聚蘋(píng)果酸的研究與發(fā)展摘要聚蘋(píng)果酸由于優(yōu)異的水溶性、生物相容性和生物降解性，具有廣闊的研究意義和應(yīng)用空間。本文介紹了聚蘋(píng)果酸的分類和性質(zhì)，以及化學(xué)合成和生物合成聚蘋(píng)果酸的方法，并結(jié)合最新研究綜述了聚蘋(píng)果酸在藥物載體等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用和聚蘋(píng)果酸的優(yōu)化研究。關(guān)鍵詞：聚蘋(píng)果酸；聚合物藥物；生物相容性ResearchandDevelopmentofPolymalicAcidAbstractPolymalicacidhasbroadresearchsignificanceandapplicationspaceduetoitsexcellentwatersolubility,biocompatibilityandbiodegradability.Thispaperintroducestheclassificationandpropertiesofpolymalicacid,aswellasthemethodsofchemicalsynthesisandbiosynthesisofpolymalicacid.Combinedwiththelatestresearch,theapplicationofpolymalicacidinbiomedicalfieldssuchasdrugcarriersandtheoptimizationresearchofpolymalicacidaresummarized.Keywords：Polymalicacid;Polymerdrugs;Biocompatibility前言聚蘋(píng)果酸（PolyMalicacid，PMLA)是以蘋(píng)果酸作為唯一單體，通過(guò)酯鍵連接而成。由于其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)，受到越來(lái)越多科研人員的青睞。本綜述對(duì)聚蘋(píng)果酸的性質(zhì)合成應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)：聚蘋(píng)果酸具有易代謝易修飾的性質(zhì)，其在體內(nèi)可自發(fā)降解為蘋(píng)果酸小分子，左旋蘋(píng)果酸單體可被人體吸收，進(jìn)一步代謝為水和二氧化碳。聚蘋(píng)果酸易與其他官能團(tuán)結(jié)合而被修飾。它的化學(xué)合成方法繁瑣，需多次純化分離，故目前有關(guān)生物合成聚蘋(píng)果酸的方法改良探索的研究較多。目前存在的問(wèn)題是聚蘋(píng)果酸尚未做到大批量合成，以及降解速度過(guò)快，使其應(yīng)用受阻，仍有待解決。聚蘋(píng)果酸可與藥物結(jié)合，做藥物載體，它在體內(nèi)降解后，可參與三羧酸循環(huán)，更有利于藥物的吸收代謝，是一種良好的藥物載體、生物醫(yī)學(xué)材料，故被廣泛使用在醫(yī)療行業(yè)等其他方面，因此研究探索聚蘋(píng)果酸有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)聚蘋(píng)果酸的合成應(yīng)用均有所研究，人們提出一種新的思路：聚蘋(píng)果酸的優(yōu)化，將樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的聚蘋(píng)果酸改造為星型結(jié)構(gòu)的聚蘋(píng)果酸，側(cè)鏈更多，藥物結(jié)合靶點(diǎn)更多，更加有助于與藥物的分散及吸收。1聚蘋(píng)果酸的結(jié)構(gòu)蘋(píng)果酸是聚蘋(píng)果酸的單體。在自然界中，有三種存在形式，即D-蘋(píng)果酸、L-蘋(píng)果酸及其混合物DL-蘋(píng)果酸（圖1）。能參與三羧酸循環(huán)的有效結(jié)構(gòu)是L型，它易被人體吸收。圖1蘋(píng)果酸的結(jié)構(gòu)聚蘋(píng)果酸有三種主要結(jié)構(gòu)：α型、β型、αβ型（圖2）[1]。蘋(píng)果酸分子的不對(duì)稱碳原子上的羧基與位于不同碳原子上的另一分子的羥基縮合形成α型聚蘋(píng)果酸，β型聚蘋(píng)果酸是由蘋(píng)果酸分子不對(duì)稱碳原子上的羥基和另一分子不同碳原子上的羧基縮合而成，αβ型聚蘋(píng)果酸是指混合結(jié)構(gòu)的聚蘋(píng)果酸[2]，只有β型聚蘋(píng)果酸存在于生物體中，這是近年來(lái)的一個(gè)熱門(mén)研究課題。