从界面膜到囊泡：达格列净与吐温20修饰脂质膜的相互作用及其在传递体封装中的意义

《Chemistry and Physics of Lipids》：From Interfacial Films to Vesicles: Interactions of Dapagliflozin with Tween 20-Modified Lipid Membranes and Their Implications for Encapsulation in Transferosomes

　　摘要理解药物-脂质相互作用对于合理设计基于脂质的纳米载体至关重要。达格列净（DAPA）是一种高选择性钠-葡萄糖共转运蛋白2（SGLT2）抑制剂，具有不断扩展的治疗应用，是脂质递送系统的一个有吸引力的候选药物；然而，其与脂质膜相互作用的物理化学基础仍未被充分了解。本研究采用Langmuir单分子层和脂质囊泡作为互补系统，研究DAPA与脂质的相互作用及其受边缘活化剂吐温20的调节。Langmuir单分子层实验表明，DAPA显著影响脂质堆积、压缩性质和弛豫行为。重要的是，这些效应取决于吐温20的存在，揭示了药物、脂质和边缘活化剂之间组成依赖性的相互作用，而非各组分的独立效应。界面研究还表明，吐温20的作用不能仅用单分子层流化来描述。负载DAPA的脂质体和含吐温20的传递体表现出高表观包封效率。DAPA显著改变了两种制剂的粒径分布，在脂质体中产生多峰分布，并将传递体的主要强度加权群体向微米范围偏移。AFM测量进一步证明囊泡纳米力学发生显著变化，与空脂质体相比，DAPA和吐温20均降低了刚度和杨氏模量。当DAPA被包封在囊泡中时，粘附参数增加。总体而言，单分子层-囊泡联合方法揭示了DAPA、脂质和吐温20之间组成依赖性的相互作用，该相互作用控制界面组织、粒径分布和纳米力学行为。这些发现强调了将药物视为膜性质的主动贡献者而非仅仅是包封货物的必要性，并为进一步优化含DAPA传递体系统提供了物理化学基础。

引言糖尿病是全球最常见的代谢性疾病之一，构成重大公共卫生挑战。根据国际糖尿病联盟（IDF）糖尿病地图第11版，2024年全球约有每九名成年人中就有一人患有糖尿病，对应近5.89亿人。此外，到2050年，全球受糖尿病影响的成人数量预计将增加至约8.53亿。值得注意的是，糖尿病的患病率在不同地区和不同国家之间差异很大，其中年龄标准化患病率最高的国家为巴基斯坦（31.4%）、马绍尔群岛（25.7%）和科威特（25.6%）（Genitsaridi等，2026）。糖尿病是一种慢性代谢性疾病，以胰岛素分泌受损或胰岛素抵抗导致的持续性高血糖为特征。该疾病与微血管和大血管并发症相关，并涉及胰岛朗格汉斯岛中产生胰岛素的β细胞功能减退或自身免疫性丢失（Banday等，2020；Overton和Mastracci，2022）。

达格列净（DAPA）是一种钠-葡萄糖共转运蛋白2（SGLT2）抑制剂，用于治疗2型糖尿病（Maksud等，2024；Fonseca-Correa和Correa-Rotter，2021；Zhang等，2024）。SGLT2位于肾单位近端小管，负责重吸收约90%的滤过葡萄糖。达格列净减少肾脏葡萄糖重吸收并增加尿糖排泄，从而降低血糖浓度（Mashayekhi等，2024；Obermeier等，2010）。其作用机制不依赖于胰岛素。此外，SGLT2抑制剂已被报道具有抗炎和心脏保护作用，包括降低心血管死亡率和与心力衰竭相关的住院率（Giugliano等，2021；Yoo等，2025；d’Aiello等，2023）。尽管含有达格列净的制剂已在市场上销售，但开发更有效的递送系统仍是一个活跃的研究领域，包括透皮制剂（Algahtani等，2021；Alsaidan等，2026；Chettupalli等，2025；Zafar，2020；Tirucherai等，2016；Chang等，2015；Komoroski等，2009；El-Bagory等，2019）。这种持续的研究兴趣不仅源于达格列净在糖尿病以外的治疗应用不断扩展，还源于现有制剂的一些局限性，如稳定性问题和制造挑战（Raut等，2026；Sung等，2020；Kim等，2023）。

在此背景下，脂质囊泡因其生物相容性、低毒性和改善难溶性药物递送的能力而作为有前景的药物递送系统受到广泛关注（Shah等，2020；Damm等，2023；Vargas等，2024）。将活性物质包封在脂质囊泡中可以增强治疗效果同时降低毒性（Peru?等，2026；D’Souza，2017）。

