第一节　脂质体的组成与结构

脂质体系由主要成分磷脂为膜材及附加剂组成，磷脂为两亲性物质，其结构上同时含有亲水基团和亲油基团，如图1-2所示。

一、脂质体的主要成分

脂质体的主要成分为磷脂，如磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺等，能独自或以一定的摩尔比形成脂质体。磷脂由一个亲水的头部和两个疏水的尾部组成（见图1-2）。头部由磷酸骨架与水溶性分子如胆碱、丝氨酸等酯化形成，可以溶于水；向下延伸的两条平行尾部是脂肪酸链，每条链有10～24个碳原子和0～6个双键，不溶于水。由于这种分子的头部是亲水（hydrophilic）部分，而尾部是疏水（hydrophobic）部分，所以被称为两亲分子或兼性分子（amphipathic molecules）。作为药物载体，水溶性药物可载入内水相，脂溶性药物溶于脂膜内，两亲性药物可插于脂膜上，同一个脂质体中可以同时包载亲水性药物和疏水性药物。可以通过PEG表面功能化赋予隐形和促进受体介导内吞作用，常见的配体主要有抗体、多肽、蛋白质、糖类和其他各种小分子等。

最简单的磷脂是磷脂酸（phosphatidic acid，PA），其二酸甘油酯的自由—OH基被酯化为磷酸。由于两条烃链的组成在不同的磷脂酸分子中可以是不相同的，所以磷脂酸一词指的是一类化合物，而不是指一种特异的化合物。细胞中最重要的磷脂是磷脂酸的衍生物（主要是L构型的），同时还有其他的物质，常为含氮的碱基连接于一个磷酸烃基上。连接于磷脂酸上的物质包括胆碱、乙醇胺、丝氨酸和肌醇等。

结构简式中常用的磷脂R（R'）可以从C12～C18，X部分指一个含羟基的含氮化合物，如胆碱、乙醇胺等。目前用以制备脂质体的有天然磷脂（卵磷脂、豆磷脂）和合成磷脂（如二棕榈酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱）等。上述磷脂均具有两条疏水链，不管其亲水基的结构如何，它们在水中均能自发地形成脂质双分子层。

由于这种典型的双亲分子特性使脂质体兼具有亲油和亲水性，因此，脂质体作为药物或其他物质的载体，其包裹范围是很广的，亲脂性物质、两性物质以及水溶性成分都可以被包裹。从某种角度上说，只有两类物质难以被囊化，一类是在水相和有机相均不溶解的物质；另一类是在水相、油相中的溶解度都很大的物质，由于它们极易渗漏，故亦难以被囊化。又因磷脂是生物膜的组成成分，生物体内存在有分解酶，很容易代谢，因而脂质体又具有生物降解性和生物相容性。大量的研究工作表明，脂质体进人体内主要被网状内皮系统（reticular endothelial system，RES）吞噬而激活机体的自身免疫功能，并改变被包封药物的动力学性质和体内分布，使药物主要在肝、脾、肺和骨髓等组织器官中累积，从而提高药物的治疗指数，减少药物的治疗剂量和降低药物的毒性。因此，脂质体在许多疾病尤其是癌症的治疗中显示了明显的优越性。

附加剂常用的有胆固醇、十八胺、磷脂酸等。胆固醇可以调节双分子层的流动性、通透性等；十八胺、磷脂酸可以改变脂质体表面电荷的性质。

胆固醇（cholesterol）也属于两亲物质，其结构上亦具有亲油和亲水两种基团。从胆固醇的结构来看，其亲油性较亲水性强。用磷脂与胆固醇作脂质体的膜材时，常常先将类脂质溶于有机溶剂中配成溶液，然后蒸发除去有机溶剂，在器壁上使成均匀的类脂质薄膜，此薄膜是由磷脂与胆固醇混合分子相互间隔定向排列的双分子层所组成的。磷脂与胆固醇的排列方式：磷脂分子的极性端呈弯曲的弧线，形似“手杖”，与胆固醇分子的极性基团相结合，故亲水基团上接有两个亲油基团，其中一个是磷脂分子中的烃基侧链，即磷脂结构简式中的R、R′基团，另一个是亲油基团，即胆固醇结构中的亲油基部分。

