白蛋白作为药物载体的特点

1、白蛋白作为药物载体的特点白蛋白作为药物载体的特点一、白蛋白一、白蛋白的简介的简介 二、来源二、来源（从什么物种，用什么方法（从什么物种，用什么方法提取）提取） 三、白蛋白三、白蛋白的的结构分析结构分析四、白蛋白四、白蛋白可以作为药物载体的可以作为药物载体的机理机理五、几种五、几种药物的举例药物的举例 六、研究六、研究的的前景前景白蛋白白蛋白 （albumin,Albalbumin,Alb）：）：别称为清蛋白，别称为清蛋白，溶于水溶于水且遇热凝固的一种球形且遇热凝固的一种球形单纯蛋白单纯蛋白，为含为含585585个氨个氨基酸残基的单链多肽，基酸残基的单链多肽，分子量为分子量为6645866458

2、，分子中，分子中含含1717个二硫键，不含有糖个二硫键，不含有糖的组分。的组分。一一、简简介介白蛋白的分类卵白蛋白血清白蛋白乳白蛋白肌白蛋白麦白蛋白豆白蛋白白蛋白（又称清蛋白）是由肝实质细胞合白蛋白（又称清蛋白）是由肝实质细胞合成，在血浆中的半寿期约为成，在血浆中的半寿期约为15-1915-19天，是血天，是血浆中含量最多的蛋白质，占血浆总蛋白的浆中含量最多的蛋白质，占血浆总蛋白的40%-60%40%-60%。白蛋白是属于球蛋白的一种蛋。白蛋白是属于球蛋白的一种蛋白质。在人体内它最重要的作用是白质。在人体内它最重要的作用是维持胶维持胶体渗透压体渗透压。人血白蛋白，系由健康人血浆。人血白蛋白，系

3、由健康人血浆经低温乙醇蛋白分离法提取，并经病毒灭经低温乙醇蛋白分离法提取，并经病毒灭活处理制成。人血白蛋白制剂不含任何抗活处理制成。人血白蛋白制剂不含任何抗体，不会增加机体免疫力。体，不会增加机体免疫力。生理作用生理作用a: a:维持维持胶体渗透压胶体渗透压: :b: b:物质结合和转运物质结合和转运 c c: :协调血管内皮协调血管内皮完整性完整性d: d:保护血细胞，调节凝血保护血细胞，调节凝血e: e:不激活炎症反应不激活炎症反应f: f:器官保护器官保护g: g:其他：抗氧化，损伤修复等其他：抗氧化，损伤修复等 白蛋白又称清蛋白。一类分子白蛋白又称清蛋白。一类分子 较小较小, ,呈球状

4、呈球状, ,能溶于水能溶于水的蛋白质。主要存在于的蛋白质。主要存在于 哺乳动物、细菌、霉菌和植物哺乳动物、细菌、霉菌和植物中。卵白蛋白、乳白蛋白中。卵白蛋白、乳白蛋白、血清血清白蛋白和白蛋白和麦清白蛋白、麦清白蛋白、豆豆白蛋白等白蛋白等植物白蛋白植物白蛋白都都属此类属此类。卵白蛋白包括卵清蛋白和伴清蛋白主要从卵白中提取卵白蛋白包括卵清蛋白和伴清蛋白主要从卵白中提取乳白蛋白广泛存在于哺乳动物（牛、山羊、骆驼、马、乳白蛋白广泛存在于哺乳动物（牛、山羊、骆驼、马、荷兰猪、兔等）和人的乳汁中，是由乳腺腺泡上皮合荷兰猪、兔等）和人的乳汁中，是由乳腺腺泡上皮合成的特殊蛋白质。成的特殊蛋白质。麦清蛋白和豆白

5、蛋白等统称为植物性白蛋白从植物种麦清蛋白和豆白蛋白等统称为植物性白蛋白从植物种子中提取子中提取血清白蛋白主要来源于动物血液血清白蛋白主要来源于动物血液二二、白蛋白白蛋白来来源源动植物组织或细胞，细菌细胞裂解破碎得到蛋白质提取液通过盐析等电点沉淀等方法除去其中的杂质得到体积较小，杂蛋白较少的蛋白提取液纯化的鉴定重结晶结晶经过层析电泳等电点聚焦等方法进一步分离纯化蛋白纯度过低时重复以上步骤得到较为纯净的白蛋白白白蛋蛋白白提提取取工工艺艺结构结构 白蛋白的分子结构已于白蛋白的分子结构已于19751975年阐明，为含年阐明，为含585585个氨个氨基酸残基的单链多肽，分子量为基酸残基的单链多肽，分子量

