综述：皮下注射后大分子治疗蛋白的淋巴吸收

《Pharmaceutical Research》：A Review on Lymphatic Uptake of Large Therapeutic Proteins after Subcutaneous Injection

　　

皮下(SC)给药已成为递送大分子治疗蛋白的一种有前景的途径，具有改善患者便利性和降低医疗成本等优势。然而，调控这些大分子摄取的机制尚未完全明确。近年来计算和实验研究的激增系统地分析了大蛋白从SC注射部位到淋巴系统的转运，增进了研究人员对组织环境和注射参数如何影响淋巴吸收动力学的理解。本综述总结了目前关于影响皮下给药大分子治疗蛋白淋巴吸收因素的文献。首先，研究人员概述了治疗蛋白从局部SC注射部位到初始淋巴管的转运机制。然后研究人员分析了注射部位、组织特性、设备选择以及分子特性对淋巴吸收动力学和药代动力学(PK)的影响。最后，研究人员评估了近期建模和实验进展如何转变了对SC递送的机制性理解。

皮下注射后生物治疗药的转运

大分子治疗蛋白经皮下(SC)注射后，必须穿过细胞外基质(ECM)到达初始淋巴管。与自由溶液相比，间质空间中的扩散显著受阻，有效扩散系数降低20%至90%。这种阻抗受胶原纤维密度和取向、蛋白大小以及蛋白与ECM离子相互作用的影响。ECM中糖胺聚糖链的负电荷会吸引反离子以维持电中性，导致间质渗透压升高，该环境影响液体平衡并阻碍蛋白运动，尤其是那些表面电荷高或疏水亲和力强的蛋白，常导致生物利用度降低。初始淋巴管在皮肤中的空间分布是影响淋巴吸收的关键因素。SC层主要由脂肪细胞和结缔组织构成，而真皮层拥有致密的毛细血管和淋巴毛细血管网络。由于真皮层中的淋巴密度显著高于SC层，大多数治疗蛋白必须迁移通过SC ECM才能到达这些真皮引流位点。初始淋巴管是盲端末端结构，直径10至70 μm，其内皮细胞膜具有不连续的纽扣样连接，作为初级瓣膜响应组织机械变形而开闭，从而促进大分子摄取。治疗蛋白进入初始淋巴管后，通过收集淋巴管和淋巴结进入体循环。收集淋巴管直径较大(150-300 μm)，内皮细胞间连接紧密且呈拉链样，其管壁含收缩性肌细胞，可泵送淋巴液向前流动，单向流动由单向瓣膜维持。淋巴结兼具免疫过滤和液体调节功能，其内部致密结构增加了流体阻力，同时与血管相连，实现水、蛋白和细胞在淋巴与血液之间的交换。进入体循环后，治疗蛋白经细胞内分解代谢被分布和清除。对于含Fc片段蛋白(如单克隆抗体(mAbs))，新生儿Fc受体(FcRn)通过pH依赖性再循环保护其免受溶酶体降解，并显著提高SC给药后的生物利用度。

影响大分子治疗蛋白淋巴吸收速率的因素

注射部位

手臂、大腿和腹部是SC给药的主要部位，这些位置在SC层厚度、毛细血管和初始淋巴管密度以及到达体循环的解剖路径方面存在差异，从而影响大分子治疗蛋白的药代动力学。较小蛋白或最大浓度时间(T_max)和半衰期(T_1/2)较短的蛋白更易受部位依赖性吸收影响。淋巴流量与局部间质液生成有关，受血流、流体静压和血管通透性及密度影响。研究报道，人体大腿的淋巴流量通常高于腹部和手臂。体重指数(BMI)与淋巴流量成反比。SC层厚度决定注射羽流的形态，较薄的SC层通常产生更扁平、椭圆形的羽流，使药物储库更接近真皮，从而加速摄取。较厚的SC层允许更球形的羽流深入脂肪组织。SC层的ECM结构也存在部位差异：隔膜纤维（I型胶原纤维定向排列）具有相对较高的渗透性，药物优先沿其运输；而脂肪细胞周围有增强基底膜。因此隔膜网络的密度和取向影响注射羽流形态，进而影响淋巴吸收速率。此外，注射部位决定了引流路径，右淋巴导管引流包括右臂在内的右上象限，胸导管引流身体其余部位，不同路径导致药物分子经历不同的转运距离、时间和淋巴结数量，从而影响淋巴吸收。