圖2PMLA的結(jié)構(gòu)2聚蘋(píng)果酸的性質(zhì)2.1易代謝由圖2可得，其結(jié)構(gòu)上羧基較多，屬于陰離子酸，因?yàn)樽陨硭嵝?，常發(fā)生自身降解反應(yīng)。在水溶液中，可以通過(guò)自然或酶促作用，降解產(chǎn)生小分子蘋(píng)果酸，小分子蘋(píng)果酸進(jìn)一步通過(guò)三羧酸循環(huán)，無(wú)蓄積毒性地排出體外。2.2易修飾聚蘋(píng)果酸眾多的側(cè)鏈羧基，經(jīng)修飾或改性，可以引入藥物分子，從而顯著提高藥物療效，減少毒副作用。此外，由于聚蘋(píng)果酸重復(fù)結(jié)構(gòu)單元上存在不對(duì)稱碳原子，使聚蘋(píng)果酸具有手性，為聚蘋(píng)果酸的研究提供了更多思路。3聚蘋(píng)果酸的合成3.1化學(xué)制備法目前蘋(píng)果酸的化學(xué)合成方法主要有兩種：開(kāi)環(huán)聚合法和直接聚合法[3]。3.1.1開(kāi)環(huán)聚合法開(kāi)環(huán)聚合法又分為內(nèi)酯開(kāi)環(huán)聚合法和丙交酯開(kāi)環(huán)聚合法。內(nèi)酯開(kāi)環(huán)聚合法[4]：起始反應(yīng)物可為天冬氨酸、蘋(píng)果酸或溴代丁二酸，β-芐氧羰基β-丙內(nèi)酯作單體，然后通過(guò)分子間脫水，得到聚蘋(píng)果酸前體物質(zhì)，最后芐酯氫解得到聚蘋(píng)果酸。丙交酯開(kāi)環(huán)聚合法：以天冬氨酸為起始反應(yīng)物，通過(guò)保護(hù)羧基和取代羧酸等反應(yīng)生成β-芐氧羰基β-丙內(nèi)酯，然后通過(guò)分子間脫水生成六元環(huán)狀單體二芐基二蘋(píng)果酸酯，最后芐酯氫解得到α-聚蘋(píng)果酸。張雨[5]等人對(duì)其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化：以左旋天冬氨酸和左旋蘋(píng)果酸合成的四元環(huán)為單體，苯甲酸四乙酯為引發(fā)劑，通過(guò)陰離子開(kāi)環(huán)聚合制備聚蘋(píng)果酸芐酯，最后通過(guò)用氫解去除去保護(hù)基團(tuán)制備聚蘋(píng)果酸。3.1.2直接縮聚法直接縮聚法只需要一步反應(yīng):起始原料為L(zhǎng)型蘋(píng)果酸，αβ型聚蘋(píng)果酸通過(guò)高溫直接脫水酯化得到。余文兵[5]等對(duì)其合成方法進(jìn)行優(yōu)化：將蘋(píng)果酸用乙酰氯脫水，然后通過(guò)開(kāi)環(huán)和脫水環(huán)化反應(yīng)，得到的β-芐氧羰基β-丙內(nèi)酯的總收率為32.2%，以它作為單體，自制的0.1wt%苯甲酸四乙基銨作為引發(fā)劑，在60℃下反應(yīng)6天，然后，在室溫下，以鈀碳為催化劑，通過(guò)氫解得到β型聚蘋(píng)果酸。以L型蘋(píng)果酸為原料，直接聚合得αβ型聚蘋(píng)果酸。直接縮聚法與開(kāi)環(huán)聚合法相比，使用有機(jī)溶劑少，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)，有“綠色”反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。但聚合結(jié)構(gòu)不可控制，主要制備αβ型聚蘋(píng)果酸。3.2生物制備β型聚蘋(píng)果酸可以由各種粘菌和絲狀真菌[7]合成。這些菌株可分為兩種類型，即來(lái)自黏菌的長(zhǎng)鏈PMLA和來(lái)自真菌的短鏈PMLA。真菌合成聚蘋(píng)果酸的能力較強(qiáng)，黏菌合成聚蘋(píng)果酸的能力較弱。李睿穎[8]等對(duì)合成方法進(jìn)行了優(yōu)化：通過(guò)正交試驗(yàn)確定了優(yōu)化后的種子培養(yǎng)基的組成和配比，通過(guò)搖瓶試驗(yàn)確定了曲拉通的添加時(shí)間和添加量。轉(zhuǎn)速、酸堿度和通氣量的單因素試驗(yàn)在一個(gè)5L的發(fā)酵罐中進(jìn)行。向發(fā)酵罐中加入2L不同濃度的滅菌發(fā)酵培養(yǎng)基繼續(xù)發(fā)酵，從而確定割罐法的最佳補(bǔ)料組成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到：5L小罐的最佳轉(zhuǎn)速500r/min、通氣量5.5L/min、pH控制在4.5。發(fā)酵24小時(shí)后，加入0.4mmol/L曲拉通，在該批次中獲得的聚蘋(píng)果酸總量達(dá)到318g。