6、为6645866458，分子中含，分子中含1717个二硫键，不含有糖的组分。在体液个二硫键，不含有糖的组分。在体液pH7.4pH7.4的环的环境中，白蛋白为负离子，每分子可以带有境中，白蛋白为负离子，每分子可以带有200200个以个以上负电荷。它是血浆中很主要的载体，许多水溶上负电荷。它是血浆中很主要的载体，许多水溶性差的物质可以通过与白蛋白的结合而被运输。性差的物质可以通过与白蛋白的结合而被运输。这些物质包括胆红素、长链脂肪酸（每分子可以这些物质包括胆红素、长链脂肪酸（每分子可以结合结合4-64-6个分子）、胆汁酸盐、前列腺素、类固醇个分子）、胆汁酸盐、前列腺素、类固醇激素、金属离子（如激素

7、、金属离子（如Cu2+Cu2+、Ni2+Ni2+、Ca2+Ca2+）药物）药物（如阿司匹林、青霉素等）。（如阿司匹林、青霉素等）。三、三、的的白蛋白白蛋白分子分子白蛋白由具有相似的三维结构三个区域组成，但是三个区域具有高度不对称性( 如图所示) 。域和域几乎互相垂直，形成一个T-型的组装，在T-型的组装中，通过疏水力和氢键相互作用，亚域A 的尾部黏附在亚域A 和亚域B 之间的界面上。域凸出亚域B 大约45角，因此域和域形成一个Y-型的组装。域只和亚域B 相互作用。这些特征使得人血清白蛋白分子像个心型。亚域B 与亚域A、亚域B 形成一个很大的通道，因此域和域几乎没有任何接触。由于域碳端的两个螺旋

8、没有和白蛋白分子其他部分有相互作用，因此域碳端的两个螺旋有很高的温度因子。人血清白蛋白( a) 和人血清白蛋白-脂肪酸复合物的整体结构( b) 脂肪酸用空间填充模型显示。白蛋白结构域分别用不同颜色标记: 亚域A-红色; 亚域B-绿色; 亚域A-蓝色;亚域B-黄色; 亚域A-蓝绿色; 亚域B-橘黄色脂肪酸在人血清白蛋白上的结合位点24PDB 编码: 3B9L。脂肪酸和氨基酸侧链用棍棒模型显示，水分子用小圆球显示。脂肪酸、氨基酸侧链和水中的原子用不同颜色标记: 氧原子-红色; 氮原子-绿色; 碳原子-灰色重叠人血清白蛋白和人血清白蛋白-十四酸复合物的结构显示脂肪酸结合显著地改变人血清白蛋白的构象为

9、什么白蛋白可以作为许多药物的载体？为什么白蛋白可以作为许多药物的载体？其机理何在？其机理何在？它是内源性物质，不会产生毒性或免疫反应。它是内源性物质，不会产生毒性或免疫反应。同时具有良好的稳定性同时具有良好的稳定性。白蛋白独特的空间结构可增加难溶性药物在血白蛋白独特的空间结构可增加难溶性药物在血浆中的溶解度，显著降低药物毒性，且对于易氧浆中的溶解度，显著降低药物毒性，且对于易氧化药物具有较好的保护作用。化药物具有较好的保护作用。机机理理四、四、化学键偶联：、化学键偶联： 白蛋白具有很多活性氨基、羧基，应用白蛋白表白蛋白具有很多活性氨基、羧基，应用白蛋白表面的活性基团与药物偶联，在体内酶的作用下