递送参数

注射装置

递送系统选择取决于治疗蛋白特性、患者需求和制造考虑。最常用的两种设备是预充式注射器(PFS)和自动注射器(AI)。PFS为手动递送系统，通常由医护人员以45°角插入捏起的组织，注射深度、角度和流速因用户技术而异。AI专为患者自我给药设计，采用标准90°注射角、受控针头延伸和机械弹簧，确保一致且通常较高的递送速率。临床药代动力学数据表明，注射装置影响大分子治疗蛋白的SC吸收。使用AI时，大腿与腹部给药的药时曲线下面积(AUC)和最大血清浓度(C_max)比值接近1甚至低于1，而PFS给药比值始终大于1。多组数据显示，AI的T_max（达峰时间）大多短于PFS。在治疗蛋白和注射部位相同的情况下，AI递送导致的T_max缩短意味着初始淋巴吸收速率加快，但该速率受蛋白体积、沉积深度和递送速率等多个传输过程控制，需要更精细的实验和计算研究。

注射速率和体积

注射速率和体积影响SC组织的机械反应和药物羽流形态。报道的注射速率从0.33 ml/min到120 ml/min不等。较高的注射速率虽可产生更高的间质压力，理论上可能打开淋巴内皮连接，但多数实验和计算研究表明注射后压力迅速衰减，对长期药物摄取影响较小。然而，现有模型假设组织为小变形弹性多孔介质，未捕捉组织断裂等机械现象，可能低估注射速率的影响。高速注射可诱导间质基质水力断裂，形成随机、高渗透性微裂纹，使羽流不均匀扩展，从而改变药物输送路径和淋巴吸收曲线。注射体积同样调节药代动力学：大于2 ml的体积会遭遇胶原支架和黏性透明质酸(HA)的显著阻力，药物常沿筋膜层积聚，而初始淋巴管更集中在真皮附近，因此不同体积导致不同淋巴吸收速率。高体积也升高间质压力，但该效应短暂。

注射深度

SC注射深度需确保针头进入SC组织而避免进入肌肉。4 mm深度通常足够，但PFS手动技术常导致更深、更可变的递送，而AI的标准化深度约为4-8 mm。计算研究表明，较深的SC递送将蛋白分散到SC组织更深处，而间质压力基本与深度无关。由于初始淋巴管在真皮-SC界面附近最丰富，浅表注射使药物羽流更靠近该边界，可能促进更快的摄取。缺乏针对注射期间和注射后羽流动力学的实验验证；已有实验利用离体微型计算机断层扫描表征针头长度、注射速度、体积和粘度对小型猪SC组织中蛋白空间沉积的影响，为高保真模拟提供了数据集。

溶液粘度

大容量SC注射因ECM对流体流动的阻力而具有挑战性，高剂量制剂通常高度浓缩以减小体积，但这会增加溶液粘度，影响蛋白的对流速度和组织分布。计算研究表明，治疗蛋白溶液粘度越高，初始淋巴吸收速率越低。单抗的浓度依赖性粘度常采用Mooney方程表征：η/η₀ = exp(bC/(1-C/C_p))，其中η/η₀为相对粘度，C为蛋白浓度(mg/ml)，b与特性粘度相关，C_p量化拥挤效应和空间限制。对于IgG实验数据，b和C_p分别约为8.25×10^-3 ml/mg和600.54 mg/ml。

大分子治疗蛋白的分子特征

分子量

大分子治疗蛋白的分子量(MW)是决定其吸收、分布和消除的关键因素。大于40 kDa的大分子几乎完全依赖淋巴摄取作为进入体循环的主要途径，同时在ECM中因空间位阻和机械屏障而受到阻碍扩散。此外，MW可能限制其通过初始淋巴管初级瓣膜，尤其是在组织变形不足以完全打开内皮连接时。

