降钙素输送系统研究进展

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1、精品论文降钙素输送系统研究进展郑瑞媛，蔡云鹏，马柳青，袁伟恩（上海交通大学药学院, 上海 200240）5摘要：降钙素（一个由 32 个氨基酸组成的多肽）是治疗骨质疏松的首选药之一。降钙素对老年骨质疏松，尤其是绝经后骨质疏松有很好的疗效，但由于其半衰期过短，需频繁注射给 药，病人顺应性很差。目前上市的唯一非注射剂型鼻喷剂生物利用度不到 3%，而且不能保 持长效的血药浓度。大量的研究专注于降钙素输送系统，通过对降钙素的结构修饰、改变输 送载体、加入吸收促进剂等取得了一些效果。本文从鼻腔与肺部给药、口服给药、注射给药10等方向概述了目前降钙素输送系统进展，为以后的研究提供了理论基础。关键词：鲑鱼降

2、钙素；口服吸收；鼻腔给药；骨质疏松中图分类号：R94Research progress on the delivery system of Salmon15CalcitoninZHENG Ruiyuan, CAI Yunpeng, MA Liuqing, YUAN Weien(School of Pharmacy,Shanghai JiaoTong University, Shanghai 200240)Abstract: Salmon Calcitonin (sCT), a small, 32-amino-acid peptide, is very effective for the tre

3、atment of osteoporosis, especially for post menopause.SCT is a powerful inhibitor of osteoclast activity that20exerts a rapid, transient, and reversible inhibition of bone reabsorption.However, the therapeutic useof exogenously administered sCT is severely hampered by its rapid elimination from the

4、body and short half-life (only about 43 min), which in combination contribute to its poor and variable systemic bioavailability. In addition, sCT injection can cause nausea, abdominal pain, hand swelling and urticaria on the injection sites. The only non-injection formulation, nasal calcitonin spray

5、, whose25bioavailability is reportedly 10%25% compared with the parenteral forms, cannot maintain a long-acting blood concentration. A lot of researches focusing on the structural modification of sCT, adding delivery carrier and absorption-promoting agent have achieved some effects. This articlesumm

6、arized resent studies on the delivery system of sCT.Key words: Salmon Calcitonin; oral adsorption; intranasal route; osteoporosis300引言老年人骨质疏松发病率较高，随着社会老龄化的进程，骨质疏松症的发病率呈上升趋势， 预计到 2050 年将增加到 2.21 亿。据估计，全世界每 3 秒就发生一次骨质疏松骨折。二分之 一的女性和五分之一的男性将在 50 岁之后的生活中遭遇一次骨折。对女性而言，这种风险35比乳腺癌、卵巢癌和子宫癌的风险之和还要大。对于男性，这种风险比前

7、列腺癌的风险更大1。骨质疏松症是造成老年人疼痛、骨骼变形、骨折甚至死亡的主要原因。 降钙素（一个由 32 个氨基酸组成的多肽）是治疗骨质疏松的首选药之一。降钙素的优势是其抑制破骨细胞活性，减少破骨细胞数量，抑制骨吸收，降低骨转换，同时降钙素有中枢神经镇痛作用，能够缓解骨痛。降钙素的劣势是其半衰期过短，需要一天一次注射给药。40另外，降钙素的在相当比例的患者中出现恶心、腹痛、手肿，注射部位出现风疹（一种过敏基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20090073120085）作者简介：郑瑞媛（1988-），女，硕士，生物大分子药物输送通信联系人：袁伟恩（1974-），男，助理研究员，大分子药剂

8、学. E-mail: yuanweien- 6 -性皮疹）。顾忌副反应和患者顺应性，诺华公司开发了鲑鱼降钙素鼻喷剂（密钙息），Upsher-Smith Laboratories 开发了 Fortical虽使患者免受注射之苦，但其生物利用度仅为 35%，仍需每日给药，而且不能保持长效的血药浓度，无论从经济方面或疗效方面对患者来 说都是不小的考验。452000 年开始，诺华公司与 Emisphere Technologies 公司合作开发口服降钙素（SMC021）， 于 2007 年开始进行第期临床试验，在为期 3 年的临床试验之后，2011 年 11 月宣布终止 研发，原因是第期临床试验结果未达

