综述：甲氨蝶呤–环糊精体系：分子识别、制剂设计与转化前景

《Current Issues in Molecular Biology》：Methotrexate–Cyclodextrin Systems: Molecular Recognition, Formulation Design, and Translational Perspectives

　　

甲氨蝶呤（MTX）在类风湿关节炎及多种恶性肿瘤的治疗中仍处于核心地位，但其应用受限于剂量依赖性毒性、口服暴露量变异大、光不稳定性以及pH依赖性溶解度等问题。环糊精（CD）可改变MTX的分子环境，但文献中常将真正的包合物与CD仅作为更大载体组成部分的制剂混为一谈。本综述以批判性视角区分了直接MTX–CD复合物、基于预形成复合物的剂型、含CD载体（缺乏空腔占据的直接证据）以及共价MTX–CD缀合物。研究重点关注结合化学计量比、表观结合常数、客体取向、制备方法以及确立包合所需证据。同时考虑了溶液态主–客体结合与分离固体产物；然而，固态变化仅被视为支持性证据，而非环糊精空腔占据的独立证明。在有限的天然环糊精头对头比较中，β-CD通常表现出比α-或γ-CD更有利的MTX识别，尽管该差异的程度依赖于方法与条件。复合化可改善溶出、光稳定性及口服或局部递送；然而，增溶程度的提高并不必然增强膜转运。在卡拉胶水凝胶中，β-CD增加了MTX的载药量与释放量，却降低了膜渗透性，这说明了复合态与自由渗透药物之间平衡的重要性。最具前景的体系仍处于临床前阶段。向转化推进需要更清晰的命名体系、正交结构表征、机制解析对照以及标准化的药代动力学与安全性研究。

1. 1.
   引言

甲氨蝶呤（MTX）在治疗学中占据特殊地位。低剂量每周给药时，它是类风湿关节炎的锚定常规合成改善病情抗风湿药；而在显著更高暴露量下，则用于血液系统恶性肿瘤、骨肉瘤、滋养细胞疾病及部分中枢神经系统肿瘤。2025年EULAR更新及2021年发布的最新ACR药物治疗指南仍将MTX置于初始治疗策略的核心位置，尽管剂量递增受疾病活动度、合并症、耐受性及靶向治疗可及性等因素指导。其药理学同样具有情境依赖性：抗增殖活性与叶酸拮抗及核苷酸合成抑制相关，而抗炎效应则涉及细胞内多聚谷氨酸化、嘌呤代谢抑制及细胞外腺苷信号增强。

MTX的治疗广度与多个临床场景中的狭窄安全窗口相匹配。大剂量方案可并发肾清除延迟、黏膜炎、骨髓抑制、肝损伤及全身暴露时间延长。因此，大剂量MTX毒性的预防与管理依赖于充分水化与尿液碱化、血浆MTX浓度及肾功能的连续监测、药代动力学指导的亚叶酸钙解救，以及在MTX延迟消除伴临床相关过度暴露或肾功能不全时及时使用葡萄糖醛酸酶。在长期炎症性疾病中，问题不同但同样重要：胃肠道不耐受、吸收不一致、肝脏监测及疲劳管理均可能侵蚀依从性。因此，当制剂策略能够在作用部位增加有效暴露而不单纯提高循环中游离药物浓度时，便具有吸引力。

环糊精是成熟的药用辅料，具有特征性的截锥结构。常见天然形式分别含有六、七或八个α-(1,4)-连接的吡喃葡萄糖单元，分别命名为α-、β-和γ-CD。其亲水性外表面与极性较低的内腔允许适当形状的分子片段形成可逆的非共价主–客体缔合。这些复合物的行为取决于空腔尺寸、客体电离状态、环糊精取代度、溶剂组成及其他制剂组分的竞争。

在药物制剂中，CD缔合可影响表观溶解度、溶出、化学及光化学稳定性、药物释放以及超分子或纳米颗粒载体的组织方式。这些效应并非一律有利。增加总溶解药物量可能降低自由渗透物种的热力学活度（当复合物解离不够迅速时），而CD聚集体及非理想相溶解度行为可进一步使浓缩制剂复杂化。

