摘要
作为自然界广泛存在的活性成分，天然药物展现出多种药理活性，在生物医药和新药研发等领域发挥了重要作用。其中，甘草酸、橙皮苷、黄芩苷等天然药物不仅具有抗肿瘤活性，还表现出良好的抗病毒潜力，但水溶性差、药物半衰期短、生物利用度低、毒副作用较大等共性问题，严重阻碍了其临床应用和转化。智能响应药物递送系统可实现药物的精准运输和可控释放，显著提高天然药物的抗肿瘤和抗病毒性能，已成为本领域的热点研究方向。本论文利用肿瘤和病毒引起的炎症等病灶部位低pH、高活性氧(ROS)等共性特点，以皂苷类药物甘草酸、人参皂苷Rb1及生物碱类药物喜树碱为主要研究对象，采用物理包载和经硼酸酯键化学偶联两种策略，构建了pH响应、pH/ROS双响应和pH/温度双响应等智能响应抗肿瘤递送系统和甘草酸及其他药物组合物的ROS响应型抗病毒递送系统。具体的研究内容如下: (1)负载喜树碱的pH响应木质素基递送系统构建及抗肿瘤性能研究。喜树碱类天然药物具有显著的抗肿瘤活性，为了提高其生物利用度，采用“物理包载”的药物递送策略，基于肿瘤的增强渗透和滞留保持效应和特殊微环境，设计了一种pH响应药物递送系统。以天然高分子木质素为骨架，经曼尼希反应得到胺化木质素，然后经酰胺化反应偶联pH响应性的组氨酸，制备两亲性的胺化木质素-组氨酸偶联物，该偶联物自组装包载10-羟基喜树碱，得到被动靶向的纳米胶束。该载药纳米胶束具有较小粒径(38.41±6.08nm)和较高载药量(15.57±1.04％)。在体外模拟肿瘤细胞内涵体(pH=5.5)和溶酶体(pH=4.5)的微酸性条件下处理24h后，药物累积释放量分别为正常生理条件下的1.6倍(pH=5.5)和1.9倍(pH=4.5),表现出良好的pH响应药物释放行为。在体外细胞实验中，纳米胶束表现出较低的细胞毒性、良好的生物相容性和更高的细胞摄取率(为纯药组的2.2倍)。小鼠体内实验结果表明，该递送系统展现出优异的抗肿瘤效果(相对肿瘤抑制率为纯药组的2.2倍)和更低的毒副作用。 (2)负载甘草酸的pH/活性氧(ROS)双响应石墨烯基递送系统构建及抗肿瘤性能研究。作为皂苷类天然药物，甘草酸具有良好的肝靶向及抗肿瘤活性，为了增强其药效和生物利用度，提高药物递送系统的载药量和靶向性，采用“经硼酸酯键化学偶联”的递药策略，设计了一种肝靶向、高载药量的pH/ROS双响应药物递送系统。以二维材料纳米氧化石墨烯为骨架，在接枝聚乙二醇后经酰胺化反应引入苯硼酸，得到纳米氧化石墨烯-聚乙二醇-苯硼酸结合物，而后经pH和ROS响应的硼酸酯键负载具有肝靶向和抗肿瘤性能的甘草酸，构建了一种主动靶向的pH/ROS双响应药物递送系统。该递送系统的载药量为18.21±0.02％,在体外模拟肿瘤微酸(pH=6.5)和高ROS(1.0mMH2O2)的条件下处理12h，药物累积释放率分别为正常生理条件下的1.2倍(pH=6.5)和1.3倍(1.0mMH2O2),表现出良好的pH和ROS响应药物释放行为。体外细胞实验结果表明，当药物作用于人肝癌细胞(HepG2)24h后，该递送系统组的细胞存活率为71.55±4.16％，约为纯药组的1.4倍，表现出药物缓释性能，而作用72h后，细胞存活率显著降低(31.43±2.00％),表现出良好的抗肿瘤效果。另外，选择人胚胎肾正常细胞(293T)评价递送系统的细胞毒性，结果证明在作用72h后，空白载体组的细胞存活率为78.61±0.45％,展现出良好的细胞相容性和较低的细胞毒性。 (3)负载人参皂苷Rb1的pH/温度双响应、可光热转化MXene-共聚物基分子印迹载药水凝胶构建及抗肿瘤性能研究。人参皂苷Rb1具有免疫调节作用，生物代谢后得到的人参皂苷CK表现出良好的抗肿瘤效果。