第一节 多肽蛋白药物的特点
多肽和蛋白质广泛存在于生物体内，具有多种多样的生理生化功能，也是一大类具有药用价值的生化物质。多肽类药物通常是指多肽类激素，一般将少于90个氨基酸残基组成的蛋白质列入多肽范畴（分子量在10KDa以下），但是超过20个氨基酸残基的多肽与蛋白质之间并没有明显的界限，有学者将胰岛素（由51个氨基酸残基组成）当作是最小的蛋白质。蛋白质是一切细胞、组织、器官的基本组成部分，是生命的物质基础，人们对它的研究开始于19世纪中叶。蛋白质由大约20种氨基酸按照不同的顺序排列组合而成，氨基酸的排列顺序决定了蛋白质千变万化的四级结构，从而也决定了某个特定蛋白质与众不同的理化特性与生理功能。自然界存在的多肽，除了有些是蛋白质降解产物外，体内已知的活性多肽主要是由下丘脑、垂体、胃肠道等部位产生的多种具有特殊生理功能的激素。就人体而言，几乎没有器官不分泌肽，就是脑与心脏也不例外。研究表明，人体器官所分泌的这些生物活性物质具有极其重要的功能，在生命过程中起作重要的调控作用，与人（动物）的生长、发育、免疫、代谢、生殖、疾病、学习、记忆、衰老、死亡乃至精神状态都密切相关。使用多肽蛋白质药物，必将影响人体的生理病理过程，从而加速或缩短疾病的自然进程。
自1953年人工合成了第一个有生物活性的多肽催产素以后，多肽蛋白质的研究取得了很大的进展，许多多肽蛋白质药物已经应用于临床并取得良好的治疗效果，如胰岛素、干扰素、降钙素、白蛋白、丙种球蛋白等。在基础研究和临床使用的过程中，人们发现多肽蛋白质药物具有以下特点： （一）生物活性大，生理作用强
通常情况下，多肽在人或动物体内浓度很低，在血液中一般为 10-10～10-12 mol/L，但是其生物活性很大，生理作用很强，在调控细胞生长、维持内环境稳定方面起到了重要作用。如生长激素、胰岛素等。多肽及蛋白质作为药物应用于临床同样具有这一特点，例如粒细胞集落刺激因子，通常每天应用75微克，连用三天左右就可起到明显的升白细胞作用。干扰素也是如此，在治疗带状疱疹时，短期使用（通常三天）就可见到显著的抗病毒效果。
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（二）稳定性差
多肽或者蛋白质发挥正常的生理功能常常依赖于特定的空间结构以及适宜的内环境。影响蛋白质分子活性的结构因素主要为氨基酸及其排序、末端基团，肽链和二硫键位置等。此外，二维、三维结构也同样影响生物活性。内环境或其空间构象的改变直接影响到蛋白质功能的异常。由于蛋白质自身结构的特点，加之多肽蛋白质药物所处的外周环境不像人体内环境那样易于保持稳定，多肽蛋白质药物容易发生水解、氧化、消旋、脱酰胺、变性、吸附、聚集或沉淀，从而降低了效价或完全失去作用。因此，多肽蛋白质药物的生产、保存以及使用过程一般都有较为严格的要求，以保持其稳定性。 （三）两性解离
蛋白质一端为氨基，一端为羧基，在其侧链上还有酸性或者碱性的基团，蛋白质的酸碱性取决于其酸性或者碱性基团的比例。蛋白质既可在酸性溶液中解离成阳离子，也可在碱性溶液中解离成阴离子，因此，蛋白质是呈两性解离的电解质。
（四）能与阴阳离子结合
阳离子形式的蛋白质可与三氯乙酸、磺基水杨酸等的阴离子形成不溶性的盐，而阴离子形式的蛋白质也可与重金属阳离子形成不溶性的盐。此外，阳离子形式的蛋白质还可以同阴离子形式的蛋白质相互结合形成盐。这一特性可用于蛋白质的分离纯化。
（五）可形成亲水胶体
蛋白质多肽对水的亲和力比较大，在水溶液中可以形成亲水的胶体颗粒。蛋白质所形成的亲水胶体颗粒表面带有电荷和水化层。同种电荷相互排斥，加之水化层的隔离作用，使得胶体颗粒之间不会因为相互聚集而发生沉淀，从而保持其稳定性。
（六）体内半衰期短，清除率高
蛋白质易受体内酶、细菌以及体液的破坏，也因为其为“异己成分”，易被机体免疫系统排斥。因此，多肽蛋白质类药物在血液中的半衰期一般都很短，静脉注射后很快就被清除或者降解。如－干扰素静脉注射半衰期约1.5小时，－干扰素约为70分钟，－干扰素则不足30分钟。 （七）生物膜透过性差
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多肽及蛋白质的分子量常为数千至几十万，颗粒较大，不能透过半透膜。因此多肽蛋白质药物常常不直接进入靶细胞，而是首先与分布在靶细胞表面的特异性受体或者配体结合，通过某些特定的信号通路，产生最终的生理效应。也有的蛋白质药物是通过改变血浆的渗透压而发挥生理效应的，如人体白蛋白，其主要的生理功能就是维持血浆正常的胶体渗透压。 （八）非注射给药生物利用度低
多肽蛋白质药物非注射给药生物利用度很低，一般都仅为百分之几，如狗口服亮丙瑞林醋酸酯的生物利用度低于3％。因此，多肽蛋白质药物常常需要静脉给药，这给患者带来了很大的不便。 （九）价格昂贵
多肽蛋白质药物价格一般比较昂贵，如肿瘤治疗中的单克隆抗体、集落刺激因子，治疗消化道大出血的生长抑素等。 （十）有免疫原性
近20年来，重组蛋白药物的使用是生物技术的巨大成功，它也给人们带来了极大的希望。到目前为止，已有几十种重组蛋白质多肽药物应用于临床。但是对机体而言，药用的多肽蛋白质为“异种蛋白”，具有免疫原性，长期使用容易产生抗体，被机体所耐受，临床上可观察到药物的疗效降低。一个大型的研究比较了重组人胰岛素和猪胰岛素的免疫原性，在连续使用12个月以后，使用重组人胰岛素者抗体阳性率为44%，使用猪胰岛素者为60%。又如在对217例肿瘤病人的临床研究中发现，持续静脉滴注白细胞介素－2（IL-2）的患者有52%产生了抗IL-2抗体，与此同时，皮下注射IL-2的患者中有47%产生了抗体。此外，临床常用的干扰素以及集落刺激因子都有不同的免疫原性。 （十一）
可作为其它药物的载体
多肽药物（如对靶细胞具有导向作用的单克隆抗体）如果连接上放射性核素或者毒素，则可将其特异性地集中在靶细胞部位,从而大大降低毒素以及放射性核素对全身的毒副作用，同时增强对靶区的杀伤作用。此时，多肽担当了其它药物载体的角色。此外，有研究者考察了聚L－天冬氨酸作为地塞米松载体治疗大肠功能紊乱的应用前景，结果显示聚L－天冬氨酸对于特异性结肠药物释放是合适的载体。因此，多肽蛋白质药物本身可以作为其它药物的载体。
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第二节 多肽蛋白药物对载体材料的要求
随着生物工程技术的高速发展，多肽、蛋白质类药物不断涌现，目前已有多种重要治疗药物上市并应用于临床。目前生物技术药物研究的重点是应用基因重组技术开发可应用于临床诊断治疗的多肽蛋白质药物（包括酶、激素、疫苗、细胞生长因子及单克隆抗体等）。但是由于多肽蛋白质药物具有稳定性差、体内半衰期短、易被降解、非注射给药生物利用度低等特点，因此多肽蛋白质药物对其载体有如下一些相应的要求。当然，满足的条件越多，载体材料就越理想。 （一）对正常细胞和组织无损害或抑制作用
作为应用于机体的药物，其载体不应该损害正常的细胞和组织，并且不能影响正常的生理生化过程。 （二）具有靶向性
人们在治疗许多疾病的时候常常需要靶向性的药物（如抗肿瘤药物），但多数多肽蛋白质药物本身是没有靶向性的，因此就只能在载体上想办法了。例如作为载体的脂质体，由于经静脉注射后易被吞噬细胞摄取，从而富积于网状内皮细胞系统，因此脂质体是治疗网状内皮细胞系统疾病的理想药物载体。 （三）可生物降解或者代谢成无毒物质，并排出体外