在處理好的發(fā)酵液中加入10%的甲醇，去除雜質(zhì)普魯蘭后，再繼續(xù)加入4倍體積的甲醇，得到聚蘋(píng)果酸沉淀，得率為80.52%。采用上述方法每升發(fā)酵液的聚蘋(píng)果酸產(chǎn)量提高了46.8%，單一批次的發(fā)酵時(shí)間增加了40h，產(chǎn)聚蘋(píng)果酸總量是原來(lái)的2.25倍。此方法降低了發(fā)酵成本，并簡(jiǎn)化了提取的工藝，為聚蘋(píng)果酸的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。3.3化學(xué)制備方法和生物制備方法的比較聚蘋(píng)果酸的化學(xué)合成方法，相對(duì)容易控制和簡(jiǎn)單?；瘜W(xué)制備中開(kāi)環(huán)法合成的產(chǎn)物主要是β型聚蘋(píng)果酸，是唯一存在生物體內(nèi)的構(gòu)型，這種方法獲得的聚蘋(píng)果酸相對(duì)分子質(zhì)量較大，但反應(yīng)周期涉及多個(gè)步驟，包括大量的重復(fù)純化時(shí)間。在生物制備中很難篩選到產(chǎn)酸能力強(qiáng)的菌株，發(fā)酵過(guò)程難以控制，發(fā)酵周期長(zhǎng)，產(chǎn)量不高。4聚蘋(píng)果酸的應(yīng)用4.1用作藥物載體材料聚蘋(píng)果酸是一種高分子材料[9]，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和研究開(kāi)發(fā)。天然聚蘋(píng)果酸有在動(dòng)物體內(nèi)注射較大劑量不會(huì)引起動(dòng)物特異性免疫反應(yīng)的優(yōu)良特性[10]，因此聚蘋(píng)果酸優(yōu)于作為藥物載體的其他生物聚合物，如多糖、多肽和其他生物聚合物。作為藥物載體的聚蘋(píng)果酸，它的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)羧基的共聚或懸掛來(lái)調(diào)整，以完成控釋藥物的目的。聚蘋(píng)果酸在其結(jié)構(gòu)中含有羧基側(cè)基，可以與其他官能團(tuán)反應(yīng)制備聚蘋(píng)果酸衍生物，也可以與藥物、小分子化合物或官能團(tuán)反應(yīng)[11]。Abdellaoui等[12]通過(guò)酰胺鍵將抗腫瘤藥物阿霉素(Dox)與聚蘋(píng)果酸結(jié)構(gòu)中的羧基連接，形成共聚物PMLA-Dox。Yoncheva等[13]將抗凝血?jiǎng)╇p嘧達(dá)莫與聚蘋(píng)果酸結(jié)合，體外降解實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能在38天內(nèi)有效抑制血小板聚集。Ljubimova等[14]首先，用N-羥基琥珀酰胺將聚蘋(píng)果酸酯化以活化側(cè)鏈上的羧基，然后與聚乙二醇、氨基、2-巰基乙胺(2-MEA)等反應(yīng)，以通過(guò)酰胺鍵將它們與聚蘋(píng)果酸主鏈連接，然后通過(guò)先前引入的2-巰基乙胺將單克隆抗體和抗癌藥物反義核苷酸與聚蘋(píng)果酸共價(jià)結(jié)合以形成硫醚鍵或二硫鍵。Jos’ePortilla-Arias[15]認(rèn)為局部甲基化的聚蘋(píng)果酸更適合作為藥物載體。MDA-MB-231乳腺癌細(xì)胞可以吞噬熒光標(biāo)記的藥物-PMLA結(jié)合物，而甲基化后的聚蘋(píng)果酸可以增強(qiáng)藥物效果。聚蘋(píng)果酸與抗腫瘤藥物結(jié)合形成前藥，延長(zhǎng)給藥周期，并且減少用藥量，從而有效延長(zhǎng)藥物對(duì)腫瘤組織的作用時(shí)間。4.2用作生物醫(yī)學(xué)材料經(jīng)過(guò)一定的改性和加工后，聚蘋(píng)果酸可用作生物醫(yī)用材料，如用于燒傷、手術(shù)縫合線等傷口處理的繃帶等[16]，因此被直接應(yīng)用于人體。與生長(zhǎng)因子連接的肝素可以與聚蘋(píng)果酸和含有仲丁基和磺酸基團(tuán)的三聚體結(jié)合以促進(jìn)骨愈合。Jeanbat-Mimaud等[17]將上述材料植入小鼠受傷的骨骼中后，發(fā)現(xiàn)并不是聚蘋(píng)果酸衍生物直接治愈了傷口，而是聚蘋(píng)果酸衍生物與結(jié)合有生長(zhǎng)因子的乙酰肝素結(jié)合，將它釋放到傷口中并加速了傷口愈合的速度。4.3其他方面其含有許多側(cè)鏈羧基，易于化學(xué)修飾成聚蘋(píng)果酸衍生物，可制成化妝品、吸水材料、聚合物涂料、高分子膠束、表面活性劑等，具有生物活性[18]。