反胶束体系在药学领域中的应用

反胶束体系在药学领域中的应用沈阳药科大学药学院，许琼明，莫凤奎【摘要】反胶京体系亦称W/O型微乳液，是由表面活性剂（有时需加助表面活性剂）形成的无数的具有纳米尺寸的含有水核的微小胶团分散在有机溶剂（下称油相）中构成的体系。

它具有以下一些特点：（1）是宏观均相的透明的并具有高度分散性的热力学稳定体系。

（2）具有极低的粘度和界面张力，并具有非常大的亚相（以下简称相）接触面积。

（3）对脂溶性的有机物和水溶性的极性化合物都具有良好的溶解性能。

（4）内相是一具有纳米尺寸的微小水核，而且该水核中的水同生物膜中的水类似，可分为三种情况：一级束缚水，二级束缚水，自由水。

由于反胶束体系的外相一般生物相容性较差，不能直接应用于人体，放过去在药学领域的应用研究不多，近几年随着对反胶束体系研究的深入，反胶束体系在药学领域的应用研究已成为一新的热点。

1反胶束体系在药物合成方面的应用在药物合成研究中，许多产物或中间体的合成反应因为原料相溶性较差，或因为相接触面积过小，而难以发生反应或反应较慢。

反胶束体系不仅具有非常大的相接触面积，而且对油溶性和水溶性的原料都具有良好的溶解性能，以其作为反应介质则可使上述反应易于进行或大大加快。

其特点是：操作步骤简单，反应过程温和，产物分高简单，而且可以通过改变反胶束体系的组成来调节反应速度。

Blandamer 等通过优选反胶束体系的组成，使水杨酸与苯酚之间的酯化反应速率比在普通乳状液中快1000倍。

近几年来，酶促反应在药物合成中的应用研究已取得一些重要进展，其应用前景备受关注，特别是在一些采用普通的有机化学方法难于合成的药物或手性药物的合成及拆分方面，与常规合成方法相比具有许多优点：（1）反应条件温和、速度快。

（2）副反应少，产物易分离纯化。

（3）底物专一性强，具有高度立体和光学选择性。

（4）反应步骤少，反应产物收率高。

反胶束体系在结构和许多性质上同生物膜类似，绝大部分酶在反胜束体系中可以很好地保持其生物活性，有的甚至表现出超活性。

石屹峰等利用来自Xanthomonas citri的酰化酶由D-α-苯甘氨酸甲酯和7－ADCA在AOT/异辛烷中合成头形力新，并研究了该反应的动力学过程，发现反胶束体系作为此反应的介质时，不仅提高了酶的催化速度，而且提高了转移酶活力对水解酶活力的选择性，在合成头孢力新时，使水解副反应被抑制，合成途径被强化。

反胶束体系作为酶促反应的介质具有如下优点：（1）组成的灵活性。

大量的不同类型的表面活性剂、有机溶剂甚至是不同极性的物质都可用于构建适于酶促反应的反胶束体系。

由于酶活性和稳定性与反胶束类型和组成有关，因而可以通过反胶束特性的调变使之适于不同的酶催化反应，有时这种调变会产生非常有用的结果。

例如将Tween 系列的非离子型表面活性剂按二-（乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠（AOT）：Tween＝16：1加入AOT反胶束中，可使Ch，viscosum脂肪酶的活性提高3倍。