10、链接面的活性基团与药物偶联，在体内酶的作用下链接的化学键缓慢断裂，可以实现缓释、提高药物溶解的化学键缓慢断裂，可以实现缓释、提高药物溶解性、靶向等目的。性、靶向等目的。: :.共价偶联改变表面性质（如共价偶联改变表面性质（如PEGPEG修饰提高亲水性，修饰提高亲水性，避开巨噬细胞的吞噬）避开巨噬细胞的吞噬）. .结合细胞特异性受体（如半乳糖化修饰提高肝靶向结合细胞特异性受体（如半乳糖化修饰提高肝靶向性性) ).叶酸修饰（提高对叶酸受体丰富的肿瘤细胞的靶向叶酸修饰（提高对叶酸受体丰富的肿瘤细胞的靶向性）性）.免疫抗体欧联（抗体免疫抗体欧联（抗体- -抗原介导系统）抗原介导系统）.磁性化磁性化等等

11、措施实现药物的主动靶向性。措施实现药物的主动靶向性。 其中，赖氨酸残基，赖氨酸残基是建立蛋白与药物间分子链接的重要官能团。、物理包裹、物理包裹 白蛋白作为药物的物理包埋物时，可以起到：白蛋白作为药物的物理包埋物时，可以起到：.保护药物不受外界环境影响。保护药物不受外界环境影响。.提高药物的稳定性。提高药物的稳定性。 . .制备合适粒径大小的纳米粒，依赖制备合适粒径大小的纳米粒，依赖 EPR EPR 效应实效应实现靶向的目的。现靶向的目的。.药物从制剂中缓慢释放实现缓释。药物从制剂中缓慢释放实现缓释。、白蛋白修饰载体、白蛋白修饰载体 将白蛋白与相应配体、抗体欧联作为药物载将白蛋白与相应配体、抗体

12、欧联作为药物载体，借助配体、抗体的作用实现靶向的目的。体，借助配体、抗体的作用实现靶向的目的。.偶联配体偶联配体.偶联单抗偶联单抗.亲水亲水/ /疏水修饰疏水修饰优点总括：优点总括：1. 1.白白蛋蛋白是人体内源性物白是人体内源性物质质（1 1）不会产生毒性或免疫反应）不会产生毒性或免疫反应；（2 2）具有良好的稳定）具有良好的稳定性性，不不会会因人因人体内环境的变化或免疫反体内环境的变化或免疫反应而变性或降解应而变性或降解。3D structure fromPDB 2. 2.利用白蛋白独特的空间结利用白蛋白独特的空间结构，以物理包裹或化学键偶构，以物理包裹或化学键偶联的方式将药物载入其中联的

13、方式将药物载入其中， （1 1）增加难溶性药物在血）增加难溶性药物在血浆中的溶解度浆中的溶解度； （2 2）显著降低药物毒性）显著降低药物毒性； （3 3）对于易氧化药物具有）对于易氧化药物具有较好的保护作用，可显著延较好的保护作用，可显著延长药物半衰期长药物半衰期TIFF image from PDB3. 3.白蛋白载药有被动靶向的作用白蛋白载药有被动靶向的作用。 药药动学研究表动学研究表明，明，白蛋白易被网状内皮系统吞白蛋白易被网状内皮系统吞噬而被动靶向于肝、肾、骨髓等器官。对白蛋白表噬而被动靶向于肝、肾、骨髓等器官。对白蛋白表面具有活性的氨基如赖氨酸面具有活性的氨基如赖氨酸 , , -

14、-氨基进行化学修饰，氨基进行化学修饰，再偶联特异性抗体或配体，可达到主动靶向的目再偶联特异性抗体或配体，可达到主动靶向的目的。的。缺点总括：缺点总括： 稳定性差，半衰期短，成本高，存在致敏性，生稳定性差，半衰期短，成本高，存在致敏性，生物利用度低，对酶敏物利用度低，对酶敏感感 载药量有待提载药量有待提高高 靶向性需待增强靶向性需待增强。 容易被被巨噬细胞吞噬掉。容易被被巨噬细胞吞噬掉。Example 一物理形式结合一物理形式结合 药物载体药物载体 （一）传统制备方法为去溶剂化（一）传统制备方法为去溶剂化- - 化学交联法。将化学交联法。将白蛋白水溶液与含药油相在合适的稳定剂下乳化白蛋白水溶液与