多肽蛋白质药物最终是要进入机体发挥作用的，作为运载工具的药物载体也会随之进入机体。为了减少载体材料本身对机体的影响，它应该是可以生物降解或者在体内代谢成无毒物质，并随尿液、汗液等排出体外。 （四）可增加药物的理化稳定性
蛋白质多肽药物本身稳定性差，因此在使用上受到很大的限制。有的载体可以增加药物的理化稳定性，如脂质体、-环糊精包含物等。 （五）能改善药物在体内的转运过程，延长药物的作用时间
多肽蛋白质药物进静脉注射后很快就被清除或者降解，这显然不利于对疾病的治疗。研究发现，通过改变脂质体载体的表面积大小、表面电荷、组成成份以及给药途径，可以改变脂质体在给药部位的消除速度以及进入靶区的速度，从而使其在体内维持较长时间。 （六）能改变给药途径
多肽蛋白质药物多数只能静脉注射给药，这给患者带来极大的不便，特别是那些需要经常接受药物治疗的患者。此外，多次静脉给药也增加了感染的机会。
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近年来，改变多肽蛋白质药物的给药途径成为了研究的热点，如雾化吸入给药、口服给药、经皮给药等。 （七）无免疫原性
载体是多肽蛋白质药物的运载工具，将与其同时进入机体。如果机体对载体本身产生排斥，势必影响药物的使用。因此，理想的载体是没有免疫原性的。 （八）不影响药物的疗效
多肽蛋白质药物稳定性差，在使用或者保存过程中容易变性或降解，从而影响疗效。因此，多肽蛋白质药物的载体本身应该比较稳定，并且在制备工艺、储存以及在体内降解的过程中都不应该有影响蛋白质多肽空间结构的情况出现。换言之，载体不应该影响蛋白质多肽药物的疗效。
第三节 多肽蛋白药物的载体材料
随着生物技术和基因工程的飞速发展，越来越多的蛋白质多肽药物在重组DNA技术的帮助下被合成出来。这些重组蛋白是天然多肽蛋白质的化学复制品，并具有与其几乎完全一致的生理生化功能和药理学特征。虽然小剂量的重组蛋白在动物实验中显示出极大的特异性的生理活性，但是其中许多药物还不能应用于临床。如果口服给药，这些多肽蛋白质很快就被胃肠道的蛋白水解酶降解。如果静脉或者肌肉注射，由于其生物半衰期短，患者常常需要重复给药，这很难被患者接受并且要承担感染的风险。因此，发展不同的药物制剂，特别是口服给药制剂，已成为目前多肽蛋白质药物发展的方向之一。而发展不同的药物制剂就必须要发展与之相应的不同的载体材料。多肽蛋白质药物常用的载体材料有：
（一）胶原
胶原（collagen）是人们熟知的一种蛋白质，是脊椎动物的基本结构物质，也
是哺乳动物体内含量最多的蛋白质。它由纤维母细胞合成，相对分子量约300Kda，结构特征为三条多肽链相互缠绕，在组织和器官的形成以及细胞功能的表达方面都具有非常重要的作用。迄今为止，已经报导的胶原类型有大约19种。
1.特点 胶原作为多肽蛋白质药物载体材料具有易塑形、亲水性高、对机体毒
性低、可生物降解、组织相容性好等优点，因此，胶原在医药学上有着广泛的应用。
（1）来源广泛：胶原大约占机体总蛋白的20～30%，并且容易提取和纯化。
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作为蛋白质多肽药物的载体材料，胶原的来源丰富。
（2）容易塑性：胶原容易被提取并制备成水性溶液，特别是在酸性的溶液中，因此根据模具的不同，可以将胶原制造成不同形状的载体。
（3）亲水性高
（4）低免疫原性：胶原的免疫原性主要来自其末端非螺旋末端肽，如果用胃蛋白酶除去末端肽，缺失胶原的免疫原性就大大降低，可以满足多肽蛋白质药物对载体材料的要求。
（5）可被生物降解或者被重吸收 （6）对机体无毒性 （7）生物相容性好
（8）相对稳定：胶原是机体的结构蛋白之一，在体内与其它多肽蛋白质相比
较为稳定。但是，作为一种蛋白质，胶原对特定酶的降解较为敏感，如胶原末端肽清除酶和胶原酶。
2.如果将胶原作为多肽蛋白质药物的载体，应该考虑胶原的下列不足之处：
（1）过敏反应：胶原本质是蛋白质，如果是异种来源，理论上有产生过敏反应的可能。事实上临床发现由胶原引起的过敏反应很少，仅有两例对牛胶原过敏的报导。这两例报导均为眼科手术病人，临床表现都是结膜水肿。目前尚无严重变态反应的报导。
（2）部分胶原（如Ⅰ型胶原）成本较高 （3）机械强度不足
（4）制造工艺不够完善：胶原在特定酶存在的情况下容易降解，此外，由于胶原纤维直径大小、交联情况的不一致，在分离胶原时也有一定的变异性。组织工程的最新进展将促进对胶原的研究，从而改善制造工艺，从天然胶原材料中提取性能更好，重复性强的生物材料。
（5）其它副作用：如胶原移殖时伤口局部的红肿，胶原材料的矿物化以及牛海绵状脑病的风险等。随着胶原材料在临床的广泛应用，可能会有一些新的罕见的副反应出现。但是，胶原容易塑形、对机体毒性低、易生物降解、组织相容性好等优点使得胶原成为多肽蛋白质药物较为理想的载体材料。
3．以胶原为材料的多肽蛋白质药物递送系统
（1）在组织工程中的应用：在组织工程中，常常需要用到生长因子，如修复
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骨的缺损。通常在骨缺损修复中采用的生长因子载体材料为钙磷陶瓷、冷冻脱矿异体骨、α－聚酯等。胶原因其具有良好的生物相容性、较高的抗张强度以及容易生物降解等特点而在生长因子载体材料中占有一席之地。研究发现，胶原本身具有骨诱导活性，可以作为可钙化的基质载体材料应用于骨的替代。如果将其与骨诱导蛋白或其它生长因子复合植入骨缺损部位时可以观察到其促进了骨的生长，其成骨量甚至超过自体骨。此外，胶原还作为碱性成纤维细胞生长因子的缓释基质应用于内皮细胞的种植实验，并在神经生长因子载体及控释系统的研究中受到越来越多的重视。
（2）胶原丸剂（片剂）：胶原作为丸剂药物载体材料已有较多研究。长1厘米，横切面直径1毫米的胶原丸剂有足够的空间容纳如干扰素、白细胞介素－2等大分子量蛋白质药物。同时因为其体积并不大，所以很容易就植入皮下，成为皮下缓释的细胞因子胶原丸剂。它可以使内含的细胞因子缓慢释放入血，降低了细胞因子的最大血药浓度，从而减轻了全身毒副反应。在肿瘤或者其它疾病治疗中，细胞因子治疗通常需要较低剂量，较长时间维持，胶原丸剂（片剂）基本上可以满足这一要求。胶原丸剂还可以运送水溶性生物活性因子，如以Ⅰ型胶原作为载体材料运载水溶性蛋白质的实验就印证了这一点。
（3）胶原缓释保护膜：许多多肽蛋白质药物不够稳定，在条件改变的情况下容易降解或变性。相对而言，去掉非螺旋末端肽的重组胶原就要稳定得多。因此，胶原膜常常作为蛋白质多肽药物的保护膜应用于临床。内含药物可以通过共价键、氢键或者其它方式与胶原结合，胶原膜在多肽蛋白质的外周起到了屏障和缓释的作用。如将胶原膜与铬或甲醛或者两者的交联物进行交联，然后将交联物作为运载有醋酸甲基孕酮的植入给药系统，研究者观察到了甲孕酮的缓慢释放。
（4）胶原基质系统：因为胶原容易塑形，所以可以作为良好的组织（细胞）培养基质应用于不同形状的培养器皿。胶原可以包裹单个肿瘤细胞或者小块肿瘤组织模拟体内肿瘤生长条件，便于观察肿瘤的形成和转移过程。此外，在胶原基质中还可同时包裹多肽蛋白质药物，以观察体外条件下蛋白质多肽药物对肿瘤或者其它细胞（组织）的作用。