电荷和结合

分子电荷显著影响大分子治疗蛋白的淋巴吸收。大多数抗体的等电点高于SC组织生理pH，故注射时带净正电荷，与ECM阴离子组分发生静电结合，阻碍间质转运并延迟进入初始淋巴管。高电荷分子倾向于聚集，影响稳定性和转运动力学。分子电荷还影响溶液粘度，进而调节SC注射期间和注射后弹丸的初始扩散和分布。定量模型采用Langmuir吸附等温线估算结合蛋白浓度：C_B = (C·K_eq/(1+C·K_eq))·B_max，其中C_B为结合蛋白浓度，K_eq为吸附平衡常数，B_max为组织最大结合容量。更高的B_max或K_eq导致蛋白在组织中滞留时间延长，有效降低淋巴吸收速率。但等温线参数难以独立测量，且缺乏mAb-ECM系统的直接实验结合等温线。

与透明质酸酶联用

为实现大容量SC注射并提高耐受性，常采用与重组人透明质酸酶(rHuPH20)共配制的策略。透明质酸酶可降解HA，增加间质通透性，导致药物更快分散并显著降低输注诱导的间质压力。HA降解是非侵入性和可逆的，24至48小时内恢复。在大鼠实验中，rHuPH20共给药使西妥昔单抗的SC生物利用度从67%提高至80%，淋巴回收率从35.8%提高至49.4%；但对曲妥珠单抗的血浆暴露无影响。一项针对克雷内珠单抗的临床研究显示，其SC生物利用度约66%，且与rHuPH20共给药无关。

生理条件和外部因素

年龄、性别和BMI等生理因素对淋巴吸收速率的影响是重要研究领域。BMI与淋巴流量呈负相关，且BMI影响SC厚度、隔膜纤维和筋膜层密度与取向。SC厚度一般随BMI增加而增加，相同BMI下女性SC厚度高于男性；SC厚度随年龄减小。这些结构差异改变注射羽流形态。外部刺激如运动、按摩等可导致淋巴管周期性变形，增加淋巴流量，可能加速初始淋巴吸收和药物进入体循环。

淋巴吸收速率的实验和计算研究

量化淋巴吸收速率是评估SC给药疗效的关键。实验框架主要有两种：一种通过淋巴闪烁显像测量收集淋巴管内的淋巴流速，该技术将放射性示踪剂皮内注射后动态成像，流速呈部位依赖性。另一种采用储库清除试验，将蛋白用放射性核素标记并监测注射部位残余放射性随时间变化，残余蛋白质量遵循一级动力学：dM_T/dt = -k_absM_T，其中M_T为注射部位剩余蛋白总质量，k_abs为淋巴吸收速率常数。图10显示初始阶段注射部位蛋白水平保持100%的延迟期，但大多数文献和药代动力学模型忽略该延迟。该延迟归因于生物大分子到达真皮层初始淋巴毛细血管所需时间，受注射深度、分子-组织结合亲和力和溶液粘度影响。计算模型采用从刚性多孔介质、线弹性多孔弹性到非线性多孔超弹性、多孔粘弹性等多种本构模型，表征间质压力积聚、药物分布及向初始淋巴管的运输。淋巴接口建模方法包括显式几何模型或分布汇项。敏感性分析强调组织生物力学特性对储库形态的影响。

局限性和知识空白

预先系统性清除机制仍需阐明，包括SC组织内或淋巴运输过程中的酶降解动力学参数、局部免疫细胞摄取、ECM成分结合等。大分子治疗蛋白的分子特性对淋巴吸收速率的影响需进一步量化。注射装置和递送参数对淋巴吸收速率的影响仍不明确，AI和PFS可产生不同PK曲线，设备桥接困难。生理因素如BMI、年龄、性别的影响多为定性描述，需建立更全面的定量模型。

结论

优化皮下注射大分子蛋白的治疗性能需要清楚理解淋巴吸收的调控因素。本综述综合了注射部位、生理运输条件和蛋白属性方面的现有证据，并强调了设备和产品相关递送参数对淋巴吸收的影响，这对于药物开发中设备或制剂桥接至关重要。未来需要结合生物学、制剂和设备效应的机制性定量研究，开发经实验验证的预测模型，以连接不同产品和患者群体中淋巴吸收与全身暴露。生物材料、微流体技术和实时监测的进展可能推动个性化注射策略和适应性递送系统的发展。