CN112402453A - 一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用；通过沉淀法将难溶性药物在缓慢搅拌条件下滴加至酶的水溶液体系中，疏水相互作用使其自组装形成纳米粒，最后采用薄膜分散‑水化法将所形成的纳米粒进行包裹制备脂质体。该脂质体通过EPR效应到达肿瘤组织后，其包载的酶可催化肿瘤组织内的能源物质（如乳酸、葡萄糖和丙酮酸等），生成大量的过氧化氢，用于增强芬顿反应的效率，并且难溶性药物的作用使肿瘤细胞谷胱甘肽含量减少，两者联合增强肿瘤铁凋亡的治疗效果，抑制肿瘤增殖。通过体外表征证明该脂质体能够较好地保持酶的活性，并通过细胞水平的活性评价，证明该脂质体能实现良好的抑制肿瘤增殖的效果。

Description

一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用，特别涉及一种增强肿瘤铁凋亡治疗的酶和难溶性药物共载脂质体及其制备和应用。

背景资料

癌症是世界范围内严重威胁人类健康的疾病。根据世界卫生组织（WHO）最新的《2020年世界癌症报告》，在未来的二十年中，全世界的癌症病例数可能会增加60％，全球癌症治疗负担逐渐加重。目前常见的癌症治疗手段主要包括手术治疗、放射治疗、生物疗法和化学疗法。其中化学疗法主要通过使肿瘤细胞坏死、自噬或凋亡而抑制肿瘤增殖。

铁凋亡是2012年由Dixon等正式提出并命名的一种由脂质修复酶谷胱甘肽过氧化物酶4 (GPX4)活性的丧失和铁依赖性脂质过氧化物的积累而引起的不同于凋亡、坏死、自噬的新型细胞死亡方式，其特点是细胞体积缩小，线粒体收缩和线粒体膜密度增加。铁凋亡是依赖铁催化细胞膜和细胞器膜上含多不饱和脂肪酸的磷脂发生过度氧化，由于脂质过氧化物的积累而引起细胞内的氧化还原平衡失调，导致细胞发生死亡。而在脂质发生过氧化的过程中，活性氧（ROS）发挥了重要作用，最典型的就是依赖芬顿或者类芬顿反应产生的羟基自由基（·OH）。但由于肿瘤细胞内过氧化氢有限，大大降低了芬顿反应发生的效率，限制了铁凋亡在肿瘤中治疗中的效果。

近年来，出现了许多过氧化氢递送体系的研究。因此，开发一种能有效提高过氧化氢浓度，增强芬顿反应效率的铁凋亡递送体系对肿瘤治疗至关重要。

发明内容

目的：本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用，该脂质体能够催化肿瘤组织内的能源物质（如乳酸、葡萄糖和丙酮酸等）而产生大量过氧化氢，并通过降低谷胱甘肽的含量协同增强肿瘤的铁凋亡治疗。

肿瘤细胞与正常细胞相比，存在代谢异质性。肿瘤细胞能够大量摄取葡萄糖，并经过多级反应步骤得到丙酮酸。在正常细胞中，大多数丙酮酸进入线粒体，并由三羧酸循环氧化生成 ATP 来满足细胞的能量需求，只有在无氧条件下，丙酮酸才在乳酸脱氢酶A的作用下生成乳酸；而在肿瘤细胞中，持续或周期性的缺氧使肿瘤细胞适应性地上调糖酵解相关的酶，使其即使在有氧条件下也发生糖酵解，因而使得肿瘤组织产生了大量的乳酸。乳酸的增加不仅是导致肿瘤组织酸性微环境的原因，也可作为肿瘤细胞的能量来源，同时诱导肿瘤新生血管的形成和肿瘤细胞免疫逃逸，促进肿瘤的发生发展。因此，通过将肿瘤细胞的能源物质转化为有毒的过氧化氢，不仅可以产生直接的毒性，而且可以降低肿瘤细胞的能量供应，进一步加速肿瘤细胞死亡。

乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶和丙酮酸氧化酶能分别将其底物乳酸、葡萄糖和丙酮酸转化为过氧化氢，为芬顿反应提供大量原料。