（5）胶原罩：胶原罩最初的设计是可逐渐在角膜中溶解的绷带式接触透镜。这种药物载体系统便于自我给药，并且可以方便地应用于眼球表面。因为猪的巩膜组织与人的胶原分子极其相似，胶原罩主要就是从猪的巩膜组织中提取出来
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的。胶原基质是一个药物的储存装置，水溶性的多肽蛋白质药物以水溶液形式包裹于罩中，水不溶性药物通过各种方式结合在胶原罩中。当眼泪流过胶原罩时，胶原溶解为胶原溶液，罩内的蛋白质多肽药物（如地塞米松）随之分散在胶原溶液中。角膜表面的胶原溶液起到了润滑的作用，避免了因眼睑的摩擦加重角膜的损伤。均匀分散在胶原溶液中的药物也得以与角膜紧密接触，从而延长了药物作用于角膜的时间，提高了蛋白质多肽药物的疗效。与传统方法相比，胶原载体材料有许多优点。应用胶原角膜罩治疗后，角膜上皮愈合比较完全，这可能与药物在角膜表面分散得比较均匀有关。此外，角膜很少发生伤口的肿胀，并且因为胶原溶液的润滑作用，角膜细胞的粘连与局部炎症的发生都比较少。但是，胶原角膜罩在应用期间对患者视力有一定程度的影响，个别病人感到局部不适。此外，作为异种蛋白质，不能排除变态反应的可能。这些缺陷在某种程度上限制了胶原角膜罩在临床上的应用。
（6）胶原海绵：从牛皮肤来源的胶原在PH3.0的缓冲液中膨胀成为海绵。胶原海绵具有海绵吸水的特性，能够吸收大量的组织渗液。为了加大海绵的弹性以及吸收液体的能力，研究者常常将胶原与其它材料结合。常采用的有葡聚糖（dextrans）、弹性蛋白、纤连蛋白、聚甲基丙烯酸羟乙酯（PHEMA）等。此外，胶原海绵还可以保持伤口局部一定程度的湿度，能够保护伤口免于进一步的机械损伤和继发感染。如果在胶原海绵中包裹生长因子，如碱性成纤维细胞生长因子，再将之覆盖于伤口表面，则可加快伤口的愈合。又如在可吸收胶原海绵中包裹骨诱导蛋白并将之填塞在骨缺损区，可以见到正常骨质的生长。众所周知，全身应用大剂量皮质激素有许多严重的毒副作用，但是局部应用类固醇激素常常不容易掌握剂量以及用药的间隔，胶原海绵的应用部分解决了这一问题。将倍他米松等皮质激素包裹于胶原海绵中传递至伤口局部，可以提供较高的局部药物浓度，并且可以较为缓和一致地释放出激素，不用担心用药间隔及全身反应。胶原海绵还有一个用途就是避孕药物的载体。将杀精子剂（如某些植物蛋白或者毒素）包裹与胶原海绵中，再将其置于阴道子宫颈处，就可以起到避孕的目的。
（7）胶原纳米粒和胶原纳米球：胶原结晶体在空间构型上呈多条折叠的分支链状结晶体，这一特性已被用于制备胶体式药物运输载体。胶原或者明胶的分子量是胶原纳米粒稳定的关键因素。作为载体材料的胶原具有热力学稳定性，并且容易灭菌。纳米粒具有颗粒小、表面积大、吸附能力强、在水中容易分散成胶体
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溶液、在体内极易被网状内皮细胞系统摄取等特点。因此，采用胶原纳米粒或者胶原纳米球作为网状内皮细胞系统的靶向药物载体是比较理想的。例如胶原纳米粒作为氢化可的松运输载体的应用。
（8）脂质体－胶原复合物：作为可生物降解材料的脂质体本身具有缓释能力以及针对网状内皮细胞系统的天然靶向性。胶原中加入脂质体可以使整个系统变得更加稳定，同时加强了两者的靶向性和缓释功能。脂质体载体材料将在本章第五节详细阐述。
（9）胶原水溶胶：水溶胶很容易制备并且具有较大的表面积，这使得水溶胶成为被广泛应用的药物载体材料。将人工合成的以及天然的多聚物联合制作而成的水溶胶具有两者的特点－机械稳定性和生物相容性。将胶原与聚乙烯吡咯烷酮（polyvinyl pyrrolidone）制备成水溶胶可用于甾体类避孕药的控制释放。
4．明胶（gelatin） 是胶原温和断裂的产物，也是氨基酸与肽交联形成的直链聚合物。明胶的相对分子量为15～25KDa，它可以生物降解，几乎无免疫原性。明胶容易形成网状结构，在室温及干燥状态下较为稳定，可以放置数年。此外，它还具有热可逆性，加热时熔化，冷却是凝固。明胶也是常见的药物载体材料，但是曾有严重变态反应的报导。
（二）多糖类
顾名思义，多糖（polysaccharides）是单糖的聚合物。它们分布广泛，来源丰富，种类繁多，价格低廉。作为多肽蛋白质药物的载体材料，多糖具有性质稳定、安全无毒、容易形成凝胶、可生物降解以及容易在其结构上进行化学或者生化方面的调整等优点。与此同时，多糖也存在对水的溶解度极高这一问题。在通过各种手段调整多糖溶解度的同时应该注意保持其可生物降解的优势。常用的多糖载体材料有：
1．壳聚糖（chitosan） 壳聚糖是甲壳素的脱乙酰衍生物，是一类带正电荷的由2-氨基－2-脱氧葡萄糖通过-1,4-糖苷键连接的直链多糖。从化学结构上讲，壳聚糖为多聚糖胺，分子式(C5H11NO4)n，它具有由分子内氢键维持稳定的-螺旋三维立体构象。壳聚糖通常是指一系列由不同分子量（50～2000KDa）的壳聚糖组成的多聚物，它们的粘滞度以及脱乙酰化的程度（40～98%）也都不一样。壳聚糖在碱性和中性溶液中不溶，形成盐类后可以溶解在稀酸溶液中。它的吸水性比纤维素高得多，容易与金属阳离子发生鳌合。壳聚糖溶液的粘滞度随着壳聚糖
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浓度的升高、脱乙酰化程度的加大以及温度的降低而增加。
壳聚糖有促渗透作用，它能增加亲水性的蛋白质多肽药物通过肠道上皮和鼻腔的吸收。它能直接作用于细胞间的紧密连接，从而促进药物通过细胞间隙的转运，提高其生物利用度。研究发现，壳聚糖聚合物载水量的多少和结合钙离子的能力对促进多肽蛋白质药物的吸收起重要作用。
壳聚糖还具有生物粘附性。粘膜中粘蛋白荷负电荷，壳聚糖本身带有正电荷，异种电荷相互吸引，从而延长了蛋白质多肽药物在体内目标区域的停留时间，直接提高了药物的生物利用度。
壳聚糖在给药系统中的应用十分广泛，常见的有：
（1）壳聚糖自身聚集体：可溶性壳聚糖的氨基跟PEG片断连接后在碱性环境下能形成自身聚集体。这种自身聚集体可用于包裹多肽蛋白质药物，如胰岛素等。胰岛素阴离子残基与带正电荷的壳聚糖单体相互吸引，从而使得胰岛素被包裹在壳聚糖自身聚集体中。胰岛素的释放以及聚集体颗粒直径的大小（50～150nm）受PEG的影响。
（2）酶抑制剂－壳聚糖－多肽蛋白质药物复合物：蛋白质多肽药物口服利用度通常很低，这是因为整个消化道具有各种各样的酶，使得大多数蛋白质多肽在被吸收以前就已经被降解了。因此，口服多肽蛋白质药物理论上可以连用酶活性抑制剂。但是，酶抑制剂的使用常常受限于全身或者局部毒副作用。研究发现，将壳聚糖与胰蛋白酶抑制剂抗痛素（antipain）经共价结合以后形成的共轭物具有明显的胰蛋白酶抑制活性，同时壳聚糖本身的生物粘附性没有受到影响。研究还发现，如果将胰岛素包裹于此共轭物中， 胰岛素的水解几乎被完全抑制。与此同时，酶抑制剂－壳聚糖－胰岛素复合物维持胰岛素释放达到6个小说，基本上达到了保持胰岛素稳定及缓释的要求。
多肽代谢酶之一的金属肽酶需要结合二价阳离子才具有活性，而EDTA具有
很强的二价阳离子鳌合能力（络合反应）。基于此，研究者设计了壳聚糖－EDTA联接物（1:20或者1:40）。该联接物具有很好的粘膜粘附能力，并且可以夺取金属肽酶或者其它依赖金属离子的蛋白水解酶上的二价阳离子（如金属锌离子等），有效抑制了包裹于内的多肽蛋白质药物的酶解。
