透明质酸在外用传递系统中的应用研究进展
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作者:李霞 王玉玲 郭学平
[摘要]透明質酸是生物体内广泛存在的一种酸性黏多糖，它具有优异的生物相容性、超强锁水能力、独特的网状结构以及在体内存在透明质酸受体等特点。透明质酸作为天然生物聚合物，在促进活性物质传递方面显现良好的应用前景。本文就透明质酸在外用传递系统中的应用研究进行了综述，从透明质酸自身渗透、透明质酸及透明质酸结合物促进其他活性物质的渗透方面进行展开，以期为今后透明质酸在外用传递系统方面的应用及产品开发提供借鉴。
[关键词]透明质酸;传递系统;促进;渗透;角质层;表皮层;真皮层
[中图分类号]R322.99 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455（2021）01-0177-04
Advances in Research on Hyaluronic Acid Applied in Topical Delivery System
LI Xia1，WANG Yu-ling2， GUO Xue-ping1
（1.Bloomage Biotechnology Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China;2. Shandong Bloomage Hyinc Biopharm Co.，Ltd.，Jinan 250101，Shandong，China）
Abstract：Hyaluronic acid is an acid polysaccharide widely found in organisms.It has excellent biocompatibility，super water-holding capacity，unique network structure and hyaluronic acid receptors in the body.As a natural biopolymeric，it has shown a promising application prospect in the biomedical field that promotes the penetration of active substances.This paper reviewed the progress of research on hyaluronic acid applied in topical delivery system from hyaluronic acid self-penetration to hyaluronic acid and hyaluronic acid conjugate to promote the penetration of other active substances.It will provide reference for future in the application of hyaluronic acid in the topical delivery system and development of products.
Key words：hyaluronic acid;delivery system;promote;penetration; stratum corneum; epidermis; dermis
在皮肤局部给药以及功能性护肤品研究领域，活性成分的吸收是科研人员关注的重点内容之一，只有活性成分透过皮肤屏障到达皮肤目标层次，其功效才能被充分发挥，因此，为了实现这一目的，在皮肤给药、美容及护肤领域，研究者们常引入一种促进活性成分透皮吸收方式，在配方中加入促渗透剂，如：植物精油、冰片、表面活性剂及乙醇等[1-3]，或借助设备进行物理导入，如：离子导入、超声波导入、微针导入及反向电渗透技术[4-5]，然而，这些方法都会对皮肤组织进行化学或物理干扰，在某些情况下还会造成皮肤屏障功能受损，甚至皮肤过敏等不良反应。
透明质酸（Hyaluronic acid，HA）是生物体内普遍存在的一种无种族特异性的酸性黏多糖，它是由（1→3）-2-乙酰氨基-2-脱氧-β-D-葡糖-（1→4）-O-β-D-葡糖醛酸双糖重复单位所组成，分子量从几千到几百万道尔顿均有分布。由于透明质酸分子中存在大量的羟基和羧基亲水基团，在溶液中透明质酸分子不但形成分子内氢键，还会形成分子间氢键，甚至分子间聚合的相互作用构成了透明质酸的网状结构。在形成的网状结构中，透明质酸分子还可能与其他物质进行分子间的作用[6-8]。
