脂质体的作用机制

第二节　脂质体的作用机制

一、脂质体与细胞的一般作用

脂质体属于胶体系统，具有缓释和靶向作用，从而可以提高药物疗效，降低不良反应。脂质体与细胞膜的组成相似，能显著增强细胞摄取，延长或克服耐药性，甚至可使药理作用小或无活性的物质(油酸)成为显著作用的药物。脂质体在体内的组织处置及在细胞水平上的作用机制有吸附、交换、内吞、融合、渗漏和扩散等(见图3－1)。在体内脂质体与细胞的作用显然受给药途径影响。

1．膜间转运

膜间转运(inter－membrane transfer)是指不必破坏脂质体或损害膜的完整性而发生的脂质体与细胞相邻磷脂双分子膜间的脂质成分的相互交换作用。这种方式几乎不引起脂质体内水相中药物的释放。

脂质体与细胞间磷脂的相互交换一般需要以细胞表面的特异性蛋白质作为介质，只有少数几种磷脂(如PC和PE)可自行交换。另外与磷脂分子结合位置不同其交换性质也不同，例如，连接在磷脂酰胺基头部的磷脂酰乙醇胺的荧光衍生物不产生交换，而连接在脂肪酰链上的荧光衍生物却能容易地进行交换。除与细胞的相互作用外，在脂质体和脂蛋白(特别是高密度脂蛋白)之间也能发生类似的相互作用，但在某些情况下，脂质体可能被破坏，破坏的程度依赖于脂蛋白和脂质体的比例。在较低的脂质浓度下，不论在体内还是体外，仅由蛋卵磷脂制成的小单层脂质体在血浆中很快破碎，脂质成分在脂蛋白间重新分布。若在膜材中加入胆固醇就可部分抑制破碎。由神经鞘磷脂制得的小单层脂质体，内加30%以上胆固醇就可使脂质体保持完整性。对于大的脂质体，不论是多层还是单层的，脂质对血浆蛋白的转运率较低，且与胆固醇含量无关。

胆固醇本身很容易在双分子层之间转运，以致在整个膜中的浓度都相同，因此脂质体可用来补充体内细胞膜中的胆固醇。

2．接触释放

脂质体与细胞接触引起的脂质体膜通透性增加而释放内水相药物的过程称为接触释放(contact－release)。膜间转运和接触释放都是不需消化脂质体就可将脂质体包封的物质传输到细胞中的有效方式，也为不具吞噬功能的细胞提供了摄取药物的途径。脂质体和细胞的作用可通过降低细胞周围介质的流动性和紊乱程度，或受体/配体作用而加强。另外，作用程度还依赖于脂质体和细胞膜成分的性质和组成比例。例如，脂质体中胆固醇比例从30%增加至40%，细胞引起的脂质体内容物释放也急剧增加。

图3－1　脂质体与细胞的一般作用形式

3．吸附

脂质体在细胞表面的吸附(sorption)几乎不引起内水相药物或脂质成分向细胞转运。吸附可分为物理吸附和受体/配体作用。物理吸附是脂质体与特异细胞表面蛋白的结合。吸附作用在脂质体相变温度以下时(即脂质处于凝胶相)最大。这是因为吸附结合位点是一些膜表面的缺陷，缺陷部位在低温时更稳定。吸附也是脂质体被细胞摄取的前奏。

4．脂质交换

脂质交换(lipid exchange)是指脂质体膜上的脂质成分与细胞膜的脂质成分进行交换，脂质体内包载药物在交换过程中进入细胞。磷脂与细胞脂交换可能是通过细胞表面特异交换蛋白介导，因为某些磷脂如PC、PE在用膜蛋白酶处理后，交换过程减慢。脂质交换过程发生在吸附之后，在细胞表面特异交换蛋白介导下，特异性地交换脂质的极性头部基团或非特异性地交换酰基链。交换仅发生在脂质体双分子层中外部的单分子层和细胞质膜外的单分子层之间。

