《AAPS PharmSciTech》：Biopolymeric Zein Protein Nanoparticles for Oral Vildagliptin Delivery: Fabrication, Statistical Optimization, and In Vivo Pharmacokinetics and Pharmacodynamics Insights
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本研究针对维格列汀(VLD)口服给药存在的半衰期短、代谢快及副作用等问题，开发了基于玉米醇溶蛋白(ZP)的纳米粒(VLD-ZP NPs)递送系统。通过23全因子设计优化制备工艺，获得最优处方F04，其具有纳米级粒径(149.64±1.4 nm)、高包封率(68.67±2.3%)和缓释特性(Q2H: 23.97±2.1%; Q8H: 62.57±2.4%)。体内研究表明，与市售VLD产品相比，F04的Cmax和AUC0-12H分别提高1.25倍和1.8倍，t1/2和MRT分别延长1.84倍和1.56倍，且在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中显示出更强且持久的降血糖效果。该研究为改善VLD口服疗效提供了新策略。
糖尿病(Diabetes Mellitus, DM)是全球最常见的代谢性疾病之一，其特征是血糖水平持续升高。2型糖尿病患者通常需要口服降糖药物来控制血糖。维格列汀(Vildagliptin, VLD)是一种强效的口服降糖药，作为选择性二肽基肽酶-4(Dipeptidyl Peptidase-4, DPP-4)抑制剂，它通过抑制胰高血糖素样肽-1(Glucagon-like Peptide-1, GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素多肽(Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide, GIP)的代谢，从而提高其活性水平，进而以葡萄糖依赖的方式促进胰岛素分泌，有效控制血糖。然而，VLD本身存在一些局限性：其消除半衰期(t1/2)较短，约为2小时，且约85%的药物会通过DPP-4酶代谢迅速消除，形成无活性的水解代谢物。此外，长期口服VLD可能引起恶心、腹泻、上呼吸道感染等不良反应，影响患者用药依从性，并导致血糖控制波动。因此，开发能够延缓VLD释放、延长其作用时间、减少副作用的新型递送系统具有重要的临床意义。
为了克服VLD的上述缺点，研究人员将目光投向了天然生物高分子材料——玉米醇溶蛋白(Zein)。玉米醇溶蛋白是一种被公认安全(Generally Recognized As Safe, GRAS)的蛋白质，它不溶于水但溶于醇类溶剂，具有良好的生物相容性、可生物降解性、成膜性以及较强的黏膜粘附性和药物结合能力。尤为重要的是，玉米醇溶蛋白及其水解物被报道能够刺激肠道内分泌L细胞分泌GLP-1，从而改善葡萄糖耐受性，这预示着玉米醇溶蛋白不仅可作为药物载体，其本身也可能具有辅助降血糖的生物活性。本研究创新性地将VLD封装于玉米醇溶蛋白纳米粒(VLD-ZP NPs)中，旨在利用纳米技术和玉米醇溶蛋白的特性，实现VLD的口服缓释，提高其口服生物利用度，增强降血糖效果，并最终减少给药频率，提高患者依从性。相关研究成果发表在《AAPS PharmSciTech》期刊上。
为开展本研究，作者主要应用了几项关键技术方法：首先，采用液相-液相分散法(Liquid-liquid dispersion method)制备VLD-ZP NPs，该方法基于玉米醇溶蛋白在乙醇-水混合物中溶解度的差异，通过降低乙醇浓度使其沉淀形成包载药物的纳米粒；其次，运用23全因子实验设计(Full factorial design)系统优化了VLD与玉米醇溶蛋白的重量比(X1)、乙醇与水的体积比(X2)和搅拌时间(X3)这三个关键处方变量，以粒径(Ps)、zeta电位(Zp)、包封率(EE)、2小时和8小时药物释放度(Q2H, Q8H)为响应指标进行优化；再者，利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)、差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)、X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)和傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR)对优化处方进行了系统的理化表征；最后，通过体内药代动力学研究（健康新西兰兔）和药效学研究（链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型）评价了优化处方的体内性能。
VLD-ZP NPs的制备与优化