透明质酸作为一种天然的生物大分子物质，具有优异的生物相容性、独特的分子结构、超强锁水保湿特性及在体内存在透明质酸受体等特点[9-11]，在生物医学领域具有广泛的应用前景，特别是在药物传递系统方面，例如：HA在微乳、纳米乳、脂质体及微针药物传递系统中的应用研究，透明质酸具有促进这些含药载体的稳定性和黏附性等作用[12-16]，但是透明质酸及透明质酸结合物在非微乳、非纳米乳、非脂质体、非微针的系统下是否也具有促进药物传递的作用呢？本文就透明质酸及透明质酸结合物本身在外用传递系统中对药物渗透、储留作用等方面进行综述。
1 透明质酸在外用传递系统中的应用研究现状
1.1 透明质酸促进储留和缓控释作用：透明质酸作为药物传递媒介，具有促进药物在皮肤表皮中的储留及局部靶向作用特性，同时也具有缓控释作用。Martin[17]等以羧甲基纤维素钠（Na-CMC）、硫酸软骨素（CS）为对照，考察了透明质酸对双氯芬酸经皮传递的局部靶向特性和缓释作用。试验以14C标记的双氯芬酸为目标检测物，分别考察2.5% HA、2.5% Na-CMC、2.5% CS作为凝胶基质对双氯芬酸在皮肤中储留量的影响。结果显示，2.5% HA为基质的实验组，其双氯芬酸在皮肤中的储留量明显高于对照组2.5% NACMC和2.5%CS;同时，双氯芬酸在皮肤中缓慢释放效率也优于对照组。基于透明质酸促进双氯芬酸在表皮上的储留、缓控释作用，开发了以2.5%透明质酸为基质的3%双氯芬酸钠凝胶（商品名：Solaraze ?），该药品已在美国、加拿大和大多数欧洲国家获得批准，用于治疗日光性角化病（Actinic Keratosis，AK）。临床试验证明Solaraze ?治疗AK安全有效，耐受性良好，并且还降低了不良反应的发生率[18-19]。 透明质酸与聚谷氨酸形成的交聯聚合物（HA-CP）作为药物载体促进了聚谷氨酸-氟辛酸钠偶联物（PGA-FLUO）渗透，增加了PGA-FLUO在表皮层上的储留量，而在真皮层的储留量极少，所以这有利于药物保留在表皮层内，在治疗银屑病方面，不但提高了药物的生物利用度，而且避免了药物进入血液循环，从而减少了全身毒副作用[20] 。
1.2 透明质酸促进传递：透明质酸是细胞外基质的主要成分之一。在皮肤角质形成细胞和成纤维细胞中均有透明质酸受体存在，利用这一特点，Yang等[21]考察了透明质酸对人生长因子（hGH）经皮传递的促进作用，Yang首先通过醛改性透明质酸（100kDa）与人生长因子（hGH）的N-端胺基的特异性偶联反应，合成了HA-hGH结合物;然后分别用磷酸盐缓冲液（PBS）、FITC（异硫氰酸荧光素）及用FITC标记的hGH、HA、HA-hGH结合物处理小鼠背部皮肤，1h后，使用荧光显微镜观察到含有HA和HA-hGH样品处理的小鼠皮肤内具有很强的荧光分布，而PBS、FITC样品处理的小鼠皮肤内观察不到荧光，hGH样品处理的小鼠皮肤内观察到微弱荧光。实验结果显示，HA和HA-hGH结合物可以渗透到皮肤内，也进一步表明透明质酸具有促进hGH在皮肤上的渗透。
Kong[22]通过化学法合成了透明质酸-羟乙基纤维素结合物（HA-HEC），并以磷酸盐缓冲液（PB）、20%的1，3-丁二醇磷酸盐溶液（20%BG/PB）为对照，评价了HA-HEC结合物对异甘草素（ILTC）在小鼠背部剥离皮肤各层上传递和分布情况的影响。实验结果显示，与PB、20%BG/PB比较，用HA-HEC处理的ILTC样品，虽然在角质层内ILTC储留量没有显著变化，但是在表皮层（除角质层）和真皮层内的储留量是前者的3～4倍。
人甲状旁腺激素1～34片段（PTH1-34） 已被FDA批准用于日常皮下注射治疗骨质疏松症。为了考察PHT1-34是否可通过外用皮肤给药的方式治疗骨质疏松症，Cho等[23]通过化学法合成了透明质酸-人甲状腺激素1～34片段（HA-PTH1-34）结合物，然后将荧光标记的PTH1-34、HA-PTH1-34结合物和PBS对照样品局部涂抹于脱毛大鼠背部，1h后取皮肤组织，PBS冲洗后在双光子显微镜下观察其荧光图像。结果显示，在真皮层内可检测到大量的HA-PTH1-34结合物，而没有检测到PTH1-34，HA-PTH1-34结合物在整个皮肤组织中的FITC强度也高于PTH1-34。所以，HA-PTH1-34结合物比PTH1-34更能有效进行经皮渗透。
通过以上透明质酸或透明质酸结合物促进hGH、ILTC、PTH1-34的渗透试验，可说明透明质酸在外用传递系统中具有促进其他活性物的透皮吸收作用，使渗透到真皮层的活性物含量增加。
2 透明质酸在外用传递系统中的作用机制
通过研究，发现透明质酸及透明质酸结合物具有促进其他活性物在皮肤上的渗透、储留及局部靶向作用，那么其作用机制是什么？研究者们在对透明质酸促渗透方面研究的同时，对此作用机制也进行了猜想和进一步的试验验证。
