鼠则表现出更快的清除率。

在牙齿方面，幼年大鼠的门牙和臼齿显示出不同的清除趋势。门牙的放射性清除速度与骨骼类似，而臼齿则表现出较慢的清除速率。在成年大鼠中，无论门牙还是臼齿，放射性水平在所有检测时间点都接近或低于背景值，表明药物在成年大鼠中的蓄积非常有限。

### 长期给药对骨骼和牙齿的影响

在对幼年大鼠进行为期4周的每日给药实验中，给药剂量分别为200、600和2000 mg/kg。结果显示，大多数与骨骼相关的血清生物标志物（如碱性磷酸酶ALP、钙离子Ca2?、无机磷酸盐Pi、C-端胶原蛋白肽CTX-I和骨钙素OC）在给药结束后的第29天和恢复期的第57天均未表现出显著差异。仅在高剂量雄性大鼠中观察到短暂的PINP（前胶原蛋白I N端前肽）水平下降，但该变化在恢复期后恢复正常。此外，尺骨和股骨的长度在所有剂量组中均与对照组保持一致，表明药物对骨骼长度没有明显影响。生长板厚度也没有显著变化，进一步支持了药物对骨骼发育的无害性。

在为期9周的每周给药实验中，给药剂量为30、150和450 mg/kg。幼年大鼠的门牙萌出时间与对照组相似，且在第7天完成全部萌出，未发现形态异常。血清生物标志物的变化主要表现为短暂的升高，如高剂量雄性大鼠在第65天（恢复期第121天）时，CTX-I和OC水平出现短暂升高，而Pi在第121天时也有轻微上升。这些变化被认为是无毒理学意义的。股骨长度在大部分剂量组中保持稳定，仅在高剂量雄性大鼠中观察到短暂缩短，且在恢复期后恢复正常。微CT扫描显示，骨体积/骨组织体积比（BV/TV）和骨矿物质密度（BMD）均未受到明显影响，进一步证实了药物对骨骼结构的无害性。

在成年犬的4周每日给药实验中，给药剂量为150、450和1500 mg/kg。结果显示，药物对犬的骨骼相关生物标志物（如ALP、Ca2?和Pi）没有显著影响。尽管高剂量组在某些时间点表现出ALP水平的波动，但这些变化在恢复期后均恢复正常。此外，所有剂量组的生物标志物浓度在不同时间点和性别之间保持稳定，表明药物在犬体内的代谢过程相对均匀，且对骨骼健康没有明显影响。

### 药物与羟基磷灰石的结合机制

羟基磷灰石是骨骼和牙齿的主要无机成分，其晶体结构为六边形柱状。药物与羟基磷灰石的结合能力直接影响其在骨骼和牙齿中的蓄积和代谢。本研究通过放射性标记的adamgammadex与羟基磷灰石的结合实验，发现adamgammadex对羟基磷灰石的结合能力非常有限。在不同浓度下，结合率分别为0.098%、0.149%、0.129%、0.201%、0.260%和1.426%，表明其结合能力远低于其他类似药物。

进一步比较发现，天然环糊精（如α-CD、β-CD和γ-CD）对羟基磷灰石的结合能力极低，而经过修饰的环糊精（如α-SG、β-SG和sugammadex）则表现出更强的结合能力。这说明环糊精的侧链修饰对与羟基磷灰石的结合能力有显著影响。例如，sugammadex的侧链3-巯基丙酸（3-MPA）显著增强了其与羟基磷灰石的结合能力。相比之下，adamgammadex的侧链N-乙酰-L-半胱氨酸（L-NAC）对羟基磷灰石的结合能力较弱，表明其结构修饰方式在一定程度上限制了药物在骨骼中的蓄积。

此外，研究还发现，adamgammadex的D-对映体（γ-D-AG）及其侧链N-乙酰-D-半胱氨酸（D-NAC）在1.7 nmol浓度下表现出比L-形式更强的结合能力。这一现象可能与L-NAC和D-NAC的空间构型有关。L-NAC的甲基基团倾向于朝向环糊精的疏水腔，而其手性中心则限制了侧链的构型变化。相比之下，D-NAC的构型可能更有利于与羟基磷灰石的结合。因此，药物的立体化学结构对其与羟基磷灰石的结合能力具有重要影响。

