表面电荷转换混合胶束：克服肠道药物递送屏障的新策略

本研究针对口服药物递送中存在的黏液屏障阻碍渗透与细胞膜摄取效率低的“聚阳离子困境”，开发了由磷酸化表面活性剂PME与阳离子表面活性剂DOTAP构成的混合胶束系统。通过碱性磷酸酶（ALP）介导的磷酸基团裂解，实现表面电荷动态转换（Zeta电位最高偏移Δ50.1 mV），使胶束兼具高效黏液渗透（提升达18倍）和酶触发细胞摄取增强（提升7-10倍）的双重功能。该研究为口服递送系统设计提供了创新性解决方案。

　　

口服给药因其便捷性和患者依从性成为最受青睐的给药方式，但胃肠道存在的多重生理屏障严重限制了其应用效果。药物需先穿透覆盖黏膜表面的黏液凝胶层，才能到达底层吸收膜。然而，黏液糖蛋白的聚阴离子特性使带正电的载体易被静电作用滞留，而细胞膜同样带负电的特性却要求载体具阳离子特性以促进内吞——这一矛盾被称为“聚阳离子困境”（polycation dilemma）。如何设计一种能智能响应不同微环境、依次克服多重屏障的递送系统，成为研究者面临的重大挑战。

近年来，利用肠道内源性碱性磷酸酶（ALP）作为药物递送触发因子展现出巨大潜力。通过将磷酸基团引入载体表面，可使其在黏液层保持负电性以利渗透，到达细胞膜后经ALP介导的磷酸盐水解释放正电基团，从而增强细胞摄取。尽管已有研究利用磷酸化壳聚糖-硬脂酸共聚物构建了酶响应胶束，但聚合物合成过程的复杂性限制了其重现性与规模化应用。

发表于《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》的研究论文“Surface Charge Shifting Mixed Micelles to Overcome Intestinal Drug Delivery Barriers”通过采用商业化表面活性剂——磷酸化C_12-15醇乙氧基化物（PME）与1,2-二油酰氧基-3-三甲基铵丙烷氯化物（DOTAP）构建混合胶束，不仅简化了制备流程，更实现了对ALP响应机制的深入探索。该研究聚焦于三个核心问题：混合胶束能否有效渗透黏液屏障？ALP触发后是否引起显著表面电荷转换？这种转换能否同步增强膜相互作用与细胞摄取？

为回答这些问题，研究团队运用了多项关键技术方法：采用悬滴法测定临界胶束浓度（CMC），通过Malvern Zetasizer纳米粒度仪分析ALP处理前后Zeta电位变化；借助马来酸绿（MLG）法定量磷酸盐释放，并在离体大鼠肠黏膜模型验证酶促反应效率；利用Transwell模型评价胶束的黏液渗透能力；通过溶血实验和Caco-2细胞模型结合流式细胞术、共聚焦显微镜，系统评估膜相互作用与细胞摄取机制，其中细胞实验还采用了磷酸酶抑制剂 cocktail II（PIC II）抑制ALP活性作为对照。

3.1. 临界胶束浓度

研究通过表面张力法测定PME及PME/DOTAP混合体系的CMC值。纯PME胶束的CMC为0.61 mM，而混合胶束（90:10和80:20）的CMC分别升至0.85 mM和0.80 mM，表明DOTAP的加入通过静电作用影响了胶束形成 thermodynamics。所有后续实验采用1 mM浓度（高于CMC）确保胶束稳定性。

3.2. 胶束稳定性

ALP处理后，胶束对模型化合物荧光素二月桂酸酯（FDL）的负载能力显著下降（PME: 40%；PME_DOTAP_80:20: 10%），且CMC测定显示酶处理导致胶束解离甚至沉淀。证明ALP裂解PME磷酸基团破坏了胶束完整性，这种特性恰好利于药物在细胞膜处快速释放。

3.3. 细胞毒性

Resazurin法检测显示，所有胶束在4小时内对Caco-2细胞均保持90%以上存活率，但24小时孵育出现毒性，这与所用表面活性剂的固有特性一致。

3.4. 碱性磷酸酶诱导磷酸盐释放

在分离ALP、Caco-2细胞及大鼠肠黏膜模型中，所有胶束均表现出显著磷酸盐释放（最高达700 μM），且释放动力学符合米氏方程。混合胶束展现持续释放特性，尤适合ALP触发的缓释递送。

3.5. 酶诱导Zeta电位偏移

ALP处理4小时后，PME_DOTAP_90:10和PME_DOTAP_80:20胶束在去离子水中Zeta电位分别偏移Δ50.1 mV和Δ38.8 mV，在HBS缓冲液中仍达32 mV和22 mV偏移。表明磷酸裂解使表面负电荷减少，阳离子特性显性化。

3.6. 黏液渗透研究

未处理胶束表现出优异黏液渗透能力（PME: 25%），但ALP预孵育后渗透率骤降至1.4%，证实电荷转换后阳离子特性导致胶束被黏液截留。

3.7. 膜相互作用——溶血实验

ALP处理使PME_DOTAP_90:10溶血活性从20%升至90%，证明酶触发显著增强膜相互作用，而纯PME胶束的溶血活性则因去磷酸化而降为零。

3.8. 细胞摄取

流式细胞术显示，混合胶束携带的FDL摄取量较PME胶束提高7倍；ALP抑制后摄取下降，且4℃孵育进一步抑制内吞。共聚焦显微镜直观证实ALP活性对FDL细胞内化的关键作用。Pearson相关性分析揭示Zeta电位偏移幅度与细胞摄取强度呈正相关（r = 0.7961），为电荷转换机制提供量化依据。

该研究成功开发了一种基于商业化表面活性剂的混合胶束系统，巧妙利用ALP介导的磷酸盐裂解实现表面电荷动态转换：在黏液层保持负电性促进渗透，到达细胞膜后转为正电性增强吸附和内化。这种智能转换特性有效解决了聚阳离子困境，使胶束同步具备高效黏液渗透与酶触发细胞摄取增强功能。尤其值得注意的是，混合胶束在大鼠肠黏膜模型展现的磷酸盐释放效率较既往报道的脂质纳米载体提升2-6倍，凸显其生理相关性。

研究结论强调，PME_DOTAP混合胶束作为一种简易、重现性高的口服递送平台，特别适用于疏水性药物（如5-氨基水杨酸、氯法齐明）的肠道定向递送，通过提升局部生物利用度同时降低系统暴露，具有重要临床转化潜力。这种利用内源性酶作为触发因子的策略，为克服生物屏障提供了新思路，不仅限于口服递送，还可拓展至其他黏膜给药领域。