索拉菲尼、爱拉斯汀（Erastin）、柳氮磺吡啶、兰吡立松能够阻断细胞膜上谷氨酸-胱氨酸逆向转运体，从而降低谷胱甘肽的合成；而甲萘醌、利尿酸都能与谷胱甘肽结合，并降低谷胱甘肽的含量，进一步抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的活性。

通过联合使用能催化肿瘤能源物质产生过氧化氢的酶和谷胱甘肽合成抑制剂或谷胱甘肽耗竭剂，一方面通过增强芬顿反应发生的效率，增加脂质过氧化物的产生，另一方面通过降低谷胱甘肽的含量，从而抑制脂质过氧化物的降解，协同增强肿瘤的铁凋亡治疗。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种酶和难溶性药物共载脂质体，所述脂质体为采用磷脂、胆固醇和聚乙二醇修饰的磷脂，通过脂质体的制备方法（薄膜分散-水化法）包裹酶和难溶性药物形成的纳米粒；其中，所述酶为产物是过氧化氢的蛋白酶类，所述难溶性药物为谷胱甘肽合成抑制剂、谷胱甘肽耗竭剂。所述脂质体通过EPR效应到达肿瘤组织后，包载的酶催化肿瘤组织内的能源物质（如乳酸、葡萄糖和丙酮酸等），生成大量的过氧化氢，增强芬顿反应的效率，同时难溶性药物降低肿瘤细胞谷胱甘肽含量，两者联合增强肿瘤铁凋亡的治疗效果，抑制肿瘤增殖。

所述磷脂包括天然磷脂和合成磷脂，选自大豆卵磷脂、蛋黄卵磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱中的一种或几种。

所述聚乙二醇修饰的磷脂为聚乙二醇修饰的二硬脂酰磷脂酰乙醇胺（DSPE-PEG）、聚乙二醇修饰的二肉豆蔻酰磷脂酰乙醇胺（DMPE-PEG）、聚乙二醇修饰的二油酰磷脂酰乙醇胺（DOPE-PEG）中的一种或几种。

在一些实施例中，所述酶选自乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、丙酮酸氧化酶中的一种或几种；所述难溶性药物选自索拉菲尼、、爱拉斯汀、柳氮磺吡啶、兰吡立松、甲萘醌、利尿酸中的一种或几种。

更为优选的，所述酶为乳酸氧化酶（LOX），所述难溶性药物为索拉菲尼（SRF）；所述聚乙二醇修饰的磷脂为二硬脂酰磷脂酰乙醇胺（DSPE-PEG）。

第二方面，提供上述的酶和难溶性药物共载脂质体的制备方法，包括：

步骤（1）将难溶性药物溶于有机溶剂形成难溶性药物溶液，并配制酶的水溶液，然后在搅拌条件下将难溶性药物溶液滴加到酶的水溶液中，得到酶稳定的难溶性药物自组装纳米粒水溶液；

步骤（2）将磷脂、胆固醇以及聚乙二醇修饰的磷脂溶解于有机溶剂中，水浴条件下旋转蒸发形成有机相薄膜，然后加入步骤（1）中制得的纳米粒水溶液，超声、水化并使用聚碳酸酯膜挤出；

步骤（3）离心，去除游离酶，即得酶和难溶性药物共载脂质体。

在一些实施例中，步骤（1）的滴加过程中，加入的难溶性药物溶液的体积为酶的水溶液体积的1/100~1/20；更为优选的，酶的水溶液的浓度为1mg/mL，难溶性药物溶液的浓度为10mg/mL；

在一些实施例中，制得的酶稳定的难溶性药物自组装纳米粒水溶液中，所述难溶性药物与酶的质量比为1:1-1:5，优选为1:2；

在一些实施例中，步骤（2）中，聚乙二醇修饰的磷脂采用二硬脂酰磷脂酰乙醇胺DSPE-PEG，磷脂：胆固醇：DSPE-PEG的质量比为8:4:1。

进一步地，所述有机溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、二氯甲烷中的一种或几种。

进一步地，所述水溶液为注射用水、注射用生理盐水、注射用葡萄糖溶液、磷酸盐缓冲液中的一种或几种。

第三方面，本发明还要求所述的酶和难溶性药物共载脂质体在制备治疗肿瘤疾病药物中的应用。

有益效果：本发明提供的酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法和应用，与现有技术相比，其优点如下：