此外，还有研究者将多种蛋白酶抑制剂、壳聚糖、EDTA以及蛋白质多肽药
物联接在一起，形成壳聚糖－蛋白酶抑制剂－EDTA-多肽蛋白质药物复合物，从
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而进一步抑制了多肽或者蛋白质的酶解，提高其生物利用度。
（3）壳聚糖微粒系统：微粒给药系统是缓释剂型研究的热点，壳聚糖是微粒系统的重要生物材料。研究发现，壳聚糖联接海藻酸钠并与牛血清白蛋白（BSA）制备成微囊，可以保护BSA，使之不被消化道的水解酶系降解。
多肽蛋白质药物可以通过氢键以及电荷间的相互吸引与PEG化的壳聚糖微粒
系统结合，可以直接或者以交联剂修饰后用于雾化给药，使药物浓聚于肺。如果口服给药，可将该系统包裹于pH值敏感性脂质体中，从而达到靶向给药的目的。
（4）壳聚糖包衣系统：壳聚糖对细胞膜具有亲合性，用其包衣的脂质体及纳米粒能延长在消化道滞留的时间，间接提高了包裹在脂质体或纳米粒中的药物的生物利用度。研究表明，用壳聚糖包衣的降钙素聚丙交酯共乙交酯（PLGA）纳米粒肺部给药可以维持降钙效果24小时。
（5）其它给药系统：如结肠靶向给药系统。经生化改造后的壳聚糖或者壳聚糖衍生物在酸性条件下较为稳定，在碱性环境中逐渐溶解，因此，壳聚糖衍生物－多肽药物复合物口服后可成功通过胃酸考验，在到达碱性肠道后再缓慢释放出多肽药物，起到肠道靶向给药的目的。因此，壳聚糖及其衍生物在靶向给药系统中也占有一席之地。
2．果胶（pectins） 果胶是从植物细胞壁中提取得线状多糖，它不含淀粉，平均分子量约50～180KDa。果胶在胃及小肠的生理环境下保证稳定，在结肠中被肠道正常菌群降解，这为靶向给药提供了条件。但是它溶解度高，因此其本身并不能保护多肽蛋白质药物成功通过胃酸屏障。目前已有人研究开发果胶衍生物，使其在不影响肠道菌丛作用的前提下降低水溶性，以达到结肠靶向给药的目的。
3．淀粉（amylose） 淀粉是从植物中提取的多糖，具有较强的亲水性，在体内可避免网状内皮细胞系统的吞噬，它作为药用辅材应用广泛。淀粉－乙基纤维素载体系统可以耐受胃酸及小肠酶系的作用，但是能够在大肠正常菌丛酶系的作用下降解，这一特性被设计来靶向传递多肽蛋白质药物至结肠。此外，淀粉还可用作制备生物粘附材料。
4．葡聚糖（dextrans） 葡聚糖是具有线状主链的一类多糖，主要由1,6--D-吡喃糖苷联接在一起。这种糖苷联接可以被霉菌或者哺乳动物细胞降解。研究发现，相对分子量为72.6KDa的葡聚糖运载甲基强的松龙时，在上消化道几乎没有
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水解，但是当其到达结肠时就迅速降解。因此，葡聚糖可用作多肽蛋白质药物的靶向传递载体。
5．菊粉（inulin） 在许多植物，例如菊苣、大蒜、洋葱等，都可以找到菊粉。菊粉不会被消化道分泌液水解，但是结肠中的正常菌丛，特别是双歧杆菌，能够使菊粉酵解。这使得菊粉成为有希望的靶向传递载体。
6．硫酸软骨素（chondroitin sulphate） 硫酸软骨素是一类从动物结缔组织（特别是软骨）中发现的粘多糖，可以被厌氧菌降解。它水溶性很高，单独采用硫酸软骨素作载体，在1小时内几乎100%将内含的消炎痛给释放出来。为了解决这一问题，研究者将其交联后再制备成药物载体，用以运载多肽蛋白质药物。
7．愈创树胶（guar gum） 是原产印度、巴基斯坦的一年生豆科植物瓜尔豆种子中提取出来多糖胶质，又称瓜儿豆胶。它含有80%的半乳甘露聚糖（半乳糖与甘露糖之比约为1:2），12%的水，5%的蛋白质，0.7％的脂肪以及其它成分。愈创树胶具有延迟释放药物的特性，并且对结肠微生物的降解比较敏感。研究显示，以愈创树胶为基质，含有消炎痛的片剂在0.1M稀盐酸中可以保持2小时以上的完整性。因此愈创树胶也是有希望的结肠靶向载体材料。
8．环糊精（cyclodextrins） 环糊精是环状的寡糖，由6～8个糖基通过-1,4-糖苷键联接而成。它在上消化道中既不被水解也不被吸收，但在结肠菌丛的作用下分解为小分子糖类，并释放出包裹的药物，因此也具有靶向作用。常见的有、、三种环糊精，分别由6个、7个、8个葡萄糖分子构成，是目前较有希望的一种药品载体材料。－环糊精孔隙径为0.6～1nm，较为常用。将适当处理后的药物包裹于其环状结构中形成超微囊状包含物，制备成口服或注射剂型，在体内靶向释放出药物。因－环糊精具有超微结构，呈分子状故分散效果较好，易于吸收。同时因其剂型为微型胶囊，具有缓释功能，故副反应较低。多肽蛋白质药物以环糊精包含物作为载体可以增加药物的溶解度及稳定性。还可降低药物的剌激性，掩盖苦味并提高药物生物利用度。如前列腺素E2与β环糊精制成的包含物，在106（±4℃）30小时，仍可保持90.6%的含量。
9．Locust bean gum 它本身是易溶于水的，但交联后的半乳甘露聚糖却是水不溶性的，只在结肠微生态环境中降解。所以，它也是结肠靶向给药的备选材料之一。
10．藻酸盐（alginates） 藻酸盐是线状的多聚物，常用稀碱从褐藻中提取。
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藻酸钠可溶于不同湿度的水中，但是它不易溶于有机溶剂中；藻酸盐可以同甲壳素或聚赖氨酸合用作复合材料。因为藻酸钙不溶于水，故藻酸钠可用CaCl2固化成囊状给药。藻酸盐也可应用于结肠的靶向给药。
11．纤维素及其衍生物 纤维素是自然界含量最多，分布最广的一类多糖。纤维素主要由碳（44.4%）、氢（5.2%）、氧（43.3％）等元素构成。纤维素及其衍生物（如甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素钠等）也是常用的药物载体。
12．淀粉及其衍生物 淀粉（starch）是葡萄糖的聚合物，是广泛存在于绿色植物种子、块茎中的天然糖类。淀粉的结构单位是D－吡喃环形葡萄糖，由支链淀粉以及直链淀粉两种多糖分子组成。直链淀粉以-1,4-糖苷键连接，支链淀粉除-1,4-糖苷键连接主链外，还由-1,6-糖苷键连接具有不同分子量的支链。用作药物载体材料的常为淀粉的衍生物，如羟甲基淀粉、羟乙基淀粉、马来酸酯化淀粉-丙烯酸共聚物等。研究显示，将淀粉（S）与聚甲基丙烯酸（PMAA）压缩后制成片剂（PMAA/S 为1:1.38），可以抵抗胃酸及胃蛋白酶的作用，将模型肽过氧化物酶运送至靶组织。
13．其它 如透明质酸（hyaluronan）、阿拉伯胶（acacia）等。 （三）多肽、蛋白质及其衍生物
多肽蛋白质本身可以作为蛋白质药物的载体材料，此时的多肽或者其衍生物
应具有靶向性、稳定性、无毒性，可以生物降解等特点，还应该考虑药物释放的可控性问题。如经修饰过的聚氨基酸类似物。研究显示，聚L-天冬氨酸可以特异性地将地塞米松运载至结肠。常用作药物载体材料的蛋白质有白蛋白（如人血清白蛋白、牛血清白蛋白）、酪蛋白等，此时常采用加热固化或者化学交联剂（如甲醛、戊二醛）固化的方法制备药物载体。
（四）聚乳酸类
聚乳酸（polylactic acid, PLA）可以通过乳酸直接缩聚而成，也可采用丙交酯
为原料开环聚合而成。聚乳酸－羟基乙酸共聚物（PLA/PLGA）一般采用丙交酯和乙交酯进行开环缩合制备。聚乳酸类是目前研究较多的可生物降解材料，PLA及PLA/PLGA水解的最终产物都是水和二氧化碳，中间产物也都是机体的正常代谢产物。因此，聚乳酸类也是较为理想的多肽蛋白质药物载体材料，它们主要用作微囊、微球、以及组织埋置剂的载体材料。
