Vepoloxamer

摘要 表面活性剂对生物制剂的稳定性起着至关重要的作用。几十年来，聚山梨酯20（PS20）和聚山梨酯80（PS80）一直主导着蛋白药物特别是抗体药物制剂领域，这主要归因于其优异的稳定性能和在人体应用中良好的安全性与耐受性。然而，过去十年中，关于这两种聚山梨酯稳定性的担忧日益增加，主要集中在降解和产品质量问题上。 因此，寻找一种降解风险更低、对产品质量影响更小的替代品，成为了制剂开发的重要方向，其中泊洛沙姆188（P188）作为一种非离子型三嵌段共聚物表面活性剂备受关注。本文基于现有文献，系统综述了泊洛沙姆188的理化性质、分析方法、在生物制剂中的稳定性特性，并探讨了其作为聚山梨酯替代品的优缺点。 01 — 蛋白制剂中的表面活性剂 为了确保制剂与活性药物成分（API）的相容性，并满足不同给药途径（如静脉、皮下或肌肉注射）的要求，每一种生物制药产品均需开发最优配方体系。在典型的蛋白或抗体制剂中，常用辅料包括：渗透压调节剂（如糖类、氯化钠）；缓冲体系（如磷酸盐、组氨酸或柠檬酸盐）；表面活性剂；必要时加入防腐剂 其中，表面活性剂在维持蛋白稳定性方面尤为关键，其主要作用包括抑制界面诱导的蛋白吸附与聚集。然而，由于其两亲性结构，表面活性剂也可能引发刺激反应、细胞损伤甚至溶血等不良效应，因此其安全性和毒理学评价要求尤为严格。 目前，FDA批准用于静脉、皮下或肌肉注射的表面活性剂种类有限，卵磷脂及其他磷脂、油酸与棕榈酸均被列为天然来源表面活性剂。已获批上市的其他表面活性剂还包括：泊洛沙姆188、聚氧乙烯脂肪酸酯类（如聚乙二醇15羟基硬脂酸酯）、聚氧乙烯35蓖麻油、聚山梨酯20（吐温20）、聚山梨酯80（吐温80）以及月桂酸山梨醇酯（司盘20）。 在这些品种中，聚山梨酯和泊洛沙姆188构成了当前生物制剂中最重要的两类非离子型表面活性剂体系。 聚山梨酯：主导地位与潜在风险 表面活性剂除可在较低辅料浓度下稳定蛋白制剂外，还需依据给药途径满足各项特定使用要求。口服递送蛋白类药物难度较大，现已形成独立研究领域，因此绝大多数蛋白制剂均按注射给药方向研发，这也大幅缩减了可用表面活性剂的选择范围。 部分获批用于外用或口服的表面活性剂，虽在蛋白稳定性研究中表现优异，但仍需通过系统研究、动物试验及人体试验，全面评估其静脉、皮下等注射给药毒性与药理特性。这也是获批注射制剂中可用表面活性剂品类有限的重要原因之一。 聚山梨酯20和80在生物制剂，尤其是单克隆抗体（mAb）产品中长期占据主导地位。据统计，超过90%获EMA批准的单克隆抗体产品配方中含有PS20或PS80（表1）。 表1 欧盟获批的抗体制剂中表面活性剂使用 然而，这聚山梨酯并非单一的化学分子（图1），而是高度复杂的混合物，其复杂性来源于：聚乙氧基链长度的不均一性山梨坦结构未完全酯化多种脂肪酸组成（C6–C18，包括油酸和硬脂酸） 因此，聚山梨酯本质上是多种组分的混合物，其组成波动可能影响制剂稳定性与一致性。 图1 PS20、PS80以及泊洛沙姆188主要成分的结构式 聚山梨酯的降解机制 近年来，聚山梨酯稳定性的挑战逐渐受到关注，其主要降解途径包括： （1）氧化降解催化因素：温度、光照、过渡金属离子在常温储存及制备过程中亦可发生产生过氧化物、醛类等降解产物 （2）酯键水解释放游离脂肪酸可形成难溶性脂肪酸颗粒 研究表明，宿主细胞蛋白（HCPs）中的脂肪酶活性可能是水解反应的重要来源。尽管聚山梨酯存在上述降解风险，其仍被广泛使用，主要原因在于： 对蛋白具有优良的保护作用能有效抑制界面诱导聚集在注射途径中耐受性良好 鉴于目前聚山梨酯存在降解问题，生物科技企业一方面探讨对生物制剂中表面活性剂开展强制性质量及性能监测；另一方面也重新考量泊洛沙姆188等替代型表面活性剂。 02 — 泊洛沙姆188——结构特点与理化性质 1）分子结构与合成 泊洛沙姆是一系列由疏水的聚氧丙烯链段和两侧亲水的聚氧乙烯链段组成的三嵌段共聚物的统称，结构通式为EOa-POb–EOc（图1）。根据泊洛沙姆品类不同，a, b, c的数值跨度较大。注册商标产品（如Synperonic®、Pluronic®、Kolliphor®等）提供了不同EO和PO单元比例及不同形态（液体、糊状、蜡状固体）的产品。以泊洛沙姆188为例，其聚氧丙烯链段单元数为25~30，两侧聚氧乙烯链段平均各含75~85个环氧乙烷单元。 以Kolliphor® P188为例，前两位数字乘以100即为聚氧丙烯（PO）嵌段分子量1800g/mol，最后一位数字乘以10代表聚氧乙烯（EO）的质量百分比80%。 