5．吞噬

吞噬(phagocytosis)或内吞(endocytosis)是指具有吞噬活性的细胞吞噬脂质体后，细胞膜内陷形成内涵体(endosomes，其内部pH为5．0～5．5)，然后与溶酶体(lysosome)融合形成二级溶酶体(其内部pH为4．5)。溶酶体酶破坏脂质体，磷脂被水解成脂肪酸，后者重新组合成宿主磷脂。如果在哺乳动物肝内，脂质体的胆固醇被代谢成胆盐。某些负离子磷脂和药物能够抑制溶酶体作用而产生假性溶酶体贮积病。有些不具有吞噬活性的细胞对脂质体也有内吞作用。溶酶体破坏脂质体后释放出药物，药物保留在溶酶体内直至胞外分泌。如果药物在低pH下呈高度离解状态，那就会滞留更长时间。药物可缓慢从溶酶体中渗出进入细胞质。如果脂质体膜上连有低密度脂蛋白或转铁蛋白，它就可借助细胞表面受体进入胞内，并进入某些细胞器(如高尔基体)而不是溶酶体。

血液循环中的脂质体主要被巨噬细胞吞噬而清除。结缔组织的巨噬细胞、肝的库普弗细胞、肺的尘细胞、神经组织的小胶质细胞、骨组织的破骨细胞、表皮的郎格汉斯细胞和淋巴组织内的交错突细胞统称单核巨噬细胞系统(MPS)，传统称为网状内皮系统(RES)。它们均来源于骨髓内的幼单核细胞，后者分化为单核细胞进入血液。单核细胞从不同部位穿出血管壁进入其他组织内，分别分化为上述各种巨噬细胞。巨噬细胞的一项重要功能是吞噬侵入机体的异物或细菌。这也是机体最原始的一种防御方式。

6．融合

脂质体与细胞膜的紧密结合可导致两者融合(fusion)，即脂质体和细胞膜脂质成分完全混合，脂质体内容物释放进入胞浆。如果是多层脂质体，它与细胞膜发生融合后，外层脱去，内层囊泡进入胞浆，继续和细胞内的生物膜融合。加入所谓融合因子可加快体外脂质体与细胞的融合，如溶血卵磷脂、磷脂酰丝氨酸(PS)、表面活性剂、油酸。目前体外最有效的融合方法是采用仙台病毒融合蛋白。处于液晶态或中间态的脂质体比处于凝胶态的脂质体更易产生细胞融合。

融合是体内细胞摄取脂质体的主要途径，仅次于吞噬作用。静注的普通脂质体在血液中易被吞噬细胞很快清除。因此最易发生脂质体融合的部位不是网状内皮系统(RES)，而是在眼玻璃体、脑脊液中，或是在毛细血管壁上被动吸附后。多价正离子也会促进脂质体膜与细胞膜融合。因此常用正离子脂质体携带DNA用于转染细胞或进行基因传递。常用的正离子脂质体材料如二油烷氧基丙基三甲基氯化铵(DOTMA)/二油酰磷脂酰乙醇胺(DOPE)。通过流式细胞仪研究发现，脂质体无论组成如何或是否具有PEG链，都会快速与血细胞包括红细胞、白细胞、血小板发生融合作用，并且不受血浆蛋白或功能性酶的影响。

7．渗漏

渗漏(leakage)为考察脂质体稳定性的指标。当受纤维细胞、肝癌细胞及肝、胆囊细胞等诱导，脂质体内容物漏出。这也许是细胞表面蛋白与脂质体相互作用的结果。含适量胆固醇可减少或防止脂质体渗漏。

