聚山梨酯80光氧化新机制：游离脂肪酸协同乙酸-Fe(III)介导的近紫外/可见光降解及其药物稳定性影响

针对生物制药中关键辅料聚山梨酯80（PS80）的光稳定性难题，本研究揭示了乙酸/Fe(III)复合物通过配体-金属电荷转移（LMCT）产生碳自由基，在游离脂肪酸（FFA）协同下引发PS80胶束内光降解的分子机制。该发现为优化蛋白制剂的光保护策略提供了关键理论依据。

　　

在生物制药领域，聚山梨酯80（Polysorbate 80, PS80）作为最常用的非离子表面活性剂，对维持治疗性蛋白（如单克隆抗体mAb）的稳定性具有不可替代的作用。然而，PS80易发生化学降解的特性一直是制剂开发的痛点——其降解不仅会导致关键表面活性功能的丧失，更可能产生游离脂肪酸（FFA）颗粒、活性氧（ROS）等有害副产物，进而引发蛋白质聚集或氧化。尽管已知PS80存在水解和氧化两条主要降解途径，但关于光照条件下其氧化反应的具体触发机制仍存在认知空白。特别是在含铁杂质（Fe(III)）和缓冲体系（如乙酸）共存的制剂环境中，光诱导降解的风险评估缺乏分子层面的理论支撑。

为破解这一难题，由Eli Lilly and Company资助的研究团队通过系统的光化学实验，首次阐明了PS80在近紫外/可见光区的降解机制。研究发现，当制剂中存在微量Fe(III)（5 ppm）和乙酸缓冲液时，PS80会通过前所未有的"胶束内光降解"途径发生氧化。这一过程的核心在于Fe(III)-羧酸盐复合物吸收光能后发生配体-金属电荷转移（Ligand-to-Metal-Charge-Transfer, LMCT），生成的乙酸自由基穿透PS80胶束表面引发链式反应。令人意外的是，商业级PS80中痕量的游离脂肪酸（如油酸）被发现是决定降解程度的关键因素，其通过与胶束表面Fe(III)的配位作用，显著促进了自由基的胶束渗透效率。该成果发表于《European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics》，为生物制剂的光稳定性设计提供了全新视角。

关键技术方法包括：1）荧光胶束测定法（Fluorescence Micelle Assay, FMA）实时监测PS80胶束浓度变化；2）高分辨质谱（MS）鉴定氧化产物；3）电子顺磁共振（EPR）捕获自由基信号；4）紫外-可见光谱表征Fe(III)-羧酸盐复合物光解行为。

【MC-PS80在含Fe(III)乙酸缓冲液中的近紫外光降解】
通过FMA分析发现，含5 ppm Fe(III)的0.1% MC-PS80溶液在228 Wh/m²
近紫外光照射后，胶束浓度下降达40%。质谱检测到C18:1脂肪酸链的氧化产物（如氢过氧化物、醛类），证实降解源于自由基攻击。

【羧酸盐-Fe(III)复合物的光解作用】
紫外光谱显示Fe(III)-乙酸盐复合物在300-500 nm有宽吸收带。EPR证实光照产生CH₃
•自由基，其通过脱羧反应生成于LMCT过程。竞争实验表明三羧酸循环中间体（如柠檬酸）可抑制PS80降解，印证Fe(III)配位环境的关键作用。

【游离脂肪酸的协同机制】
对比超纯PS80（AO-PS80，FFA<0.5%）与商业级PS80（MC-PS80，含天然FFA），后者光降解速率快3倍。添加外源油酸可重现该效应，证明FFA-Fe(III)复合物通过降低胶束表面能垒促进自由基内渗。

这项研究建立了PS80光降解的"三重协同"模型：缓冲液（羧酸盐）、金属杂质（Fe(III)）和微量FFA共同构成降解的必要条件。其重要意义在于：1）解释了临床制剂中PS80异常降解的案例；2）提出通过控制FFA含量、选择非配位缓冲液或添加Fe(III)螯合剂来提升光稳定性；3）为生物类似药开发中辅料质量标准的制定提供科学依据。特别值得注意的是，研究揭示的LMCT机制可能普遍存在于其他含Fe(III)的制剂系统，这对评估生物药在整个生命周期（生产、运输、使用）中的光敏感性具有广泛指导价值。