另一种命名规则（适用于Synperonic®,Pluronic®和Lutrol®系列产品）：以字母开头标注室温下物理形态（L=液态；P=膏状；F=片状固体），后接两位或三位数字，比如Pluronic F68。三位数编号中，前两位数字乘以300为疏水聚氧丙烯（PO）段近似分子量1800g/mol，末位数字乘以10即为亲水聚氧乙烯（EO）的含量百分比80%。 2）药典标准 与吐温类不同，泊洛沙姆并没有针对单一品种的独立药典专论，而是统一在一个章节中进行描述。USP和EP中收载了五种类型的泊洛沙姆标准（表2）。 表2 EU/USP药典收录的不同类型泊洛沙姆 其药典标准非常相似： 1) 采用红外光谱法进行定性鉴别 2) 利用邻苯二甲酸酐-吡啶溶液对端羟基酯化，再以氢氧化钠溶液滴定，测定平均分子量 3) 样品溶液pH值需控制在5.0~7.5 区间 4) 通过核磁共振光谱测定氧乙烯占比，以及氧丙烯与氧乙烯的配比。 药典监测三种杂质（图2）：游离环氧乙烷、环氧丙烷和1,4-二恶烷，其限度分别为1 ppm、5 ppm和1-10 ppm。USP和EP仅监测原料和副产物，而不监测降解产物。 图2 泊洛沙姆188原料及已检出降解产物 此外，市售P188中常含50–125ppm丁基化羟基甲苯（BHT）作为抗氧化剂，尽管其被监管接受，但在内分泌干扰风险方面仍存在争议。因此，虽然由稳定化泊洛沙姆引入到最终产品中的BHT实际含量可能很低，但用户仍应考虑法规对特定应用中BHT浓度的限制。 3）分子量分布与批间差异 与聚山梨酯中脂肪酸组成的变化类似，泊洛沙姆在平均分子量和分布上也存在差异。由于每一批产品实际上是多种结构的混合物，因此可能发生批次间差异。 这一点在细胞培养生物加工过程中尤为明显：当P188被用作抗剪切保护剂、防止气泡造成细胞损伤时，不同批次之间的差异已经被多项研究报道。P188批次中疏水性高分子量成分的变化被确定为导致细胞活力和生物药物产量差异的原因。 4）自组装行为 有趣的是，泊洛沙姆特别是P188在溶液中表现出独特的自组装行为。在室温（25°C）及以下，可以观察到表面活性剂的自组装，但不是典型的由几个表面活性剂分子组成的胶束形式。推测存在单个P188分子的分子内缔合。核磁共振研究发现PEO和PPO峰变宽，表明可能形成胶束，但作者认为这些可能是由“一个分子折叠而成，其中聚氧乙烯链包裹在聚氧丙烯区域周围”。在气-液界面，P188可以形成不同的表面活性剂膜组织形式，如煎饼状、蘑菇状、刷状或雪茄状，具体取决于表面压力。 5）CMC与HLB特性 临界胶束浓度（CMC）定义为溶液中表面活性剂分子在表面饱和并开始形成胶束时的浓度。然而，对于像聚山梨酯这样复杂的表面活性剂，CMC这一术语具有误导性。通常，CMC的测定是通过测量表面张力随表面活性剂浓度变化而得到。当界面被表面活性剂分子饱和并开始形成胶束时，表面张力的下降趋势减缓，并趋于恒定，即使继续增加表面活性剂浓度也是如此。 由于P188分子在溶液中的分子内非胶束缔合，在温和温度（25°C及以下）下无法可靠地测定P188的CMC。文献报道P188的CMC值差异很大，范围从0.0055%（w/v）到>10%（w/v）。推测CMC值差异的原因包括所用方法、P188质量级别的差异以及可以降低表面张力的杂质含量不同。与聚山梨酯相比，更高的分子量和由此产生的聚合物特性可能是胶束行为差异的原因之一。 图3 亲水-疏水界面处，PS20、PS80与P188分子结构尺寸的示意图及对比 图3中展示了理想化的单酯型吐温PS20（A）、PS80（B）以及泊洛沙姆P188（C）的结构示意，其中亲水基团以蓝色表示，疏水团簇以红色表示。P188具有近十倍更高的分子量，且呈“线性”、无支链结构，这使其在尺寸以及可能的空间构型数量方面与PS20和PS80存在显著差异。PPO链的一部分被认为会吸附在疏水表面上，在附着区域之间形成环状结构。P188分子在气-水界面上的柔性可能使其通过折叠有效减少暴露在亲水环境中的疏水表面。图3还说明了P188结构中相对较小的疏水（PPO）部分。此外，与脂肪酸链不同，PPO链中含有与PEO类似的氧原子，使其疏水性低于烷基链。 根据计算方法的不同，泊洛沙姆和聚山梨酯的亲水亲油平衡值（HLB）差异较大。PS20和PS80的HLB值相对相似，而P188的理论HLB值约为29（BASF数据），接近ECL方法的计算值（32.30）。由于PPO单元的弱亲脂性，Davies方法的计算值则高达55.52。为了更好地比较吐温类和泊洛沙姆类表面活性剂的HLB数据，通常采用ECL方法计算的数值。 