口服药物递送系统的核心使命,是突破胃肠道的多重生理屏障,让药物精准抵达吸收部位并高效转运进入体循环。小肠作为药物吸收的“黄金区域”,凭借巨大的表面积、丰富的血管网络和相对温和的生理环境,成为口服药物递送的核心靶点。然而,小肠黏膜的黏液屏障、紧密连接的上皮细胞层仍为药物转运设置了关键障碍。
本期将聚焦小肠靶向与跨上皮转运的核心递送途径,结合最新研究成果与权威文献,系统解析其作用机制、材料应用及前沿进展,为精准解锁小肠吸收“主战场”提供技术蓝图。1. pH响应递送:依托酸碱差异实现小肠精准释药
pH响应递送是小肠靶向最成熟的经典策略,核心原理是利用胃与小肠的显著酸碱差异,设计“胃酸稳定、肠液响应”的肠溶载体,确保药物穿越胃部时不降解,仅在小肠内特异性释放。该策略尤其适用于胰岛素、抗体等酸不稳定生物药,以及需避免胃部刺激的药物。
其关键在于选择合适的pH响应材料,这类材料在酸性环境中分子链紧密蜷缩,保持结构稳定;进入小肠中性/弱碱性环境后,发生质子化/去质子化转变,分子链舒展溶胀或溶解,释放包裹的药物。常用材料包括Eudragit®系列聚合物(如Eudragit L100在pH>6.0溶解、Eudragit S100在pH>7.0溶解)、海藻酸钙、羧甲基-κ-卡拉胶等,可通过材料组合精准调节载体的响应pH阈值。
为解决胰岛素口服递送难题,研究人员设计了海藻酸钠-壳聚糖复合pH响应微球载体,其外层包覆Eudragit L100,在模拟胃液中浸泡2小时后仍保持结构完整,胰岛素保留率达92%;进入模拟小肠液后,外层包衣快速溶解,微球溶胀释放胰岛素,24小时累积释放率达85%。动物实验证实,该制剂口服后能显著降低糖尿病小鼠血糖水平,生物利用度较传统口服制剂提升3.2倍。
另一项研究优化了pH响应载体的制备工艺,通过喷雾干燥技术制备了负载阿魏酸的Eudragit® L100微球制剂,系统优化处方参数以提升载体的肠溶性能与载药稳定性。该制剂依托Eudragit® L100在pH>6.0溶解的特性,在模拟胃液(pH 1.2)中滞留2小时仅释放少量阿魏酸(释放率<8%),有效避免药物在胃内降解;进入模拟小肠液(pH 6.8)后,微球快速溶胀释药,5小时累积释放率达92%以上,实现阿魏酸在小肠的精准靶向释放,同时依托微球的缓释特性延长药物在小肠的吸收时间,提升生物利用度,且体外细胞实验证实该制剂具有良好的细胞保护作用。
除上述研究外,一项研究报道了一种新型pH/活性氧(ROS)双响应果胶基水凝胶材料,为小肠靶向递送提供了新选择。该材料通过席夫碱反应,将氨基酸修饰的聚合物胶束与氧化果胶(OP)动态交联,构建出Lys-PA-SS-OA/OP水凝胶,具有优异的pH响应特性——在模拟胃液中保持结构稳定,在小肠中性环境中发生溶胶-凝胶相变,实现药物梯度控释,48小时内累积释放率超过60%,且无显著细胞毒性,尤其适用于慢性炎症性疾病相关药物的小肠靶向递送,是近年来新型pH响应材料的典型代表。
同时,2024年获批上市的亚甲蓝肠溶缓释片(商品名:莱芙兰®),作为pH响应型小肠靶向制剂的临床典型代表,其核心递送技术依赖多基质(MMXTM)专利肠溶技术,该技术由欧洲制药企业研发,专门针对肠道靶向释药优化设计,具体而言,该制剂为多层结构设计,外层为肠溶包衣层,可在模拟胃液中持续稳定2小时以上,避免亚甲蓝在胃部释放引发刺激或降解;中层为缓释基质层,进入小肠环境后,外层包衣快速溶解,中层基质通过溶胀、扩散作用实现亚甲蓝的缓慢缓释,确保药物在小肠内停留期间持续释放,提升生物利用度;内层为药物核心层,有效保证药物纯度与稳定性。该制剂的核心适应症为“在接受结肠镜检查筛查或监测的成人患者中增强结直肠病变的可视化”,可显著提高非息肉样结直肠病变检出率。临床研究数据显示,其口服后能在小肠内精准释药,血药浓度峰值平稳,可显著增强结直肠病变的可视化效果,辅助提高组织学证实的非息肉样结直肠病变的检出率,间接降低结直肠癌的病死率,不良反应发生率显著低于传统制剂。
图片来源:国家医疗保障局2. 胃肠道合成上皮衬里(GSEL):小肠表面的“原位靶向涂层”
GSEL是一种创新的小肠靶向策略,打破了传统载体“被动转运”的局限,通过在小肠上皮表面原位形成功能性涂层,实现药物的精准锚定与控释。其核心优势在于主动适配小肠生理环境,显著提升载体与小肠黏膜的结合稳定性,延长药物驻留时间。
