《Materials Today Bio》：Strategies for Overcoming Multiple Barriers of Oral Administration of Protein and Peptide Therapeutics
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本文系统评述了口服蛋白质及多肽药物（PPs）面临的胃肠道多重屏障及其克服策略。重点分析了针对生化屏障（极端pH、酶解、硫醇/二硫键交换）、黏液屏障和上皮屏障的多种创新技术，包括化学修饰、渗透促进剂、纳米载体及微针等，并探讨了多策略协同整合的未来发展方向，为开发高效口服PPs递送系统提供了重要理论依据。
口服蛋白质和肽治疗剂的多重屏障及克服策略
摘要
蛋白质和肽治疗剂（PPs）因其作用机制明确、选择性高、疗效好等优点而备受关注。然而，口服给药途径面临胃肠道（GI）复杂环境的严峻挑战，包括胃部极端酸性pH、肠道蛋白酶降解、黏液层阻滞以及肠上皮细胞屏障等，导致其口服生物利用度通常低于1%。本综述系统分析了克服这些屏障的最新策略，旨在为开发高效口服PPs递送系统提供见解。
1. 胃肠道屏障概述
口服PPs需依次克服三道主要屏障：生化屏障、黏液屏障和上皮屏障。胃内低pH（1.2-3.0）可导致蛋白质去折叠和聚集失活；肠道内丰富的蛋白酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶）能快速降解PPs；肠道内还原型谷胱甘肽等物质可引发硫醇/二硫键交换反应，破坏PPs结构。黏液层由黏蛋白构成网状结构，通过静电作用、疏水作用等捕获外源分子并借助黏液快速更新而清除。肠上皮细胞间紧密连接孔径仅约6 ?，且细胞膜脂质双分子层对亲水性PPs通透性差，构成吸收的最后一道物理和生化屏障。
2. 克服生化屏障的策略
2.1. 应对极端pH环境
pH调节是常用策略，如使用缓冲剂SNAC（Sodium N-[8-(2-hydroxybenzoyl) amino caprylate]）为口服司美格鲁肽（Rybelsus?）在胃内创造局部中性微环境。肠溶包衣（如ORACAL?胶囊）可使PPs安全通过胃部后在肠道释放。化学修饰如PEG化、脂化、环化等能增强PPs本身对pH变化的耐受性，例如PEG化胰岛素通过空间位阻保护减少质子化作用。封装技术（如脂质体、纳米粒）可物理隔离PPs与酸性环境，如乙酰化菊粉纳米粒（InAc-Ins NPs）保护胰岛素穿越胃部。
2.2. 应对酶屏障
添加酶抑制剂是直接策略，如抑肽酶、乌苯美司可抑制蛋白酶活性；EDTA通过螯合Ca2+等金属离子间接降低酶活。pH调节也可抑制酶活性，如柠檬酸降低肠道pH以减弱胰蛋白酶活性。化学修饰通过屏蔽酶切位点增强稳定性，如肽环化（如MYCAPSSA?中的奥曲肽）和D-氨基酸替换可抵抗酶解。封装于纳米载体（如脂质体、聚合物纳米粒）可实现有效隔离，如IC-Tagging系统封装的苯丙氨酸解氨酶（AvPAL）在胃肠道中保持活性。
2.3. 应对硫醇/二硫键交换反应
封装策略同样适用于此，如PEG-C13-ME纳米粒可阻止谷胱甘肽接近胰岛素，避免二硫键被破坏。
3. 克服黏液屏障的策略
黏液层主要阻碍源于其黏蛋白网络的截留和清除作用。策略分为两类：黏液穿透和黏液黏附。
3.1. 黏液穿透策略
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添加黏液溶解剂：如N-乙酰半胱氨酸（NAC）可断裂黏蛋白间二硫键，降低黏液黏度，但可能削弱黏膜防御功能。
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亲水化/光滑化修饰：PEG化可在纳米粒表面形成亲水冠，减少与黏蛋白相互作用。研究表明，PEG分子量（2-5 kDa最佳）和接枝密度对穿透效率至关重要。两性离子聚合物（如聚磺基甜菜碱）修饰可模拟病毒表面，实现高效穿透。
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表面电荷调控：近中性或微弱负电表面利于穿透，强正电易被黏蛋白捕获。空间电荷分布也影响扩散，块状电荷分布肽优于交替分布肽。
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尺寸优化：小于黏液网孔（~200 nm）的纳米粒（如50-200 nm）穿透能力显著优于大尺寸颗粒（>500 nm）。
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形状优化：短纳米棒、螺旋形结构比球形更易穿越黏液网络。
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刚性调节：适度刚性（~50 MPa）的纳米粒在变形与运动间取得平衡，穿透效果最佳。
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微/纳米马达：自推进式微马达（如镁基微针）可主动穿越黏液层，提高药物递送效率。