15、含药油相在合适的稳定剂下乳化形成乳粒，再加热或化学交联形成乳粒，再加热或化学交联( ( 戊二醛变性戊二醛变性) ) 使乳使乳粒固化，最后采用过滤或离心的方法收集得到白粒固化，最后采用过滤或离心的方法收集得到白蛋白微球或纳米蛋白微球或纳米粒粒。 1. 1.张晓燕张晓燕等用等用此法制得了稳定的多西他赛此法制得了稳定的多西他赛( ( 多西紫多西紫杉醇杉醇) ) 白蛋白纳米白蛋白纳米粒粒。 显显著提高了多西他赛在水相中的浓度著提高了多西他赛在水相中的浓度。 2. 2.郭莉媛等郭莉媛等 5 5 采用该法制备了白藜芦醇白蛋白纳采用该法制备了白藜芦醇白蛋白纳米粒，所得纳米粒呈球形，主要分布于米粒，所得纳米粒

16、呈球形，主要分布于400 400 500 500 nmnm。 制制成纳米粒后白藜芦醇的水溶性显著改善，溶解成纳米粒后白藜芦醇的水溶性显著改善，溶解度较原药提高了度较原药提高了12 12 倍。（可以提高原药的水溶性，倍。（可以提高原药的水溶性，增加药在水相中的浓中）增加药在水相中的浓中） （二）新型白蛋白纳米粒制备技（二）新型白蛋白纳米粒制备技术术 不不改变白蛋白结构的前提下，将药物载入其中，改变白蛋白结构的前提下，将药物载入其中，以提高制品稳定性。以提高制品稳定性。 例：例：紫紫杉醇杉醇- - 白蛋白纳米粒白蛋白纳米粒( nab-paclitaxel( nab-paclitaxel，Abrax

17、ane) Abraxane) 是第一个应用白蛋白纳米粒技术的上是第一个应用白蛋白纳米粒技术的上市药物，该制剂利用了肿瘤细胞摄取营养物质的市药物，该制剂利用了肿瘤细胞摄取营养物质的途径，将白蛋白传送的营养物质替换为抗肿瘤药途径，将白蛋白传送的营养物质替换为抗肿瘤药紫杉紫杉醇醇。 A A. .避避免了表面活性剂免了表面活性剂( ( 如聚氧乙烯蓖麻油如聚氧乙烯蓖麻油) ) 的使用，的使用，减少了由此带来的过敏反减少了由此带来的过敏反应应 B.B.使使药物富集于肿瘤病灶部位。药物富集于肿瘤病灶部位。 （很多学者用（很多学者用nab-paclitaxelnab-paclitaxel对部分癌症进行临床检对

18、部分癌症进行临床检验，从二期临床研究看来，紫杉醇验，从二期临床研究看来，紫杉醇- -白蛋白纳米粒白蛋白纳米粒有：良好的药效且毒性可耐受，不良反应可控。）有：良好的药效且毒性可耐受，不良反应可控。） 二化学偶联方式二化学偶联方式 白蛋白化药白蛋白化药物物 应应用白蛋白表面的活性基团与药物偶联，确保白蛋用白蛋白表面的活性基团与药物偶联，确保白蛋白的理化性质不变，从而得到结构和性质保存完好白的理化性质不变，从而得到结构和性质保存完好的药物偶联白蛋白。的药物偶联白蛋白。 1. 1. 甲氨蝶呤甲氨蝶呤(MTX) -HSA (MTX) -HSA 结合物是将结合物是将MTX MTX 与与HSA HSA 的赖

19、氨酸基团直接偶合而制成。的赖氨酸基团直接偶合而制成。Devineni Devineni 等等人人先先以以N N- - 羟基琥珀酰亚胺和羟基琥珀酰亚胺和2,2- 2,2- 二环己基碳二亚胺处二环己基碳二亚胺处理理MTX MTX 得到甲氨蝶呤活性酯，然后与得到甲氨蝶呤活性酯，然后与HSA HSA 交联交联。 优势：优势：这这样不仅样不仅HSA HSA 能连接数目较多的药物分子，能连接数目较多的药物分子，且结合物性质稳定，能保持较好的水溶性且结合物性质稳定，能保持较好的水溶性。 2. Hickstein 2. Hickstein 等等人人为为了避免了避免MTX MTX 作为免疫抑制剂使作为免疫抑制剂

