大分子载5-氟尿嘧啶药物及其缓释性研究进展-专家论坛、综述与讲座-医学新闻-世界最新医学信息文摘
大分子载5-氟尿嘧啶药物及其缓释性研究进展
宋春风
(赤峰学院医学院 内蒙古 赤峰 024000)
[摘要]5-氟尿嘧啶是一种不可取代的最有效抗肿瘤药物之一，为了克服其毒副作用较大的缺点，将5-FU连接在天然高分子、化学合成高分子和微生物产生的高分子载体上，制成前药，并进行抗癌活性、缓释性、靶向性研究已成为药物传输、载运和释放研究领域最前沿和热点课题之一。
[关键词]大分子，5-氟尿嘧啶，抗癌活性，缓释性
[中图分类号]R979.1 [文献标示码]A
5-氟尿嘧啶（5-FU）自合成以来，在过去的五十多年的临床实践证明，它具有相当有效的抗肿瘤活性，是一种治疗广泛的肿瘤疾病的抗代谢药物。例如， 对治疗绒毛膜上皮癌、恶性葡萄胎有显著疗效，对结肠癌、直肠癌、胃癌、乳腺癌、头颈部癌等均有较好的疗效， 即使到目前为止，它仍然是一种不可取代的最有效抗肿瘤药物之一[1]。它的疗效虽好，但毒副作用较大、代谢快、半衰期短， 仍然不能最大限度的抑制或杀死癌细胞。为了克服这些缺点，以生物医用大分子作为载体，将5-FU连接其上，制成前药。然后，将前药送入体内，通过大分子材料断裂和体内各种生物酶对大分子材料的降解，使5-FU在体内缓慢地从前药中释放出来，从而减少给药次数和用量，有效地提高5-FU的药效，降低毒副作用。同时，选择合适的大分子载体，还可以增强药物的靶向性，改变药物在靶区内的分布和选择性渗透。这方面的研究是目前药物传输、载运和释放研究领域最前沿和热点课题之一。
用于连接5-FU的生物大分子载体主要有天然大分子及其改性材料，合成与半合成大分子及其改性材料和微生物发酵产生的大分子[2]。
1.天然高分子及其改性材料连接的5-FU前药
天然高分子材料主要有胶原、海藻酸钠、透明质酸等，其次是淀粉及纤维素衍生物如低聚糖、甲壳质等。
1.1 甲壳胺连接5-FU
富含于蟹壳和虾壳中的聚糖胺，可选择性地向肿瘤细胞聚集，具有很好的生物相容性和一定的抗肿瘤、抗细菌作用[3]。
1990年杨福顺等合成了3类分别以酰胺键和碳氮键将5-FU连接到壳聚糖上的前体药物。经水解试验表明，连接5-FU的支链中含有酰胺键的两类载体药物在中性和碱性介质中可分别缓慢释放出5-FU和5-FU烷基羧酸，并且在37℃下的释放率大于在20℃下的释放率，碱性介质中大于中性介质中，随着时间的延长释放速度变慢。经体外生物活性试验表明，能释放5-FU和5-FU烷基羧酸的两类前药对艾氏腹水癌细胞具有较强的杀伤作用，并随着壳聚糖分子量的降低，其载体药物活性有所增强[3]。
1.2 壳聚糖连接5-FU
壳聚糖是脱乙酰的甲壳素（又叫甲壳质），是甲壳素的衍生物，是天然多糖中唯一的碱性多糖，具有独特的物理化学特性和生物学功能，壳聚糖基其分解产物无毒，具有良好的生物相容性和生物可降解性，可选择性地与肿瘤细胞聚集，抑制肿瘤细胞的生长，并可通过活化免疫系统，显示抗癌活性[6]。
1989年Ouchi等合成了4种分别以醚键、酰胺键、酯健和氨基甲酰胺键将5-FU连接到壳聚糖主链上的含5-FU大分子前药，对它们在37℃不同水介质释药表现的研究和在老鼠体内针对p-388癌细胞的临床试验表明，它们比自由的5-FU 具有更高的药效，并且在大剂量使用的情况下，没有显示明显的毒性[4]。
2003年卢凤琦等对上述合成工艺进行了改进，并引入氧瓶燃烧法定量，使工艺得到简化，合成的壳聚糖-5-FU大分子前药中5-FU的含量约为28%。经体外释放试验表明，5-FU在人工体液中从大分子前药中降解释放缓慢[5]。
2005年李和平等以壳聚糖为载体，以溴乙酰基对其进行化学结构修饰，进而合成壳聚糖-5-氟尿嘧啶，通过化学键将壳聚糖与5-FU相连接，利用化学键的降解来控制药物的释放，经在pH为7.2的磷酸盐介质中释放实验表明，此前药有一定的释放效果[6]。