相比PS20/80，P188表现出：更高分子量，从而形成分子内缔合更弱疏水性更复杂的界面行为，具有明显的聚合物特性 03 — 泊洛沙姆在医药领域的应用 广泛的应用谱系 泊洛沙姆系列产品可被广泛应用于增溶剂、片剂润滑剂、凝胶形成剂和悬浮稳定剂等多种用途。除了其表面活性性质外，其聚合物特性和两亲性使其在不同剂型和给药途径中具有广泛用途。 局部用药产品中，泊洛沙姆因其表面活性或凝胶形成特性而被使用。 口服悬浮液和滴眼液中，降低溶剂的表面张力，使悬浮液稳定且易于重悬。 溶液制剂中，用于增加药物溶解度。由于其能够提高难溶性物质的溶解度或溶出速率，泊洛沙姆常被加入到需在给药前溶解的颗粒剂或粉末制剂中。 泊洛沙姆还在研究和创新药物递送系统开发中发挥重要作用，例如在纳米药物领域中的应用。 泊洛沙姆188常用于发酵过程，添加到生物反应器细胞液中以减少剪切应力引起的细胞损伤和死亡，从而实现重组活性药物成分更可重复和高效的生产。 注射给药途径中的应用 在注射应用方面，泊洛沙姆系列产品被配制成不同的产品。大多数含泊洛沙姆的注射制剂为生物制品。例如， 含有50 mg/mL P188的动物用美洛昔康注射液（Metacam®）。 EMA批准的长效注射混悬制剂Rekambys®中使用P338作为表面活性剂。 Luxturna®和Zolgensma®两种基因载体产品分别以0.01mg/mL和0.05mg/mL的浓度配制了P188。 另一个特殊的例子是Fluosol®，一种用作血液替代品的全氟化碳氧载体乳液，含有2.72%（w/v）的P188作为辅料。 Flocor和RheothRx®是两种P188注射溶液，曾被研究作为改变血液流变性质的潜在治疗药物。虽然早期研究结果较为积极，但III期临床试验未能证实其显著疗效，因此该适应症的进一步临床开发被终止。不过，这些研究使得P188的毒理学和药代动力学得到了系统研究。 04 — 泊洛沙姆188的蛋白稳定机制 表面活性剂在含蛋白溶液中的稳定作用机制一直是激烈讨论的主题。通常考虑三种机制来解释表面活性剂对药物的稳定作用，特别是PS20、PS80或P188： 1）表面活性剂与蛋白质在气-水/固体界面的竞争吸附；2）蛋白质被“包裹”在胶束中；3）形成药物-表面活性剂复合物或表面活性剂与蛋白质“斑块状”表面之间的相互作用。 不同研究发现： 吐温80与泊洛沙姆188均可抑制IgG1吸附，但二者临界胶束浓度与最大吸附抑制所需浓度之间无普遍关联。吐温80的扩散系数更高、临界胶束浓度更低，因此其吸附抑制效果优于泊洛沙姆188。 Kim等人通过研究添加蛋白（如溶菌酶和GCSF）对表面活性剂吸附行为的影响，提出了吐温类与P188的不同作用机制： 1）吐温类：蛋白会影响其界面饱和动力学，表明其稳定作用主要来自于界面吸附； 2）P188：在有无蛋白情况下吸附动力学变化较小，说明其稳定机制更可能来源于表面活性剂-蛋白相互作用。 Clark等人通过类似的研究，观察PS80与P188在存在重组人凝血因子VIII时的表面张力变化，也得出了上述相同结论。 然而，也存在相反结论。利用小角中子反射技术的研究显示：P188能抑制单抗在硅化表面的吸附，但未观察到P188与蛋白之间的直接相互作用。研究认为，P188主要通过PPO锚定在表面，并通过延伸的PEO链产生空间位阻排斥作用。 Katakam等研究表明，P188能在多种应力条件（振荡、注射、热应力、冻融等）下保护蛋白和单抗免于聚集，但未明确提出具体机制。 Grapentin等研究了P188与吐温类对单抗液体制剂的影响（浓度0.02%–0.1%）。结果表明，P188的稳定效果与PS20/PS80相当，但可能引发可见颗粒（蛋白-硅油颗粒）形成。颗粒来源被证实与溴丁基胶塞中的交联硅油有关，而无硅油的全氟聚合物涂层胶塞则不会产生该问题。此外，这种颗粒形成具有抗体依赖性，即使提高P188浓度（0.05%vs0.02%）也无法避免长期储存后的颗粒生成。 总结而言： P188是一种具有潜力的肠外蛋白/抗体制剂稳定剂。研究表明其能够降低或消除蛋白在界面的吸附，并在部分案例中提高蛋白稳定性。然而，目前支持其稳定作用的研究仍相对有限。 机制方面仍存在明显争议：一些研究认为P188通过与蛋白相互作用发挥稳定作用；另一些研究则认为其主要通过界面吸附和空间位阻发挥作用，而非直接与蛋白结合。 这种差异可能源于吐温类与P188在分子量、扩散系数及两亲性上的显著不同。此外，蛋白种类（酶、单抗、融合蛋白等）对相互作用的影响仍未明确。 