20、使用时对胃肠道和骨髓细胞的严重不良反应，将用时对胃肠道和骨髓细胞的严重不良反应，将MTX MTX 与与HSA HSA 偶联制成偶联制成MTX-HSAMTX-HSA。由于增殖性淋。由于增殖性淋巴细胞以摄取白蛋白为能量，因此期望巴细胞以摄取白蛋白为能量，因此期望MTX-HSAMTX-HSA可快速靶向到该细胞来抑制免疫作用可快速靶向到该细胞来抑制免疫作用。 优优势：势：避避免原药不良反应；快速靶向到靶点，起免原药不良反应；快速靶向到靶点，起作作用用 3.Fiehn 3.Fiehn 等等人人通通过胶原诱导关节炎过胶原诱导关节炎( collageninducedarthritis( collagenin

21、ducedarthritis，CIA) CIA) 的小鼠模型研究了的小鼠模型研究了MTX MTX 与与MTX-HSA MTX-HSA 的疗效。结果表明，两者如要达到的疗效。结果表明，两者如要达到相同的疗效，相同的疗效，MTX-HSA MTX-HSA 的给药量仅为的给药量仅为MTX MTX 的的2020。且在治疗后期，仅且在治疗后期，仅MTX-HSA MTX-HSA 组显示有效组显示有效。 优优势：势：这这说明说明HSA HSA 与与MTX MTX 偶合物显著优于偶合物显著优于MTXMTX，提，提示示HSA HSA 是一种有效且长效的药物载体材料是一种有效且长效的药物载体材料。 缺陷：氨甲喋呤是

22、不等量地与白蛋白分子结合，因为缺陷：氨甲喋呤是不等量地与白蛋白分子结合，因为白蛋白上赖氨酸残基众多，只是反应的平均结合比例白蛋白上赖氨酸残基众多，只是反应的平均结合比例为为1:11:1，因此这一偶联物的化学结构并不清楚，其分，因此这一偶联物的化学结构并不清楚，其分解速率，分解产物也尚不明确。解速率，分解产物也尚不明确。 4. 4. HSA/IFN-HSA/IFN- 融合蛋白（融合蛋白（Albuferon-Albuferon- ） Albuferon-Albuferon- 的研发主要是针对慢性丙型肝炎的研发主要是针对慢性丙型肝炎（CHCCHC）治疗）治疗 Albuferon-Albuferon-

23、 是将是将HSAHSA同同IFN-a-2bIFN-a-2b的的N N端融合制备而端融合制备而成，融合成，融合HSAHSA后的后的IFN-a-2bIFN-a-2b的二级和三级蛋白质的二级和三级蛋白质结构保持完好，依然具有同受体结构保持完好，依然具有同受体IFNARlIFNARl和和IFNAR2IFNAR2有效结合的活性，可激活信号转导从而抑有效结合的活性，可激活信号转导从而抑制病毒复制制病毒复制 优点：优点：由于融合由于融合HSAHSA后药物半衰期的延长，后药物半衰期的延长，Albuferon-Albuferon- 可可2 24 4周间隔应用，这将更有利于提周间隔应用，这将更有利于提高治疗的依从

24、性，并防止对合并应用的抗病毒药高治疗的依从性，并防止对合并应用的抗病毒药物物( (如蛋白酶抑制剂如蛋白酶抑制剂) )产产生生耐药性耐药性。 缺点：缺点：虽然融合虽然融合HSAHSA的蛋白质药物在体内的半衰的蛋白质药物在体内的半衰期大大延长，但期大大延长，但生生物活性物活性(ECso)(ECso)均明显均明显低低降，所降，所以在今后的研究中可以考虑通过设计连接以在今后的研究中可以考虑通过设计连接HSAHSA与与药物蛋白的药物蛋白的linkerlinker等途径以解决这个难题。等途径以解决这个难题。三白蛋白表面改性制备靶向给药制剂三白蛋白表面改性制备靶向给药制剂 细胞表面存在各种受体，利用配体与受