8．磷酸酯酶消化

脂质体的磷脂膜消化与体内磷酸酯酶含量有正比例关系，肿瘤组织中磷酸酯酶水平明显高于正常组织，所以脂质体在肿瘤组织中更容易释放药物。

二、与细胞的特异作用方式

脂质体与细胞的特异作用方式指插入脂质体膜的分子(配体)特异识别细胞膜表面的补体分子，从而将脂质体特异地导向靶细胞。这些配体包括特殊的糖、外源凝集素(lectins)、肽类激素、糖蛋白、糖脂、抗原和免疫球蛋白。多数外源凝集素是糖蛋白，具有碳水化合物受体位点，其中人红细胞唾液酸糖蛋白(sialoglycoprotein)常用于脂质体。其他配体还有氨基葡萄糖胆固醇衍生物、各种取代的神经酰胺、多糖衍生物、仙台病毒蛋白、单纯疱疹病毒蛋白、非特异性γ球蛋白或清蛋白、α－糜蛋白酶、人IgG、生物素腙、抗生物素蛋白、二硝基苯赖氨酸。

巨噬细胞、肝细胞和肝内吞细胞可以通过直接识别磷脂极性头而吞噬脂质体。这是一种非调理依赖性识别(opsonic－independent recognition)。大量的质膜受体如植物凝集素体，C D14，各种清道夫受体( scavenger receptors)(包括A、B、D亚型)、F cγRⅠ和F cγRⅡ－B2、硬脂胺受体等可能参与了磷脂的识别。

体内脂质体与细胞的作用方式基本与体外实验结果相同，但有可能会是某一种作用方式占主导地位。例如血液中的调理蛋白吸附在脂质体表面，屏蔽了磷脂极性头，阻止了有关极性头的特异性识别，脂质体以另外一种高度特异的受体介导方式从血液中清除。这些调理化蛋白包括纤维结合蛋白、补体因子、β₂糖蛋白、C反应蛋白、α₂巨球蛋白等。

三、影响脂质体作用的因素

1．脂质体的大小

脂质体的大小是影响脂质体在体内选择分布的主要因素。以静脉给药为例，综合起来有:①＜50nm，可透过肝内皮，RES的巨噬细胞内吞，转到肝枯否氏细胞溶酶体中;②＞1μm，趋向于肺内停留;③2～7μm被毛细血管网摄取后，积聚于肺、脾和肝;7～12μm，多被肺机械性摄取;④＞15μm的脂质体经肠系膜、肝门静脉或肾动脉给人，分别被肠、肝和肾摄取。依脂质体大小的不同，在循环系统内停留时间不同，脂质体的粒径愈小，体内停留时间愈长。如将甲氨蝶呤包封于SUV，注射后4h，血浆中仍然有注射量的50%存在，比注射游离药物高100倍;如果包封于SUV，同一时间则仅提高6倍。脂质体小，分布广，代谢率低。

2．脂质体的表面电荷

脂质体的表面电荷和荷电量影响脂质体与细胞膜的吸附作用，靶细胞与脂质体带相反电荷时，会显示静电亲和力。将磺胺嘧啶钠制成不同电性的脂质体，给人感染负电性弓形虫小鼠，试验结果表明，正电性脂质体的治疗效果最佳。

肿瘤细胞往往较其他正常细胞活跃，它们的表面负电荷密度高于正常的成熟粒细胞。荷正电脂质体对该细胞亲电性显示出更高的选择性。由上表可知，用正电荷脂质体还可降低药物对心、肾和骨髓的毒性。

3．脂质体的组成

膜成分可直接影响脂质体所有作用机制和脂质体在体内的行为。特殊性能的脂质体就是通过改变脂质体膜组成对膜修饰，达到提高其靶向性的作用。组成膜成分不同，脂质体内含物释放速率可以不同，脂质体的表面电性也可以不同。

4．药物的包封方式

药物是嵌入双分子层亲油部分还是包入水层，会影响其分布和释放。Hardy用两种方法将13 I制备脂质体，一种在脂相，¹³ I与亲油基团共价结合(甲);一种在水相，¹³ I包封于水层(乙)。家兔静脉给药后，甲主要分布于肝，乙主要分布于颈部。

5．给药途径

静脉给药受血浆蛋白、酶和血清等多种因素影响。口服避免不了饮食、胆盐、酶和pH等因素的影响。静脉给药以小粒径脂质体的作用时间长，而眼、鼻和皮肤给药，以大粒径脂质体的作用时间长。气雾化脂质体吸入，不论大小，均多滞留在肺。