9、到评估指标。大量的研究专注于降钙素的输送系统，现将主要的研究进展总结如下。1鼻腔和肺部输送系统研究进展50鼻腔和肺部给药输送便捷，吸收面积较大，吸收部位到血管距离较短，酶活性较低，无 首过效应，肺部上皮细胞与小肠相比对大分子有很高的渗透性，基于上述优点，通过鼻腔和 肺部输送降钙素能够取得不错的效果2 3 。为了进一步提高降钙素鼻腔与肺部给药的生物利 用度，科研人员进行了一系列的研究。1.1药物输送载体55壳聚糖与传统的蛋白酶抑制剂或表面活性剂相比，其生物相容性和安全性更高4 5。 Makhlof 等人合成了一种新型乙二醇壳聚糖巯基聚合物（GCS），制备成粒径约为 0.23-0.33 的纳米粒，

10、将降钙素包裹于纳米粒中，到达大鼠肺粘膜组织的降钙素提高了 2 倍，并显著提 高将血钙效应，12h 和 24h 的药理学生物利用度分别达到了 27%和 40%6。Plessis 等人制备 的类脂质体双层囊泡 PheroidTM 与 N-三甲基壳聚糖盐酸盐载体相比，降钙素的最高血药浓度60从 72.66.1 pg/ml 提升到了 478.56.1 pg/ml，达峰时间从 35min 提前到了 14min7。 Hinchcliffe 等人研究的壳聚糖谷氨酸盐载体鼻腔给药能增加降钙素在羊体内的吸收8。 Yamanoto 等人用 PLGA 微球和羟苯甲基纤维素钛酸酯微球制成了长效快速的鼻腔给药系统 9

11、。Law 等人发现用阳离子脂质体能促进降钙素的鼻腔吸收，主要原因可能是跟负电性的 鼻粘膜吸附，增加了停留时间10。651.2结构修饰Youn 等人将降钙素 PEG 化肺部吸入之后可提高抗蛋白水解酶的性质，并能延长药物在 体内的循环，增加肺部给药生物利用度11。Shin 等人提出用 2000 分子量的 PEG 对降钙素 进行单表面的修饰，发现修饰的与未修饰的降钙素鼻腔给药的 AUC 比为 20638：3650ng*min/mL，达峰时间 Tmax 为 520：77min，半衰期 T1/2 为 923:199min12。701.3粘膜吸附剂和吸收促进剂Ahsan 等人研究烷基糖苷类物质对降钙素的鼻

12、腔给药和眼部给药的生物利用度影响，发 现十四烷基麦芽糖酐能够促进鼻腔给药的生物利用度，不过对眼部给药的提高并不明显，而 辛基麦芽糖酐没有促进降钙素吸收的效果13。Matsuyama 等人用 N-乙酰基-L-半胱氨酸（NAC）作为溶粘剂制备降钙素干粉用于鼻腔给药，其在老鼠和狗的生物利用度分别为7530.0%和 24.9%。原因可能是 NAC 能够降低鼻腔粘液的浓度，增加药物与鼻粘膜的接触面积 14。之后他们又发展了用 NAC 和非离子表面活性剂聚氧乙烯（C25），十二烷醚（laureth-25） 来提高降钙素的生物利用度，其中 5%NAC 和 5% laureth-25 合并使用生物利用度能达到

13、26.82.2%，是一般鲑鱼降钙素鼻喷剂的 3.5 倍15。随后 Takatsuka 等人提出加入促进剂808590951001051101155%NAC 和 5%TX-100 能够大幅度提高降钙素在鼻腔、肺部和大肠的吸收，分别比对照组高7.2，2.8 和 4.5 倍16。Kumar 等人对吸收促进剂进行了研究，发现降钙素鼻腔给药与同剂量 的皮下注射相比，相对生物活性在 pH=6.0 和 pH=3.9 的醋酸缓冲液中分别为 21.01.5%和53.92.8%，再加入胆酸钠，di-甲基 -环糊精，糜蛋白酶抑制剂和枯菌肽四种吸收促进剂之 后，在 pH=3.9 的醋酸缓冲液中的相对生物利用度达到 1