2.1 低分子量透明质酸自身渗透：Brown等[24]利用同位素3H标记方法，将3H标记的透明质酸凝胶涂于无毛小鼠和人前臂的完整皮肤上，通过放射自显影技术显示3H标记的透明质酸能透过小鼠和人的所有完整性皮肤层，小鼠涂抹30min内透明质酸可到达真皮层。在表皮深层、真皮和淋巴管内细胞内均可观察到3H标记的透明质酸的细胞吸收，通过对小鼠血液、尿液、皮肤和肝脏提取物的色谱分析，发现其中含有3H标记的完整性透明质酸及其代谢物、游离乙酸和水。从血液和皮肤中获得的3H标记的透明质酸分子量为360～400kDa。Essendoubi等[25]利用拉曼显微成像技术对3种不同分子量段（20～50kDa、200～300kDa、1 000～1 400kDa）透明质酸的皮肤渗透进行检测，结果显示，低分子量透明质酸 （20～300kDa） 可以透过角质层，到达皮肤的50～100μm深度即表皮深层，而高分子量透明质酸 （1 000～1 400kDa） 则渗透性较差，只能到达皮肤25μm深度。Witting[26]进一步讨论了透明质酸对于完整皮肤和破损皮肤的影响不同，对于正常完整皮肤，5kDa透明质酸被渗透在角质层和表皮层，高分子量的透明质酸基本被限制在角质层;相反的是，对于屏障破损皮肤，角质层和表皮层都有透明质酸的渗透，且100kDa和1MDa的浓度要高于5kDa的。Brown、Essendoubi及Witting的研究结果是一致的，在正常完整的皮肤上，分子量较小的透明质酸可以渗透到皮肤深层，并且分子量越小渗透系数越大，这种渗透不是被动扩散，而可能是一种主动传递。
2.2 透明质酸促渗透机制：由于不同分子量的透明质酸在皮肤上的自身渗透情况不同，所以带动其他活性物的渗透也不同。2014年，Jung[27]给出透明质酸在经皮给药促进透皮吸收方面存在三种作用机制。首先，当角质层暴露于水中时，组织膨胀，角质层屏障解开，并形成分子进入皮肤通道。同样地，具有吸湿性的透明质酸分子，在其结构骨架内保持高含水量，透明质酸及透明质酸结合物可以令角质层水化，开辟渗透途径，促进栓系物经皮传递;其二，透明质酸在分子水平上属于两亲性线性聚多糖，在透明质酸分子内存在一个由8个CH基团组成的疏水斑块结构域，透明质酸的疏水斑块结构域可以与磷脂形成复合物[28-29]，所以Jung认为透明质酸的结构疏水斑块域在渗透过程中可能与角质层中的脂质组分相互作用，提高了透明质酸及其结合物的皮肤渗透性;其三，皮肤常驻细胞如表皮角质形成细胞和真皮成纤维细胞上存在透明质酸受体，其受体可促进透明质酸及其结合物的渗透。
2015年，Witting等[26]采用荧光寿命成像显微镜（FLIM）研究了不同分子量（5kDa，100 kDa，1MDa） 的透明质酸水凝胶对模型蛋白牛血清白蛋白（BSA）皮肤吸收的影响。研究表明，在完整皮肤上分子量为5kDa的透明质酸可使BSA在角质层和表皮层中的渗透增强，而分子量为100kDa的透明质酸和分子量为1MDa的透明质酸无任何促BSA渗透作用，BSA只停留在角质层。同时，Witting通过试验证明了透明质酸可以改变角质层中角蛋白结构，角蛋白由α-螺旋结构向β-折叠结构转变，使皮肤屏障功能降低，3种分子量中分子量为5kDa的透明质酸对角蛋白的影响最显著，并且随着透明质酸浓度的增加α-螺旋结构向β-折叠结构转变的比率急剧增加。这与Jung提出观点即透明质酸的疏水斑块结构与磷酸脂形成复合物，进而影响角质层中的脂质结构和改变角质层屏障功能的结论是一致的。 3 展望
通过对透明质酸及透明质酸结合物在外用传递系统中的应用研究可知，透明质酸具有促进其他活性物透皮吸收，在皮肤上形成药物储库，并可调控活性物在皮肤各层分布的作用。在作用机制方面，一致认为小分子量透明质酸可以渗透到皮肤深层，透明质酸改变了角蛋白结构，使角质层的屏障功能减弱，所以促进了其他活性物渗透至皮肤内，另外透明质酸水凝胶使角质层组织膨胀，屏障打开，从而促进其他活性物的渗透。然而，透明质酸促进其他活性物质在皮肤上传递的确切机制尚不清晰，除了透明质酸可使角蛋白由α-螺旋结构向β-折叠结构转变方面的试验验证外，其他方面还只是猜测和推断。透明质酸是如何带动其他物质协同进入皮肤深层？如何发挥靶向传递作用？为什么透明质酸在完整皮肤和屏障破损皮肤上对活性物传递的作用不同等系列问题仍需要进一步探究。
相信随着对透明质酸在外用传递系统中研究的不断深入，透明质酸的促渗透机制更加明确，透明质酸促进其他活性物的渗透作用发挥得更加淋漓尽致，其相关产品的开发也会愈来愈多。
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[收稿日期]2019-12-16
本文引用格式：李霞，王玉玲，郭學平.透明质酸在外用传递系统中的应用研究进展[J].中国美容医学，2021，30（1）：177-180.
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