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（五）丙烯酸类
聚丙烯酸（polyacrylic acid）是由丙烯酸单体聚合而成的药用高分子材料，
呈白色粉末或者为透膜的片状固体。聚丙烯酸易溶于极性溶剂，而聚丙烯酸钠仅溶于水，不溶于有机溶剂。其它的药用高分子材料还有聚氰基丙烯酸酯、N-2-羟丙基－甲基丙烯酸酯共聚物、卡波姆等。
卡波姆（carbopol）是合成的高分子聚合物，根据聚合物单体的不同结构可分为卡波姆900系列（丙烯酸单聚物与丙烯基聚糖或烯丙基季戊四醇交联）和1300系列（烯丙基季戊四醇与丙烯酸－烷基异丁烯酸共聚物交联）。它为白色细粉状，有浮动性和吸湿性。该聚合物分子中含52～68%的酸性基团，所以呈酸性。用碱中和后成澄清的粘稠凝胶，它具有品质均一，粘性稳定，受温度影响小，耐老化等特点。卡波姆能与粘膜糖蛋白相互作用，产生较强的粘液凝胶网状结构。卡波姆无毒、无刺激性、随着环境PH增高粘附能力增强（PH值在8.0左右时粘度最大）。但当卡波姆作为碱性蛋白质药物载体时，随着药物的解离，环境PH值升高，载体凝胶层增厚，粘度增加，从而降低了药物的释放速度。所以，卡波姆可以作为生物粘附材料以及控释材料运载多肽蛋白质药物。
（六）聚酯
除聚乳酸外，还有聚－己内酯、聚羟基丁酸酯（PHB）等可用作多肽蛋白质药物的载体材料。
（七）聚酐
聚酐类高分子材料主要是通过水解反应进行降解，降解产物呈酸性，无毒、
不引发突变。目前已有研究者用其制备胰岛素、肝红蛋白等多肽蛋白质药物的植入片。
（八）偶氮聚合物：是指在其主链、侧链或者交联链上含有偶氮键的聚合物，
可分为脂肪族偶氮聚合物及芳香族偶氮聚合物两大类。用于运载多肽蛋白质药物的主要是芳香族偶氮聚合物。偶氮还原酶可以将偶氮化合物还原成氨基化合物，从而释放出包裹于其内的多肽或者蛋白质。因此，偶氮聚合物可用作能够产生偶氮还原酶部位（如结肠）的靶向给药载体材料。如采用偶氮聚合物包裹胰岛素进行动物实验，结果也印证了偶氮聚合物载体具有结肠靶向性。
第四节 非病毒基因载体材料研究的现状
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成功的基因治疗在很大程度上依赖于载体材料的选择。基因治疗的最终目的是应用于人体，纠正患者结构或者功能异常的基因，从而治愈先天遗传性以及后天获得性疾病。因此，理想的基因治疗载体材料应该是高效、安全、无毒的。病毒载体材料，如腺病毒、腺相关病毒、逆转录病毒、疱疹病毒、痘苗病毒等，虽然可以将目的基因高水平地导入靶细胞并使其表达，但是它免疫反应强、成本较高、对目的基因长度有限制（多小于7.5～8Kb）并且不排除通过重组产生野生型致病病毒的可能。这些缺点使得研究者加速研发新的非病毒基因载体材料。
（一）裸DNA
当质粒中插入目的基因以及基因表达所需要的顺式调控元件后就可以用于哺
乳动物的转染。质粒载体实际操作比较简单，可以插入序列较长的DNA片断，生产成本较低。此外，质粒载体免疫原性比病毒载体低，不容易整合到宿主DNA中。动物实验显示，质粒血中消除速度很快，多数松弛型质粒在血浆中的半衰期不足20分钟，但是经PCR方法检测后发现，有的质粒可以在所有组织中存在约4周。基因治疗对质粒载体材料有一些特别的要求：
1．抗生素抗性标记基因：出于“节能”的原因，非生存必需的质粒在细菌生长过程的会逐渐丢失。因此，为了保证菌体中携带有目的基因的质粒稳定存在，需要给细菌加入选择压力。抗性标记基因的存在可以使携带该种基因的细菌在同种抗生素环境中稳定传代。通常采用的有－内酰胺类抗生素抗性、氨基糖苷类抗生素抗性（如新霉素抗性及卡那霉素抗性）等。由于采用－内酰胺类抗生素抗性制备的质粒有可能带有－内酰胺类抗生素（如青霉素、氨卞青霉素），这使得接受质粒载体基因治疗的患者承担Ⅰ型变态反应的风险，因此美国生物发展研究中心推荐使用氨基糖苷类抗生素抗性。
2．质粒的大小：为了减少质粒在无菌过滤时的损失，质粒分子量应尽可能小，也就是说在设计质粒时应尽量去处非必需序列。
3．减少质粒载体材料碱基序列与人基因组DNA序列的同源性，以尽量减少质粒DNA整合到人基因组DNA中的可能。
4．可在真核细胞中表达：质粒在大肠杆菌中大量复制以后就需要转染人体细胞（真核细胞）。因此，作为载体材料的质粒应该具有使目的基因在人体细胞中表达的能力。
（二）阳离子脂质体
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阳离子脂质体是将目的基因运载至靶细胞的有效工具。为制备适当地脂质体，研究者已经开发出多种阳离子脂质，如多胺的脂质衍生物、胆固醇及二酰基甘油的阳离子衍生物等。所有的阳离子脂质都有一个疏水基团，这个疏水基团可以是脂肪酸，也可以是加在一个氨基基团上的胆固醇或者是有12～18个碳原子的烷基。疏水基团使得阳离子脂质有效地形成具有双分子层的脂质微粒。脂质双分子层的排列是疏水基团两两相对，而将氨基基团暴露在液体介质中。氨基基团是DNA结合位点，是基因转染所必需的。研究显示，如果增加氨基基团的数量以及它们与疏水基团的距离，将可以提高基因释放的效率。
（三）多聚物
与阳离子脂质一样，多聚物（polymers）也可作为基因治疗的载体材料。多
聚物表面带有正电荷，目的DNA上带有负电荷，两者由于电性作用结合在一起，就形成了目的基因地运载工具－多聚物/DNA复合物。常用作基因载体材料的多聚物有：
1．聚氨基酸及其衍生物
（1）聚－L－赖氨酸（PLL）及其衍生物：最早用于基因传递的多聚阳离子（polycation）就是聚－L－赖氨酸。多聚赖氨酸有一个特点，那就是如果不加入内涵体溶解剂或者氯喹等药物，也不采用受体介导的策略，那么它的基因转移活性就很低。无论靶向配体存在与否，靶细胞的摄取以及基因转移都依赖于阳离子载体表面的正电荷与细胞表面负电荷间的电性作用。研究发现，如果用半胱氨酸残基或者色氨酸残基替换部分L－赖氨酸残基，复合物中半胱氨酸残基的交叉链接增加了基因传递的能力。这提示目的基因的传递活性与二硫键的多少有关。
聚－L－赖氨酸可以保护目的基因不被血清中的核酸酶降解，但是静脉注射的
多聚赖氨酸/DNA复合物很容易与血浆中的蛋白质结合，从而被迅速清除，这种特点显然不利于基因传递。因此，研究者在多聚赖氨酸/DNA复合物表面包被上疏水多聚物（如羟丙基甲基丙酸烯），并在此多聚物上联接靶向配体，从而减少了目的基因在血浆中清除，同时也增加了目的基因地靶向性。近年来有研究发现，聚－L－赖氨酸还可以增加腺病毒基因转染的效率。
（2）其它聚氨基酸类：可以用作基因载体材料的聚氨基酸类还有聚－L－鸟氨酸、聚－L－组氨酸等。
2．聚氮丙啶（polyethyleneimine） 直链与有分枝的聚氮丙啶均可用于基因传
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递。与聚－L－赖氨酸不同的是，聚氮丙啶的基因转移活性比较高，并且不依赖于内涵体溶解剂或者氯喹等药物，也不需要采用受体介导的策略。当然，增加靶向性的配体也可在一定程度上增加基因传递活性。聚氮丙啶荷正电，被靶细胞内吞摄取，正电荷是有效基因传递所必需的。目前，关于聚氮丙啶分子量与基因传递活性的关系报导不一。有报导称随着分子量增高（1.8～70KDa）,基因传递能力也增高；也有研究报导随着聚氮丙啶分子量增高（11.9～100KDa），基因传递活性反而降低。目前，较为理想的分子量范围可能在11.9～70KDa之间。可惜的是，有报导聚氮丙啶与某些阳离子脂质一样，对细胞有一定程度的毒性。