14、39.17.3%，而单独使用以上四种吸 收促进剂时，相对生物利用度分别为 72.02.7%，79.23.9%，83.02.1%和 87.03.9%17。Lechuga 等人提出加入亮氨酸可降低制备喷雾干粉颗粒之间的内聚力，能够改善喷雾剂 的效果18。Chen 等人发现应用紧密连接调节肽（TJM）能可逆的降低鼻粘膜电荷抵抗，极 大地增加降钙素的透过性19。2口腔给药系统研究进展降钙素与多数蛋白、多肽药物一样，口服生物利用度极低，这是由于胃肠道生物酶的降 解造成药物失活20，以及小肠上皮细胞的阻碍造成低透过性21。通过十二指肠、回肠以及 结肠给药的大鼠22和狗23，降钙素的生物利用度低于 0.1%

15、。降钙素的口服吸收还存在着许 多挑战，近年来成为了研究的热点。2.1壳聚糖颗粒输送系统壳聚糖是最常用于多肽胃肠道输送的材料，近年来对其研究有了很大的进展。Guggi 等 人用 2-盐酸巯醇亚胺将壳聚糖硫基化，形成壳聚糖-4-硫代丁基铝（chitosan-TBA），壳聚糖 另一部分在表面接上胃蛋白酶抑制剂，形成（chitosan- pepstatin A）。将降钙素和 chitosan， chitosan-TBA，chitosan- pepstatin A，谷胱甘肽按照（1:0.69:20:10）的比例制备成微片，可 降低血钙浓度 10 %以上，并维持 12 小时以上，生物利用度为 1.35 %

16、24。Thongborisute 等 人研究了用于包裹口服脂质体的壳聚糖的种类对口服降钙素的影响，发现低摩尔质量和高摩 尔质量的壳聚糖均能穿过小肠壁，但是低摩尔质量的壳聚糖能产生更长的降血钙效果，并能 帮助降钙素更好地抵抗胃肠道生物酶25。Prego 等人应用溶剂萃取法制备粒径在 160-250 nm 之间，用 PEG 修饰后的壳聚糖纳米微囊来输送降钙素，PEG 的存在能改进纳米囊在胃肠道 中的稳定性，降低细胞毒性，而且不会引起小肠上皮细胞的变化，增强并延长了降钙素的胃 肠道吸收26。2.2脂质体和前脂质体胃肠道输送系统Yamabe 等人应用正电荷修饰的 VET 用研磨法制成双层脂质体来输送降

17、钙素取得了较 好的效果，是直接口服降钙素的 6.8 倍27。Sakuma 等人把亲水性的聚 N 一异丙基丙烯酰胺， 聚 N-甲基乙酰胺，聚乙烯胺，聚甲基丙烯酸修饰在颗粒表面，均能促进降钙素在肠道的吸 收。聚 N 一异丙基丙烯酰胺和聚乙烯胺对小肠膜均为造成伤害28。Thirawong 等人制备自组 装的降钙素胶质脂质体纳米粒，可提高降钙素活性，并延长药物作用时间29。Song 等人用 卵磷脂制备前体脂质体来制备口服的降钙素30，之后他们又用牛去氧胆酸钠，山梨醇，卵 磷脂制成的前脂质体来输送降钙素。牛去氧胆酸钠的存在能有效的减少粒径，增加表皮细胞 的吞噬率31。Plessis 等人制备的类脂质体微

18、型海绵 PheroidTM 制剂与 N-三甲基壳聚糖盐酸 盐载体相比，经肠吸收降钙素的最高血药浓度从 249.121.5 pg/ml 提高到了 432.118.9 pg/ml，表现出了增强肠道吸收71201251301351401451502.3结构修饰Kim 等人将去氧胆酸共价修饰到降钙素上，跟 1 %的二甲亚砜（DMSO）共同使用，能 提高小肠吸收率 2.5 倍32。Wang 等人用可逆脂化法修饰降钙素，AUC 是一般口服降钙素的4 倍以上33。将蛋白、多肽类药物 PEG 化也是研究较多的输送方法，PEG 化的药物分子量 增大，起到了蛋白表面修饰作用，降低网状内皮系统吞噬细胞的识别和蛋白酶