同时，P188在与硅油（如预充注射器或胶塞）相互作用导致颗粒形成方面仍存在潜在风险，需要进一步研究。 相比之下，PS20和PS80在蛋白制剂中的应用经验更丰富，通常对蛋白稳定性具有积极影响，而P188的效果则更依赖具体体系。因此，在生物制剂开发中，表面活性剂种类及其浓度的选择仍需逐案评估，并需要更深入的机理研究以实现理性制剂设计。 05 — 泊洛沙姆188的毒性与耐受性 当通过注射途径应用时，所有辅料必须满足更严格的批次间质量要求及基本特性要求。对于表面活性剂而言，其表面活性特性可能带来潜在不良影响：由于其既能与亲水环境也能与疏水环境相互作用，这类分子可能影响细胞膜稳定性，导致蛋白质和酶的变性。此外，它们还可能影响药物的血浆浓度，尤其是对高血浆蛋白结合率药物。因此，必须对用于注射制剂的表面活性剂进行系统的耐受性评估。对于泊洛沙姆，由于其结构和分子量的广泛多样性，其耐受性不能被视为这类表面活性剂的类效应。 P188作为活性药物（例如RheothRx®）开展的临床研究进一步提供了其药代动力学和毒性数据，在人体中耐受性良好。研究观察到最常见的不良反应是头痛、恶心、注射部位疼痛、腹痛、呕吐和便秘，强度为轻度或中度，与安慰剂组相似。 药代动力学研究表明，P188主要通过肾脏排泄清除。未观察到对CYP450同工酶的明显影响，也未发现对血浆蛋白结合特性有临床显著影响，这使得P188成为注射制剂辅料的合适候选者。 杂质与毒性的关系 在20世纪80年代，仅有适用于外用或口服的泊洛沙姆等级。药典（USP、EP）主要限制合成过程中残留的副产物杂质（如环氧乙烷EO、环氧丙烷PO和1,4-二氧六环），并通过pH值监测酸性生成物。因此，用于口服和外用的药用级泊洛沙姆可能含有两类杂质：低分子量杂质（LMW，<4500Da）：可能导致细胞膜损伤和肾功能异常；高分子量杂质（HMW，>13,000Da）：体内滞留时间较长。 P188需通过硅胶柱或超临界流体萃取进行纯化，以去除可能有毒的低分子量组分。因此，自2016/2017年起，开发了特殊等级的泊洛沙姆产品，其含有更少的上述低分子和高分子杂质，从而提高了其在医药应用中的安全性与一致性。 实际应用中的安全窗口 需要注意的是，上述研究多使用极高剂量（最高可达约 3 g/kg），远高于实际制剂水平。在已上市药品中：静脉制剂中最大剂量约为6 mg/剂量；肌肉注射最大浓度约为0.2%（w/v）；最大日暴露量约为4 mg。 06 — 泊洛沙姆188的稳定性、降解与分析方法 作为聚山梨酯的潜在替代品，P188在制剂中的稳定性需要得到相应评估（图2）。 1）固体状态下的稳定性 虽然对PEO和PPO单聚合物块的研究较多，但关于泊洛沙姆的研究相对较少。Erlandsson研究了两种泊洛沙姆（188和407）在25 ℃/ 60% RH与40 ℃/75% RH的固体稳定性。结果显示，P188在40 ℃储存6个月后，其溶液pH从6显著下降至2.7。这一现象可归因于短链水溶性羧酸的生成，尤其是甲酸和乙酸。同时，还检测到醛类降解产物，如甲醛和乙醛。研究推测，泊洛沙姆最初在PPO部分降解更快，降解过程涉及自由基。 总体来看，在固体状态下，通过控制温度（<25 ℃）并添加少量抗氧化剂（如 BHT），可以有效抑制泊洛沙姆降解。然而，在含抗体等蛋白的水溶液中，其稳定性问题更加复杂，也更为关键。 2）溶液状态下的稳定性 Wang 等系统研究了4% P188水溶液的降解，在 40 ℃下考察了多种应力条件：10 ppm H₂O₂组氨酸或柠檬酸缓冲液（10 mM）金属离子（Fe³⁺、Ni²⁺、Fe²⁺，各 20 ppm）Fenton 体系（H₂O₂ + Fe³⁺）pH 3 和 pH 9 结果显示，降解程度差异显著，且在组氨酸缓冲体系或含金属离子的样品中可检测到大量低分子量降解产物。GC-MS和LC-MS鉴定的降解物包括：乙酸、乙二醇及其低聚体；丙二醇及其低聚体；各类酯类；PEO/PPO短链片段。 Chen等研究了氧化剂（H₂O₂、AAPH、Fe³⁺和 Fenton）及温度（40和60 ℃）对缓冲条件下（组氨酸和磷酸盐）P188降解的影响。结果表明，在0.1% H₂O₂或AAPH条件下，组氨酸缓冲液中的降解少于磷酸盐缓冲液；而在Fenton条件下情况相反。热稳定性方面，在40 ℃储存6个月时组氨酸缓冲优于磷酸盐，而在60 ℃下差异较小。 3）分析方法 常用分析手段包括：紫外吸收、荧光检测（快速监测降解）GC-MS、LC-MS（降解产物鉴定）新方法：液相吸附色谱（LAC）+ 蒸发光散射检测（ELSD） Chen 等（2021）提出的LAC 方法可以基于 PPO 链长度分离 P188 组分，并减少PEO 干扰。