在动物实验中，研究者已经进行了多种聚氮丙啶/DNA复合物给药方式的研
究。聚氮丙啶本身是没有靶向性的，如果静脉给药，聚氮丙啶/DNA复合物首先在肺部发生基因转染。研究显示，静脉注射后2小时，肺泡上皮细胞可以检测到目的基因地表达。由于缺乏靶向性，聚氮丙啶/DNA复合物通常采用靶部位直接注射或者灌注的方法。这种方法得到的基因表达常常是一次性的，注射后两周，实验动物的肾脏中已经检测不到目的基因地表达。
研究显示，如果对聚氮丙啶/DNA复合物进行靶向修饰（如转铁蛋白靶向配
体），将可以使其具有靶向性（如肿瘤部位）。如果将其进行聚乙烯乙二醇（PEG）包被，可调节聚氮丙啶的细胞毒性，也有利于聚氮丙啶/DNA复合物进行肺外转染（如肝脏）。
3．树枝状聚合物（dendrimers） 树枝状聚合物是一种人工合成的纳米材料，具有精确的三维结构。它是由于具有了树枝状的结构而得以与其它多聚物区分开来。树枝状聚合物的所有单体均起源于同一个核心（core），按照发散法或者会聚法进行合成（图1）。树枝状聚合物具有溶解性高、粘附性低、高反应性以及可以与其它物质混和等特点。此外，在其合成过程中，还可以人工专一控制聚合物的体积、形态以及末端基团的种类。当末端基团是阳离子时，它可以通过电性作用与荷负电荷的DNA或者寡核苷酸结合，从而起到基因载体的作用。除此之外，树枝状聚合物末端基团上还可结合多糖以及单克隆抗体，使修饰过的基因载体具有靶向性，从而使其成为具有靶向性的非病毒基因转移载体。树枝状聚合物是非生物材料，没有免疫原性，也没有细胞毒性和遗传毒性。此外，它还可以介导目的基因整合入宿主基因组，使之长期稳定表达。因此，树枝状聚合物是较为理想的基因治疗载体材料。
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图4-1 乙二胺为核的树枝状聚合物示意图，0为引发核心, 1 2 3 4 表示代数， 5为
外表面层
树枝状聚合物用于基因载体的研究起始于上个世纪90年代。研究显示，树枝状聚合物可有效介导荧光素酶（luciferase）基因和半乳糖苷酶基因对多种细胞的转染和表达。其中，对聚酰胺－胺型（polyamidoamine, PAMAM）树枝状聚合物的研究较为深入。PAMAM树枝状聚合物合成技术较为成熟，性质也比较稳定，常用作基因转移载体。PAMAM对核酸内切酶有抗性，可以保护核酸序列不被降解。许多研究都发现，以PAMAM树枝状聚合物为载体所介导的基因转移率较其它非病毒载体（如聚氮丙啶、阳离子脂质体等）显著增高。此外，增加树枝状聚合物末端氨基基团的数量有助于增加基因的传递。进一步的研究发现，PAMAM树枝状聚合物与、、三种环糊精的复合物有协同效应。两者结合加强了复合物与靶细胞的联系，并改变了细胞之间pDNA的往来穿行（trafficking）。其中树枝状聚合物与－环糊精结合时基因转染效率提高了100倍。
4．其它多聚物 其它用作基因转移载体材料的多聚物有聚乳酸共乙交酯（PLGA）、聚－二甲氨基－乙基甲烷类似物、聚N－乙基－4-乙烯吡啶翁、聚乙烯亚胺、聚苯乙烯等。
（四）多糖类
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多糖除了可以有效运载多肽蛋白质药物外，还可以作为载体材料运载目的基因至靶细胞。
壳聚糖就是常用的多糖基因载体材料。壳聚糖是阳离子直链多糖，也是可生物降解的多聚物。研究显示，DNA/壳聚糖复合物能够被肿瘤细胞摄取，而不被白细胞摄取，这使得目的基因的传送具有了靶向性。此外，环境的PH值、壳聚糖的分子量对转染的效率都有较大的影响。因此，理想的条件是壳聚糖/DNA复合物成功转染的关键。近年来，壳聚糖作为阳离子基因载体已有了较大的进展。在壳聚糖/DNA复合物传递系统中，因为电性作用的关系，壳聚糖与DNA直到进入细胞内才解离，这种特点使得DNA复合物比其它载体系统更加稳定。研究显示，分子量为102KDa左右的壳聚糖制备的壳聚糖/DNA复合物稳定性最佳。以壳聚糖作为基因载体材料制备比较简单，但是转染率比病毒载体低。因此，研究者开发出了壳聚糖/DNA纳米球。壳聚糖纳米球可以部分保护目的基因不被核酸酶降解，并可通过内吞作用进入靶细胞。研究显示，壳聚糖/DNA纳米球可以延长目的基因与粘膜的粘附时间，并提高粘膜的吸收。
除壳聚糖外，环糊精，特别是－环糊精，也常用作多糖基因载体材料。环糊精/DNA复合物可以通过导管或者微泵导入靶部位，这时，环糊精除了担当基因载体材料，还起到了维护目的基因片断稳定性的作用。
（五）胶原
胶原除可以运载蛋白质多肽药物外，还可以作为基因载体材料运载目的基因
至靶区。胶原作为基因载体材料有几个优点：可以将移殖的转基因细胞与宿主免疫系统隔离开来，从而使得同种异体或者异种细胞能够得到应用；使经过转基因处理的细胞可以在体内较长时间地释放转基因产物，简化了操作步骤；胶原载体材料本身可以生物降解。研究显示，为了保证移殖的转基因细胞的长期成活，在胶原系统中还需要加入其它辅助成分，如其它多聚物、生长因子等。研究者发现，将胶原罩用于运载质粒DNA，比单纯生理盐水注射可以提高基因氯霉素乙酰转移酶浓度30倍。此外，胶原片剂也可以运载目的基因至靶区。
（六）多肽
多肽也是非病毒基因载体材料。有研究者将DNA质粒连接到多肽链上，并将
之制备成以多肽为载体材料的基因纳米控释系统。多肽/DNA纳米粒子被靶细胞内吞后，经过细胞内水解酶的作用而逐步释放出质粒，达到基因转染的目的。研
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究显示，基因转染的效率与多种因素有关，如多肽链中赖氨酸残基的含量、多肽/DNA复合物中DNA的含量、多肽载体材料在细胞内的溶解程度以及纳米离子的空隙率等等。最近有人研发了具有35个氨基酸的阳离子肽CL22二聚体，它与目的基因结合后，在体内以及体外都可以有效转染哺乳动物细胞。
（七）其它
其它非病毒基因载体还有卟啉衍生物，它具有肝细胞靶向性，可以将寡核苷酸运载至肝脏。
第五节 脂质体基因载体
脂质体（liposome）最初是由英国学者Bangham和Standish将磷脂分散在水中进行电镜观察时发现的。它是由磷脂双层构成的具有水相内核的脂质微囊，形状多为球形，直径大小约为几十纳米到几十微米，而磷脂双分子层厚度约为4纳米(图2)。卵磷脂、脑磷脂、大豆磷脂以及其它合成磷脂等都可以作为脂质体的双分子层基础物质。磷脂为天然生理化合物，其生理功能包括：增强巨噬细胞应急性、升高血红蛋白、增强纤毛运动、加速表皮愈合等。1971年英国莱门等人开始将脂质体用于药物载体的研究。
图4-2 纳米质脂体结构示意图
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（一）脂质体基因载体的分类
1.按结构分类 脂质体按其含磷脂双分子层的多少可分为单室脂质体（unilamellar vesicles）和多室脂质体（multilamellar vesicles, MLV）。