当薄膜形成后，加入磷酸盐缓冲液振荡或搅拌即可形成单室或多室的脂质体。在不断搅拌中，使水膜中容纳大量的水溶性药物，而脂溶性药物则结合于双分子层的亲油基部分。磷脂分子悬浮在水溶液中聚集形成脂质体时，它的两条疏水链一个挨一个地指向内部，头基在膜的内外两个表面上。磷脂双层构成一个个封闭的小室，内部包含着一定体积的水溶液。小室中的水溶液被磷脂双层包围而独立，磷脂双层形成的泡囊又被水相介质分开。脂质体可以是单层的封闭双层结构，称为单室脂质体结构；也可以是多层的封闭双层结构，称为多室脂质体结构。在显微镜下，脂质体的外形除了常见的球形、椭球形外，还会有长管状结构，直径变化从几纳米到零点几个毫米，而且各种大小、形状和结构的脂质体可以共存。

二、常用的脂质体材料［5，6］

1.中性磷脂

磷脂酰胆碱（phosphatidyl choline，PC）是最常见的中性磷脂（neutral phosphalipids）。卵磷脂和大豆磷脂的组成成分主要以磷脂酰胆碱为主。磷脂酰胆碱有天然和合成两种来源，它们很容易从蛋黄和大豆中提取，从牛心脏和脊髓提取比较困难。磷脂酰胆碱是许多细胞膜的主要磷脂成分，它们也是脂质体的主要组成部分。与其他磷脂比较，它具有价格低、中性电荷、化学惰性等性质。天然来源的PC是一种混合物，每一种PC具有不同长度、不同饱和度的脂肪链。植物性PC的脂肪链具有高度不饱和性，而动物性PC的脂肪链大部分是饱和的。合成的磷脂酰胆碱有二棕榈酰磷脂酰胆碱（dipalmitoyl phosphatidyl choline，DPPC）、二硬脂酰磷脂酰胆碱（distearoyl phosphatidyl choline，DSPC）、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（dimyristoyl phosphatidyl choline，DMPC）等。

除了PC外，其他中性磷脂还有鞘磷脂（sphingomyelin，SM）或烷基醚磷脂酰胆碱类似物。在鞘磷脂结构中，酰胺键和羟基基团之间形成氢键相互作用。因此，与PC相比，较鞘磷脂具有更高秩序的胶相。

另一种较常见的中性磷脂是磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine，PE），这种脂质具有一个不可置换的胺基团，在中性pH条件下发生质子化。它与磷脂酰胆碱比较，有两个不同点：①它的头部基团比磷脂酰胆碱的小；②它在膜上与其邻近基团相互作用，发生氢键结合。饱和PE比PC的相变温度高20℃。非饱和PE与PC的相变温度相似，在低pH值情况下，由于PE的氮发生质子化，氢键结合减弱，因而饱和PE的相变温度亦与PC相似。PE由于头部基团小，容易形成非双层构型。PE分子形成长的圆柱状结构，头部基团朝向中心，这种结构被称为六角相（hexagonal phase）。所有的PE在主要的胶-液转换温度以上时转变成六角相。在室温下，所有合成的PE以及饱和的PE形成双层胶相，而非饱和的PE形成六角相（非脂质体）。非饱和的PE与其他磷脂如PC混合可以形成稳定的双层相，以防转换成六角相。然而如果稳定脂质的浓度低，形成双层后易发生相分离，在板层结构中形成六角相或反向胶束（inverted micelle structure）。在自然界，PE的酰基链的长度不同且呈高度不饱和状态，这提示PE参与了生物系统中膜脂质的非双层结构。

2.负电荷磷脂

负电荷磷脂（negatively-charged phospholipids）又称为酸性磷脂。制备脂质体常用的负电荷脂质有磷脂酸（phosphatidic acid，PA）、磷脂酰甘油（phosphatidyl glycerol，PG）、磷脂酰肌醇（phosphatidyl inositol，PI）、磷脂酰丝氨酸（phosphatidyl serine，PS）、双鲸蜡磷脂酸（dicetylphosphate，DCP）等。在负电荷（酸性）磷脂中，有三种力量共同调节双层膜头部基团的相互作用，这三种力即空间屏障、氢键和静电荷。这样，对于二棕榈酰磷脂酰甘油（dipalmitoyl phophatidyl giycerol，DPPG），在pH=7.0时，甘油基团与非质子化的静电斥力，使其相变温度低于二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）10℃，相反，二棕榈酰磷脂酸（dipalmitoyl phosphatidic acid，DPPA）在中性pH情况下，有一个小的头部基团和一个质子，像PE一样能发生氢键结合，引起纯的DPPA双层膜相变温度升高，在高和低pH值情况下，尤其在高pH值情况下，静电斥力使头部基团分开，相变温度降低。

