桦木醇与甘草酸或咖啡酸苯乙酯的共组装及其特性

《ACS Omega》：Coassembly of Betulinol with Glycyrrhetinic Acid or Caffeic Acid Phenethyl Ester and Their Characteristics

Bet与CAPE、GA共组装形成纳米颗粒，Bet–CAPE（7:3）和Bet–GA（8:2）在稳定性、溶胀性及抗氧化活性方面表现最优，其机制涉及氢键和疏水相互作用，分子动力学模拟证实Bet–CAPE结构更紧凑，Bet–GA具有靶向释放特性。

　　
Betulinol（Bet）是一种天然存在的五环三萜类化合物，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等多种生物活性。然而，其低水溶性（0.08 μg/mL）和有限的生物利用度严重制约了实际应用。近年来，纳米递送系统被广泛用于改善药物溶解度和稳定性。本文聚焦于Bet与两种活性分子——咖啡酸苯乙酯（CAPE）和甘草次酸（GA）的共组装技术，通过系统性研究揭示了其形成机制、稳定性及抗氧化活性，为天然活性分子递送系统的开发提供了新思路。

### 一、共组装体系构建与结构特征
研究采用非共价相互作用诱导的共组装策略，通过调控Bet与CAPE、GA的质量比（7:3和8:2）成功构建了纳米级复合物。紫外-可见光谱分析显示，共组装物的吸收峰发生显著位移，表明分子间存在氢键和疏水作用。例如，Bet-Cape共组装物在330 nm处的吸收峰蓝移至323 nm，而GA的300 nm特征峰完全消失，证实了分子间相互作用。红外光谱（FTIR）进一步验证了氢键的形成：Bet的O-H伸缩振动峰（3467 cm?1）与CAPE的酚羟基（3288 cm?1）及GA的羧基（3435 cm?1）在共组装后向低波数方向移动，表明分子间形成了稳定的氢键网络。X射线衍射（XRD）显示，自由Bet和CAPE/GA均具有明显晶体结构，而共组装物特征衍射峰消失，说明晶格结构被破坏，形成非晶态纳米结构。

扫描电镜（SEM）观察到不同质量比下的形态差异：Bet-Cape在7:3时形成片层状结构（粒径508 nm），而Bet-GA在8:2时形成均匀的球形颗粒（粒径466 nm）。分子动力学模拟显示，Bet与CAPE通过氢键（苯酚羟基-羰基）和疏水作用（苯环-甲基）结合，形成更紧凑的复合物（Rg值降低18%）。相比之下，Bet-GA的氢键强度较弱（ΔG=-13.6 kJ/mol），但疏水作用更显著，导致其更稳定的球状结构。

### 二、稳定性与生物利用度优化
1. **热稳定性**：差示扫描量热法（DSC）显示，纯Bet在260℃出现分解峰，而共组装物在500℃仅损失57%-66%质量，表明热稳定性显著提升。Bet-Cape 7:3在80℃加热后粒径仅增加13%，而Bet-GA 8:2在70℃时仍保持稳定，这与其氢键网络密度相关。

2. **环境稳定性**：在pH 5-9范围内，Bet-GA 8:2的粒径波动幅度（±5%）明显小于Bet-Cape 7:3（±12%），主要归因于GA的羧基在酸性条件下更易形成稳定氢键。盐稳定性测试表明，1000 mM NaCl下Bet-Cape仍保持纳米级分散（粒径657 nm），而Bet-GA 8:2的粒径仅增至512 nm，证明其结构具有更好的抗离子干扰能力。

3. **光稳定性**：紫外线照射72小时后，Bet-Cape 7:3的粒径增长幅度（28%）显著低于Bet-GA 8:2（45%），这与其更强的氢键网络（每分子平均形成5.2个氢键）和更小的初始粒径（508 vs 466 nm）密切相关。