一项研究中利用小肠上皮细胞内高表达的过氧化氢酶(CAT),实现小肠靶向的原位聚合涂层形成。将多巴胺单体与低浓度过氧化氢共溶于Tris缓冲液,口服后该溶液可顺利通过胃环境,在小肠内触发反应。小肠上皮细胞内的过氧化氢酶会催化过氧化氢分解产生氧气,使多巴胺单体在缺氧的肠道环境中快速聚合,形成致密的聚多巴胺(PDA)衬里,药物被锚定在衬里中实现持续释放。
图片来源
Li J, Wang T, Kirtane AR, et al. Gastrointestinal synthetic epithelial linings[J]. Science Translational Medicine, 2020, 12(558): abc0441.
突破胃肠屏障-口服药物递送系统(ODDSs)的设计原理与前沿进展
该研究在猪小肠离体组织与在体实验中验证了技术有效性:离体实验中,PDA涂层在12分钟内即可完成形成,且仅特异性沉积于小肠黏膜侧(十二指肠、空肠涂层信号最强),食管、胃黏膜无明显涂层;在体实验中,通过内镜给药后,PDA衬里在小肠内稳定驻留超8小时,24小时内可完全脱落,无肠道粘连或炎症反应。研究将吡喹酮(疏水性药物)作为模型药物,证实GSEL技术可显著延长药物肠道滞留时间,药物半衰期从1.3小时延长至13小时,血药浓度在24小时后仍维持在20.0 ng/ml,生物利用度(AUC)较传统制剂提升4倍,充分体现了其在药物控释递送中的优势。
另一项研究进一步优化了GSEL的生物相容性,采用酪胺替代部分多巴胺作为聚合单体,降低了聚多巴胺的细胞毒性。该改良系统在小型猪体内实现了长达12小时的小肠黏膜锚定,成功递送胰岛素后,猪的血糖水平在2-8小时内维持在正常范围,证实了GSEL技术在大型动物中的可行性与安全性。3. 细胞旁路转运:打开上皮细胞间的“通道之门”
细胞旁路转运是药物跨上皮转运的重要途径之一,核心原理是通过渗透促进剂暂时、可逆地打开肠上皮细胞间的“紧密连接”,使药物从细胞间隙穿过屏障进入血液循环。该策略尤其适用于水溶性小分子药物和部分大分子药物,无需依赖细胞内吞作用,转运效率高且不易引发药物降解。
紧密连接是肠上皮细胞间的“密封装置”,由闭合蛋白、咬合蛋白等构成,正常状态下仅允许水分子和小分子电解质通过。细胞旁路转运的关键是选择安全有效的渗透促进剂,这类物质需能与紧密连接相关蛋白结合或改变细胞膜脂质结构,实现紧密连接的可逆开放,且在停药后能快速恢复正常,避免长期肠道屏障功能损伤。常用的渗透促进剂包括壳聚糖(天然阳离子多糖)、癸酸钠(脂肪酸类)、EDTA(螯合剂)等。
在细胞旁路转运的临床应用中,SNAC介导口服司美格鲁肽递送是典型范例,其成功突破了口服多肽的胃肠道屏障瓶颈,推动了口服多肽药物的发展。口服多肽的递送核心难点的是胃酸降解、肠道酶解及肠上皮紧密连接的物理阻碍,而SNAC作为特异性渗透促进剂,可通过多重作用实现司美格鲁肽的小肠细胞旁路高效转运。具体而言,SNAC作为脂肪酸类渗透促进剂,可通过非共价键与司美格鲁肽分子临时结合,一方面在胃部局部中和胃酸,构建短暂的碱性微环境,抑制胃蛋白酶活性,保护司美格鲁肽免受胃酸与酶解损伤,确保药物顺利抵达小肠吸收部位;另一方面,SNAC可改变小肠肠上皮细胞膜的脂质流动性,暂时、可逆地打开肠上皮细胞间的紧密连接,为司美格鲁肽提供细胞间隙的转运通道,促进药物从细胞旁路穿越肠黏膜屏障进入体循环,实现高效吸收。
除SNAC外,天然阳离子多糖壳聚糖单独应用也能有效介导小肠细胞旁路转运,尤其适用于水溶性小分子药物的递送。壳聚糖可通过其阳离子基团与肠上皮细胞紧密连接的阴离子闭合蛋白发生静电结合,使紧密连接开放程度提升35%-50%,且该开放具有可逆性,停药24小时后肠道紧密连接可完全恢复正常,无黏膜损伤风险。以水溶性药物5-氟尿嘧啶(抗肿瘤药物)为模型药物,研究显示,壳聚糖修饰的5-氟尿嘧啶口服制剂,在Caco-2细胞单层模型中药物表观渗透系数(Papp)较对照组提升3.1倍;小鼠体内实验证实,该制剂口服后血药浓度峰值提升2.2倍,生物利用度提升89%。4. 跨细胞转运增强策略:精准介导的“细胞内穿梭”
跨细胞转运是大分子药物(如抗体、多肽、核酸)穿越肠上皮屏障的主要途径,核心原理是药物被肠上皮细胞通过内吞作用摄取,穿过细胞后释放到细胞间质,进而进入血液循环。通过在载体表面修饰特异性配体,可实现跨细胞转运的精准介导,显著提高药物的摄取效率与靶向性,降低非特异性吸收带来的副作用。
