综述：用于结肠靶向治疗的白蛋白纳米载体：综述

《Next Nanotechnology》：Albumin nanocarriers for colon targeting of therapeutics: A review

　　

基于白蛋白的生物材料已成为用于结肠特异性递送的纳米颗粒(NPs)的一种潜在底物。由于上消化道存在的严苛pH条件和酶活性，结肠特异性药物递送面临挑战。这些障碍可以通过应用结肠靶向NPs来克服，NPs已在管理诸如炎症性肠病(IBD)、溃疡性结肠炎(UC)和结直肠癌(CRC)等结肠疾病方面展现出潜力，同时促进了药物递送。基于白蛋白的NPs凭借其优越的生物相容性、生物可降解性和强大的药物结合潜力，为解决这些难题提供了一种有效的多面平台。本综述全面阐明了白蛋白（包括人血清白蛋白(HSA)、牛血清白蛋白(BSA)和卵清蛋白(OVA)）作为结肠靶向治疗递送载体的功效。白蛋白的结构和理化性质提供了高效的药物封装、改善的稳定性、化疗药物、肽类、生物制剂的通用位点特异性递送以及对结肠微环境刺激响应的调节性释放。此外，诸如聚乙二醇化(PEGylation)、配体缀合以及与多糖杂化等功能化技术已显示出增强的细胞吸收、靶向分布和更低的全身毒性。总体而言，基于白蛋白的纳米颗粒(AbNPs)为结肠靶向治疗给药提供了一种有前景的方法，该方法可能在结肠疾病的治疗中提高患者的依从性和治疗效果。

1. 引言

结肠靶向治疗因其远离口腔的位置以及剂型必须通过的胃和肠道的恶劣环境而充满挑战。广泛的pH条件、大量活跃微生物的存在、多样的酶、因食物导致的转运时间改变，都使得治疗药物以其预期形式成功靶向变得更加困难。各种结肠疾病对转运时间和pH有不同的影响，使得将体外数据与体内结果相关联更具挑战性。结肠靶向为几种结肠特异性疾病（包括结直肠癌(CRC)、炎症性肠病(IBD)、肠易激综合征(IBS)等）提供了局部药物递送选择。开发成功的结肠靶向药物递送系统的基本要求取决于其在胃肠道上部保护药物并防止其吸收的能力。

近期文献强调了许多有效且安全的结肠特异性治疗递送方法。实现有效结肠靶向药物递送系统的传统方法主要依赖于包衣技术和多单元剂型。尽管这些方法存在一些缺点。包衣层厚度不均可能导致药物提前释放，也观察到药物释放滞后时间的变异性。多单元剂型的低载药效率也被视为一个主要限制。最近的研究还强调了酶响应性或pH响应性聚合物系统在结肠靶向中的适用性。几种天然聚合物，如瓜尔胶、壳聚糖、海藻酸盐、果胶、菊粉被用于开发结肠特异性药物载体。

在各种生物材料中，蛋白质作为药物载体显示出多方面应用。人血清白蛋白(HSA)是人类主要的內源性血浆蛋白。牛血清白蛋白(BSA)和卵清蛋白(OVA)是源自动物的白蛋白，因其结构相似性、可用性和有利的药物结合特性而被常用作实验性载体蛋白，尽管它们在生物来源和免疫原性方面存在差异。它们的生物相容性和可生物降解性质相对于替代合成药物载体提供了极好的安全性。特别是在纳米医学领域，HSA和BSA可以提供组织特异性药物靶向能力，并增加药物的溶解度。这也可以解决常规疗法的普遍缺点，包括非靶向生物分布、不希望的全身毒性、快速全身清除等。纳米载体已成为药物递送中一种先进且有前景的工具，具有改善的药代动力学、增强的膜通透性和更好的靶向效率。纳米载体的尺寸范围有助于增强组织渗透，并维持较长的循环半衰期，进而可以增强生物利用度。蛋白质NPs因其保护封装的药物通过上消化道恶劣环境的固有特性而成为结肠靶向的首选。蛋白质表现出低毒性和高生物相容性，这使得它们适合将治疗药物靶向到结肠环境。除了被动运输外，白蛋白还可以参与主动运输并定位于发炎区域或肿瘤微环境。这是通过受体介导的过程发生的。CRC经常表达gp60，这是一种白蛋白结合受体，在内皮细胞上结合导致胞膜窖介导的内吞作用。这使得白蛋白纳米载体能够穿过内皮，随后与富含半胱氨酸的分泌性酸性蛋白(SPARC)结合。白蛋白的这些特性使其成为比其他合成聚合物更具吸引力的聚合物。尽管对用于结肠疾病的蛋白质NPs进行了广泛研究，但没有发现专门的综述阐述蛋白质纳米载体用于结肠靶向的潜力。本综述重点介绍了用于结肠特异性药物递送的各种蛋白质。它还强调了用于结肠疾病的蛋白质纳米载体的制备和应用，这将有助于从事涉及HSA、BSA和OVA的结肠特异性药物递送领域的研究人员。

