石安华/武俊紫：一种基于茴香酸对羟基苯乙酯和3-丙烯酰胺基苯硼酸的新型葡萄糖响应纳米粒子能降低血糖和改善糖尿病肾病

云南中医药大学石安华、云南中医药大学武俊紫、昆明医科大学边立功在国际学术刊物《Mater Today Bio》（IF：7.435）在线发表了一种以中药单体茴香酸对羟基苯乙酯(HPA)为缓释核心材料的新型葡萄糖敏感纳米系统p(AAPBA-b-HPA)，将其装载胰岛素后制备成的纳米注射剂能够在降低血糖的同时，随着缓释材料HPA的降解发挥其药理活性，治疗糖尿病最常见的并发症之一糖尿病肾病。论文题目为“Novel glucose-responsive nanoparticles based onp-hydroxyphenethyl anisate and 3-acrylamidophenylboronic acid reduce bloodglucose and ameliorate diabetic nephropathy”（DOI：10.1016/j.mtbio.2021.100181）。这对于开发更多类型的中药缓释材料，有效提升葡萄糖敏感系统对糖尿病并发症的治疗带来突破。

图1. p(AAPBA-b-HPA)纳米注射剂葡萄糖响应性递送胰岛素和释放HPA的示意图

一、p(AAPBA-b-HPA)高分子聚合物的合成与表征

在研究中，作者以植物提取物HPA为原料，通过与丙烯酰氯酯化反应赋予HPA单体一个C=C双键，之后将其与p（AAPBA）进行嵌断共聚反应，构建构建出一批具有不同比例的p(AAPBA-b-HPA)高分子聚合物。1H-NMR光谱和红外光谱对原料和聚合物的化学结构进行表征，明确聚合反应是否成功的发生；热重（TG）和导数热重(DTG)显示p(AAPBA-b-HPA)具有热分解性和热稳定性；凝胶渗透色谱（GPC）测定合成的聚合物分子量和分子量分布。

图2. 丙烯酰氯酯化-HPA (A)、p(AAPBA) (B)和p(AAPBA- B - HPA) (C)分子结构的合成。

图3. AAPBA(a);HPA (b);p (AAPBA) (c);p(AAPBA-b-HPA) (d)的1H-NMR谱图。(e) FT-IR光谱结果。(c)聚合物热分析:DTG(f)和TG(g)。

二、p(AAPBA-b-HPA)纳米粒子的性能

通过W/O法制备p(AAPBA-b-HPA)纳米粒子。透射电镜（TEM）观察到p(AAPBA-b-HPA)纳米粒子的形貌为球形。DLS法显示纳米粒子的径粒纳米粒子分布均匀，具有良好的分散性，并具有可降解性。同时这种新型纳米粒子有良好的葡萄糖敏感性、pH敏感性和生理条件下的稳定性，通过体外细胞毒性和小鼠体内毒性实验，显示纳米粒子具有较高的生物相容性。

图4. 透射电子显微镜(TEM)观察p(AAPBA-b-HPA)2纳米粒子在18 mmol/L葡萄糖处理前(a)和处理后(b)的图像。(c)p(AAPBA-b-HPA)2纳米粒子的粒径和多分散系数。(d) p(AAPBA-b-HPA)纳米粒子的Zeta电位。纳米粒子在不同的(e)葡萄糖浓度；(f)pH；(g)和时间的的流体力学直径。(h)纳米颗粒的葡萄糖敏感弹性。透射电镜显示纳米粒子在模拟人体体液(SBF)中浸泡7(i)、14(j)、21(k)和28(l)天后的降解情况。

图5.MTT法检测3个比例的p(AAPPA-b-HPA)纳米粒子对人正常肝脏L02细胞(a)和人肝癌SMMC-7721细胞(b)的细胞毒性情况。每个值代表均值±SD (n=5)。(c)正常组和p(AAPBA-b-HPA)2纳米低、中、高处理组小鼠的心,肝,脾,肺,肾和皮肤的HE染色图像。