### 三、协同生物活性与释放特性
1. **抗氧化增强机制**：
- **DPPH清除率**：Bet-Cape 7:3在1 mg/mL浓度下清除率达92.3%，显著高于纯Bet（5.1%）和CAPE（78.6%）。其协同效应源于共组装后分子间距缩短（平均2.1 nm），形成更高效的自由基捕获位点。
- **ABTS清除率**：Bet-GA 8:2在相同浓度下清除率提升至89.7%，较纯GA提高32个百分点。这与其特有的双壳层结构（GA提供疏水层，Bet提供亲水层）有关，使得活性位点更易接触水溶性自由基。
- **还原力**：Bet-Cape的还原力（1.24 mg/mL）是纯Bet的18倍，主要归因于CAPE的引入增强了电子转移能力。

2. **靶向释放特性**：
通过模拟胃肠消化实验发现，Bet-Cape 7:3和Bet-GA 8:2的释放行为存在显著差异。Bet-GA在胃酸环境（pH 1.2）中2小时即释放65.8%，主要因其GA分子含有羧基，在酸性条件下更易解组装。而Bet-Cape在胃酸中仅释放12.3%，进入肠道碱性环境（pH 7.5）后释放速率陡增，3小时内累计释放82.5%。这种差异源于共组装物表面电荷分布不同：Bet-Cape的zeta电位（-32.5 mV）使其更易抵抗胃酸解离，而Bet-GA的电位（-25.8 mV）在胃酸中更稳定。

### 四、工业化应用潜力
1. **工艺简化优势**：与传统纳米递送系统（如自组装微纤维、Pickering乳液）相比，共组装技术无需复杂载体材料，仅通过分子间非共价作用即可形成稳定纳米结构。例如，Bet-GA 8:2的制备成本较文献报道的 Bet/β-环糊精复合物降低40%。

2. **规模化挑战**：研究显示，当CAPE添加量超过7:3时，纳米颗粒开始出现聚集（粒径＞800 nm）。这提示需严格控制投料比，建议采用两步混合法：先以7:3比例形成核心结构，再逐步添加剩余Capacity至最终比例，可有效维持纳米颗粒稳定性。

3. **临床转化前景**：Bet-Cape 7:3在70℃加热后仍保持有效分散（PDI＜0.15），其结构特性与文献报道的紫杉醇包埋系统（粒径500 nm）接近，为开发口服纳米制剂提供了物理稳定性保障。动物实验表明，该体系在H22肿瘤模型中可使Bet的生物利用度提升至传统制剂的3.2倍。

### 五、技术局限与改进方向
1. **稳定性瓶颈**：在25℃储存30天后，Bet-Cape的粒径增长至初始值的1.6倍，提示需添加表面活性剂（如0.5% PVA）改善长期稳定性。

2. **活性成分损失**：胃酸处理导致Bet-GA中约20%的Bet被降解，建议采用pH响应性载体（如果胶基纳米囊）实现分段释放。

3. **协同效应优化**：分子动力学模拟显示，CAPE与Bet的氢键密度（5.2 bonds/molecule）是GA（3.8 bonds/molecule）的1.35倍，但后者在特定pH条件下的溶胀性更优。未来研究可结合机器学习算法，在氢键密度（＞4 bonds/molecule）和溶胀速率（＞0.5 mm/h）间寻找最佳平衡点。

### 六、产业化路径建议
1. **工艺优化**：采用高压均质技术（200 MPa）替代传统溶剂蒸发法，可缩短制备时间至2小时（原工艺需12小时），同时减少有机溶剂残留（＜0.1%）。

2. **质量控制**：建立基于XRD（特征峰消失率＞90%）和DSC（热分解起始温度＞280℃）的理化指标标准，结合近红外光谱（NIR）实现成品快速检测。

3. **应用拓展**：针对Bet-GA体系的高胃酸释放特性，可开发局部缓释制剂用于胃炎治疗；而Bet-Cape体系的长肠滞留特性适合设计肿瘤靶向给药系统。

本研究首次系统揭示了Bet与CAPE/GA的共组装动力学及稳定性调控规律，为天然产物的纳米化提供了普适性技术框架。其核心启示在于：通过分子间作用力的精准调控（氢键密度＞4 bonds/molecule，粒径＜600 nm），可在保证生物活性的前提下实现高效递送。未来研究应聚焦于构建Bet-Cape/GA的智能响应系统（如pH/酶双响应），进一步提升临床应用价值。