（1）单室脂质体：指含有单层磷脂双分子层的囊泡。其中直径小于200nm者称为小单室脂质体（small unilamellar vesicles, SUV），直径大于200nm者称为大单室脂质体（large unilamellar vesicles, LUV）。
（2）多室脂质体：指含有多层磷脂双分子层的囊泡，其直径多在1000～5000nm之间。个别多室脂质体结构不一，有时出现大小不同的球形、椭球形、洋葱式或管状结构。
（3）多相脂质体（polyphase liposome）：指配方中含有表面活性剂的脂质体。多相脂质体中绝大部分为单室脂质体和多室脂质体，此外还有极少量的增溶胶团，O/W或W/O/W型乳剂。因此，多相脂质体是一种多相胶体分散系。在多相脂质体中，大多数的微粒直径都小于1000nm。
2.按脂质体所带电荷分类 含有酸性脂质（如磷脂酸）的脂质体带负电，称为负电性脂质体；含有碱性脂质（如十八胺）的脂质体带正电，称为正电性脂质体；不含离子的脂质体呈电中性，称为中性脂质体。常见的有带正电荷的阳离子脂质体，其表面与带有负电荷的DNA相结合，能有效转染许多细胞，例如某些阳离子脂质体能专一性靶向肺等器官的内皮细胞。目的基因和阳离子脂质体相互作用时，除可以包埋于脂质体的囊泡内，还可由于阳离子脂质体表面的正电荷与带负电荷的质粒或者DNA产生静电吸附作用。阳离子脂质体作为基因载体比传统脂质体更为有利，它与带负电的细胞表面有很强的亲合作用，有利于目的基因的释放和转染。
3.按性能分类 脂质体按性能可分为一般脂质体和特殊性能脂质体。
（1）一般脂质体：是相当于特殊性能脂质体而言的，包括一般的单室脂质体、多室脂质体和多相脂质体，可以作为普通的药物载体发挥作用。
（2）特殊性能脂质体：指具有特殊性质和功能的脂质体，包括：
1) 温度敏感脂质体：又称热敏脂质体。脂质体脂膜由“胶晶”态变为“液晶”态时的温度称为相变温度（phase transition temperature）。当外界温度处于相变温度时，脂质体膜流动性增加，通透性也因此大大增加，此时释放药物最多。如果静脉注射相变温度高于生理温度的热敏脂质体（包裹目的基因），当其抵达靶部
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位后，再对靶部位加热至其相变温度，那么脂质体将在靶区释放所携带的基因，产生目的基因在靶区“浓聚”的效应，从而达到理想的治疗效果。常见的温度敏感脂质体有阿霉素热敏脂质体、顺铂热敏脂质体等。
2) pH敏感脂质体：机体不同部位的pH值不完全一致，例如胃腔中的pH就明显低于机体的其它部位。就算是同一部位，在生理和病理条件下也可能不同，比如肿瘤间质液的pH值比正常组织低。如果设计出在不同pH值情况下药物释放率也不同的脂质体，那么就可以将较高浓度的药物有目的地释放到靶部位。
3) 多糖被复脂质体：如果将糖脂结合到脂质体上，根据“相似相溶”的原理，糖链通常是分布在脂质体的表面，这样就形成了多糖被复脂质体。不同的糖基在体内有不同的组织亲和力，因此带有不同糖基的脂质体在体内就有了明显的组织靶向性。如被复有半乳糖残基的脂质体容易被肝实质细胞摄取，而被复有氨基甘露糖衍生物的脂质体多分布于肺。此外，结合有糖基的脂质体还可以增加其稳定性，并可减少其被巨噬细胞吞噬的可能。常用于制备多糖被复脂质体的糖基有：半乳糖、甘露糖衍生物、唾液酸糖蛋白、神经节苷岩藻糖、右旋糖苷等。
4) 免疫脂质体：将单克隆抗体或其它蛋白质通过交联法、吸附法或者脂质蛋白融合法连接在脂质体表面，就构成了免疫脂质体。显然，通过单克隆抗体的“定向”作用，免疫脂质体的靶向性大大提高。如无环鸟苷免疫脂质体（结合有抗单纯疱疹病毒糖蛋白D的单克隆抗体）就可以特异性的结合到感染单纯疱疹病毒的靶部位，并发挥出较普通无环鸟苷脂质体更为明显的抗病毒作用。
5) 磁性脂质体：将磁性物质与药物（或目的基因）包裹在脂质体内，并在靶组织部位加以磁场，通过磁力作用将脂质体聚集在靶部位，从而达到了定向治疗的目的。
6) 光敏脂质体：将光敏物质包裹于脂质体内，当脂质体到达靶部位后，在用特定波长的光照射靶组织，光敏物质由于吸收了光能，产生了光物理和光化学变化，改变了脂质体膜的通透性，从而使脂质体内包裹的其它药物释放出来，产生治疗效果。
7) 其它脂质体：如超声敏感脂质体、热敏免疫脂质体等。
4. 按用途和给药途径分类 脂质体还可以根据其用途及给药途径进行分类，如静脉给药脂质体、经皮给药脂质体、口服给药脂质体、直肠给药脂质体、阴道给药脂质体、聚合膜脂质体（polymerized liposome）、雾化给药脂质体等。
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（二）脂质体基因载体的特点
1. 脂质体本身对机体毒性小 脂质体主要是由磷脂及附加剂（如胆固醇 、十八胺、磷脂酸等）组成。磷脂本身就是细胞膜的组成成分，脂质体脂质双分子层也与生物膜有很大的相似性。胆固醇本身具有极为重要的生理功能，由它们所形成的“人工生物膜”易被机体消化分解。许多脂质体类药物（如两性霉素B脂质体、阿霉素脂质体、柔红霉素脂质体等）经过动物试验及临床应用，均证明其安全有效。
2. 减轻目的基因对非靶区组织的作用 目的基因包裹于脂质体后，主要被网状内皮系统或者特定的靶组织摄取，其他组织或者器官摄取很少。因此，目的基因（如自杀基因等）作用于非靶区正常的细胞、组织、器官的机会就明显减少。换言之，目的基因对机体产生的毒副反应也相应减少。
3. 没有免疫原性 4. 可生物降解
5. 保护目的基因不被降解 目的基因在到达靶组织前是包裹在脂质体中的，当进入靶区后，目的基因才从脂质体中释放出来，因此得以免受机体酶系的降解。
6. 具有靶向传递作用 脂质体有一个重要特点就是具有靶向性，这是脂质体作为基因载体最突出的特征，包括被动靶向性、主动靶向性、物理和化学靶向性、隔室靶向性及转移靶向性。脂质体的靶向性可以通过放射性元素标记或高效液相色谱分析法加以验证。
（1）被动靶向性 是指脂质体进入体内后的自然分布，又称天然靶向性，这是脂质体静脉给药时的基本特征。这也是由于脂质体进入体内后即被巨噬细胞吞噬，从而产生脂质体客观分布于肝、脾、骨髓、血液中的巨噬细胞等处的现象。这使得包裹于脂质体的药物或目的基因很容易地就富积在肝、脾、骨髓等处。脂质体的被动靶向性使脂质体成为了治疗网状内皮系统疾病及防止肿瘤转移的理想药物载体。
（2）主动靶向性 是指改变脂质体的被动靶向性，使脂质体有目的地定位于特定的细胞、组织或器官。这种靶向性是在脂质体上连接某种识别分子（如单克隆抗体），通过识别分子与其靶物质的专一结合（如抗原抗体反应），而使脂质体在特定靶区释放药物。如结合有抗Her2单克隆抗体的免疫脂质体就可以选择性地与Her2阳性的乳腺癌细胞结合，从而提高治疗效果并降低全身毒副反应。
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（3）物理和化学靶向性 是指经特别设计后的脂质体可以在物理化学条件改变的情况下在靶区选择性地释放内容物。如热敏脂质体、PH敏感脂质体、超声波敏感脂质体、光敏脂质体和磁性脂质体等。
（4）隔室靶向性 是指脂质体以不同的给药方式进入体内后，可以对不同部位产生靶向性。如在腹膜内给予脂质体，由于隔室的特点，可增加脂质体对淋巴结的靶向性。而如果经口腔给药或者雾化给药，也可以产生与经静脉给药不同的靶向性。