三、p(AAPBA-b-HPA)纳米粒子体外胰岛素和HPA释药考察

以上结果，提示所制备的纳米粒子具有在生理条件下对血糖浓度的变化进行智能的反应，具有递送葡萄糖敏感的药物潜力。因此，接下来进一步探索纳米粒子装载、释放胰岛素和HPA的情况，以及释放胰岛素的构想是否改变。作者采用渗析法研究了在不同糖浓度下,包裹有胰岛素的纳米粒子在pH 为7.4的PBS缓冲液中的胰岛素释放行为。测试结果表明纳米粒子具有较高的胰岛素载药量和包封率，能随着葡萄糖浓度的变化改变释药速率，且释放胰岛素和HPA未失去药理活性。

图6. p(AAPBA-b-HPA)1,2,3纳米粒子在葡萄糖浓度为0 mmol/L(a)、6mmol/L(b)和18mmol/mL(c)时的胰岛素累积释放量；p(AAPBA-b-HPA)2纳米粒子在0mmol/L、6mmol/L和18mmol/mL时的胰岛素累积释放量；在在葡萄糖浓度为0mmol/L(e)和18mmol/L(f)时，p(AAPBA-b-HPA)1,2,3纳米粒子在体外的HPA累积释放量。

四、糖尿病肾病小鼠体内降糖特性和HPA药效学评价

最后，作者将纳米粒子注射剂皮下注射到糖尿病肾病小鼠模型中，观察这种纳米粒子的对糖尿病肾病的治疗情况。分析表明，装载胰岛素的p(AAPBA-b-HPA)2注射剂在48h内稳定地调节了DN小鼠的血糖水平，更重要的是，随着缓释材料HPA在体内的降解，DN小鼠体内的肾功能损伤得到改善，炎症反应减轻，抗氧化水平提高，从而能够治疗小鼠糖尿病肾病。

图7.（a）小鼠皮下注射p(AAPBA-b-HPA)2注射剂28h内的血糖浓度变化；(b)各组小鼠肾组织病理改变，HE染色(×400)；干预8周后，各组小鼠的BUN (c)、SCr (d)、UTP (e)水平。各组小鼠的炎症(f-j)和氧化应激指数(k-n)。数据以均数±标准差表示(n=10)。*P<0.05vs 正常组; #P<0.05 vs 模型组p. △P<0.05 vs 胰岛素注射组。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2021.100181

通讯作者简介：

石安华，博士，教授，硕士研究生导师。国家中医药管理局“十二五”重点学科“中西医结合基础”后备学科带头人，云南省高校中医证候微观辨证重点实验室负责人，中国中西医结合学会第九届肝病专业委员会青年委员、云南省中西医结合学会理事、云南省中医药学会中医全科医师及继续教育专业委员会副主任委员、云南省医师协会继续教育专业委员会常务委员、中华中医药学会继续教育分会青年委员。近年来主持参研国家及省级科研课题7项（已结题4项）；第一作者/通讯作者发表论文数十篇；获授权专利6项；副主编著作5部，参编全国规划教材16部。

武俊紫，博士，副教授，硕士研究生导师，云南省高层次人才计划青年人才，云南省高校中医证候微观辨证重点实验室副主任，其主要研究兴趣包括生物医用有机高分子材料、中药制剂，代谢性疾病药物药理，基于中医药缓释辅料的智能响应小分子前药纳米制剂。近年主持国家自然科学基金青年项目1项、省级基金多项。担任《ActaBiomaterialia》、《Pharmaceutics》、《InternationalJournal of Nanomedicine》、《Anti-Cancer Agents inMedicinal Chemistry》、《Journal of ClusterScience》、《MaterialsScience and Engineering: C》、《Materials Science andEngineering: B》等多个国际主流杂志评审专家。