1.3 可溶性淀粉连接的5-FU
选择可溶性淀粉作为载体主要是其对人体无害。1987年周朝华等以在体内水解后得到羟基乙酸和2-羟基丙酸为“桥”，首先用比较简单的方法合成了N1取代的5-FU衍生物，即：1-（氯代乙酰）-5-FU（简称CF）1-（2-氯代丙酰）-5-FU（简称PF）。再将其与淀粉反应，得到淀粉侧链含有5-FU的2种高分子前体药物。经水解试验表明，在室温和36.8±0.2℃条件下，在酸性、中性和弱碱性介质中均可释放出5-FU，且pH=9.0>pH=7.0>pH=1.5，36.8±0.2℃>室温（约20℃）[7]。
2.以化学合成和半合成高分子及其改性产物为载体的5-FU前药
2.1 聚氨基酸类高分子连接5-FU
聚氨基酸类高分子对生物体无毒副作用，无免疫源性，具有良好的生物相容性，并可通过体内的水解或酶解反应最终降解为小分子氨基酸，被人体吸收或排出体外[8]。
1998年朱卡琳等将5-FU氯甲酰后，键合于聚α，β（2-羟乙基）-DL-天冬酰胺上，制得5-氟尿嘧啶-聚α，β-（2-羟乙基）-DL-天冬酰胺前体药物[9]。
2002年张静夏等以聚谷氨酸苄酯为原料，用乙醇胺胺解后制得水溶性良好、反应活性较高的聚[N-(2-羟乙基)-L-谷酰胺]，将5-FU键合其上，得到5-氟尿嘧啶-聚[N-(2-羟乙基)-L-谷酰胺]前体药物，初步的研究结果表明，该高分子键合药物具有一定的缓释效果[8]。
2003年张静夏等又以5-氟尿嘧啶-1-乙酸（FUA）作模型药物，聚羟乙谷氨酰胺为药物载体，制得聚羟乙谷氨酰胺-5-氟尿嘧啶-1-乙酸高分子前提药物，经在pH=7.2的磷酸盐介质中的药物累计释放表明，药物释放初期表现出一定的“突释现象”之后，较为平缓地线性增加，近似于零级释放[10]。
2.2聚乙二醇及聚乙二醇酯类高分子连接5-FU
聚乙二醇的生物相容性好、亲水性强。1985年 Ouchi将3-（5-氟尿嘧啶-1-基丙酸通过酯键连接到甲氧基乙二醇-（α-氢-ω-甲氧基乙烯）上，合成不同聚合度的前体药物。经实验比较表明，酯键水解的速度虽PEG的聚合度的增加而减小，并且通过酯酶缓慢水解，抗肿瘤活性随PEG聚合度的增加而增加，同时也证明了这些物质结合到癌细胞的量随PEG聚合度的增加而增加[11]。
2005年常军等通过酯化反应成功地将5-氟尿嘧啶接入聚乙二醇端基，合成了具有不同聚合度的侧链含5-氟尿嘧啶的聚乙二醇酯，并测定其载药量为18.6%。经体外降解试验表明，含5-FU的聚乙二醇酯容易水解，在磷酸盐缓冲液、稀盐酸和氢氧化钠溶液中都可以水解，但在碱性溶液中水解得到的是5-FU单体，在酸性和中性溶液中水解得到的是5-FU乙酸，而且水解速率较低。同时发现，当聚乙二醇的相对分子质量达到2000时，水解速率最高[13]。
2.3 聚醚类高分子连接5-FU
1986年Ouchi等报道了通过丙烯酸作为桥梁将5-氟尿嘧啶连接到聚乙醚大分子链上4种不同衍生物的合成，并对侧基上悬挂5-FU的酯键在不同的水介质中的水解活性进行了详细的研究。 结果发现，在强酸、强碱溶液中易水解，而在生理盐水和模拟体液中，很难水解。酯键水解速度随聚合度增加而减慢；在磷酸盐的缓冲溶液中水解速度在pH值 6.80-8.01范围内，随pH增加而增加。能被酯酶非常缓慢水解，但不能被脂肪酶水解[14]。
2.4以半合成高分子羧甲基纤维素连接的5-FU
1987年周朝华等将1-（氯代乙酰）-5-FU（简称CF）1-（2-氯代丙酰）-5-FU（简称PF）与羧甲基纤维素反应，得到羧甲基纤维素侧链含有5-FU的2种高分子前体药物。经水解试验表明，在室温和36.8±0.2℃条件下，在酸性、中性和弱碱性介质中均可释放出5-FU，且pH=9.0>pH=7.0>pH=1.5，36.8±0.2℃>室温（约20℃）[7]。
