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1、第21卷第3期大学化学2006年6月磷脂囊泡的研究与应用王绍清黄建滨(北京大学化学与分子工程学院北京100871)摘要从脂质体的发现历史开始,对脂质体的形貌和结构等各个方面的研究成果和方法,以及脂质体的制备、物理性质、应用等进行综合性介绍。脂质体(liposome)是由磷脂分子在水相中通过疏水作用形成的双分子膜包围而成的密闭[1]球形囊泡(vesicle)。自从20世纪60年代中期脂质体被Bangham等发现以来,引起了研究者的广泛兴趣,主要集中在研究脂质体的物质特性,如原料组成,磷脂的碳氢链和胆固醇等对[2][3]脂质体结构和性质的影响等。1972年,生物膜Singer2Nicolso
2、n流动镶嵌模型的提出为研究者揭示了一个潜在的脂质体研究领域———生物膜模型。无论是生物学中对细胞的培养和生长以及细胞分裂规律进行的探讨,还是生物化学中对细胞内部所发生的各种进程化学反应机理的研究和分析,都是在细胞这个同时发生着无数生化进程的复杂研究平台上进行的,各种进程之间避免不了互相干扰和影响。脂质体的发现,尤其是它与细胞之间相似性的证实,为真正实现把细胞中所发生的各种物理化学或生化反应进程分离开来进行独立研究提供了一个研究平台,为更多生命规律的发现和对生命现象的更深认识创造了条件。例如,对细胞膜中控制各种离子进出细胞的各种膜蛋白进行的深入结构解析和机理研究,就是以脂质体膜为基础进行[
3、4]的。细胞是生命的基本单元。细胞的自我复制功能保证了物种的延续,是生物成长的基础。[5]实现脂质体自发分裂和自我复制对于人工细胞的制备是不可缺少的研究步骤。在医药学研究上,因为它的生物亲和性,脂质体被用作治疗癌症、白血病、病毒性肝炎和艾滋病等疑难病[6,7]症的药物输送系统的首选药物载体。所以,可以说脂质体的研究是与21世纪人类的健康息息相关的。对于生物学、医学和化学研究工作者而言,了解脂质体的历史,学习它的制备方法,掌握它的特性,熟悉与它相关的热门研究方向,都具有重要的意义。1脂质体的形态结构和研究方法脂质体为球形的中空结构,外壁为一层或多层磷脂双分子膜(图1)。由于制备和处理方法不
4、同,脂质体的直径可为几十纳米到几微米不等,结构也不同。根据磷脂双分子层的重数及直径大小的不同,脂质体被分为小型单重脂质体(SUV,smallunilamellarvesicle,直径小于100nm)、大型单重脂质体(LUV,largeunilamellarvesicle,直径100～1000nm)和多重脂质体(MLV,multilamellarvesicle)(图1)。直径在1000nm以上的单重脂质体又叫超大型单重脂质体(GUV,giantunilamellarvesicle)。1图1各种脂质体结构的示意图对于直径为几微米的脂质体,在光学显微镜下,可以直接观察到它们的形貌。对于直径只有
5、几百、甚至几十纳米的脂质体来说,只能在电子显微镜下进行观察。图2中分别是在采用负染色法(negative2stainingmethod)、冰冻刻蚀(freeze2fracturetechnique)法和冷冻制片(Cryo2TEM)技术制成的电镜样品中观察到的脂质体形态。所观察到的脂质体一般都近似球形。图2脂质体的电子显微镜照片(a)负染色法[8][9][10],(b)冰冻刻蚀法,(c)深度冷冻法[11]脂质体的微观层状构造最早是用X射线衍射法来观察的。由于脂质体中有着双分子层之间和内外表面3个界面,根据X射线衍射图和衍射峰的数据可以算出脂质体双分子层和其中单分子层的厚度以及内外表面水化层
6、的厚度。冰冻刻蚀法得到的电子显微镜照片经常被用来观察磷脂双分子层的瞬间构造。液氮冻结可以将瞬间磷脂双分子层的分子排列状态很好地保存下来。由于磷脂双分子层之间的力主要是疏水性集团之间的亲和力,从力学角度来说,冻结后双分子层之间成为最薄弱的部位,所以在切片时很容易从两层分子之间分开。这样让周围的水分子升华一部分后再加以蚀刻,就能够清晰观察到脂质体中分子层的内部构相。另3131外,根据P在磷脂分子的双分子层、反向柱状和球状胶束中的核磁扫描峰的不同,P2NMR扫[12]描峰也可用来跟踪脂质分子聚集相的变化。能够观察脂质体微观构造的实验方法还有傅13立叶红外吸收,C2NMR,激光2拉曼光谱等。2脂
7、质体的制备不同的应用环境和目的对于脂质体的结构有着不同的要求。例如,用作水溶性药物输送载体时,脂质体的内水相要尽可能大,以利于提高水溶性物质的包藏效率。但对于脂溶性药物的包藏而言,磷脂膜越厚越有利。不同结构的脂质体,对制备方法的要求也各不相同。下面将按照脂质体结构的不同,对现在普遍应用的制备方法进行简要介绍。22.1多重脂质体的制备[13]多重脂质体(MLV)的制备方法最初是Bangham等报道的。在圆底烧瓶中将溶解有磷脂分子的有机