5總結(jié)與展望作為一種新的載體系統(tǒng)，聚蘋(píng)果酸具有良好的水溶性[19]、代謝性[20]、生物相容性[21]、無(wú)免疫原性和化學(xué)衍生性[22]，降解產(chǎn)物為無(wú)毒害的水和二氧化碳等優(yōu)良特性，然而在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)仍有一些問(wèn)題有待解決，例如，聚蘋(píng)果酸在水環(huán)境中降解過(guò)快，難以達(dá)到長(zhǎng)期的藥物傳遞效果，其強(qiáng)電負(fù)性影響其作為藥物載體將化療藥物攜帶入細(xì)胞的能力[23]。為了解決上述問(wèn)題，我們需要加強(qiáng)一些基礎(chǔ)研究工作。研究者發(fā)現(xiàn)通過(guò)在聚蘋(píng)果酸上鍵合保護(hù)基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾，可將其改造為星型聚蘋(píng)果酸，進(jìn)一步增強(qiáng)載體藥物降解的可控性，延長(zhǎng)它在體內(nèi)的半衰期，以及提高其攜帶化療藥物入胞的能力。星型聚合物有獨(dú)特的三維球形結(jié)構(gòu)。由于臂的纏結(jié)較少，它們?cè)谙∪芤褐斜憩F(xiàn)出較低的溶液粘度。同時(shí)，它們獨(dú)特的內(nèi)部和外圍結(jié)構(gòu)可以引入具有不同活性的官能團(tuán)。星型聚合物具有獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[24]。與線性類似物相比，星型聚合物通常具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，如結(jié)晶度低、端基多、流體力學(xué)體積小等[25]。由于其末端官能團(tuán)的類型和數(shù)量的多樣性，它比相同類型的線性聚合物具有更好的加工性能。通過(guò)改進(jìn)星型聚合物的聚合方法和技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)更窄的多分散性，并且通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以在星型聚合物內(nèi)部形成巨大的空間來(lái)裝載藥物[26]。聚蘋(píng)果酸為樹(shù)狀大分子，只有最表層是官能團(tuán)，相對(duì)樹(shù)狀大分子來(lái)說(shuō)，通過(guò)鍵合保護(hù)基團(tuán)對(duì)聚蘋(píng)果酸進(jìn)行化學(xué)修飾，轉(zhuǎn)化為星型結(jié)構(gòu)的星型聚蘋(píng)果酸，其具有更多的官能團(tuán)，可以引入不同活性的官能團(tuán)，使其降解更加徹底，降解的可控性增強(qiáng)，載體藥物在體內(nèi)的半衰期延長(zhǎng)，藥物傳遞效率提高，聚蘋(píng)果酸載體藥物的靶向機(jī)制進(jìn)一步改善，藥物選擇性提高，協(xié)同藥物傳遞效果增強(qiáng)。聚蘋(píng)果酸的研究始于上個(gè)世紀(jì)六十年代，它優(yōu)良的特性受到大量研究人員的關(guān)注與研發(fā)，而如今它的產(chǎn)量仍滿足不了社會(huì)的需求量。到目前為止，聚蘋(píng)果酸在實(shí)際應(yīng)用中還沒(méi)有大量投入，部分是因?yàn)槠淞己玫乃苄院涂焖俚慕到馑俣认拗屏怂氖褂?，同時(shí)因?yàn)楹铣陕肪€還沒(méi)有優(yōu)化到可以大量制備的程度。相信隨著研究的深入，存在的問(wèn)題將逐步得到克服，聚蘋(píng)果酸的應(yīng)用價(jià)值將進(jìn)一步提高。參考文獻(xiàn)[1]張慧莉.微生物高效生產(chǎn)γ-聚谷氨酸和β-聚蘋(píng)果酸的研究[D].浙江大學(xué),2012.[2]李紅保.生物材料β-聚蘋(píng)果酸的膜分離純化工藝研究[D].河北科技大學(xué),2016.[3]曲飛燃.水溶性苝基熒光聚蘋(píng)果酸的合成及其對(duì)細(xì)胞熒光標(biāo)記的研究[D].天津理工大學(xué),2017.[4]丁銳,李光吉.生物高分子聚蘋(píng)果酸及其衍生物的合成與應(yīng)用前景[J].高分子通報(bào),2005(02):47-56.[5]張雨.β-聚蘋(píng)果酸合成工藝優(yōu)化及一種新晶型聚蘋(píng)果酸芐基酯的性質(zhì)研究[D].中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué),2018.[6]余文兵.聚蘋(píng)果酸的合成研究[D].南京工業(yè)大學(xué),2005.