25、体的特异细胞表面存在各种受体，利用配体与受体的特异性结合，使白蛋白纳米粒直接靶向细胞，从而改性结合，使白蛋白纳米粒直接靶向细胞，从而改变纳米粒的生物分布。变纳米粒的生物分布。From PPI（一）（一）叶叶酸酸(folate) (folate) 偶联偶联 多多种肿瘤种肿瘤( ( 卵巢癌、肺癌、乳腺癌、结肠直肠癌等卵巢癌、肺癌、乳腺癌、结肠直肠癌等) ) 细胞细胞膜表面的叶酸受体活性和数量显著高于正常细胞，这为膜表面的叶酸受体活性和数量显著高于正常细胞，这为叶酸受体介导药物靶向于肿瘤细胞的研究奠定了基叶酸受体介导药物靶向于肿瘤细胞的研究奠定了基础础。 叶酸叶酸偶联白蛋白纳米粒是由叶酸和白蛋白表面

26、活性基团偶联白蛋白纳米粒是由叶酸和白蛋白表面活性基团在缩合剂的作用下偶联，然后将结合物与药物通过去溶在缩合剂的作用下偶联，然后将结合物与药物通过去溶剂法制得。剂法制得。 例：刘海例：刘海等等人人通通过此法制得的白蛋白纳米粒进入小鼠体过此法制得的白蛋白纳米粒进入小鼠体内内优势：优势：可可靶向于肝癌细胞，提高药效。靶向于肝癌细胞，提高药效。（二）（二）聚聚乙二醇乙二醇(PEG) (PEG) 化白蛋白化白蛋白 普普通白蛋白纳米粒表面共价结合亲水性聚合物通白蛋白纳米粒表面共价结合亲水性聚合物PEGPEG，形成一层或多层保护性的亲水衣膜，改变，形成一层或多层保护性的亲水衣膜，改变微粒表面性质，阻碍调理素

27、微粒表面性质，阻碍调理素(opsonin) (opsonin) 的作用，从的作用，从而避开巨噬细胞的吞噬而避开巨噬细胞的吞噬。 例：徐超等用单甲氧基聚乙二醇例：徐超等用单甲氧基聚乙二醇(mPEG) (mPEG) 对白蛋白对白蛋白纳米球进行表面修纳米球进行表面修饰饰。 优优势：势：可躲可躲避吞噬细胞的捕获和增加药物负载避吞噬细胞的捕获和增加药物负载量。量。（三）（三）免免疫抗体偶联疫抗体偶联 白蛋白纳米粒表面偶联抗体有助于实现其与肿瘤白蛋白纳米粒表面偶联抗体有助于实现其与肿瘤细胞的特异性结合，还能维持有效药物浓度，提细胞的特异性结合，还能维持有效药物浓度，提高转染效率和转染产物的生物利用度。高转

28、染效率和转染产物的生物利用度。 例：阚和平例：阚和平等等人人将将抗人肝癌单克隆抗体抗人肝癌单克隆抗体HAb18 HAb18 通通过异型双功能交联剂与载多柔比星过异型双功能交联剂与载多柔比星(ADR) (ADR) 的人血的人血清白蛋白纳米球清白蛋白纳米球HSA(ADR) -NS HSA(ADR) -NS 偶联，制成的具偶联，制成的具有单抗活性的抗人肝癌免疫纳米球有单抗活性的抗人肝癌免疫纳米球HAb18-HAb18-HSA(ADR) -NSHSA(ADR) -NS能与人肝癌细胞株能与人肝癌细胞株SMMC-7721 SMMC-7721 特异特异性结合，其体外杀伤性结合，其体外杀伤SMMC-7721

29、SMMC-7721 细胞的细胞的IC50 IC50 值值(44.6 g/ml) (44.6 g/ml) 较较HSA(ADR)-NS(345.5 g/ml) HSA(ADR)-NS(345.5 g/ml) 及及ADR(365.5g/ml)ADR(365.5g/ml)明显降低；人肝癌裸鼠模型显示明显降低；人肝癌裸鼠模型显示肿瘤抑制率肿瘤抑制率比比HSA(ADR)-NS HSA(ADR)-NS 及及ADR ADR 明显增强。明显增强。（四）（四）表表皮生长因子皮生长因子(epidermal growth factor(epidermal growth factor，EGF)EGF)偶联偶联 表皮生长因子受体表皮生长因子受体( epidermal growth factorreceptor( epidermal growth factorreceptor，EGFR) EGFR) 参与激活一系列复杂的细胞信号转导途径，广泛表达于上参与激活一系列复杂的细胞信号转导途径，广泛表达于上皮细胞、间质及神经组织。