2. 白蛋白的来源与化学性质

白蛋白是一组具有不同生物来源的天然蛋白质，例如HSA、BSA和OVA，每种都具有与药物递送应用相关的独特结构和生物学特性。HSA是所有脊椎动物血液中最常见的血浆蛋白。它在维持胶体渗透压、充当血浆扩容剂方面起着关键作用。由于其生物相容性、生物可降解性、无毒性和低免疫原性，它是内源性和外源性成分（如蛋白质、胆汁色素、核酸、药物、金属、激素、毒素和胆固醇）的多功能转运体。HSA由肝脏合成，在健康个体中，其血浆浓度为40 mg/mL (0.6 mM)。传统的HSA是通过改良的Cohn冷乙醇分级分离工艺分馏人血浆生产的。重组HSA(rHSA)是利用基因工程细菌、酵母、家蚕、转基因植物和哺乳动物细胞系生产的。

HSA是一种球状、非糖基化且带负电的血浆蛋白，由一条含有585个氨基酸的多肽链组成，分子量约为66.5 kDa。该链由大量带电残基（如赖氨酸、半胱氨酸、亮氨酸和天冬氨酸）组成，而甲硫氨酸、甘氨酸和异亮氨酸相对较少，并且没有碳水化合物或辅基附着。HSA的抗氧化特性归因于Cys34，这是蛋白质内唯一的游离巯基残基。这些特性有助于改善基于HSA的纳米载体对氧化应激相关疾病（包括IBD和CRC）的治疗效果。

BSA由牛肝脏合成并分泌到牛血清中。BSA与HSA约有76%的同源性，具有生物可降解性、生物相容性和无抗原性，使其成为研究中优秀的模型。BSA是一种水溶性蛋白质，像HSA一样，是一种球状、稳定、具有生物活性的模型蛋白，被称为“组分V”，含有583个氨基酸和17个二硫键，分子量约为66 kDa。在药物递送系统中，BSA可作为疏水性药物的载体，提高溶解度和生物利用度而不引起副作用。

OVA是蛋清中的主要蛋白质之一，纯品提取后分子量约为47 kDa，直径5.5 nm，占蛋清总蛋白的54%。它是一种球状、单体磷酸糖蛋白，由385个氨基酸组成，等电点(pI)为4.8。其生物活性化合物赋予其低免疫原性、抗菌特性、生物可降解性、抗氧化作用和无毒性等特性。OVA是非抑制性丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族成员，主要由已确定的二级结构元件（33% α-螺旋，5% β-折叠，62% 无规卷曲）组成。

3. 白蛋白作为结肠靶向药物载体的适宜性

白蛋白构成了一组存在于血清和各种生物来源中的天然蛋白质，作为适用于药理和治疗目的的可适应生物材料引起了相当大的兴趣。应用白蛋白作为结肠靶向药物递送的载体系统代表了生物医学领域的一种新颖策略。白蛋白用于结肠靶向是非常合理的，因为它具有卓越的生物相容性、生物可降解性特性和强大的药物结合能力。白蛋白纳米颗粒(AbNPs)作为一种天然蛋白质，可以被设计以利用结肠的病变环境，特别是在IBD或CRC中，促进有效分布并最大限度地减少全身毒性。白蛋白在结肠靶向中的效力与其独特的化学结构和物理化学特性密切相关。

白蛋白的化学和结构特征，包括HSA、BSA和OVA，通过直接将分子属性与功能效应相关联，证明了它们在结肠靶向NP药物递送系统中的功效。其球状、α-螺旋构象带有疏水结合腔，有利于高效封装亲水性和疏水性药物。白蛋白中的带电氨基酸基团赋予了pH响应特性，使NPs能够在酸性胃中保持完整性，同时在结肠中性至弱碱性条件下促进药物释放。白蛋白拥有众多反应性官能团，包括氨基(-NH₂)、羧基(-COOH)和巯基(-SH)基团，特别是半胱氨酸-34(Cys-34)处的游离巯基。这些官能团为化学修饰提供了潜在位点，促进了有效的药物缀合和与靶向配体或聚合物的表面功能化。此外，白蛋白容易被结肠细菌酶促降解，促进位点特异性药物释放。白蛋白的两亲特性有利于自组装成NPs并增强药物溶解度。此外，其抗氧化和金属螯合特性在UC等炎症性疾病中具有治疗优势。

4. 白蛋白纳米颗粒的制备

白蛋白纳米颗粒(AbNPs)已成为结肠癌治疗的新型药物递送平台。最近的研究侧重于定制设计，以改善其在结肠靶向背景下的物理化学特性和生物学功效。脱溶剂法构成了合成AbNPs的基础。例如，贝伐珠单抗负载的HSA NPs就是使用这种方法合成的。进一步优化此方法，白藜芦醇负载的AbNPs通过加入戊二醛交联强调了内部结构稳定性。一种密切相关的改进体现在西妥昔单抗负载的鸡蛋血清白蛋白(ESA) NPs的设计中。除了传统方法，基于热凝胶化和美拉德反应(Maillard conjugation)的根本不同的设计被用于制备支链淀粉-白蛋白核壳纳米凝胶。向更复杂的制备方法迈进，nab^TM技术被用于在AbNPs中共载肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TRAIL)和阿霉素(Dox)。近年来，研究集中于使用基于白蛋白的靶向药物递送系统(TDDS)治疗结肠癌。一项研究提出了一种基于白蛋白的TDDS (Apt-NPs-DTX)，旨在将多西他赛(DTX)靶向递送至结肠癌细胞。伊立替康(IRN)和大豆苷元(DZN)也通过固体脂质纳米颗粒(SLNs)的方法进行递送，表面装饰有透明质酸(HA)和白蛋白。