已有的关于外源性过氧化氢递送体系虽然在一定程度上增强了芬顿反应的效率，但都存在过氧化氢的泄露和催化性能较差等问题。本发明创新性地提出了一种酶和难溶性药物共载脂质体及其制备方法，通过将难溶性药物在缓慢搅拌条件下逐滴滴加到酶的水溶液中，药物经过疏水相互作用自组装形成纳米粒，酶增加了纳米粒的稳定性。进一步地采用薄膜分散-水化法将酶稳定的纳米粒进行包裹，使其到达肿瘤组织后，酶催化肿瘤组织的能源物质（如乳酸、葡萄糖和丙酮酸等），生成大量过氧化氢，同时难溶性药物降低肿瘤细胞谷胱甘肽含量，同时增强脂质过氧化物的产生并抑制其降解，大大提高芬顿反应的效率以及肿瘤铁凋亡的治疗效果。

附图说明

图1是按照实施例1制备的LOX@SRF NPs纳米粒的粒径分布图。

图2是按照实施例2制备的LOX@SRF lipo脂质体的粒径分布图。

图3是实施例1中所制备的LOX@SRF NPs纳米粒的透射电镜图。

图4是实施例2中所制备的LOX@SRF lipo脂质体的透射电镜图。

图5是通过测定粒径变化来表征LOX@SRF lipo脂质体的稀释稳定性和在不同分散介质中的放置稳定性。

图6是通过MTT法表征LOX lipo，SRF lipo和LOX@SRF lipo三种脂质体对4T1细胞增殖的抑制效果考察，细胞存活率越低，证明其抑瘤效果越好。

图7是通过DCFH-DA荧光探针考察三种脂质体处理4T1细胞后活性氧水平的比较，荧光强度越强，证明ROS水平越高。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1

酶稳定的难溶性药物纳米粒的制备：

（1）称取一定质量的乳酸氧化酶（LOX），用注射用水将其配制成1mg/mL的乳酸氧化酶水溶液，然后取10mL；再称取一定质量的索拉菲尼，用DMSO溶解配制成10 mg/mL，用移液枪吸取500μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至乳酸氧化酶水溶液中，形成纳米粒LOX@SRF NPs。

（2）称取一定质量的葡萄糖氧化酶（GOX），用生理盐水将其配制成1mg/mL的葡萄糖氧化酶水溶液，然后取2mL；再称取一定质量的艾拉斯汀（Erastin），用丙酮溶解配制成10mg/mL，用移液枪吸取100μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至葡萄糖氧化酶水溶液中，形成纳米粒GOX@ERA NPs。

（3）称取一定质量的乳酸氧化酶（LOX），用注射用葡萄糖溶液将其配制成2mg/mL的乳酸氧化酶水溶液，然后取5mL；再称取一定质量的柳氮磺吡啶（Sulfasalazine），用DMF溶解配制成20 mg/mL，用移液枪吸取250μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至乳酸氧化酶水溶液中，形成纳米粒LOX@SSZ NPs。

（4）称取一定质量的丙酮酸氧化酶（POX），用磷酸盐缓冲液将其配制成1mg/mL的丙酮酸氧化酶水溶液，然后取1mL；再称取一定质量的甲萘醌（Menadione），用氯仿溶解配制成10 mg/mL，用移液枪吸取50μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至丙酮酸氧化酶水溶液中，形成纳米粒POX@SSZ NPs。

（5）称取一定质量的葡萄糖氧化酶（GOX），用生理盐水将其配制成1mg/mL的葡萄糖氧化酶水溶液，然后取2mL；再称取一定质量的兰吡立松（Lanperisone），用二氯甲烷溶解配制成10 mg/mL，用移液枪吸取100μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至葡萄糖氧化酶水溶液中，形成纳米粒GOX@LPS NPs。

（6）称取一定质量的乳酸氧化酶（LOX），用注射用水将其配制成2mg/mL的乳酸氧化酶水溶液，然后取2mL；再称取一定质量的利尿酸（Ethacrynic acid），用DMSO溶解配制成20mg/mL，用移液枪吸取100μL并在缓慢搅拌条件下逐滴滴加至乳酸氧化酶水溶液中，形成纳米粒LOX@EC NPs。