### 药物对骨骼发育的影响

在幼年大鼠中，药物的蓄积和清除速率受到年龄因素的影响。幼年大鼠由于骨骼生长迅速，药物更容易在骨骼和牙齿中滞留，而成年大鼠则表现出更快的清除速率。这一现象在其他药物中也有所体现，例如四环素类药物，它们能够与骨骼中的钙离子结合，并在幼年大鼠的骨骼中表现出更高的蓄积率。然而，adamgammadex的清除速率显著高于这些药物，这可能与其较低的结合能力有关。

在对sugammadex的长期给药研究中，发现其在幼年大鼠的骨骼和牙齿中表现出较长的滞留时间，且在恢复期后未能完全清除。相比之下，adamgammadex在幼年大鼠中表现出更快的清除速率，且在恢复期后几乎完全消除。这一特性可能使其在临床应用中更具安全性，尤其是在儿童群体中。

### 药物的结构修饰与安全性

adamgammadex的结构修饰方式是其安全性的关键因素。该药物通过将N-乙酰-L-半胱氨酸连接到每个γ-CD的糖单元上，从而提高其分子结合特异性。这种修饰不仅增强了药物的药效，还显著降低了其与羟基磷灰石的结合能力。相比之下，sugammadex的侧链3-巯基丙酸（3-MPA）增强了其与羟基磷灰石的结合，导致其在骨骼和牙齿中的蓄积较高。因此，adamgammadex的结构设计使其在骨骼中的滞留时间较短，代谢更快，从而降低了潜在的骨毒性风险。

此外，药物的立体化学结构也对其安全性产生影响。L-NAC的构型限制了其与羟基磷灰石的结合能力，而D-NAC则表现出更强的结合能力。这种差异可能与药物分子的空间构型及其与钙离子的配位能力有关。在羟基磷灰石的吸附过程中，药物的羧酸基团需要与晶体表面发生静电相互作用。L-NAC的结构可能使得其羧酸基团更远离环糊精的疏水腔，从而限制了与羟基磷灰石的结合能力。而D-NAC的构型可能更有利于与羟基磷灰石的结合，导致其在骨骼中的滞留时间较长。

### 药物的临床意义

adamgammadex作为一种新型的神经肌肉阻滞逆转药物，其安全性备受关注。与sugammadex相比，adamgammadex在骨骼和牙齿中的蓄积较少，且清除速率更快，这可能与其结构修饰方式有关。此外，该药物在临床试验中表现出良好的安全性，未引起诸如再阻滞、过敏反应或喉痉挛等不良反应，进一步支持了其作为安全药物的潜力。

然而，尽管adamgammadex在骨骼和牙齿中的安全性较高，其长期使用的潜在风险仍需进一步研究。特别是对于儿童群体，由于骨骼发育尚未完成，药物的蓄积可能对骨骼生长产生影响。因此，在临床应用中，需要密切监测药物在骨骼中的分布和代谢情况，以确保其安全性。

### 研究的局限性与未来方向

本研究虽然提供了关于adamgammadex对骨骼和牙齿影响的重要数据，但仍存在一些局限性。首先，实验主要集中在大鼠和犬类动物上，尚未在人类中进行充分研究。其次，虽然药物在短期和中期的给药实验中表现出良好的安全性，但长期使用（如数月或数年）对骨骼和牙齿的潜在影响仍需进一步探讨。此外，药物的结合能力可能受到多种因素的影响，如pH值、温度、离子浓度等，这些因素在实际应用中可能对药物的代谢和分布产生影响。

未来的研究可以进一步探讨adamgammadex在不同物种中的代谢和分布特性，特别是在人类中的应用。同时，可以研究药物与其他环糊精衍生物的比较，以明确其在骨骼和牙齿中的安全性和有效性。此外，还可以结合临床数据，评估药物在实际使用中的安全性，特别是在长期治疗和高剂量使用的情况下。

### 结论

综上所述，adamgammadex在骨骼和牙齿中的分布和代谢具有较快的清除速率，且在长期给药后未表现出显著的骨毒性。其结构修饰方式（特别是N-乙酰-L-半胱氨酸的引入）显著降低了其与羟基磷灰石的结合能力，从而减少了在骨骼中的蓄积。这些特性使其在临床应用中更具安全性，尤其是在儿童群体中。然而，为了确保其广泛使用的安全性，仍需进一步研究其在不同物种中的代谢和分布情况，以及在长期治疗中的潜在影响。通过这些研究，可以为adamgammadex的临床应用提供更加全面的科学依据。