关于MTX与CD的研究已从早期色谱比较和简单β-CD包合物扩展到烷基化及糖类取代宿主、二聚体、聚合物、三元体系、囊泡、水凝胶、纳米海绵、金属有机框架、磁性颗粒及刺激响应组装体。随着材料日益复杂，术语也日益不精确。某些报道中，"MTX–CD复合物"指已表征的主–客体对；在另一些报道中，CD构成载体、复合胆固醇或偶氮苯等其他组分，或作为表面配体，而MTX的位置仍不明确。

为将化学机制与制剂性能区分开，本综述采用四类划分。直接MTX–CD复合物是指有证据支持MTX与CD宿主结合的可逆分子缔合。基于预形成复合物的制剂包含此类复合物并置于第二递送平台中。含CD载体将CD用作结构或功能组分，但缺乏MTX占据空腔的直接证据。共价MTX–CD缀合物则包含药物与碳水化合物支架之间的化学键，应作为前药或缀合物而非包合物讨论。

在此背景下，本综述考察环糊精结构、复合物制备路线及制剂架构如何塑造MTX的行为。重点关注空腔包合证据的强度、分子效应与载体层面效应的区分，以及目前限制这些体系超越概念验证研究向转化推进的因素。

1. 2.
   文献检索与研究选择

本综述设计为结构化批判性叙述综述。由K.A.M.和D.G.使用Scopus、Web of Science核心合集及Google Scholar进行目标性叙述文献检索。检索字符串将"methotrexate"与"cyclodextrin"、"β-cyclodextrin"、"hydroxypropyl-β-cyclodextrin"、"methyl-β-cyclodextrin"、"γ-cyclodextrin"、"inclusion complex"、"host-guest"、"hydrogel"、"nanocarrier"、"niosome"、"nanosponge"、"metal-organic framework"、"conjugate"、"capillary electrophoresis"、"solubility"、"release"及"permeation"组合。同行评审后进行了补充目标检索以专门处理中枢神经系统定向递送，将"methotrexate"和"cyclodextrin"与"central nervous system"、"CNS"、"brain"、"blood–brain barrier"、"BBB"、"glioma"、"glioblastoma"、"intracranial"及"intrathecal"组合。未识别出专门设计用于CNS靶向或增强MTX脑穿透的合格实验性MTX–CD体系。同行评审后，另一次补充检索考察了三元复合物策略，将"methotrexate"和"cyclodextrin"与"ternary complex"、"PVP"、"polyvinylpyrrolidone"、"PEG"、"polyethylene glycol"、"Poloxamer 407"、"HPMC"、"hydroxypropyl methylcellulose"、"PVA"、"polyvinyl alcohol"及"hydrophilic polymer"组合。未识别出额外的MTX特异性研究，其中这些辅助辅料被机制性证明可形成或稳定离散的MTX–CD三元分子复合物。

检索在识别阶段不受发表日期或语言限制。当文章报告直接涉及MTX与天然、取代、低聚或聚合环糊精；基于预形成MTX–CD复合物的制剂；载有MTX的含环糊精载体；共价MTX–CD缀合物；或依赖于MTX–环糊精相互作用的分析或安全应用的实验、计算、分析、药代动力学或生物学数据时，即符合纳入条件。通用环糊精综述和临床指南文件仅保留用于背景陈述和参考文献核对。

文献集最初包含68篇全文出版物。对Scopus、Web of Science核心合集、Google Scholar、出版商网站及参考文献列表的目标性检索新增8篇全文出版物，共76篇全文接受资格评估。5篇出版物因未提供直接涉及MTX–环糊精相互作用或含MTX环糊精体系的数据而被排除。因此，保留71篇全文出版物用于主题综合。另有一篇2024年发表的潜在相关研究被识别，但无法获取全文，因此未用作定量或机制数据来源。通用环糊精综述、方法学论文及临床指南文件被单独考虑，仅用于背景语境。由于本综述未前瞻性设计为系统综述，未记录数据库层面的识别与去重计数及正式的评价者间一致性统计。