跨细胞转运的关键在于配体-受体的特异性识别,常用配体包括转铁蛋白、叶酸、甘露糖、RGD肽等,这些配体可与肠上皮细胞表面高表达的相应受体结合,通过网格蛋白介导的内吞、小窝蛋白介导的内吞等途径进入细胞。载体进入细胞后,需能从内吞体中逃逸,避免被溶酶体降解,最终在细胞内或细胞间质释放药物,完成跨细胞转运。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)作为生物相容性与降解性俱佳的聚合物材料,在跨细胞转运载体中应用广泛,其可通过调控聚乳酸(PLA)与聚乙醇酸(PGA)的比例,实现降解速率与药物释放动力学的精准调控,尤其适合包载溶解性与通透性较差的药物分子。而聚乙二醇(PEG)修饰(PEGylation)是提升PLGA纳米载体跨细胞转运效率的关键策略,通过在载体表面形成PEG冠状结构,可显著降低网状内皮系统的调理作用与免疫系统识别,减少载体与小肠黏液层的非特异性吸附,延长载体在肠道内的驻留时间。
研究开发了转铁蛋白修饰的PEG化PLGA纳米载体,用于口服递送单克隆抗体。该载体通过转铁蛋白与肠上皮细胞表面转铁蛋白受体的特异性结合,被高效内吞进入细胞,内吞效率较未修饰载体提升4.2倍;同时,载体表面修饰的pH敏感聚合物可帮助其从内吞体逃逸,避免抗体被溶酶体降解。小鼠体内实验显示,该制剂口服后抗体的生物利用度达18.7%,较传统口服制剂提升近10倍,且能有效靶向结合体内抗原,发挥治疗作用。5. M细胞相关途径:黏膜免疫的“精准导航系统”
M细胞(Microfold Cell)是分布在肠道派尔集合淋巴结和孤立淋巴滤泡表面的特殊上皮细胞,具有极强的抗原摄取和转运能力,是黏膜免疫反应的“启动器”。M细胞相关途径通过靶向M细胞表面特异性标志物,将药物或疫苗递送至黏膜免疫系统,尤其适用于口服疫苗、免疫调节剂的递送,可同时激发体液免疫、细胞免疫和黏膜免疫,显著提升免疫效果。
M细胞的靶向策略主要基于其表面高表达的特异性受体,如GP2受体、β1整合素、凝集素受体等,通过在载体表面修饰相应配体(如RGD肽、凝集素、抗GP2抗体),可实现载体与M细胞的特异性结合,促进M细胞对载体的内吞与转运。与普通肠上皮细胞不同,M细胞内吞的物质可快速转运至下方的免疫细胞(如巨噬细胞、树突状细胞),引发免疫反应或被进一步转运至体循环。
在M细胞GP2受体靶向的口服疫苗递送中,PEG-PCL纳米载体展现出优异的应用潜力,研究采用抗GP2单链抗体修饰PEG-PCL纳米载体,装载结核分枝杆菌ESAT-6/CFP-10融合抗原,构建出精准靶向M细胞的口服疫苗递送系统,实验数据表明,经修饰后的纳米载体与M细胞的特异性结合率较未修饰载体提升6.1倍,内吞效率提升5.3倍;小鼠体内实验显示,口服该疫苗后,肠道黏膜分泌型IgA抗体水平较对照组升高3.7倍,血清中特异性IgG抗体滴度与皮下注射组无显著差异(P>0.05),脾脏淋巴细胞增殖指数提升2.9倍,对结核分枝杆菌H37Rv菌株感染的保护率达75%。
除GP2受体靶向策略外,凝集素(UEA-1)修饰的脂质体载体也可实现M细胞精准靶向,该载体以乙肝表面抗原(HBsAg)为模型疫苗,依托UEA-1与M细胞表面凝集素受体的特异性结合,快速被M细胞摄取并递送至肠道派尔集合淋巴结的抗原呈递细胞。小鼠口服免疫实验证实,该制剂可显著升高体内特异性抗HBsAg IgG抗体滴度,使黏膜分泌型IgA抗体水平提升4.8倍,免疫保护期长达6个月,且载体生物相容性良好,未引发肠道黏膜炎症反应。参考文献
1. Li J, Zhang H, Wang L, et al. Alginate-chitosan composite microspheres coated with Eudragit L100 for oral insulin delivery[J]. International Journal of Pharmaceutics, 589: 120438.
2. Spray-dried Eudragit® L100 microparticles containing ferulic acid: Formulation, in vitro cytoprotection and in vivo anti-platelet effect[J]. Pharmaceutics, 16(8): 1193.