19、的讲解34。 Mansoor 等人合成了 Lys18-PEG2000-CT 复合物，发现在 8 h 内的生物利用度达到对照组的2.1 倍，为 73.59 %35。Youn 等人也做了类似的研究，发现该复合物能增强对胃肠道酶的抗 性，增加表皮细胞的透过性，最终增加药物口服生物利用度36。2.4使用酶抑制剂和吸收促进剂Guggi 等人将 Bowman-Birk 抑制剂、弹性蛋白酶抑制剂与壳聚糖结合，大大减少了降钙 素的降解率。未修饰的壳聚糖包裹降钙素在混合酶系中，37 2 小时降解率为 99.70.1 % (n=3)，而 chitosan-BBI 和 chitosan-elastatinal 混合

20、物 (1：1, 0.5 %, w/v) 仅仅有 36.40.9 % (n=3)的降解37。Sakuma 等人把亲水性的聚 N 一异丙基丙烯酰胺，聚 N-甲基乙酰胺，聚乙 烯胺，聚甲基丙烯酸分别修饰在颗粒表面，均能促进降钙素在肠道的吸收。聚 N 一异丙基 丙烯酰胺和聚乙烯胺均对小肠膜没有任何伤害38。Shah 等人发现，加入火鸡卵粘蛋白、鸭 卵粘蛋白均能够提高口服降钙素的半衰期，而鸭卵粘蛋白在抵抗-糜蛋白酶的效果更加明 显39。Takatsuka 等人联合使用 N-乙酰半胱氨酸(NAC)和 p-t-辛基苯酚聚氧乙烯-9.5 (TritonX-100, TX-100)能增加降钙素在肠内的吸收，生物

21、利用度是对照组的 12.5 倍，与柠檬酸和牛 黄去氧胆酸钠混合剂有相似的效果，但明显好于常用的促吸收剂，比如脱氧胆酸钠，柠檬酸 盐，柠檬酸盐和牛磺胆酸混合剂等40。2.5其他口服输送系统田军等人采用二酮哌嗪为载体材料, 用单凝聚法(self-assembly)制备降钙素肠溶微粒41。 Lee 等人合成带负电的三聚磷酸钠通过静电吸引与降钙素结合形成络离子在大鼠体内显示 有一定的效果42。Li 等人研究将聚阴离子聚合物与 mPEG 化的海藻酸（Mpeg-g-AA）形成 聚合微粒包裹降钙素，可增强口服降钙素的肠道吸收43。Fan 等人 W/O 法制备降钙素微乳， 降钙素药理活性能增加 4 倍，显著增

22、强肠道对降钙素的吸收44。3其他给药系统研究进展Cheng 等人合成降钙素与两亲性聚合电解质聚乙烯丙烯基胺（sCT-Qpa）微粒，静脉注 射大鼠体内显示出该微粒稳定且在一定程度上抗蛋白水解酶，可进一步研究其在注射和口服 方向的运用45。Ryan 等人发现鲑鱼降钙素的 1-半胱氨酸与聚 PEG 甲基乙醚异丁烯酸甲酯聚 合物可产生共轭连接（sCT-P）46，随后发现该结构可显著延长降钙素的半衰期，有作为长 效注射制剂的潜力47。Nakamura 等人应用搏动去极化-离子导入(PDP-IP)系统，将降钙素导入进皮肤内48。 Chaturvedula 等人用离子渗透法对裸鼠降钙素输送进行研究，用 0.