数据被提取到结构化证据矩阵中，记录环糊精身份与架构、MTX与环糊精组分之间的化学关系、制备方法、化学计量比、缔合常数及单位、用于支持复合化的方法、溶解度或稳定性变化、释放与渗透行为、药代动力学发现、生物学模型、主要结局及研究局限性。核心分类区分了经典包合物、含预形成复合物的制剂、无MTX包合证据的含环糊精载体以及共价MTX–CD缀合物。冲突或不完整的证据按原样保留，而非通过假设进行调和。对于类别分配，原作者使用的术语本身不被视为充分。当MTX与化学定义的环糊精宿主一起研究，且分子缔合得到溶液态证据支持（包括具有可解释结合模型的相溶解度分析、量热结合测量、NMR滴定或空间NMR数据）时，研究被归类为直接MTX–CD复合物（A类）。当检查分离固体产物时，DSC、XRD、FTIR或相关固态技术被视为正交支持性证据，而非空腔占据的独立证明。仅凭溶解度增加、载药量、熔融转变消失或光谱展宽不被视为足以证明包合物。

当满足上述标准的MTX–CD复合物在纳入二级剂型或递送平台之前已制备并表征时，制剂被分配至B类。该指定描述了制剂历史，并不暗示完整分子复合物在纳入最终载体后必然不变地持续存在。当环糊精构成载体的结构或功能组分，且MTX被装载、吸附、包封或以其他方式与材料缔合，而无MTX占据环糊精空腔的直接证据时，使用C类。CD空腔被证明结合制剂中另一组分而非MTX的体系也保留在C类。边界体系保守地分类为C类，除非直接MTX–CD结合证据证明应归入A类或B类。D类仅限于MTX与环糊精支架之间存在共价键的体系。

该分类是机制性的，而非正式偏倚风险评估系统。正式盲法重复分类及评价者间一致性系数的计算并非原始综述设计的一部分；最终分配基于上述预定义的化学和证据标准在构建证据矩阵时确定。

1. 3.
   MTX复合化的分子基础

3.1 MTX作为环糊精客体

MTX并非简单的疏水性分子。其蝶啶环、对氨基苯甲酸单元及谷氨酸残基构成了一个柔性的、可电离的分子，具有多个氢键供体和受体。芳香表面可进入CD空腔并受益于疏水和色散相互作用，而氨基和羧酸基团在边缘处仍可用于氢键和静电接触。这种平衡随pH变化，因为质子化同时改变构象和电荷分布。因此，报道的MTX缔合常数是有条件的：它属于特定的温度、离子介质、pH、浓度范围和结合模型。在本综述中，直接MTX–CD缔合与实验证明的空腔占据相区分。仅凭表观溶解度增加、溶出、载药量或固态行为改变不足以确立包合，因为这些效应也可能源于电离、无定形化、吸附、聚集或分配到非CD域。直接可逆MTX–CD复合物需要化学定义的宿主–客体体系中分子缔合的证据，如可解释的相溶解度平衡、量热法或NMR滴定。MTX实际占据CD空腔的置信度因空间证据而显著提高，特别是MTX质子与环糊精内部H3/H5质子之间的分子间ROESY/NOESY接触。因此，DSC、PXRD和FTIR被视为支持性正交方法，而非包合的独立证明。相应地，当MTX–CD结合在无空间定位的情况下被证明时，使用"分子缔合"一词；而"空腔占据"或"结构支持的包合"则保留给具有位置特异性证据的体系。当证据仅限于溶解度变化、载药量、一维光谱扰动或固态行为改变时，外部缔合、吸附或分配仍是替代解释。

3.2 取代、二聚及聚合宿主

这一概念的早期扩展涉及用设计用于抑制组织蛋白酶B的表氧琥珀酰肽对β-CD进行功能化。Schaschke等人报道所得β-CD–肽缀合物保留了与MTX形成包合物的能力。这项2000年的研究主要作为历史性证明，即靶向相关取代基可附加到CD支架上而不必消除MTX识别；该研究未评估MTX释放、药代动力学、含MTX复合物的靶向递送或治疗功效。

β-CD的取代不仅改变其水溶性，还重塑边缘、改变空腔水合作用并改变葡萄糖环的构象自由度。Pattarino及其同事发现其系列中2,6-二甲基-β-CD的缔合常数最大，而2,3-二甲基化和更广泛甲基化未产生等效增益。该结论在机制上很重要：取代基的位置可能比标称取代度更重要。在后续喷雾干燥复合物的研究内比较中，天然β-CD的表观缔合常数为552.3 M^?1，HP-β-CD为433.6 M^?1，M-β-CD为574.5 M^?1，DM-β-CD为3114.7 M^?1。因此，DM-β-CD在共同实验流程中表现出显著更高的表观亲和力，并在溶出、光稳定性、渗透相关行为及口服暴露方面提供了最有利的组合。