结合 NMR 和 MS，可实现对不同亚组分的表征。研究表明：即使符合药典标准的不同批次 P188，在组成上仍可能存在显著差异（如“后洗脱组分比例”不同）。 ※ 泊洛沙姆降解机制和稳定性总结 降解机制：主要为自由基参与的自氧化反应，导致PEO/PPO链断裂形成醛、酮、酸及其酯类，PEO/PPO短链片段 固体稳定性：在低温 + 抗氧化剂BHT条件下稳定 溶液稳定性：降解强烈依赖温度（40 ℃最显著）与P188浓度相关：浓度越高降解越严重与缓冲液类型有关：组氨酸具有“双重作用”，既可能作为抗氧化剂，又可能由于杂质或络合作用促进氧化过程。易受金属离子催化建议加入EDTA络合金属离子 与吐温类对比：没有酯键，不涉及脂肪酸水解问题其降解主要为聚合物骨架断裂。是否因PPO片段生成导致颗粒形成仍存在争议。 关键挑战：现有的研究数据仍有限（相比吐温）不同批次差异对蛋白稳定性的影响尚不清楚分析复杂（聚合物异质性高） 07 — 泊洛沙姆188应用案例 获批准的含泊洛沙姆188的生物制药产品 1）非抗体类生物制剂 表3总结了经EMA/FDA批准的含P188的非抗体生物制剂。 重组激素或激素类似物：Bemfola®、Gonal-f®、Mircera®、Nuwiq®/Vihuma®、Omitrope®、Ovitrelle®、Pergoveris®和Sogroya®。 酶：Fasturtec® 干扰素：Rebif® 融合蛋白：Orencia®。 基因载体产品：Luxturna®和Zolgensma®。 Rebif®有两种不同的制剂，EMA批准的制剂用人血清白蛋白替代了泊洛沙姆188和蛋氨酸，因为报告称注射部位反应发生率较低且中和抗体形成减少。 表3 EMA/FDA批准的含有P188的非抗体生物药制剂 2）抗体产品 表4列出了经EMA/FDA批准的含P188的单克隆抗体产品。 三个人用抗体产品获批：Enspryng®（含萨特利珠单抗）、Gazyvaro®（含奥布努珠单抗）和Hemlibra®（含艾美昔珠单抗）。所有三种抗体产品均在过去十年内获得批准。 表4 EMA/FDA批准的含有P188的单克隆抗体制剂 P188的浓度范围从0.01-8 mg/mL不等。抗体类0.2-0.5 mg/mL，基因载体类0.01–0.05 mg/mL 在16种含P188的蛋白制品中，仅有2种为冻干制剂，其余14种为液体制剂。 其中10种液体制剂以预充注射器、笔式注射器或卡式瓶形式上市，且均仅用于皮下给药。 九种产品中加入磷酸盐作为缓冲体系；另有三种产品分别使用醋酸盐、柠檬酸盐和氨丁三醇（tromethamine）调节pH；其余产品（包括所有抗体制剂）均通过添加组氨酸进行缓冲。 腺相关病毒（AAV）基因载体产品：绿色标注；抗体产品：青色标注；其他蛋白制剂：深蓝色标注；冻干制剂：粉色标注；若产品首次获批时不含 P188，其首次获批日期以灰色字体 + 星号（*）标记。 图4 含泊洛沙姆 188（P188）生物制剂的EMA获批年份 图4展示了所有16种生物制剂按时间顺序排列的批准日期。Ovitrelle®是21年前第一个上市的产品。从那时起的10年内（至2011年），又有五种产品上市。从2011年起，又有十种制剂获得批准。除了五种激素外，还包括三种抗体产品和两种病毒载体产品。P188浓度在抗体制剂中介于0.2-0.5mg/mL之间，这与相关制剂中聚山梨酯的浓度非常相似。 08 — 总结 泊洛沙姆188可作为吐温替代物，多个研究已经证明其可以在某些情况下可以防止蛋白变性和聚集。且临床数据与毒理数据表明其安全性好、耐受性高。然而，目前关于泊洛沙姆188作为生物制剂中表面活性剂的科学认识尚未达到吐温类的水平。关于其作用机制及降解途径，尤其是在抗体制剂中的研究，仍需进一步深入。 由于缺乏酯键以及不饱和结构，从理论上讲，泊洛沙姆188更不易发生降解。但聚氧乙烯和聚氧丙烯链的（自）氧化仍是一个需要关注的问题。当对以下问题有更深入理解时：（i）其在溶液中的稳定性影响；（ii）表面活性剂与不同蛋白之间的相互作用；（iii）其与初级包装材料中硅油的相互作用干扰，则泊洛沙姆188有望成为一种替代表面活性剂，前提是能够确保蛋白的稳定性。 参考文献 Lukas Bollenbach, Julia Buske, Karsten Mäder, Patrick Garidel, Poloxamer 188 as surfactant in biological formulations – An alternative for polysorbate 20/80?, International Journal of Pharmaceutics, Volume 620, 2022, 121706, ISSN 0378-5173, https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2022.121706 如果觉得内容对您有帮助，请关注公众号，将分享更多生物药工艺与技术相关知识~~