实施例2

酶和难溶性药物共载脂质体的制备：按磷脂：胆固醇：DSPE-PEG质量比为8:4:1的比例称取一定量的磷脂、胆固醇和DSPE-PEG至于50 mL圆底烧瓶中，并将其溶解于10 mL氯仿中，40℃条件下旋转蒸发30 min除去氯仿，形成有机相薄膜。然后将上述纳米粒LOX@SRF NPs加入到圆底烧瓶中，超声1 min，水化30 min。最后用400 nm和200 nm的聚碳酸酯膜分别挤出20次，即得酶和难溶性药物共载脂质体LOX@SRF lipo。同法可制备包裹实施例1中所述纳米粒的脂质体。

酶脂质体的制备：按磷脂：胆固醇：DSPE-PEG质量比为8:4:1的比例称取一定量的磷脂、胆固醇和DSPE-PEG至于50 mL圆底烧瓶中，并将其溶解于10 mL氯仿中，40℃条件下旋转蒸发30 min除去氯仿，形成有机相薄膜。然后将LOX水溶液加入到圆底烧瓶中，超声1min，水化30 min。最后用400 nm和200 nm的聚碳酸酯膜分别挤出20次，即得酶脂质体LOXlipo。

难溶性药物脂质体的制备：按磷脂：胆固醇：DSPE-PEG质量比为8:4:1的比例称取一定量的磷脂、胆固醇和DSPE-PEG至于50 mL圆底烧瓶中，并将其溶解于10 mL氯仿中，按磷脂与药物质量比为8:1加入索拉菲尼，混合均匀后，40℃条件下旋转蒸发30 min除去氯仿，形成有机相薄膜。然后将水溶液加入到圆底烧瓶中，超声1 min，水化30 min。最后用400 nm和200 nm的聚碳酸酯膜分别挤出20次，即得难溶性药物脂质体SRFlipo。

使用布鲁克海文激光粒度仪测定上述实施例1和2中制备的LOX@SRF NPs和LOX@SRF lipo的粒径大小和单分散系数。

实施例3

使用投射电子显微镜观察LOX@SRF NPs和LOX@SRF lipo的物理形态。分别取LOX@SRFNPs和LOX@SRF lipo溶液少许，滴至电镜用铜网上，自然干燥后，至于透射电镜中进行观察并拍照。

实施例4

取一定体积的LOX@SRF lipo混悬液，将其用生理盐水逐步稀释2，4，8，16，32，64，128，216，528倍，并利用布鲁克海文激光粒度仪测定各稀释浓度下脂质体的粒径变化，考察期稀释稳定性。

实施例5

取一定体积的LOX@SRF lipo混悬液，将其分别用纯水，0.01 M PBS，生理盐水，不完全DMEM培养基，含10% FBS的DMEM培养基将其稀释两倍，放置于4℃冰箱中储存，并于第1，2，3，4，5，6，7天利用布鲁克海文激光粒度仪测定其粒径变化，考察脂质体在不同分散体系中的放置稳定性。

实施例6

采用MTT法测定LOX lipo，SRF lipo和LOX@SRF lipo三种脂质体对小鼠乳腺癌4T1细胞增殖的抑制效果。将对数生长期的4T1细胞接种于96孔板中，没孔的细胞密度是1×10⁴个/200μL，在37℃恒温培养箱中培养过夜。待细胞生长至孔板面积的80%时开始给药，设置Control组，LOX lipo，SRF lipo和LOX@SRF lipo组，其中LOX的浓度控制为0.48，0.64，0.96，1.28，1.6 μg/mL，相应的SRF的浓度为0.16，0.21，0.32，0.42，0.53 μg/mL。给药24h后，在避光条件下加入20μL的5 mg/mL的MTT溶液，在细胞培养箱中继续培养4h。用1mL注射器吸走96孔板中的溶液，加入150μL的DMSO，在37℃摇床中振摇15 min，使用酶标仪在490nm处测定各孔的吸光值，并计算出细胞生存率。

