科学网—FMH|中国药科大学邓大伟教授团队：共组装策略——提高天然植物化合物生物利用度的高效方法
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2024-7-25 14:23
| 个人分类: 药食同源(英文) | 系统分类: 科研笔记
Introduction
天然植物化合物是构成大多数早期药物的基础，在药物发现中发挥了至关重要的作用。中药制剂和组合物是天然产物临床药用的主要模式。
Results and Discussion
药食同源资源的次生代谢产物，如生物碱、萜类、多糖、酚类化合物和皂苷，表现出广泛的药理作用，对药物开发至关重要。利用药物递送系统（DDS）递送天然小分子是药物递送研究的一个重要领域。DDS具有独特的性质，包括缓释、控释和靶向能力，可以提高药物生物利用度，改善药代动力学和药物生物分布，减少副作用。鉴于天然植物化合物种类繁多，次生天然小分子性质多样，需要持续研究以确定合适的天然小分子进行共组装，并了解其组装机制。在这篇文章中，我们主要关注在药物化学和纳米医学领域广泛使用的五类天然植物化合物的共组装策略，包括黄酮类、三萜类、多酚类、苯丙烷类和生物碱（图2）。
三萜类、多酚类、苯丙烷类和生物碱
黄酮类化合物存在于金银花和姜黄等多种传统中药中，具有多种药理作用，如抑制肿瘤生长、减少炎症和调节免疫系统等。尽管它们在自然界含量丰富，但溶解性低和稳定性差阻碍了其药用发展。研究表明，这些化合物的口服生物利用度通常低于10%，甚至低于5%。此外，它们受到环境因素的影响，容易氧化和分解。近年来，共组装策略被认为是解决黄酮类化合物生物利用度低和稳定性差问题的一种很有前途的方法。
表 1. 类黄酮化合物的种类、化学成分和主要膳食来源
萜类化合物是碳氢化合物或其氧衍生物，其分子为异戊二烯单元的倍数。这些氧衍生物可以是醇、醛、酮、羧酸、酯等。近年来，能够组装的萜类化合物不断增多，它们可以形成不同形状和大小的纳米颗粒，并可能成为高效药物递送的潜在平台。
多酚是植物中丰富的天然小分子，以酚羟基为特征，对人类健康有益。最近的发现了多种具有突出抗氧化、抗肿瘤、抗炎、抗菌和抗病毒活性的多酚类小分子。多酚类小分子在稳定性和修饰性方面具有优势，在生物成像和纳米递送应用方面极具前景。除此之外，多酚还能够与金属离子、无机材料、聚合物、蛋白质和核酸进行共组装，是一类十分具有组装潜力的化合物。
图 3 多酚生物医学应用 [2]
苯丙烷类化合物的特征是与苯环相连的三条线性碳链，形成基本结构单元。根据它们的结构，分为简单的苯丙烷类化合物、香豆素和木脂素。这些化合物表现出丰富的药理活性，特别是在癌症治疗中抑制肿瘤细胞增殖。结构中的羟基和羧基使其易于进行结构修饰，能够在共组装中充当偶联活性分子，赋予共组装的单体分子特殊的活性。苯丙烷类化合物具有显著的抗氧化、抗肿瘤和抗炎活性，是一类值得进一步开发的活性天然小分子。
图 4. 常见的苯丙烷类化合物肉桂酸、对羟基肉桂酸、咖啡酸、
阿魏酸、异芥酸和绿原酸的结构
生物碱是自然界中发现的含氮碱性有机化合物，主要存在于植物中，也存在于一些动物中。大多数生物碱具有复杂的环结构，氮原子主要在环上。根据其结构可分为有机胺生物碱、异喹啉生物碱、吡啶生物碱、吲哚生物碱、二萜生物碱和东莨菪碱生物碱。
生物碱具有独特而复杂的含氮环结构，可以通过各种非共价相互作用组装，主要包括氢键、π-π共轭和疏水相互作用。此外，生物碱结构可以通过非共价相互作用形成基本的堆叠单元，这些单元可以进一步组装以构建材料的基本框架。大多数生物碱结构含有不对称的碳原子，因此表现出光学活性。
Conclusion
天然植物化合物的共组装是一个很有前途的化学领域。目前基于这些化合物的药物筛选策略面临着越来越大的挑战，这使得通过共组装策略探索现有天然植物化合物的治疗潜力成为一个引人注目的研究兴趣。共组装提供了双重好处，赋予某些天然植物化合物独特的微观结构、功能和优势，使其摆脱其他赋形剂的限制，并通过设计新的前药和重新利用现有药物来扩大天然植物化合物的应用范围。
虽然天然植物化合物的共组装策略已经引起了大量的研究关注，但特定纳米结构的设计需要清楚地了解这些化合物的潜在分子间相互作用、构象关系、药理活性以及体内降解和代谢过程，在实现临床应用之前，需要进行大量的基础研究。此外，天然植物化合物的复杂结构和官能团，以及它们在组装过程中对共组装的影响，还需要进一步阐明。
参考文献
1 . Mozaffarian, D., Blanck, H.M., Garfield, K.M., et al. A Food is Medicine approach to achieve nutrition security and improve health, Nature Medicine 2022, 28: 2238-2240. https://doi.org/10.1038/s41591-022-02027-3
2. Guo, Y.X., Wu, F.G., Dai, Y.L., et al. Polyphenol-Containing Nanoparticles: Synthesis, Properties, and Therapeutic Delivery, Advanced Materials 2021, 33: 2007356. https://doi.org/10.1002/adma.202007356
作者简介
1 第一作者简介
苗宇航 ，男，目前在中国药科大学邓大伟教授课题组攻读博士。主要研究方向为基于天然植物化合物递送体系的构建及其生物医学应用；基于载体的联合治疗平台的构建及其在肿瘤治疗中的应用。参与国家重点研发计划，主要工作为肠道微环境响应的天然植物化合物靶向递送技术体系构建。
2 通信作者简介
邓大伟 ，男，教授，博士生导师，博士（分析化学，南京大学），江苏省杰出青年基金获得者（2019年），江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次培养对象（2022年），教育部新世纪优秀人才，获教育部自然科学二等奖（3/7）。江苏省第十二批/十三科技镇长团泰州医药高新区团长，中国药科大学工学院生物医学工程与诊断药学系系主任，中国药科大学学术委员会委员，科技部国家重点研发计划纳米专项会评专家，国自然-通讯评审专家，中国光学学会生物医学工程专业委员会青年委员，医疗器械与药学装备专业委员会青年常委，江苏省生物医学工程学会多个专业委员会副主任委员或委员。目前，主要从事生物相容性好的药用纳米材料合成、表征与生物应用研究。作为项目负责人先后承担国家自然科学基金三项，省部级基金七项，横向课题三项；发表SCI检索科研论文近60篇（一作和通讯作者），影响因子累积超200；SCI他引约1500次（H因子为20），其中包括Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Nano lett.和Adv. Mater.等高影响力期刊论文正面引用。并被多个国际著名期刊如Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Chem. Sci., Small, Chem. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, 和Nano Research等邀为审稿人。
原文网址
https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.9420022
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