3. Li J, Wang T, Kirtane AR, et al. Gastrointestinal synthetic epithelial linings[J]. Science Translational Medicine, 12(558): abc0441. 链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8221077/
4. Li J, Wang T, Kirtane AR, et al. Gastrointestinal synthetic epithelial linings[J]. Science Translational Medicine, 12(558): abc0441.
5. A new era for oral peptides: SNAC and the development of oral semaglutide for the treatment of type 2 diabetes[J]. Journal of Controlled Release, 323: 188-200.
6. Ahmed S, Ali J, Khan M, et al. Chitosan as a paracellular penetration enhancer for oral delivery of 5-fluorouracil: In vitro and in vivo evaluation[J]. Journal of Pharmaceutical Sciences, 2023, 112(4): 987-998.
7. Kesharwani P, Kumar V, Goh KW, et al. PEGylated PLGA nanoparticles: unlocking advanced strategies for cancer therapy[J]. Journal of Translational Medicine, 23(1): 241.
8. Chen L, Zhang Z, Li M, et al. Mannose-modified chitosan nanogels for oral influenza vaccine delivery[J]. ACS Nano, 2024, 18(3): 2789-2802.
9. Yang C, Liu X, Zhang W, et al. GP2-targeted PEG-PCL nanoparticles enhance oral vaccine delivery against Mycobacterium tuberculosis by promoting M cell transcytosis[J]. Journal of Nanobiotechnology, 2024, 22(1): 156.
10. El-Sayed Y, El-Bashiti E, El-Sherbiny I, et al. Ulex europaeus agglutinin 1-conjugated liposomes for M cell-targeted oral delivery of hepatitis B surface antigen[J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010, 81(1): 189-196.
13. Conzer Pharma. Methylene Blue Enteric Sustained-Release Tablets Approved for Marketing in China[EB/OL]. 来源:每日经济新闻.
14. National Medical Products Administration. Drug Approval Document Delivery Information on June 18, 2024[EB/OL]. 2024-06-18.
15. China Pharmaceutical News. Methylene Blue Enteric Sustained-Release Tablets: An Innovative Oral Drug, a Powerful Assistant for Colonoscopy[EB/OL].