扁柏酚（β-侧柏素，β-thujaplicin）是一种天然存在的原朴环酮（tropolone）类化合物，可从柏科（Cupressaceae）植物中分离获得，具有广谱药理活性，包括抗菌、抗癌、抗病毒、抗寄生虫、抗氧化、抗炎和神经保护作用。大量体外与体内研究已证实其治疗前景，尤其在癌症、感染性疾病和代谢性疾病方面表现突出。然而，由于水溶性差、吸收低、稳定性不足以及生物利用度受限等重要生物药剂学挑战，其临床转化仍然有限。本综述独特地整合了有关扁柏酚化学性质、结构修饰、生物合成途径及药理机制的研究认识，并对旨在克服上述生物药剂学局限的药物递送创新进行了批判性评估，而非仅以疾病为中心罗列已报道活性。结构修饰后的糖基化扁柏酚衍生物以及基于植体（phytosome）的口服递送系统显示出改良的稳定性、溶解性和药代动力学特征。此外，本文还总结了若干新兴方向，包括基于生物工程的合成、系统药理学（systems pharmacology）以及具有改良药代动力学特征的新型衍生物设计，并在其转化相关性背景下加以讨论。尽管临床前证据突显了扁柏酚广泛的治疗潜力，但其成功实现临床应用仍将取决于对尚未解决挑战的应对、全面的毒理学评估，以及明确的临床研究以验证其安全性、有效性和临床可行性。总体而言，这些发展方向将推动扁柏酚从有前景的实验室研究结果迈向具有临床相关性和工业可行性的多功能天然药物。1. Introduction文章指出，天然产物来源生物活性成分长期构成药物治疗学的重要基础，在现代药物发现中仍具有核心地位。扁柏酚作为主要来源于柏科植物的单萜类原朴环酮（tropolone）化合物，因其广谱药理活性而受到高度关注。其结构中具有特征性的七元原朴环酮环系，赋予其显著的金属螯合能力，该特征与其多种药理作用密切相关。文章强调，尽管既往已有关于其化学与生物活性的综述，但对制约临床转化的生物药剂学障碍、制剂设计和递送策略关注不足，因此本综述从转化视角系统整合分离、化学、生物合成、药理和递送创新等内容。2. Botanical/Natural sources for Hinokitiol本节概述了扁柏酚的天然植物来源，指出其主要来源于柏科植物心材，如日本扁柏和罗汉柏等，不同物种、地理区域及植物部位的含量差异明显，其中通常以心材含量较高，而叶和树皮含量较低。这种来源波动会影响提取效率、批间一致性和工业放大可行性。因此，作者认为在药用开发中，必须建立标准化提取流程与原料筛选体系，并配合高效液相色谱（HPLC）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）等分析方法进行质量控制。同时，合成或半合成路线在获得稳定产率和可重复质量方面更适合制药应用。3. Physicochemical attributes of Hinokitiol文章总结了扁柏酚的关键理化属性，包括分子式C10H12O2、分子量164.20 g/mol、弱酸性pKa、较低水溶性及较强脂溶性等。作者指出，这些性质直接决定其制剂行为和体内暴露特征。扁柏酚因“低溶解度、高膜通透性”而被归类为生物药剂学分类系统（BCS）II类化合物，其吸收过程中的限速步骤主要是溶出而非跨膜转运。文中据此提出，环糊精包合物、脂质递送系统和纳米制剂等增溶策略对提高其系统暴露和口服利用度具有合理性与必要性。4. Isolation of Hinokitiol本节回顾了扁柏酚的分离历史与工艺。文章指出，1936年研究者首次从日本扁柏心材中分离得到扁柏酚，随后在多种柏科植物中亦有报道。常见工艺通常包括极性溶剂提取、液液分配及色谱纯化三步。传统有机溶剂提取方法虽适用于实验室级高纯度分离，但存在产率偏低、溶剂消耗大、环境与法规负担较重等缺点。离子液体、低共熔溶剂和超临界CO2提取等先进方法可提升提取效率并减少部分毒性问题，但其成本、放大和后处理复杂性限制了产业化应用。作者据此认为，仅依赖天然分离难以满足大规模商业化生产需求，合成与生物合成路线更具前景。