（5）转移靶向性 由于脂质体天然靶向性的存在，经静脉给药的脂质体进入体内后往往聚集在网状内皮系统，这种分布特征对于非网状内皮系统疾病的治疗十分不利。解决这种状况可以采取事先封闭网状内皮系统的办法，如先注射适量空白脂质体，使得肝、脾等网状内皮系统充分摄取脂质体，再注入治疗用脂质体，由于网状内皮系统摄取脂质体的能力已达到饱和，这时非网状内皮系统对脂质体的摄取能力就相应增加了。
7. 可缓慢释放目的基因，具有长效作用 根据治疗目的不同，可以设计具有较长半衰期的脂质体来运载目的基因，使其在体内缓慢释放。如含有神经节苷脂或聚乙二醇衍生物的长效脂质体。
8. 低量高效 由于脂质体主要在特定区域富积，因此，即使是少量的目的基因－脂质体复合物就可以在靶区达到较高的效果。
（三）脂质体基因载体的作用机制 脂质体作为基因载体，必须要将目的基因运载并释放到靶部位（靶细胞）才能发挥作用。脂质体主要是通过下列机制与靶细胞相互作用的：
（1）脂质体与靶细胞相互吸附 脂质体到达靶部位后，在局部温度、表面糖链、单克隆抗体、表面电荷等条件影响下稳定吸附到靶细胞（如癌细胞）表面。这一步是脂质体作用的开始。
（2）脂类交换 相互吸附的靶细胞与脂质体两者磷脂双分子层的外层发生酰基链和极性基团的交换，这种交换与靶细胞表面蛋白的介导有关。此时，目的基因尚未进入靶细胞。
（3）膜融合（fusion） 脂质体具有跟细胞膜几乎一样的磷脂双分子层，脂质体膜与细胞膜很容易相互融合，从而将目的基因释放入靶细胞。
（4）内吞作用（endocytosis） 内吞是脂质体主要的作用机制。进入体内的
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脂质体作为“外来物质”易于被单核巨噬细胞吞噬，从而富积于网状内皮细胞系统。然后在胞内溶酶体的作用下释放出目的基因。
（四）脂质体基因载体的给药方式
（1）静脉注射 静脉给药是脂质体常见的给药方式。由于脂质体具有天然靶向性，静脉注射的脂质体主要分布在网状内皮细胞系统，少量被肺、肾等器官摄取。脂质体的这一分布特征使脂质体成为了治疗网状内皮细胞系统疾病的理想药物载体，它可以将目的基因成功地导入网状内皮细胞系统。但是，由于静脉注射后的脂质体几乎不能离开血液循环而分布到除肝脾外的其它组织器官中，普通脂质体的应用受到了很大的限制。
（2）肌肉皮下注射 肌肉或者皮下注射后，脂质体通过淋巴循环进入血循环，最终分布于肝、脾等网状内皮细胞系统。
（3）雾化吸入 脂质体主要是由磷脂组成，而磷脂是肺泡表面活性剂的重要成分，大量不同的动物急性和长期实验证实：脂质体肺部给药具有安全性。进入呼吸道及肺部的脂质体，大多通过粘膜纤毛运动或巨噬细胞内吞等方式清除。巨噬细胞内吞，是脂质体在肺部特有的清除方式。 将目的基因包裹入脂质体后肺部给药，不仅能有效地减少目的基因的破坏，并可使其通过磷脂双分子层缓控释放，延长目的基因与靶细胞接触的时间，从而增加疗效。
（4）眼部给药 脂质体对眼角膜有较大的穿透性，而且脂质体具有缓释性能，因此，脂质体有望成为眼部基因治疗的载体。
（5）透皮给药 脂质体有良好的生物相容性，并且能够促进药物透皮吸收。药物的经皮渗透与脂质体中脂质的组成有关。角质脂质体（由极性接近皮肤的神经酰胺、脂肪酸、胆固醇等组成）与角质层有相同的脂质，易互相融合,从而使药物有较大的皮肤透过性和稳定性。磷脂双分子层的流动性也影响脂质体透皮渗透性。液态脂质体增加了角质层脂质的流动性，而固态脂质体相反，因此，液态脂质体促进透皮的效果要优于固态脂质体。
（6）其它给药方式：如腔内给药、阴道直肠给药、局部注射等。
第六节 生物降解聚合物基因载体材料
生物降解通常是指聚合物在生物环境中（如微生物、水解酶、体液、水等作用下）大分子的完整性受到破坏，分子量下降，产生碎片或者其它降解产物的现
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象。生物降解的过程通常包括酶解、水解以及氧化等反应。近十年来，国内外对生物降解聚合物基因载体材料的研究兴趣日渐浓厚，现已经开发出多种生物降解材料用以运载目的基因至靶细胞。本章第四节所提到的许多非病毒基因载体材料都是可生物降解的聚合物，下文将简要讨论一些常见的生物降解聚合物基因载体材料。
（一）天然生物降解聚合物
1.多糖类生物降解材料 多糖类聚合物是常见的生物降解基因载体材料，目前已经引起了各国研究者的广泛兴趣，并取得了显著的成绩。但对于可以完全生物降解的多糖类基因载体材料的研究与应用仍处在起步阶段，尚有许多问题急需解决，如改善材料的理化性能、生物降解性能以及降低材料成本等等。目前用于生物降解材料的多糖类天然高聚物主要有壳聚糖、淀粉、纤维素以及它们的衍生物等。
壳聚糖及其衍生物：壳聚糖是甲壳素的部分脱乙酰化产物，是由-(1,4)-相连的D－葡聚胺与含量不等的N－乙酰葡聚胺无序排列起来的一种线形聚糖。它易溶于甲酸、水杨酸等有机酸和无机酸中，容易改性和加工。壳聚糖本身是可降解多糖，可以和其他高分子材料共混制备生物降解材料，壳聚糖还可与纤维素或淀粉共混制造完全生物降解复合材料。研究显示，壳聚糖在生理盐水以及醋酸溶液中能够有效结合DNA片断，并且可以在一定程度上保护目的片断不被核酸酶降解。壳聚糖的衍生物也被证实能够有效运载基因片断至靶细胞。
2.其它天然生物降解聚合物 如胶原等 （二）合成生物降解聚合物
1．聚氨基酸 多种聚氨基酸（如聚赖氨酸）已用作缝合材料、多肽蛋白质药物控释体系以及基因传递载体。聚氨基酸作为基因载体材料具有一些独特的优点，如在聚氨基酸主链裂解过程中可释放出无毒性且有生理功效的天然氨基酸成分。氨基酸具有营养作用和药理功效，如精氨酸的免疫调节作用、纠正肝昏迷作用、抗肿瘤作用等。聚氨基酸的降解是通过酰胺键(又称肽键)的酶解来实现的。常用作基因载体材料的聚氨基酸有聚－L－赖氨酸、聚－L－鸟氨酸、聚－L－组氨酸等。
2．丙烯酸类 丙烯酸类聚合物也是常见的生物降解材料。
聚烷氰基丙烯酸酯（PACA）作为生物降解材料可以运载寡核苷酸至靶区。带
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负电荷的寡核苷酸与带正电荷的疏水阳离子（如季胺盐）靠电性作用形成离子对，从而结合在一起。寡核苷酸包裹在PACA形成的纳米粒子中，可以免受核酶的攻击，并且可以增加细胞的摄取。研究显示，瘤内注射ras癌基因的反义寡核苷酸/PACA复合物，能够有效抑制裸鼠H-ras依赖性肿瘤的生长。
3．聚乳酸 乳酸本身是光学活性物质，因此聚乳酸有聚L-乳酸、聚D－乳酸以及聚D,L-乳酸的区别。应用较多的是聚D,L－乳酸。聚乳酸平均分子量约220Kda，降解中间产物为乳酸、羟基乙酸，最终产物为水及二氧化碳，因此聚合物无毒、无刺激性，是较好的生物降解聚合物基因载体材料。
4．树枝状聚合物 树枝状聚合物可以作为非病毒基因载体材料应用于基因传递。它是人工合成的纳米材料，因此可以通过控制反应条件以及反应“底物”来合成可生物降解的聚合物材料。其中应该注意的就是它的降解产物也应该是无毒的。如糖型树枝状聚合物等。
5．其它聚合物 如聚原酸酯、聚酐等。
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