实施例7

细胞内的活性氧ROS可以将无荧光的DCFH氧化成有荧光的DCF，本实验使用DCFH-DA检测4T1细胞内活性氧的生成水平。将对数生长期的4T1接种于24孔板中，每孔的细胞密度为1×10⁵个/1 mL，在37 ℃恒温培养箱中培养过夜。待细胞生长至孔板面积的80 %时开始给药设置Control组，LOX lipo，SRF lipo和LOX@SRF lipo组，其中LOX的浓度为1.5 μg/mL，相应SRF的浓度为0.48 μg/mL。给药24h后弃去药液，使用不完全培养基将DCFH-DA稀释至10μM，每孔加入500μL，放置于培养箱中染色30min。染色结束后弃去染色液，用冷PBS清洗三次，然后加入500μL不完全培养基，置于倒置荧光显微镜下拍照。当细胞内ROS水平较高时，DCF可发出绿色荧光。

Claims (10)

1.一种酶和难溶性药物共载脂质体，其特征在于：所述脂质体为采用磷脂、胆固醇和聚乙二醇修饰的磷脂，通过薄膜分散-水化法包裹酶和难溶性药物形成的纳米粒；其中，所述酶为产物是过氧化氢的蛋白酶类，所述难溶性药物为谷胱甘肽合成抑制剂、谷胱甘肽耗竭剂。

2.根据权利要求1所述的酶和难溶性药物共载脂质体，其特征在于：所述磷脂包括天然磷脂和合成磷脂，选自大豆卵磷脂、蛋黄卵磷脂、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的酶和难溶性药物共载脂质体，其特征在于：所述聚乙二醇修饰的磷脂为聚乙二醇修饰的二硬脂酰磷脂酰乙醇胺DSPE-PEG、聚乙二醇修饰的二肉豆蔻酰磷脂酰乙醇胺DMPE-PEG、聚乙二醇修饰的二油酰磷脂酰乙醇胺DOPE-PEG中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的酶和难溶性药物共载脂质体，其特征在于：所述酶选自乳酸氧化酶、葡萄糖氧化酶、丙酮酸氧化酶中的一种或几种；

和/或，所述难溶性药物选自索拉菲尼、爱拉斯汀、柳氮磺吡啶、兰吡立松、甲萘醌、利尿酸中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的酶和难溶性药物共载脂质体，其特征在于：所述酶为乳酸氧化酶LOX，所述难溶性药物为索拉菲尼；和/或，所述聚乙二醇修饰的磷脂为二硬脂酰磷脂酰乙醇胺DSPE-PEG。

6.权利要求1-5任一项所述的酶和难溶性药物共载脂质体的制备方法，其特征在于，包括：

步骤（1）将难溶性药物溶于有机溶剂形成难溶性药物溶液，并配制酶的水溶液，然后在搅拌条件下将难溶性药物溶液滴加到酶的水溶液中，得到酶稳定的难溶性药物自组装纳米粒水溶液；

步骤（2）将磷脂、胆固醇以及聚乙二醇修饰的磷脂溶解于有机溶剂中，水浴条件下旋转蒸发形成有机相薄膜，然后加入步骤（1）中制得的纳米粒水溶液，超声、水化并使用聚碳酸酯膜挤出；

步骤（3）离心，去除游离酶，即得酶和难溶性药物共载脂质体。

7.根据权利要求6所述的酶和难溶性药物共载脂质体的制备方法，其特征在于：步骤（1）的滴加过程中，加入的难溶性药物溶液的体积为酶的水溶液体积的1/100~1/20；优选的，酶的水溶液的浓度为1mg/mL，难溶性药物溶液的浓度为10mg/mL；

和/或，步骤（1）制得的酶稳定的难溶性药物自组装纳米粒水溶液中，所述难溶性药物与酶的质量比为1:1-1:5，优选为1:2；

和/或，步骤（2）中，聚乙二醇修饰的磷脂采用二硬脂酰磷脂酰乙醇胺DSPE-PEG：磷脂：胆固醇：DSPE-PEG的质量比为8:4:1。

8.根据权利要求6所述的酶和难溶性药物共载脂质体的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺、丙酮、甲醇、乙醇、氯仿、二氯甲烷中的一种或几种。

9.根据权利要求6所述的酶和难溶性药物共载脂质体的制备方法，其特征在于：所述水溶液为注射用水、注射用生理盐水、注射用葡萄糖溶液、磷酸盐缓冲液中的一种或几种。

10.权利要求1-5任一项所述的酶和难溶性药物共载脂质体在制备治疗肿瘤疾病药物中的应用。

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