为了实现Rb1的高效负载，并赋予药物递送系统光热治疗的可能性，选择“经硼酸酯键化学偶联”的药物递送策略，集成新型二维材料MXene、分子印迹技术和硼酸亲和材料的特点，设计了一种高载药量、光热转化的pH/温度双响应载药水凝胶。以N-异丙基丙烯酰胺为温度响应单体、4-乙烯基苯硼酸为顺式二醇识别单体、硅烷化的MXene为光热转化和机械增强的功能单体，人参皂苷Rb1为模板分子，通过自由基聚合反应制备具有光热转化性能的pH/温度双响应分子印迹水凝胶。该水凝胶可通过官能团和几何空间的双重识别，实现对人参皂苷Rb1的可控负载。当递送Rb1时，水凝胶的载药量为2.86±0.22％,可经“光能-热能-温度升高-体积收缩”的连锁变化实现Rb1的可控释放。在模拟肿瘤细胞微酸性环境(pH=6.5)的条件下处理8h后，药物累积释放量为正常生理条件下的1.4倍，展现出pH响应药物释放性能。同时该水凝胶在体外细胞实验表现出较好的抗肿瘤效果，且良好的光热转化性能有望实现肿瘤光热治疗。 (4)负载甘草酸的活性氧(ROS)响应葡聚糖基递送系统构建及抗冠状病毒性能研究。甘草酸不仅具有抗肿瘤活性，还展现出巨大的抗冠状病毒潜力，为了提高甘草酸的抗病毒活性，采用“经硼酸酯键化学偶联”策略设计了一种与冠状病毒S蛋白有强结合力的药物递送系统。线性高分子葡聚糖经部分氧化得到氧化葡聚糖，通过席夫碱反应接枝聚乙二醇后，进一步经酰胺化反应连接3-氨基苯硼酸，得到多支链的氧化葡聚糖-聚乙二醇-苯硼酸结合物，通过硼酸酯键负载具有“捕获”刺突蛋白（S蛋白）功能的甘草酸，得到靶向S蛋白的ROS响应抗冠状病毒递送系统（ODPAG）。该递送系统的载药量为21.98±0.19％（OD40kPAG）和19.65±0.11％（OD450kPAG）,表现出ROS响应性，半衰期显著提高。亲和力评价实验结果证明，其与S蛋白的亲和能力明显提高。在体外细胞实验中，该递送系统对SARS-CoV-2假病毒的IC50值为1.33μM（OD40kPAG）和0.89μM（OD450kPAG）,表现出良好的病毒抑制效果。 （5）负载甘草酸、橙皮苷和黄芩苷等三种药物的活性氧（ROS）响应聚乙二醇基递送系统构建及抗新冠病毒性能研究。甘草酸、橙皮苷和黄芩苷等天然药物通过不同的作用机制和靶点，展现出一定的抗冠状病毒活性，为了提高抗新冠病毒递送系统的广谱性和有效性，采用“经硼酸酯键化学偶联”策略将三种药物共同偶联在八臂聚乙二醇上，制备了一种多靶点、强结合力的ROS响应抗病毒药物递送系统。羧基化的八臂聚乙二醇通过酰胺化反应连接3-氨基苯硼酸，而后经硼酸酯键负载甘草酸（G）、橙皮苷（H）、黄芩苷（B）三种靶向新冠关键蛋白的药物，制备了S蛋白/主要蛋白酶（Mpro）双靶点的ROS响应抗新冠病毒递送系统（mPAGHB）。该递送系统的载药量为3.55±0.04％（G）、1.03±0.04％（H）和0.66±0.03％（B），表现出ROS响应释药性和优异的生物相容性（72h后细胞存活率＞80％）,药物半衰期提高至纯药组的7.3倍（G）、10.7倍（H）和8.0倍（B）。在体外亲和力评价实验中，该递送系统表现出对S蛋白更高的亲和能力（KD值为4.95×10-2）。在体外细胞实验中，其对SARS-CoV-2假病毒及奥密克戎（Omicron）变异株均表现出较强的抑制效果（IC50值分别为0.50μM和2.53μM）,展现出一定的广谱性。 综上所述，本论文针对甘草酸等天然药物在抗肿瘤/抗病毒治疗中存在的缺点，采用不同的药物递送策略，构建了多种天然药物智能响应递送系统，并研究了其抗肿瘤或抗冠状病毒性能，为天然药物在肿瘤和冠状病毒方面的应用提供思路和理论支持，推动以天然药物为核心的相关递送平台的构建与开发。
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