在基于脂质的纳米载体中，脂质体是研究最广泛的囊泡系统。这些球形囊泡通常由磷脂和胆固醇组成，它们排列成包含水相核心的双层结构（Torchilin，2005；Pande，2023）。脂质体已被广泛研究作为多种治疗药物的载体（Eskandari等，2021；Li和Zhou，2026；Rani等，2022；Chen等，2023）。其独特结构使得亲水性和疏水性化合物均可被包封，使其成为多功能的药物递送平台（Shah等，2020；Eloy等，2014；Eneli等，2025）。然而，其相对有限的皮肤渗透能力促进了更先进和柔性囊泡的发展，例如传递体（Hussain等，2017；Chacko等，2020）。传递体由Gregor Cevc于1990年首次提出，其特点是高变形性，能够通过分子间脂质间隙穿透角质层（Padma Prashanthini等，2023；Fernández-García等，2020；Matharoo等，2024；Tiwari等，2018）。其超变形结构源于边缘活化剂的存在，后者使脂质双层不稳定并增加囊泡柔韧性，使传递体能够通过比自身直径小得多的孔而不会破裂（Rasheed等，2022；Dopiera?a等，2026）。此外，传递体可能通过使角质层内脂质流化来增强药物渗透，并提供持久和靶向的药物释放（D’Souza，2017；Jain等，2025）。

就DAPA而言，透皮递送的基本原理在于可能提供更渐缓和持续的药物输入，同时避免胃肠道途径。重要的是，最近的体内研究表明，达格列净在透皮给药后可以透过皮肤进入体循环，具有延长的药物暴露和皮肤药物储库的证据（Pawe?等，2024；Abdulameer和Maraie，2025）。这种方法可能对口服给药困难的患者也有利。这些发现支持了透皮途径的可行性，并为开发能够控制达格列净跨皮肤转运的递送系统提供了基本原理。

然而，角质层是透皮给药的主要屏障。可变形囊泡载体的性能不仅取决于载药能力，还取决于其脂质膜的分子组织和力学性质。将药物掺入脂质双层可能改变脂质堆积、分子间相互作用、膜曲率和机械响应，而边缘活化剂的存在可能进一步修饰这些性质。因此，了解这种药物-脂质-边缘活化剂相互作用对于优化用于透皮递送的脂质基系统的组成非常重要。尽管对达格列净囊泡制剂的兴趣日益增加，但其在分子/界面水平上与脂质膜的相互作用与所得囊泡的纳米力学性质之间的关系仍未被充分了解。

因此，本研究旨在研究达格列净与脂质单分子层的相互作用，并确定这些相互作用连同吐温20作为边缘活化剂的存在如何影响脂质囊泡的物理化学和纳米力学性质。采用脂质单分子层评估DAPA和吐温20在空气-水界面诱导的脂质组织和可压缩性的变化，而脂质体和含吐温20的传递体则通过粒径、载药量和膜纳米力学性质进行表征。通过结合单分子层和双层尺度的研究方法，本研究提供了关于达格列净和吐温20对脂质膜组织和力学影响的见解，这可能有助于合理设计用于达格列净透皮递送的可变形囊泡载体。类似的策略先前已应用于其他脂质基制剂，证明了平面膜模型在优化囊泡系统组成方面的有用性（Mohd等，2024；Szcze?等，2012；Moghaddam等，2011；Dopiera?a等，2026）。

材料达格列净丙二醇一水合物（DAPA）购自Synteza Sp. z o.o.（波兰波兹南）。DAPA的化学结构如图1所示。吐温?20（Croda International）和胆固醇（CHOL）购自Sigma-Aldrich。磷酸盐缓冲液（PBS）通过将一袋PBS粉末（Sigma-Aldrich）溶解在一升超纯水中制备，得到0.01 M磷酸盐缓冲液（NaCl 0.138 M；KCl - 0.0027 M），pH 7.4，25 °C。Lipoid S 100（LPS）购自Lipoid GmbH（德国路德维希港）。

单分子层研究LPS:CHOL单分子层在不同DAPA浓度下的π-A等温线如图2所示。每个面板比较了在相同DAPA浓度下，亚相中不存在和存在吐温20时测得的等温线。此外，相同的曲线在图S3中以不同排列呈现，以分别说明在存在和不存在吐温20的情况下，增加DAPA含量对LPS:CHOL单分子层的影响。有趣的是，不含DAPA的单分子层表现出……

结论本研究将Langmuir单分子层实验与脂质囊泡系统的物理化学和纳米力学表征相结合，以阐明达格列净、脂质和吐温20之间的相互作用。π–A等温线、可压缩性分析和动力学实验表明，DAPA显著影响脂质膜的界面组织和稳定性，并且重要的是，改变了它们对吐温20的响应。DAPA诱导变化的方向和幅度取决于……

CRediT作者贡献声明Dopierala Katarzyna：写作–初稿，可视化，监督，概念化。Agnieszka Ko?odziejczak-Radzimska：调查。Marcel Pawlikowski：调查。Katarzyna Wilczewska：写作–初稿，调查。

利益冲突声明作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Katarzyna Dopierala报告了波兹南理工大学提供的财务支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的影响本报告工作的竞争经济利益或个人关系。

致谢本工作由波兰科学和高等教育部资助。作者感谢Filip Jaworski理学硕士在AFM实验中的支持。作者还感谢Synteza Sp. z o.o.提供达格列净，感谢Lipoid GmbH提供本研究中使用的Lipoid S 100。

Katarzyna Wilczewska | Marcel Pawlikowski | Agnieszka Ko?odziejczak-Radzimska | Katarzyna Dopiera?a
化学技术与工程研究所，波兹南理工大学，Berdychowo 4, 60-965 波兹南，波兰