5. Chemistry of Hinokitiol文章指出，扁柏酚的核心结构为罕见的七元芳香性原朴环酮环，C-1位带羟基，C-4位带异丙基。该结构形成烯醇-酮互变与双齿配位特征，使其能够与Fe2+、Cu2+、Zn2+等过渡金属强力螯合，这一性质是其调控金属稳态、抗氧化和部分抗菌抗癌作用的结构基础。文中还总结了其结构表征手段，包括紫外/红外光谱、核磁共振（NMR）分析以及质谱和比色法对金属螯合作用的验证。作者强调，这些理化与反应特征构成了后续化学转化、衍生化设计及药理作用研究的基础。6. Chemical synthesis of Hinokitiol本节系统梳理了扁柏酚的多种化学合成策略，包括环扩张/烯酮加成法、氧烯丙基[4+3]环加成法、芳香前体转化法以及以托酮（tropone）或其金属配合物为中间体的路线。文章指出，各类方法在区域选择性、反应安全性、成本、收率与可放大性方面各有优势与局限。经典Nozoe路线虽具有历史和教学意义，但由于依赖二氧化硒（SeO2）、溴化步骤及多阶段纯化，已不符合现代绿色化学与工业放大需求。文章重点介绍了该经典路线中由2-异丙基辛二酸经环化、α-氧化、二溴化和脱氢溴化/重排形成原朴环酮芳香体系的四步过程。作者认为，未来更应重视绿色化学导向的安全、可持续、可规模化合成平台，以及化学修饰策略对构效关系（SAR）研究和候选药物优化的促进作用。7. Hinokitiol biosynthesis initiation pathway本节讨论扁柏酚生物合成的起始过程。文章指出，其生物合成以异戊烯基二磷酸（IPP）和二甲基烯丙基二磷酸（DMAPP）为基本C5前体，这两者可分别由甲羟戊酸（MVA）途径和甲基赤藓糖醇磷酸（MEP）途径产生。随后，IPP与DMAPP缩合形成牻牛儿基二磷酸（GPP），进入单萜生物合成分支。GPP在萜品油烯合酶作用下生成萜品油烯，之后经细胞色素P450（CYP450）介导的一系列立体专一性氧化、可能的扩环与芳构化反应，最终形成扁柏酚的富氧原朴环酮骨架。作者同时指出，后期关键酶步骤仍未完全阐明，尤其是异源宿主中植物P450表达困难、前体供给不足及代谢通量失衡，仍是代谢工程放大的主要瓶颈。8. Structurally Modified Hinokitiol Derivatives: A Structure–Activity Relationship (SAR) Studies文章在本节围绕扁柏酚及其异构体α-侧柏素、γ-侧柏素的结构特征展开构效关系分析。作者指出，C-4异丙基有助于提高脂溶性和膜通透性，而原朴环酮共轭体系及其分子内氢键则是金属螯合和活性维持的关键。7位引入4-取代哌嗪基后，部分衍生物显示出优于链霉素和氨苄西林的抗菌抗真菌活性，且酰基取代优于烷基取代，提示极性和氢键供受体特征的重要性。糖基化衍生物显著改善了水溶性，更偏向优化药代性质而非直接增强固有药效。部分O-烷基化衍生物对人碳酸酐酶（hCA）IX和XII表现出中等、异构体依赖性的抑制活性，而甲基化类似物则展现组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制潜力。整体来看，生物活性高度依赖取代模式、电子效应和靶点类别，提示未来应采取靶向驱动而非经验式衍生化设计。9. Pharmacological activities of Hinokitiol本节为全文重点，系统归纳扁柏酚的广谱药理作用。抗菌方面，扁柏酚对革兰阳性菌和阴性菌均表现出明显抑制作用，可干扰细菌呼吸、营养转运及膜功能，且在口腔护理制剂中已有局部应用证据。抗真菌方面，其对念珠菌及多种植物病原真菌活性突出，机制涉及膜破坏、细胞内容物泄漏、线粒体呼吸抑制及胞内铁螯合。抗病毒作用主要表现为锌离子载体（zinc ionophore）样效应，促进Zn2+内流并抑制病毒主蛋白酶及多聚蛋白加工，但目前主要限于体外研究。抗寄生虫活性则涉及对恶性疟原虫乙二醛酶I等金属依赖性酶的干预，以及某些金属配合物对锥虫和利什曼原虫的增强效应。在抗癌方面，文章按癌种进行了细致总结。乳腺癌中，扁柏酚可抑制肿瘤干性、诱导铁死亡、破坏EGFR稳定性，并通过AKT/mTOR/p70S6K轴促进自噬相关细胞死亡。肺癌中，其兼具抗迁移、抗侵袭、线粒体凋亡诱导、自噬激活和蛋白稳态破坏作用。骨肉瘤研究提示其可诱导S期阻滞、DNA损伤、凋亡和衰老，且与p53状态相关。黑色素瘤中，扁柏酚不仅抑制酪氨酸酶（TYR）和小眼畸形相关转录因子（MITF），还可逆转P-糖蛋白（P-gp）介导的耐药并抑制转移。