简单碳水化合物取代基提供了微调识别的途径。在pH 7.4下，紫外–可见滴定与全局拟合给出葡萄糖基-β-CD的1:1缔合常数为630 ± 5.5 M^?1，麦芽糖基-β-CD为637 ± 8.6 M^?1。研究人员将这些值与先前报道的天然β-CD值389.7 ± 104.5 M^?1进行比较；由于该天然宿主参考是在不同实验条件下获得的，约1.6倍的明显增加应定性解释，而非严格的研究内亲和力比率。麦芽糖第二个葡萄糖单元的添加未产生进一步可测量的增益。¹H和¹³C NMR及建模将苯环置于空腔中，附加糖在边缘附近贡献接触，而非扩大疏水核心。

多价宿主可同时改变化学计量比和几何构型。Job图支持两种次级面β-CD二聚体的一二聚体:两MTX化学计量比。在50 mM磷酸钠缓冲液（pH 7.2，25 °C）中的反向ITC给出二聚体1和2的位点特异性缔合常数分别为1.9 ± 0.2 × 10³和1.3 ± 0.3 × 10³ M^?1，而天然β-CD为0.54 ± 0.03 × 10³ M^?1。然而，2D ROESY数据不支持深部蝶啶包合；它们更符合浅层排列，其中氨基苯甲酸部分覆盖较宽边缘。换言之，较大的缔合常数未必代表相同复合物的更深包合形式。

单体、二聚和聚合CD的比较从另一方向说明了同一观点。β-CD二聚体表现出强协同1:2结合，而β-聚环糊精每个可及空腔的表观亲和力较低，大概因为交联产生了异质环境并使某些空腔难以到达。1:2组装体的总体常数以M^?2报告，不能与以M^?1表示的1:1常数进行数值排序。此类单位错误在该领域的二级总结中惊人地常见。

杂化大分子引入了竞争性口袋。PAMAM树枝状聚合物–CD缀合物的NOE NMR实验表明，取决于空腔大小和缀合物架构，MTX可能主要驻留在树枝状聚合物内而非附加的CD中。该研究是对常见假设的有用纠正：CD部分的存在和成功的药物装载本身并不证明该药物在CD空腔中的包合。

3.3 比较结合数据

所选研究显示出可重复的定性趋势，但也说明了为何必须谨慎解释绝对常数。数值来源于不同溶液条件下的相溶解度、量热法、毛细管电泳、NMR滴定或全局拟合。它们描述了相关但不完全相同的可观测值。因此，最有信息量的比较是在单一实验设计内进行的比较，其中宿主化学变化而pH、温度和分析方法保持恒定。相应地，本综述中关于天然α-、β-和γ-CD相对性能的结论主要基于直接研究内比较，而跨无关研究获得的常数仅用于识别定性趋势。表1将位点特异性或1:1缔合常数（以M^?1表示）与具有不同维度的整体高阶缔合参数分开。后者不应仅根据其绝对大小被解释为数值上更强或更弱。

1. 4.
   复合物的制备与实验确认

4.1 制备方法及固态后果

MTX–CD体系已通过中和、捏合、冷冻干燥、共沉淀、喷雾干燥、超声处理、溶液中长时间孵育及吸附到交联网络中制备。这些程序不可互换，每种都引入特定优势和解释局限性。在基础性Singh方案中，所谓中和法是pH位移沉淀程序。MTX首先溶于0.1 M NaOH，然后在搅拌下加入β-CD水溶液；随后在剧烈搅拌下逐滴加入0.1 M HCl直至pH 7.5，此时产物沉淀，随后过滤、洗涤并干燥。碱性阶段使MTX保持更可溶的电离形式并促进与β-CD的接触，而降低pH则降低MTX溶解度并允许分离固体产物。该程序可有效生成独特的固体，但伴随的MTX电离变化也可独立于空腔包合驱动沉淀；因此，沉淀本身不应被视为复合物形成的证据。冷冻干燥可保留溶液中存在的缔合并产生快速溶解的多孔固体，尽管广泛无定形化可能混淆DSC和PXRD数据的解释。捏合简单、节省溶剂且实验上可及，但混合可能不均匀且不完全。喷雾干燥快速且可能可规模化，并实现受控的研究内比较，但同时改变粒径和结晶度，使将性能改善单独归因于分子复合化变得困难。超声处理和延长溶液孵育可改善分子接触和分散，但两种程序均不构成无独立结构表征的包合证据。因此，制备方法间的差异可能反映包合、电离、结晶度降低、粒径效应或多种机制同时作用。