3.2. 黏液黏附策略
通过延长制剂在肠道滞留时间促进吸收。
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疏水修饰：疏水材料（如油酰壳聚糖）可通过疏水相互作用增强与黏蛋白结合。
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正电修饰：阳离子聚合物（如壳聚糖、N-三甲基壳聚糖）通过静电吸附于带负电的黏蛋白。
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巯基化修饰：硫醇基团与黏蛋白半胱氨酸残基形成二硫键，增强黏附，如NAC-HP-β-CD-Arg@胰岛素复合物。
4. 克服肠上皮屏障的策略
肠上皮细胞是PPs吸收的关键障碍。策略主要围绕增强细胞旁路或跨细胞转运。
4.1. 渗透促进剂
通过可逆打开紧密连接（如EDTA、柠檬酸）或增加膜流动性（如表面活性剂SNAC、胆盐）促进吸收。细胞穿膜肽（CPPs，如penetratin）可促进内吞。但需关注其对上皮屏障完整性的潜在影响。
4.2. 化学修饰
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脂化：增加PPs疏水性，促进与细胞膜相互作用。双脂化GLP-1A类似物MEDI7219的口服生物利用度显著高于单脂化和非脂化版本。
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肽环化：提高构象刚性，增强酶稳定性和膜通透性。环化肽类血栓素抑制剂口服生物利用度可达~18%。
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配体修饰：利用上皮细胞特定受体或转运体（如去氧胆酸靶向ASBT，转铁蛋白靶向TfR）实现主动转运。
4.3. 纳米粒递送系统
纳米粒表面工程化可促进上皮细胞摄取。
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疏水表面修饰：PLGA-Hyd-PEG纳米粒在肠道pH下脱PEG壳，暴露疏水表面，增强细胞摄取。
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正电表面修饰：阳离子脂质体（如DOTAP脂质体）通过静电作用增强与带负电的细胞膜结合。
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配体功能化：转铁蛋白修饰的UiO-68-NH2MOF纳米粒通过TfR介导的内吞提高胰岛素口服生物利用度至29.6%。维生素B12、叶酸等配体也常用于靶向。
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两性离子修饰：磺基甜菜碱修饰的纳米粒可模拟病毒，实现黏液穿透和上皮细胞摄取（通过PAT1受体），如mExos@DSPE-Hyd-PMPC杂化囊泡。
4.4. 可转化涂层技术
为解决纳米粒穿越黏液（需亲水/中性表面）和被上皮细胞摄取（需疏水/正电表面）对表面性质要求的矛盾，开发了智能响应系统。
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可解离涂层：如BSA蛋白冠包裹的阳离子脂质体（Pc-AT-CLs），穿越黏液后BSA脱落，暴露阳离子核心以促进细胞摄取。
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可水解涂层：利用肠道pH梯度或酶环境触发涂层水解，实现表面电荷反转。如mExos@DSPE-Hyd-PMPC囊泡在上皮细胞表面酸性微环境下水解，暴露正电；P-R8-Pho纳米粒在肠碱性磷酸酶作用下水解，暴露阳离子R8肽。
4.5. 微针技术
机械方式直接穿刺黏膜递药。如SOMA（自定向毫米级应用器）和LUMI（管腔展开微针注射器）胶囊，在胃或肠道定向后弹出微针注入药物。仿河豚机器人微针利用肠道蠕动自主刺入黏膜。这些技术能显著提高生物利用度（胰岛素可达23.6-50%），但长期安全性需评估。
5. 策略整合与临床转化
单一策略常难克服所有屏障。多策略整合是趋势，如Rybelsus?结合了化学修饰（GLP-1A类似物）、pH调节（SNAC）和渗透促进。纳米平台是理想的多功能集成载体。目前上市口服PPs（如去氨加压素DDAVP?、奥曲肽Mycapssa?、环孢素Neoral?）多采用相对简单的策略，生物利用度仍偏低。多种基于新策略的PPs（如ORMD-0801胰岛素、口服降钙素）正处于临床试验阶段。转化挑战包括规模化生产、成本控制、长期安全性和监管审批。
6. 总结与展望
尽管口服PPs面临巨大挑战，但通过化学修饰、先进递送系统（纳米技术、微针）和智能材料（可转化涂层）等策略的不断发展，其口服给药可行性不断提高。未来研究应聚焦于开发更安全、高效、易于产业化的多功能递送系统，利用AI辅助设计，并采用类器官等先进模型进行安全评价，最终实现口服PPs的广泛应用，提升患者依从性和治疗效果。