5. 白蛋白纳米颗粒在结肠特异性递送中的应用

5.1. 基于HSA的纳米颗粒

HSA是最常见的血浆蛋白，以其卓越的生物相容性、生物可降解性和强大的药物结合能力为特征，使其成为药物递送的理想载体。口服给药的HSA基NPs已被证明有效。Hashem等人制备了亚150 nm的HSA NPs，结果显示与白蛋白溶液相比，NPs制剂在同等浓度下表现出显著更高的上皮转运。Iwao等人配制了与5-氨基水杨酸(5-ASA)偶联的HSA NPs，利用其与髓过氧化物酶(MPO)的相互作用，实现了位点特异性分布并在较低剂量下提高了治疗效果。静脉给药的HSA基NPs也显示出潜力。Luis de Redin等人制备了PEG包被的贝伐珠单抗包裹的HSA NPs，在HT-29 CRC模型中，与游离药物相比，肿瘤内药物积累增加了约四倍。Thao等人通过nab^TM技术开发了TRAIL/Dox负载的HSA NPs，在HCT116结肠癌细胞中实现了近六倍的细胞毒性。Sharma等人开发了PEG化的重组HSA NPs与5-氟尿嘧啶(5-FU)偶联，改善了药代动力学参数。Xu等人开发了共包封索拉非尼和槲皮素的自组装纳米平台，诱导铁死亡并减少转移。Pangua等人配制了右旋糖酐包被的贝伐珠单抗负载的HSA NPs，增强了肿瘤穿透力。Wang等人制备了康普瑞汀A4负载的HSA NPs，以改善T细胞免疫疗法。Yu等人开发了功能化核仁素特异性适配体(AS1411)的白蛋白基NPs，包裹多西他赛，增强了CT26细胞的摄取。Loew等人配制了西妥昔单抗功能化的HSA NPs，用于靶向EGFR过表达的结肠癌细胞。

5.2. 基于BSA的纳米颗粒

BSA是一种重要的血浆蛋白，因其稳定性、生物相容性和结合多种治疗化合物的能力而在药物递送研究中备受推崇。口服BSA基NPs已得到开发。Ahmed等人配制了伊立替康和大豆苷元负载的壳聚糖包被的固体脂质纳米颗粒，包含透明质酸和BSA，通过受体介导的摄取实现了显著的生长抑制。Ren等人配制了紫草素负载的糖苷修饰的白蛋白纳米平台，展示了有效的肿瘤靶向能力。Jori等人配制了果胶包被的、白杨素负载的BSA美拉德蛋白NPs，用于UC的口服结肠靶向治疗，通过减少炎症细胞浸润和促炎细胞因子显著缓解了DSS诱导的结肠炎。静脉注射的BSA基NPs也显示出疗效。Luo等人制备了6-姜烯酚负载的AbNPs，利用活性中性粒细胞作为载体，增强了肿瘤积累。Wilson等人通过脱溶剂法制备了含奥沙利铂的BSA NPs，与游离药物相比，结肠中药物的浓度增加了两倍。Dehghani等人制备了5-FU负载的AbNPs，并与绿色合成的银NPs共载，在大鼠模型中显示出优异的抗癌效果。Aljabali等人制备了白藜芦醇负载的BSA NPs，通过抑制NF-κB通路减少了炎症和肿瘤生长。Khella等人配制了鼠尾草酸封装的BSA、壳聚糖和纤维素NPs，诱导了G2/M细胞周期停滞。Zakariya等人合成了BSA偶联的绿色氧化铁NPs，选择性抑制了CRC细胞的增殖。D?bkowska等人制备了可调节的PEG化BSA NPs用于递送5-FU，显示出对CRC细胞的选择性毒性。

5.3. 基于OVA的纳米颗粒

OVA是蛋清中发现的一种天然蛋白质，因其生物相容性和生物可降解性而被广泛研究作为药物递送系统中的载体。基于OVA的NPs已被设计用于结肠靶向药物递送。Gou等人通过自组装技术使用表没食子儿茶素3没食子酸酯(EGCG)制备了OVA基NPs，显示出超过98%的超高包封效率，并通过抑制促炎细胞因子有效减轻了UC。Oliyaei等人评估了岩藻黄质负载的岩藻多糖-OVA NPs在大鼠乙酸诱导的UC模型中的体内抗氧化和抗炎特性，口服和直肠给药均显示出显著的保护作用。