Singh研究具有启发性，因为它比较了物理混合物与捏合、冷冻干燥和中和产物。在XRD中，物理混合物大致显示MTX和β-CD的衍射特征总和，而中和产物失去大部分显著反射并明显更加无定形。DSC同样区分了各制备物：β-CD失水事件、MTX多晶转变放热峰及MTX熔融吸热峰在中和产物中消失，而相应热事件在物理混合物中仍可检测或发生位移。在红外光谱中，物理混合物大致表现为加和光谱，而中和产物显示MTX C–NH₂伸缩带的小位移（1379至1383 cm^?1）、MTX CH弯曲振动强度和分辨率的降低以及β-CD在1033和1156 cm^?1附近谱带的抑制。这些变化支持形成新的且显著改变的固相，尽管它们本身并未确立MTX的哪一部分占据环糊精空腔。

三元复合化增加了另一变量。在MTX/β-CD/三乙醇胺体系中，溶液数据支持1:1 MTX:β-CD缔合，而分离固体以显著更大的β-CD摩尔过量制备。三乙醇胺通过电离、静电相互作用和主–客体结合的联合作用增加增溶。平衡化学计量比与用于生产制剂的摩尔配比之间的区别至关重要；1:5或1:7的制备比例不应在没有独立证据的情况下被报告为离散分子复合物。

三乙醇胺不应被视为环糊精辅助增溶中唯一可能的第三组分。在更广泛的药物环糊精文献中，水溶性聚合物和表面活性剂型辅料（包括PVP、PEG、HPMC、PVA和泊洛沙姆体系）已被用于增加表观复合效率或增溶。其效应可能涉及与CD外表面的相互作用、药物–CD聚集体的稳定化、水合变化或胶束样增溶，而非形成独特的三组分包合几何构型。因此，药物/CD/聚合物体系中溶解度的改善本身不应被解释为离散三元分子复合物的证据。在本文考察的MTX特异性文献中，β-CD/三乙醇胺研究仍然独特，因为第三组分的影响通过溶液态NMR（包括ROESY）、相溶解度分析和分子建模直接研究。因此，聚合物辅助的MTX–CD体系代表了未来系统比较的合理领域，特别是使用溶液态结合测量和空间NMR来区分增强复合化与非特异性聚合物或表面活性剂介导的增溶。

近期研究通常先在溶液中制备复合物，然后将其置于第二载体中。Hadi及其同事报道的β-CD/MTX纳米结构通过超声处理产生并进行了实验和计算研究。Kumar及其同事首先沉淀β-CD/MTX复合物，随后将其掺入用Carbopol增稠的水包油纳米乳液中。此类多步骤方案在药学上具有吸引力，但需要在每个阶段后设置分析检查点，因为复合物可能解离、再分配或被表面活性剂和脂质置换。

4.2 何为令人信服的证据？

没有任何单一分析技术能完全确立包合物。相溶解度分析可提示化学计量比并产生表观常数，但解释取决于固有溶解度、线性和不存在高阶聚集。ITC直接提供化学计量比和热力学项，但当存在多个非等价位点时模型选择变得困难。一维NMR识别客体环境中的扰动；2D ROESY或NOESY更具信息量，因为它测试客体质子与CD内部H3/H5质子之间的空间邻近性。固态方法回答不同问题：DSC和XRD揭示结晶度和相行为的变化，而FTIR报告振动环境的变化。

当化学互补方法结合时，这些技术的证据价值最大。在表1中总结的十个代表性直接复合物研究组中，仅一个（10%）结合了定量平衡或结合测量、空间信息2D NMR和固态表征；六个（60%）覆盖了这三个领域中的两个，而三个（30%）主要受单一领域支持。因此，即使在相对充分表征的MTX–CD文献中，完全正交表征仍然不常见。

β-CD二聚体研究提供了特别强的正交溶液态证据范例，而非完整三域表征。Job图和ITC确立了1:2二聚体:MTX化学计量比并量化了结合，而2D ROESY显示大的1D化学位移变化并不意味着深部蝶啶包合。相反，氨基苯甲酸区域位于内部H3质子和较宽次级边缘附近。