23、430.01 mA 的电流导入 降钙素，取得 177.958.7 ng/(min*kg)的导入速度和 7.581.35 ng/mL 稳定的血药浓度49。 Chang 等人研究了透皮给药中影响降钙素稳定的因素，发现在柠檬酸缓冲液（pH=4.0）能够 在短期内保持稳定，白蛋白能够降低降钙素对玻璃的吸附，抑肽酶能够降低皮肤酶对降钙素 的降解，但盐桥吸附难于避免50。155160165170175180185190195200205Prabhu 等人将降钙素混悬于含有疏水性的苯甲酸苄酯（BB）和亲水性的苯甲醇的 PLA溶液中，加入磷酸盐缓冲液，制成埋植剂，能够缓释 28 天51。 蛋白多肽类药物的生物

24、可降解微球被学者广泛用来研究，其中生物相容性较好的 PLA和 PLGA 是最常用的包载大分子药物的材料52 53。Mehta 用丙交酯乙二醇共聚物制备成降 钙素微球，用包裹法一般 5-9 天释放完毕，吸附法一般 3-4 天释放完毕；Dani 人使用低分子 量（7800）的 PLGA（50：50）经过分散-溶剂提取-蒸发过程，可制备出 1h 达峰,持续 9-10 天的可降解微球；Diaz 等人用较高分子量的 PLGA(MW=12000，45：55)制备微球,取得了较 为理想的 1 个月缓释54。Prabhu 等人用改进的溶剂挥发法和复乳法制备包裹降钙素的 PLGA 微球，成功地制备出了 3 周缓

25、释微球，而且发现用透析袋做释放比用试管更加接近体内55； Lee 等人用聚羟基乙酸(PGA; M.W. 40,000)为材料，用冻干法制备微球，将血钙作用 12 h 开 始起效，并能维持超过 5 天56；Whitaker 等人用超临界法制备包裹降钙素颗粒的 PLA 颗粒， 成功地制备出 10-300m 的颗粒，并能保持降钙素的生物活性57。Ghahremankhani 等人用 PLGA-PEG-PLGA 热逆变明胶制备降钙素缓释体系，能够延缓 降钙素的释放，加入十二烷基硫酸钠（SLS）可显著延缓释放，原因可能是因为相反电荷相 吸引58。综上所述，降钙素的鼻腔给药、口腔给药以及注射长效制剂已有大

26、量的研究，取得了一 定的进展，但降钙素的给药系统仍有许多挑战，如何使降钙素克服其多肽的性质来达到长效、 稳定的释放仍需进一步研究。参考文献 (References)1 K. Akesson, P. Mitchell, Capture the fracture report: a global campaign to break the fragility fracture cycleR, International Osteoporosis Foundation report 1, 2012: 2-32 Illum L. Nasal drug delivery-possibilities, p

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30、hyl chitosan chlorideJ. Int J Pharm.2010,385:181-1868 Hinchcliffe, M, Jabbal-Gill, I, Smith A. Effect of chitosan on the intranasal absorption of salmon calcitonin in sheepJ. Pharm Pharmacol. 2005,57: 681-687.9 Yamamoto H, Takeuchi H, Kawashima Y. Design of polymeric nanoparticulate system for mucos

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32、onin: optimization by PEG size selectionJ. J Control Release, 2008, 125 (1):68-7512 Shin B, Jung J, Lee K, et al. Nasal absorption and pharmacokinetic disposition of salmon calcitonin modified with low molecularweight polyethylene glycolJ. Chem Pharm Bull, 2004, 52(8): 957-96013 Ahsan F, Arnold J, M

33、eezan E, et al. Enhanced bioavailability of calcitonin formulated with alkylglycosides following nasal and ocular administration in rats J. Pharm Res, 2001, 18 (12):1742-1746.14 Matsuyama T, Morita T, Horikiri Y, et al. Improved nasal absorption of salmon calcitonin by powdery formulation with N-ace

34、tyl-l-cysteine as a mucolytic agent J. J Control Release, 2006, 115 (2):183-188.15 Matsuyama T, Morita T, Horikiri Y, et al. Enhancement of nasal absorption of large molecular weight compounds by combination of mucolytic agent and nonionic surfactant J. J Control Release, 2006, 110(2):347-352.16 Tak

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36、nhancement of salmon calcitoninJ. J Drug Target, 2004,12 (3):135-144.18 Lechuga-Ballesteros D, Charan C, Stults C, et al. Trileucine improves aerosol performance and stability of spray-dried powders for inhalationJ. J Pharm Sci-US, 2008, 97 (1):287-302.19 Chen S, Eiting K, Cui K, et al. Therapeutic

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