将已醇作为助表面活性剂加入AOT反胶束中使角质酶的稳定性提高45倍。

（2）热力学稳定性和光学透明性。

反胶束是自发形成的，因而不存在一般乳状液那样的机械混合，有利于规模化。

反胶束的光学透明性允许采用UV、NMR、紫外瞬态动力学、驰豫技术等跟踪反应历程，研究酶的动力学和反应机理。

（3）反胶束体系具有非常高的界面积/体积比，远高于有机溶剂/水两相体系，使底物和产物的相间转移变得极为有利。

（4）产物回收可通过相调变实现。

反胶束的相特性随温度而变化，这一特性可用于产物回收。

含酶、辅酶和表面活剂的水相可以多次循环使用，而每一次的酶活性损失很小。

利用反胶束体系，可以制备具有纳米尺寸的催化剂，这种催化剂在药物合成中常常表现出高效性和高度选择性肝］。

如果以超临界流体（SCF）制备反胶束作为药物合成反应介质，将会把反胶束和SCF 作为反应介质的优点结合在一起。

2反胶束体系在生化产品分离纯化上的应用目前对蛋白质等生物大分子进行分离纯化的方法主要有盐析沉淀、凝胶过滤层析、离子交换层析、疏水作用层析、亲和层析和电泳技术等。

这些方法所存在的共同问题是连续操作和规模放大都比较困难。

由于静电作用、流水作用、空间作用以及亲和作用的存在，反胶束体系中的水核可以选择性地溶解蛋白质等生物大分子，并且生物大分子在反胶束体系的微环境与生物膜内相似，不易变性，因而20世纪70年代末期学术界提出了利用反胶束体系分离纯化蛋白质等生物大分子。

反胶束体系提取蛋白质等生物大分子的实质是溶剂萃取，因而具有样品处理量大、容易放大和可连续操作的特点。

同时通过调节反胶束体系的组成（如表面活性剂的种类及用量、助表面活性剂的选择、油相的种类、特别是水相的用量和性质），可以使这种体系在提取生物大分子时具有高度选择性。

反胶束体系特别适用于生物产品的初级分离；与其他方法（如起离心、抗衡离子表面活性剂反提技术、亲和技术等）结合使用，还可用于生物产品的高度纯化。

因而这种方法越来越受到国内外研究者的重视。

反胶束体系的含水量W0（其定义为反胶束体系中水与表面活性剂的摩尔浓度之比）是决定反胶束体系的结构及物理性质的一个重要物理量，而水相的pH值、离子强度等决定着蛋白质等生物大分子在水相中的溶解度及其解离状态；以上因素决定了反胶束体系在提取蛋白质等生物大分子时的选择性。

Goto等合成了一系列表面活性剂，研究表明，决定蛋白等生物大分子萃取率的一个关键因素是表面活性剂的结构，尤其是疏水基的结构。

当表面活性剂的疏水基能紧密堆积在蛋白质等生物大分子表面时，可显著提高蛋白质等生物大分子的萃取率。

目前应用反胶束体系提取蛋白质等生物大分子技术主要有两大发展方向。

（1）寻找更好的新的反胶束体系最早应用于提取蛋白质等生物大分子的反胶束体系是单一反胶束体系（即只由一种表面活性剂构成的反胶束体系）。

这种反胶束体系种类较少，它一般只适用于小分子蛋白质、肽类和氨基酸的萃取（分子质量30KDa），不能萃取分子质量较大的生物大分子，并且往往在两相界面上形成不溶性凝胶状物质。

单一反胶束体系中常用的表面活性剂主要是阴离子型表面活性剂，如：AOT、双油基磷酸（DOLPA）等。

利用非离子型表面活性剂单独形成反胶束体系的研究很少，主要有Tri ton类和Span类等。

Pires等对应用单一反胶束体系萃取蛋白质的各种情况作了总结。

近年，有关混合反胶束体系（即采用两种以上的表面活性剂配伍构成的反胶束体系）的研究较多。

Goto等用AOT/DOLPA混合反胶束体系萃取α-胰凝乳蛋白酶，发现混合反胶束体系的萃取能力高于一般的单一反胶束体系，并且比单一反胶束体系反萃容易。

如果选择好配伍的表面活性剂的种类及配比〔一般采用阴离子型表面活性剂和卵磷脂（一种天然的两性离子表面活性剂）配伍，如AOT/卵磷脂，可使混合反胶束体系在萃取时具有较高的选择性。

由于单一反波束体系和混合反胶束体系在提取蛋白质等生物大分子时选择性都不高，为了提高反胶束体系在萃取时的选择性，亲和反胶束体系的研究逐渐成为了反胶束萃取研究的重点。