因此，机制解析对照与分析复杂性同等重要。实验至少应比较游离MTX、游离CD、物理混合物和分离产物。在杂化载体中，不含CD的相同材料以及（可行时）空腔被阻断的宿主提供更决定性的测试。生物学实验还应将表面活性剂、油、聚合物、靶向配体和外部刺激的效应与分子复合物的效应分开。没有这些对照，最可辩护的陈述通常涉及完整制剂的性能，而非CD空腔的作用。

给定分析技术的证据意义还取决于所研究的机制类别。同一观察结果在直接分子复合物和异质载体中可能具有非常不同的权重。表3总结了本综述所用四个类别中的这一区别。特别是，对A类高度信息量的方法（如定量结合测量和空间NMR）在C类中可能变得难以解释，因为多个非CD结合域共存。相反，经典包合技术对D类不充分，后者需要直接表征共价键形成、取代度、水解和释放产物。

1. 5.
   复合化对MTX性质的影响

5.1 溶解度、溶出及固态稳定性

直接MTX–CD复合化最一致的结果是表观溶解度和溶出速率增加。在β-CD中和复合物中，更快溶出伴随更高的C_max、约两倍的AUC增加、储存期间降解减少以及BALB/c Ehrlich腹水癌模型中存活率改善。在15 mg kg^?1 MTX当量下，平均存活时间从游离MTX的32.3天增加至复合物的36.7天，对应报道的生命延长率分别为70.0%和93.16%。在12.5 mg kg^?1下，相应值为28.5对32.5天及50.0%对71.05%。原始作者报告高剂量比较的p < 0.001，而2.5和7.5 mg kg^?1剂量下游离MTX与复合物之间的差异无统计学显著性。等剂量游离MTX和PBS载体组作为对照，但未测试空白β-CD组，且未报告每组存活实验的动物数。这些历史性发现支持制剂相关全身暴露和抗肿瘤功效改善的可能性，但应被解释为在1997年时代分析、统计和报告标准下获得的概念验证证据，而非现代药代动力学或功效验证。更新的研究内比较说明该益处的幅度如何强烈依赖于宿主化学和制备方法。在Giri等人报道的喷雾干燥系列中，所有四种β-CD基包合物均比游离MTX溶出更快，10分钟内HP-β-CD、β-CD、M-β-CD和DM-β-CD复合物分别释放56.0%、65.3%、67.0%和81.7%的MTX；1小时内释放达到约93–100%。DM-β-CD制剂显示出最大效应，据报道表观水溶性增加约2268倍，体外药物释放相对于游离MTX增加约1.89倍。然而，这些大的制剂层面增益不应完全归因于空腔结合，因为喷雾干燥还将结晶MTX转化为无定形形式并减小粒径，两者均可独立加速溶出。

增溶幅度随宿主化学变化。实验/理论β-CD纳米结构将表观MTX溶解度提高约九倍，而含三乙醇胺的三元体系通过电离和包合的联合作用产生更大的浓度增益。葡萄糖基和麦芽糖基取代基产生更温和、化学上可解释的亲和力增加。然而在水凝胶中，改变CD衍生物同时改变药物结合和网络结构；仅从整体释放数据无法分离这两种效应。

5.2 光稳定性与化学保护

光保护是多个MTX–CD体系最清晰的实际优势之一。在β-CD衍生物的喷雾干燥比较中，游离MTX在25 °C/60%相对湿度下暴露于120万勒克斯·小时光剂量20天，药物含量下降36.8 ± 1.7%并伴随可见变色。相比之下，MTX–CD包合制剂在相同条件下仅损失约6.7 ± 1.9%的初始药物含量。这提供了定量示例，即MTX在宿主富集微环境中的屏蔽与对光解的实质性保护相关。掺入SMEDDS的冷冻干燥β-CD复合物同样显示改善的光稳定性以及约十倍的水溶性增加。然而在后一制剂中，保护效应不能唯一归因于CD空腔，因为最终制剂中的脂相、氧可用性和微环境也可能影响光降解。