通过23全因子设计制备了8个VLD-ZP NPs处方(F01-F08)。实验设计模型分析显示，所有考察的因变量（Ps, Zp, EE, Q2H, Q8H）的模型均具有高度的显著性和良好的预测能力（R2 和调整R2 值接近1，信噪比均大于4）。结果表明，降低VLD与玉米醇溶蛋白的比例（即增加玉米醇溶蛋白浓度）会导致Ps增大、Zp负值增加、EE提高，并减缓药物释放（降低Q2H和Q8H）。降低乙醇与水的比例（即增加水含量）同样会增大Ps、增加Zp负值、提高EE并延缓释放。延长搅拌时间则有助于减小Ps、提高EE并减缓释放。通过数值优化法确定了最优处方F04，其组成为VLD:zein = 0.5:1 (w/w), 乙醇:水 = 0.5:1 (v/v), 搅拌时间4小时，期望值(Desirability)为0.94。F04的实际测量值与预测值非常接近，偏差较小，验证了实验设计的可靠性。
优化处方(F04)的体外表征
F04的粒径为149.64 ± 1.4 nm，多分散指数(PDI)为0.092 ± 0.06，表明粒径分布均匀。Zeta电位为-37.67 ± 1.8 mV，预示着纳米粒具有良好的物理稳定性。包封率(EE)达到68.67 ± 2.3%，药物含量(DC)为101.9 ± 2.6%。体外释放研究表明，VLD溶液在2小时内几乎完全释放，而F04则呈现两阶段释放模式：在模拟胃液(SGF, pH 1.2)的前2小时内有一个突释（Q2H为23.97 ± 2.1%），随后在模拟肠液(SIF, pH 6.8)中持续释放长达24小时（Q8H为62.57 ± 2.4%），释放动力学符合Higuchi扩散模型。DSC和XRD分析显示，F04中VLD的晶体特征峰消失，表明VLD以无定形态成功包封于玉米醇溶蛋白纳米粒中。FT-IR光谱证实VLD与玉米醇溶蛋白之间无化学不相容性，主要以物理相互作用（如氢键和疏水作用）结合。TEM观察显示F04呈球形，粒径范围与动态光散射结果一致。F04的pH值为7.2 ± 0.2，处于肠道pH范围内，有利于其稳定性和缓释行为。
体内药代动力学评价
在健康新西兰兔中进行的药代动力学研究显示，口服给予优化处方F04后，其血药浓度-时间曲线与市售VLD产品相比有显著差异。F04的最大血药浓度(Cmax)为497.92 μg/mL，较市售产品(397.68 μg/mL)提高了1.25倍。达峰时间(Tmax)均为2小时。更重要的是，F04的血药浓度维持时间更长，在给药后12小时仍可检测到，而市售产品在8小时后即降至检测限以下。药代动力学参数计算表明，F04的药时曲线下面积(AUC0-12H)为2493.8 μg·H/mL，是市售产品(1383.80 μg·H/mL)的1.8倍，相对生物利用度(%RB)达到185.03%。此外，F04的消除半衰期(t1/2)从市售产品的1.31小时延长至2.41小时（延长1.84倍），平均滞留时间(MRT)从2.51小时延长至3.99小时（延长1.56倍）。统计学分析（Wilcoxon符号秩检验）证实了F04与市售产品在所有药代动力学参数上均存在显著差异(P=0.013)。这些结果明确表明，VLD-ZP NPs系统显著提高了VLD的口服生物利用度并延长了其在体内的滞留时间。
体内药效学评价
在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠模型中评估了F04的降血糖效果。实验分为四组：阴性对照组（非糖尿病）、阳性对照组（糖尿病未治疗）、F04治疗组和市售VLD产品治疗组。结果显示，F04表现出比市售VLD产品更强且更持久的降血糖作用。F04的最大血糖降低百分比(Rmax)为51.35 ± 3.5%，显著高于市售产品的35.42 ± 3.1%（提高1.35倍）。两者均在给药后2小时达到最大效应时间(TRmax)。F04的降血糖效应持续时间更长，其效应半衰期(TR1/2)为12小时，长于市售产品的10小时。尤为重要的是，在24小时实验周期内，F04的血糖降低百分比-时间曲线下面积(AUC0-24H)为614.93 ± 3.7 %·H，是市售产品(216.15 ± 3.4 %·H)的2.8倍，表明其总体降血糖效果大幅提升。至24小时时，F04仍能维持10.43 ± 0.9%的降血糖效果，而市售产品已降至可忽略水平(2.32 ± 2.7%)。方差分析(ANOVA)及Tukey事后检验证实了各治疗组之间存在显著差异(P<0.001)。这种增强的药效学效应归因于VLD-ZP NPs的纳米尺寸促进了胰腺β细胞的摄取，以及玉米醇溶蛋白本身能够刺激肠道L细胞分泌GLP-1，从而与VLD产生协同降血糖作用。
本研究成功开发并优化了一种用于口服递送维格列汀的玉米醇溶蛋白纳米粒系统。最优处方F04展现出理想的纳米粒径、高包封率、负Zeta电位和缓释特性。系统的理化表征证实了VLD以无定形态被有效包封于球形纳米粒中。体内研究结果令人鼓舞：与市售VLD产品相比，F04显著提高了VLD的口服生物利用度（AUC提高1.8倍），延长了其系统滞留时间（t1/2延长1.84倍），并在糖尿病动物模型中展现出更强（Rmax提高1.35倍）和更持久（AUC0-24H提高2.8倍）的降血糖效果。这种卓越的性能源于VLD的缓释特性与玉米醇溶蛋白固有的生物活性（刺激GLP-1分泌）之间的协同作用。该研究为克服VLD现有制剂的局限性提供了一种有前景的新策略，通过减少给药频率、提高疗效和患者依从性，有望改善2型糖尿病的管理。未来的研究应聚焦于该纳米系统的长期稳定性、规模化生产工艺以及更深入的临床前和临床评估，以推动其向临床应用转化。