[7]BaroutiGhislaine,KhalilAli,OrioneClement,JarnouenKathleen,Cammas-MarionSandrine,LoyerPascal,GuillaumeSophieM.Poly(trimethylenecarbonate)/Poly(malicacid)AmphiphilicDiblockCopolymersasBiocompatibleNanoparticles.[J].Chemistry(WeinheimanderBergstrasse,Germany),2016,22(8).[8]李睿穎,楊殿林,王慧,高晶晶,林艷艷,安克銳.割罐法發(fā)酵聚蘋(píng)果酸的工藝優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2020,41(05):175-181+187.[9]饒佳家.聚β蘋(píng)果酸的生物合成及應(yīng)用研究進(jìn)展[C].《材料導(dǎo)報(bào)》雜志社、《材料導(dǎo)報(bào)》第五屆編委會(huì).2007高技術(shù)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)暨《材料導(dǎo)報(bào)》編委會(huì)年會(huì)論文集.《材料導(dǎo)報(bào)》雜志社、《材料導(dǎo)報(bào)》第五屆編委會(huì):材料導(dǎo)報(bào)編輯部,2007:240-242.[10]RameshK,ThangagiriB,MishraAK,etal.AB2-typemiktoarmpoly（L-lactide）-b-poly（N-acryloylmorpholine）amphiphilicstarblockcopolymersasnanocarriersfordrugdelivery［J］.ReactiveandFunctionalPolymers,2018,132:112-119.[11]Jeanbat-MimaudV,BarbaudC,CaruelleJP.BarritaultD,etal.Bioactivefuntionalizedpolymerofmalicacidforbonerepairandmuscleregeneration[J].JBiomaterSciPolymer,2000:9:979-991.[12]AbdellaouiK,BousttaM,VertM,etal.Metabolite-derivedartificialpolymerdesignedfordrugtargeting,cellpenetrationandbioresorption[J].EurJPharmSci,1998,6(1):61-73.[13]YonchevaK,MiloshevS,BelchevaN,etal.DevelopmentandcharacterizationofCross-linkedpoly(malate)microsphereswithdipyridamole[J].IntJPharm,2001,226(1-2):31-37.[14]BraudC,BunelC,VertM.Poly(B-MalicAcid)ANewPolymericDrug-Carrier[J].PolymBull,1985,13:293-299.[15]Portilla-AriasJ,RameshwarP,HuJW,etal.NanoconjugatePlatformsDevelopmentBasedinPoly(B,L-MalicAcid)MethylEstersforTumorDrugDelivery[J].JournalofNanomaterials-Specialissueonnanomaterialsforcancerdiagnosisandtherapy,2010,2010:8pages.[16]AgnesWycisk,ArtjomD?ring,Barner-Kowollik,etal.SynthesisofB-cyclodextrin-basedstarblockcopolymerswiththermo-responsivebchavior[J].Polymers,2015,7(4):921-938.[17]Jeanbat-MimaudV,BarbaudC,CaruelleJP.BarritaultD,etal.Bioactivefuntionalizedpolymerofmalicacidforbonerepairandmuscleregeneration[J].JBiomaterSciPolymer,2000:9:979-991.[18]AykacFS,AydoganC,YagciY.Arobuststrategyforthesynthesisofmiktoarmstarcopolymersbycombinationo