5.3 游离药物、渗透性与生物利用度

溶解度和渗透性通过一个容易被误读的平衡相联系。CD增加总溶解MTX，但生物膜主要接收游离药物。如果复合物大、带电荷或在膜表面解离缓慢，游离浓度可以保持不变甚至下降，尽管总浓度更高。该机制在卡拉胶水凝胶中可见：β-CD增加了可装载和释放的MTX量，但膜转运低于相应的无CD体系。κ-卡拉胶研究中相反的释放和渗透趋势合并于图4。

口服药代动力学研究提供了几个全身MTX暴露增加的临床前示例，尽管效应可具体归因于环糊精复合化的程度因制剂而异。在1997年基础性β-CD研究中，口服中和复合物使报道的C_max从0.15增加至0.23 μg mL^?1，AUC从11.73增加至24.57 μg·h mL^?1，而T_max保持1小时。这一约两倍的AUC增加应被视为历史性概念验证，因为分析和药代动力学报告先于当前标准。

一项更新的大鼠研究提供了显著更详细的内部比较。Giri等人评估了六只大鼠组中的游离MTX和四种喷雾干燥1:1复合物。对于DM-β-CD复合物，AUC从1738.71 ± 294.65增加至3820.27 ± 424.27 h·ng mL^?1，C_max从265.63 ± 57.05增加至872.76 ± 62.19 ng mL^?1；T_max从1.13 ± 0.23降至0.75 ± 0.29 h。AUC和C_max的相对增加分别约为2.20倍和3.29倍。HP-β-CD、天然β-CD和M-β-CD复合物也增加了AUC，分别约为1.84、1.74和1.71倍。在Caco-2实验中，游离MTX和DM-β-CD复合物的吸收转运相似，而复合物的外排组分较低，进一步说明总增溶与定向膜转运之间的关系不是线性的。

当预形成β-CD复合物掺入SMEDDS时观察到不同幅度的改善。该制剂将口服MTX生物利用度提高约1.57倍，但复合化的贡献无法与脂质增溶、微乳化及表面活性剂效应分离。报道的最大药代动力学变化发生在γ-CD金属有机框架中。大鼠口服给药后，C_max从1.3增加至3.6 μg mL^?1，AUC_0–7从1.0增加至12.8 μg·h mL^?1，消除半衰期从1.5延长至4.5 h，而T_max从1 h移至2 h。作者报道表观绝对生物利用度从约1%增加至16%。这些异常大的变化应归因于γ-CD-MOF架构整体——包括溶出、多孔框架保留和改变渗透性——而非仅γ-CD空腔包合。

总体而言，动物研究表明含MTX–CD制剂可显著改变全身暴露，但它们并未确立复合化的统一药代动力学效应。本次检索未识别出MTX–CD治疗制剂的人体药代动力学研究，因此转化仍依赖于测量游离和总MTX、复合物解离、组织暴露和安全性以及常规血浆药代动力学的比较研究。

同样的溶解度–渗透性区分对CNS递送尤其相关；然而，本次检索未识别出专门设计用于穿越血脑屏障或增加脑暴露的MTX–CD制剂。因此，MTX–CD复合化可实现的水溶性增加能否转化为更大的CNS暴露仍属未知。强结合的复合物可能反而降低内皮界面处自由可用MTX浓度，除非在血脑屏障附近发生足够快速的解离。

5.4 释放与生物活性

复合化可通过增加水溶性加速释放，或通过将MTX保留在宿主富集基质中而延缓释放。用β-CD交联的明胶水凝胶增加了载药量并显著减少突释。卡拉胶体系在CD足够时快速释放MTX，但渗透性下降。在光热β-CD/MTX-金纳米颗粒组装体中，照射释放部分复合药物并恢复MTX被屏蔽时减弱了的细胞毒活性。

生物学改善应在所测试水平上解释。更活跃的细胞制剂可能反映摄取增加、细胞外损失减慢、辅料引起的膜扰动或外部触发，而非复合MTX的内在效力不同。2026年局部纳米凝胶是有用的示例。它结合了β-CD复合物、纳米乳液液滴、表面活性剂、助表面活性剂、油和Carbopol基质；该制剂改善了释放、猪皮肤渗透及佐剂诱导关节炎的结局。数据支持纳米凝胶，但未将β-CD复合化分离为唯一因果因素。

