黄酮醇/羟丙基-β-环糊精包合物的优化与表征及其溶解性、渗透性和口服生物利用度的提高

《Journal of Molecular Liquids》：Optimization and characterization of phloretin/hydroxypropyl-β-cyclodextrin inclusion complex and its solubility, permeability and oral bioavailability enhancement

通过HP-β-CD制备槲皮素包合物，显著提升其水溶性（5.58倍）和口服生物利用度（AUC提高3.03倍），并增强抗氧化活性。包合机制涉及β-CD腔道修饰及协同运输作用，稳定性在碱性环境和血浆中显著优于游离形式。

　　

胡春晖|郭玉飞|严海英

青海省大学药学院，西宁810001，中华人民共和国。

摘要

目的

本研究旨在提高飞燕草素（PT）的溶解度和口服吸收效果。飞燕草素是一种二氢查尔酮类化合物，广泛存在于苹果、草莓和Camellia japonica等植物的果皮中。由于其水溶性较差，导致其在胃肠道中的吸收受到限制。为克服这一难题，本研究采用羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）作为载体制备了包合物。

方法

通过水饱和法合成了PT-HP-β-CD包合物。为了确定最佳制备条件，采用了Plackett–Burman设计，并进行了Box–Behnken优化。在不同条件下评估了该包合物的理化性质和稳定性。通过粉末溶解试验和pH值变化溶解研究来测定溶解度，并利用Caco-2单层细胞模型和体内单向肠灌流模型评估了其肠道通透性。还在Wistar大鼠中研究了其口服吸收情况。此外，还通过DPPH、ABTS和铁还原抗氧化能力试验测定了PT-HP-β-CD的抗氧化活性。

结果

FT-IR、DSC、PXRD和SEM分析证实了PT-HP-β-CD包合物的成功形成。¹H NMR和2D NOESY光谱显示，飞燕草素通过其狭窄的边缘进入HP-β-CD的空腔，形成了1:1的摩尔比。稳定性测试表明，HP-β-CD显著提高了飞燕草素在碱性环境和血浆中的化学稳定性。与未经改性的飞燕草素相比，PT-HP-β-CD包合物在多种释放介质中的溶解度显著提高。Caco-2单层细胞渗透性和体内单向肠灌流实验均显示，该包合物显著增强了飞燕草素的通透性。机制研究表明，这种增强效果是由于主动运输和被动扩散之间的协同作用。此外，HP-β-CD似乎还减轻了与外排相关的运输限制。体内药代动力学分析表明，相对于游离飞燕草素，PT-HP-β-CD使C_max和AUC_0–t分别提高了5.58倍和3.03倍。抗氧化活性测试（包括DPPH、ABTS和还原能力试验）显示，PT-HP-β-CD的抗氧化活性明显更强。

结论

PT-HP-β-CD包合物显著提高了飞燕草素的溶解度、稳定性和肠道通透性，从而改善了其口服生物利用度和抗氧化能力。

引言

飞燕草素（PT）（图1A）是一种天然存在的二氢查尔酮类化合物，系统命名为3-(4-羟基苯基)-1-(2,4,6-三羟基苯基)丙酮。它广泛分布于陆地植物的各个部分，包括根、茎、叶和果皮，主要天然来源为苹果、草莓和Berberis aristata的果皮组织[1]。大量研究表明，飞燕草素具有多种生物活性，包括抗氧化和美白皮肤的作用、调节葡萄糖代谢、广谱抗菌作用、抗动脉粥样硬化作用、抗炎作用以及抗肿瘤潜力[2]。尽管具有这些有前景的治疗效果，但其极低的水溶性（<0.1 mg/mL）严重限制了其开发和工业应用。为解决这一问题，研究人员探索了多种提高飞燕草素溶解度的制剂策略，包括盐形成[3]、固体分散[4]、脂质体包封[5]和环糊精复合物化[[6], [7], [8]]。其中，环糊精包合物化显示出最大的潜力，有效提高了飞燕草素的溶解度、化学稳定性和生物利用度。

环糊精（CD）是一种由d-葡萄糖吡喃糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的环状寡糖[9]（图1B）。其特点是具有亲水性的外层和疏水性的内腔，这种独特的结构使CD能够通过主客体相互作用包裹疏水性客体分子，从而显著提高它们的溶解度和化学稳定性。在三种天然环糊精类型中——α-环糊精、β-环糊精和γ-环糊精——β-环糊精因具有最佳的腔径（0.78 nm，介于较小的α-环糊精（0.57 nm）和较大的γ-环糊精（0.95 nm）之间）以及较高的包合效率（约85%）而在药物递送中应用最为广泛。然而，β-环糊精的分子结构也存在一些限制：其刚性的环状结构包含两个开放边缘，边缘上有七个一级羟基（C6–OH）和十四个二级羟基（C2/C3–OH）。这些羟基在分子内和分子间形成密集的氢键网络，形成了阻碍水分子进入腔内的屏障。为克服这些限制，研究人员采用了直接针对羟基的化学修饰方法[10]。这些修饰减少了氢键的形成，提高了CD腔的亲水性和包合能力。具体而言，2-羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）是通过将β-环糊精的羟基随机替换为羟丙基（-CH?-CHOH-CH₃）生成的[11]，这显著提高了其水溶性并改变了其包合特性。

基于先前的研究[6,7]，预计HP-β-CD可以通过形成包合物来提高飞燕草素的溶解度。首先，我们通过确定关键参数优化了制备过程。我们旨在通过Caco-2细胞单层和原位单向肠灌流实验揭示该包合物的运输机制，以填补以往研究的空白。还应用了多种外排蛋白抑制剂来进一步明确主动运输是否在提高口服生物利用度中起作用。通过不同的方法研究了该包合物的抗氧化活性，以探讨其清除自由基能力的增强是否有助于其优于游离飞燕草素的性能。

材料与试剂

飞燕草素（纯度≥99.5%，HPLC测定）由北京欧和科技有限公司提供。三种环糊精衍生物——2-羟丙基-β-环糊精（2-HP-β-CD，分子量1541.54 g/mol）、α-环糊精（α-CD，972.84 g/mol）和β-环糊精（β-CD，1134.98 g/mol）由重庆诺比邦科技有限公司购买。本研究中使用的其他所有化学试剂均为分析级。超纯蒸馏水采用IOT智能水系统（RSJ，中国）制备。

动物

具体信息

相溶解度和热力学参数研究

对CD衍生物和飞燕草素的相溶解度研究（图2A，表S1）表明，在37°C时，飞燕草素的溶解度随β-CD和HP-β-CD浓度的增加而增加，两条曲线均呈线性关系。而飞燕草素与α-CD的溶解度曲线没有明显增强（斜率≈0），表明α-CD不会与飞燕草素形成包合物。在这三种环糊精中，HP-β-CD显示出最高的稳定性常数（Ks）（3352.769 L/mol）。

结论

本研究选择HP-β-CD作为载体，飞燕草素作为模型药物。主要目标是通过构建PT-HP-β-CD包合物来提高其溶解度和口服吸收效果。

本研究的结果分为三个主要部分：

1.

环糊精包合物的制备与表征：

首先，通过相溶解度分析和热力学评估，确定HP-β-CD是飞燕草素包合物的最佳载体。

CRediT作者贡献声明

胡春晖：撰写 – 审稿与编辑、方法学研究、资金申请。郭玉飞：撰写 – 原稿撰写、项目管理、方法学研究、实验设计。严海英：撰写 – 审稿与编辑、原稿撰写。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究的资金支持来自青海省科学技术厅（2025-ZJ-965?J）。