3.以微生物产生的高分子为载体的5-FU前药
α-1，4-聚半乳糖胺（PGA）连接5-FU
α-1，4-聚半乳糖胺是由某种微生物产生的、类似于壳聚糖的聚糖类物质，不溶于中性和碱性的水溶液和普通有机溶剂中，但能溶解在酸溶液中，如盐酸。PGA没有严重的毒性。因为它拥有类似于壳聚糖反应活性的氨基和羟基，所以能制备各种类型的PGA衍生物。PGA和N-乙酰基-α-1，4-聚半乳糖胺（NAPGA）是无毒、无免疫源的可生物降解的聚合物。据报道通过机体免疫系统的刺激，起到某种肿瘤的生长抑制剂的作用。
Ohya等通过六次甲基链将5-FU共价键连接到α-1，4-聚半乳糖胺（PGA）和N-乙酰基-α-1，4-聚半乳糖胺（NAPGA）以及它们的低聚物(GOS, NAGOS)上，合成了PGA/5FU、NAPGA/5FU、GOS/5FU、NAGOS/5FU。并将这些前药通过不同途径对含有p388 癌细胞的雌性老鼠进行了体内和体外的临床观察和实验，结果显示，PGA/5FU 和NAPGA/5FU 对p338 淋巴细胞白血病有很强的存活效应， 而GOS/5FU 对Meth-A 纤维肉瘤具有非常显著的抑制生长作用。所有这些新合成的前药在大剂量使用时，都没有显示剧烈的毒性[15]。
综上所述，以高分子连接的5-FU前药主要有以下特点：（1）5-FU主要以酯键、酰胺键等共价键方式通过不同的桥连接在高分子侧链上。（2）连接在高分子链上的5-FU的释放速度明显受高分子链的影响和制约。（3）通过临床试验表明，接载到大分子链上的5-FU仍然保持其抗癌活性, 在某些情况下显示增强效果。所有大分子载5-FU与简单的5-FU分子相比都具有缓释性。
4. 展望
虽然人们对这一课题进行了广泛深入细致的研究，对提高5-FU的药效、降低其毒副作用获得了相当大的进展。 但是，到目前为止，仍然没有找到更适合临床应用的大分子载5-氟尿嘧啶前药。所有可以通过化学方法接载5-氟尿嘧啶的大分子前药不是在真正的生理环境下难于水解，就是毫无选择性的对正常细胞和癌细胞一同抑制或杀死，这样就不可能达到提高药效降低毒副作用的目的。所以，在未来一段相当长的时期内，这一领域的研究重点仍然是寻找合适的大分子载体，对癌细胞具有更高的选择性和亲和力，更容易渗透到癌细胞内，而非正常细胞，也就是靶向性。而且，这种潜在的大分子前药应该能够在正常的生理环境中容易释放5-氟尿嘧啶，而大分子本身能够在正常的生理环境中在生物酶的作用下，容易被降解，或者被排出体外，或者作为营养物质被机体吸收。
参考文献
[1] 郑虎.药物化学[M].第5版.北京：人民卫生出版社，2004：219-222.
[2] 陈志祥，张政委，田华等.生物降解高分子材料在医药领域中的应用[J].化学推进剂与高分子材料，2005，3（1）：31-34.
[3] 杨福顺，卓仁禧.侧链含5-氟尿嘧啶甲壳胺的合成及其抗肿瘤活性的研究[J].高分子学报，1990，（3）：332-338.
[4] Tatsuro Ouchi, Toshio Banba, Mitsuo Fujimoto et.al. Synthesis and antitumor activity of chitosan carrying 5-fluorouracils [J] .
Makromol.Chem,1989,(190):1817-1825.
[5] 卢凤琦，庄昭霞，曹晶等.壳聚糖-5-氟尿嘧啶前药的合成与释放性研究[J].山东大学学报（医学版），2004，42（2）：226-228.
[6] 李和平，阮建明，蔡红革，等.壳聚糖-5-氟尿嘧啶高分子前药的合成与表征[J].长沙理工大学学报（自然科学版），2005，2（4）：84-88.
[7] 周朝华，杨福顺.载有5-氟尿嘧啶高分子药物的合成
下略