因此，MTX–CD技术的主要已证明优势跨越不同证据水平：直接复合物可改善溶解度、溶出和光稳定性；掺入二级载体可进一步改变保留、释放、渗透性和全身暴露；而生物学功效改善目前主要仅在细胞和啮齿动物模型中证明。随着制剂复杂性增加而观察到的越来越大效应，应结合将结局具体归因于MTX–CD空腔结合的能力下降来解读。

1. 6.
   直接使用及基于预形成MTX–CD复合物的制剂

6.1 分离MTX–CD复合物的直接给药

并非所有经药学评估的MTX–CD体系都需要二级载体。在几项研究中，分离的分子复合物本身构成给药制剂。在Singh等人的基础性研究中，β-CD中和复合物作为固体分离，随后分散在磷酸盐缓冲盐水中用于口服给药。在药代动力学实验中，复合物以5 mg kg^?1的MTX当量剂量直接给药，未掺入脂质、聚合物或颗粒载体。同一直接给药复合物也用于Ehrlich腹水癌存活实验。因此，尽管该研究未开发成品临床剂型，它代表了MTX–CD复合物本身（而非二级递送平台）作为药物干预的早期示例。

Giri等人提供了更新的示例，他们制备了MTX与β-CD、HP-β-CD、M-β-CD和DM-β-CD的喷雾干燥1:1复合物。分离粉末填充入0号硬明胶胶囊用于溶出测试，提供了直接口服固体制剂概念。对于大鼠药代动力学研究，相同分离复合物以相当于20 mg kg^?1 MTX的1 mL水性混悬液通过口服灌胃给药。未使用二级脂质、聚合物或纳米颗粒载体。在测试宿主中，DM-β-CD复合物产生最大的全身暴露增加，AUC约高2.20倍，C_max约高3.29倍于游离MTX。这些数据证明分离的MTX–CD复合物本身可作为临床前口服制剂，而非仅作为后续载体掺入的中间体。

尽管这种更简单策略具有药学相关性，我们未识别出直接表征的MTX–CD包合物被开发为简单注射溶液并在无额外载体情况下评估的研究。报道的可注射含CD MTX体系反而采用水凝胶或其他多组分架构，其中环糊精也参与载体组装。因此，直接胃肠外MTX–CD制剂仍是未充分探索的领域，未来开发需考虑环糊精衍生物选择、溶液稳定性、渗透压、游离MTX分数、肾脏处理及与胃肠外给药的相容性。

6.2 囊泡和脂质体系

将预形成复合物置于第二载体中是MTX–CD文献中最古老的策略之一。来自同一研究项目的两项密切相关研究考察了预形成MTX–CD复合物掺入囊泡的情况。在较早研究中，HP-β-CD–MTX复合物将表观囊泡包封率从非复合MTX的67%提高至89%，减缓释放，改善储存稳定性，并增加荷瘤BALB/c小鼠的寿命响应。同一机构的后续研究使用天然β-CD，报告MTX–β-CD复合物的包封率为84%，而非复合MTX为67%，并在携带B16F1黑色素瘤的C57BL/6J小鼠中改善了稳定性和肿瘤生长结局。两项研究使用不同CD宿主和不同体内模型，因此代表独立生物学实验；然而，其密切相关的制剂方法和共享研究来源意味着应被视为相关证据，而非两次独立重复。原始报告未提供足够的批次级信息以确立所有制剂对照的独立性。总体而言，它们提供了早期概念验证，即预复合化可增加非离子表面活性剂囊泡水相区室中保留的MTX量，而囊泡膜提供额外扩散屏障。

SMEDDS制剂将相同逻辑扩展到口服递送。冷冻干燥β-CD复合物与油、表面活性剂和助溶剂混合物组合，该混合物在接触胃肠液时分散成小液滴。报道的制剂将MTX溶解度提高约一个数量级，减少光降解，并提高口服生物利用度。该方法在药学上可信，但制备中使用的不寻常高CD比例不应与分子化学计量比混淆。

6.3 水凝胶、多孔宿主和杂化颗粒

预形成复合物也可嵌入用于局部或持续递送的基质中。β-CD交联明胶水凝胶将宿主同时用作化学交联剂和可逆MTX结合位点。ι-和κ-卡拉胶凝胶使用β-CD提高载药量并调节释放，尽管相同复合化在某些条件下降低了膜转运。更新的ι-卡拉胶工作比较了天然、羟丙