3.正电荷脂质

制备脂质体所用的正电荷脂质（positivity-charged lipids）均为人工合成产品，目前常用的正电荷脂质有硬脂酰胺（sterylamine，SA）、胆固醇衍生物等。

正电荷脂质制备的脂质体在基因的传递系统中应用非常普遍。常用的带正电荷的胆固醇衍生物有3β-［N-（N'，N'-二甲基氨乙基）氨基甲酰基］胆固醇{3β-［N-（N'，N'-dimethylaminoethane）carbamoyl］cholesterol，DC-chol}、N-［l-（2，3-二油酰基）丙基］-N，N，N-三乙胺氯（DOTMA）、2，3-二油酰氧-N-［2-（精胺酸基酰胺）乙基］-N，N-二甲基-1-丙基-三氟乙酸铵（DOSPA）、1，2二油酰氧丙基-N，N，N-三甲基溴化铵（DOTAP）等。

4.胆固醇

胆固醇（cholesterol，Ch）是自然界膜中的另一类重要的组成成分。它是一种中性脂质，亦属于双亲性分子，但是亲油性大于亲水性。它在各类动物细胞的质膜中含量较高，而在植物细胞质膜中及细胞器的膜系中含量较少。由于胆固醇本身相聚合的能量较大，故常不与蛋白质结合，而主要与磷脂相结合，阻止磷脂凝集成晶体结构。它趋向于减弱膜中脂质与蛋白质复合体之间的连接，它像缓冲剂一样，起着调节膜结构流动性的作用。胆固醇掺入脂质体脂双层引起囊泡性质变化。胆固醇本身不形成脂质双层结构，但它能以高浓度的方式掺入磷脂膜。在天然膜中，胆固醇与磷脂的分子数比例从0.1～1依赖于解剖和细胞定位。胆固醇作为两性分子，能镶嵌入膜，羟基基团朝向亲水面，脂肪族的链朝向并平行于磷脂双层中心的烃链。当胆固醇达到一定的浓度，酰基链和胆固醇结合占领膜的部分大于或等于PC头基团占领的部位，这样含有高浓度胆固醇的PC膜并不出现链的倾斜。在PC膜上加入胆固醇对相变温度具有限定作用，在DPPC中加入33％胆固醇，相变温度从41℃升到44℃，然而随着胆固醇浓度的增加，胆固醇可以使相变温度变化为零。摩尔分数为50％的胆固醇可以改变接近相变温度时的膜的流动性，在相变温度以下，有序的胶相流动性增加，在相变温度以上时，降低酰基链的自由度使脂质双层排列紧密，引起膜流动性降低。这种流动性变化与膜的通透性变化相平行，在温度高于相变温度时膜的通透性降低，低于相变温度时膜的通透性增加。

在脂质混合物组成的膜中加入胆固醇与单一脂质的情况一样，以同样的方式改变通透性和流动性特征，在混合物中产生相分离，胆固醇主要与具有低相变温度的成分相互作用，胆固醇对某些脂质的作用大于另一些脂质的机制尚未明了。

5.大豆甾醇及其葡萄糖苷

大豆甾醇葡萄糖苷（SG）是从经提炼豆油的大豆残渣中分离出来的甾醇葡萄糖苷的混合物，SG主要是由β-谷甾醇（β-sitosterol 3-β-D-glucoside）、菜油甾醇（campesterol β-D-glucoside）、豆甾醇（stigmasterol β-D-glucoside）及菜籽甾醇（brassicasterol β-D-glucoside）的D-葡萄糖苷组成的。大豆甾醇（sovbean sterol，SS）是SG去葡萄糖残基的水解产物。SS与Ch的结构相似，SS能提高脂质体膜的稳定性，其膜的稳定性作用大于Ch；SG能提高脂质体的肝脏靶向性。SS、SG为纯天然产物，较安全，来源丰富，价格便宜。

6.非磷脂

1989年，Micro-Vcsicular System（MVS）公司发明了一种称为novasome的新型脂质体，其脂双层主要成分为聚氧乙烯脂肪醇醚类的表面活性剂，商品名为苄泽（brij）。由于是非磷脂（non-phospholipid）组成的脂质体，统称为非磷脂脂质体（non-phospholipsomes），组成非磷脂脂质体的表面活性剂称为非磷脂。