结直肠癌、宫颈癌、口腔癌和肝癌模型中，也分别观察到DNA去甲基化、细胞周期阻滞、凋亡、自噬及迁移抑制等多通路效应。作者进一步归纳出其共享抗癌机制，包括铁稳态失衡与脂质过氧化、线粒体介导凋亡、AKT/mTOR抑制、自噬调控、细胞周期阻滞及抗转移作用。此外，文章还概述了其抗炎、抗氧化、抗糖尿病、抗牙周炎、肝保护、抗血栓和神经保护活性。抗炎作用多与核因子κB（NF-κB）抑制、沉默信息调节因子1（SIRT1）激活及炎症因子下调相关；抗氧化作用则呈剂量依赖性，低剂量可提升超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，高剂量则可能转为促氧化。抗糖尿病研究尤其关注双(扁柏酚根)锌配合物[Zn(hkt)2]的胰岛素模拟效应。总体上，作者也强调，目前绝大部分证据仍局限于体外和有限体内研究，系统毒性、长期安全性和临床相关暴露水平尚未明确。10. Challenges and Opportunities Associated with Hinokitiol Drug Delivery Systems文章指出，扁柏酚作为BCS II类化合物，其临床转化的核心障碍在于水溶性差、口服吸收不足、稳定性有限和生物利用度低。药代动力学资料显示，自由扁柏酚体内清除较快，而纳米递送系统，尤其植体（phytosome）负载制剂，可提高峰浓度（Cmax）和药时曲线下面积（AUC）。本节系统总结了多类增效递送技术，包括植体、脂质体、纳米胶囊、立方液晶纳米粒（cubosome）、自纳米乳递送系统（SNEDDS）、水凝胶及聚合物胶束等。作者认为，脂质基递送系统在改善口服吸收、提高系统暴露和符合现有监管框架方面更具转化成熟度；水凝胶和局部递送系统则在组织修复和局部抗菌方面更接近临床应用。同时，文章也讨论了传统增溶策略，如微粉化、固体分散体、环糊精包合和前药化。尤其是扁柏酚-泊洛沙姆188（poloxamer-188）固体分散体显著提高溶解度、溶出速率和口服暴露，体现出较强工业可放大性。环糊精包合物则改善了低温条件下的溶解性并增强抗菌表现。作者进一步指出，纳米载体的长期安全性、可重复制造性、规模化生产和法规接受度仍是决定其真正转化价值的关键。11. Clinical Evidence and Translational Limitations of Hinokitiol本节强调，尽管扁柏酚具有丰富临床前药理证据，但临床开发极为有限。文中仅提到一项小规模人用研究和一项兽医临床研究：前者应用含扁柏酚凝胶改善口臭，后者应用滴耳液治疗犬马拉色菌相关外耳炎。二者均属于局部给药，尚无系统给药临床数据。作者指出，缺乏系统药代动力学、药效学、安全性和剂量学数据，是阻碍其进入更大规模临床试验的主要原因。与此同时，扁柏酚兼具天然产物和纳米递送体系双重监管复杂性，金属螯合特性还可能带来矿物质失衡和慢性用药风险，使其监管审评更具挑战。12. Patent Filings for Hinokitiol-Based Nanoformulations文章总结了扁柏酚纳米制剂相关专利布局，涉及多层脂质体、脂质纳米粒、壳聚糖包覆纳米粒等。专利重点集中在提升水溶性、稳定性、皮肤渗透性和抗菌性能，多数应用导向偏向化妆品和个人护理，而非系统药物治疗。作者认为，这反映出产业界对其配方改良的持续兴趣，但也说明当前知识产权格局较为碎片化，可能影响后续药用开发中的自由实施空间、工艺放大和商业化路径。13. Future Perspective本节提出未来研究优先方向。首先，应继续优化口服递送体系，提高系统暴露和药代学稳定性，并推进具有现实临床可行性的局部制剂。其次，金属-扁柏酚复合物虽展现出较强治疗潜力，尤其在肿瘤铁死亡等方向，但必须开展更严格的毒理学和金属稳态评估。再次，鉴于其抗炎、抗氧化及SIRT1调节特性，扁柏酚在牙周疾病、神经退行性疾病和代谢性疾病中的应用值得进一步验证。最后，在生物合成方面，晚期关键酶和立体专一性重排步骤仍待解析，这将为代谢工程和可持续制造提供基础。14. Conclusion作者总结认为，扁柏酚是一种兼具独特原朴环酮结构、金属螯合能力和多靶点药理活性的天然产物，在抗菌、抗炎和抗癌等多个领域显示出显著潜力。然而，其临床转化仍受制于低溶解度、低生物利用度、体内稳定性不足、毒理资料不完整及临床证据匮乏。尽管纳米递送和其他制剂策略已显示出改善暴露与疗效的能力，但仍需在可重复性、安全性、规模化和标准化方面开展系统研究。综合全文，局部给药可能是更接近现实的优先转化方向，而系统应用则有赖于递送系统优化、长期安全性确认以及严格临床验证。