亲和反胶束体系是在反胶束体系中导入与目标产物有特异性亲和作用的亲和助表面活性剂形成的。

这种亲和助表面活性剂的极性基是一种亲和配基，可选择性的结合目标产物。

采用亲和反胶束体系，可使目标产物的萃取率和选择性大大提高，而且可使操作范围（pH、离子强度）大大变宽。

Woot等则通过向AOT/异辛烷系统引入辛基-β-D-吡喃葡萄糖苷，使伴刀豆球蛋白A（conA）的萃取选择性由10提高到了100，并使可发生萃取的pH范围增大。

当向水相中加入conA的自由配基（如葡萄糖）时，coA的萃取受到抑制，表明了亲和作用的重要性。

这种萃取系统主要是静电作用和亲和作用（可能还有疏水相互作用）在联合起作用。

（2）联用技术单用反胶束体系分离纯化蛋白质等生物大分子有一些难以克服的弱点，如萃取率不高，目标产物纯度较低，有些生物大分子容易变性等。

为了提高反胶束体系在分离纯化生物产品上的实用性，反胶束体系萃取技术同一些近代分离纯化技术的联合应用已经成为当前生物产品分离纯化技术的研究热点。

刘强等用反胶束体系提取蛋白质后，再用超速离心法进行精制，效果非常理想。

Somnuk等利用反离子表面活性剂反提捕获反胶束体系中的蛋白质。

Goto等利用超临界流体（SCF －CO2）形成的反胶束体系提取DNA获得成功。

Hashimoto等用功能固体材料成功地从反胶束体系中萃取出碱性磷酸酯酶，这种液固萃取技术具有相当高的选择性并且使酶的活性收率达100％。

特别是各种膜分离技术同反胶束体系的联合应用使蛋白质等生物大分子的分离纯化效能大大提高，如Dahuron等利用膜萃取，实现了AOT/异辛烷系统对α-胰凝乳蛋白酶和细胞色素C的萃取分离。

最近，史清洪等将卵磷脂-Cibacron Blue F3G-A/正己烷亲和反胶束体系用于膜分配层析，对卵清溶菌酶进行了纯化分离，经一步股分配层析，使该酶浓缩5.5倍，纯度提高47倍。

反胶束体系和基因工程联合应用，可使包含体中的重组蛋白复性，这也是反胶束体系在分离纯化蛋白质等生物大分子上的一个非常吸引人的应用。

3反胶束体系在分子药理学研究中的应用酶、受体等生物大分子的生化反应是正常的生理功能的分子基础。

有许多的生化反应是发生在生物膜上的。

反胶束体系中水的性质同生物膜中相似，是一种理想的生物膜模型。

生物膜上的酶、受体等胰蛋白分子所处的微环境同自由水中的情况不同，其空间构型和一些理化性质也同在自由水中不一样。

胶束酶学权威Martinek提出了酶分子在反胶束体系中溶解的诱导适合模型（induced-fit model），认为酶与反胶束的界面存在相互作用。

通过调节反胶束体系中的含水量W,形成微小水团（water pool）效应，可以使酶、受体等生物大分子在构型上处于最适状态，避免了其在自由水中在构型上的扰动，与生物膜中的情况类似。

在上述构型研究的基础上，通过研究酶等生物大分子在反胶京体系中的理化性质，可以预知其在生物膜中的理化性质。

Freeman等研究了木瓜凝乳蛋白醇在反胶束体系中和在自由水中的结构和性质，通过比较发现木瓜凝乳酸在反胶束体系中的紫外吸收和催化动力学性质同在自由水中不一样。

Phenonae等研究了Mg2+对胎盘碱性磷酸酯酶分别在细胞中、反胶束体系中和自由水中活性的影响，发现Mg2+对在细胞中和反胶束体系中的胎盘碱性磷酸酯酶的活性具有相似的调节作用，而对在自由水中的酶活性毫无影响。

这说明该酶在细胞内的构型和理化性质同在反胶束体系中的构型和理化性质类似，而同自由水中的情形不同。

通过对酶、受体等生物大分子在反波束体系中的结构和理化性质的模拟生物膜研究，可以为计算机模拟分子药物设计提供理论模型和数据，使计算机分子药物设计的命中率大大提高。