酸响应释氢药物、其制备方法以及其在治疗糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱中的应用
技术领域
本发明涉及生物学、纳米材料和医药学技术领域，特别涉及一种酸响应释氢药物、其制备方法以及其在治疗糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱中的应用。
背景技术
代谢综合征是一组在遗传因素与环境因素共同作用下,人体的蛋白质、脂肪、碳水化合物等物质发生代谢紊乱,在临床上出现的一系列综合征，主要包括腹型肥胖、高血脂和胰岛素抵抗。随着肥胖在世界范围的流行，糖脂代谢紊乱作为代谢性疾病的重要特征，正悄无声息地威胁着人类的健康，临床上糖尿病、高脂血症等代谢紊乱疾病的发病率呈日益增加的趋势，已然成为影响人类健康的重要因素。
氢气是一种无色、无味、具有还原性的小分子。越来越多的研究发现氢气对几乎所有的器官组织都具有抗氧化应激作用。相对传统的抗氧化剂，氢气具有分子量小、易于在体内自由扩散、可越过许多药物无法越过的人体屏障到达病灶，以及无明显毒副作用等优点。目前已有的研究表明，采用吸氢气或口服如富氢水或富氢生理盐水等，可显著缓解以氧化损伤为共性的疾病模型的病程进展。
虽然氢气是一种新型选择性抗氧化和理想的抗炎物质，但是氢气的溶解度较低，且在体内可任意扩散，因此直接吸入氢气、注射或者饮用富氢水，通常很难使氢气分子有效到达并大量蓄积在深层病灶组织，经常导致治疗效果有限。如何实现氢的长效、控制性释放对提高氢治疗效果具有重要意义，目前仍然充满挑战。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种酸响应释氢药物、其制备方法以及其在治疗糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱中的应用，旨在提供一种能够控制性释放氢气且能够长效释放氢气的酸响应释氢药物。
为实现上述目的，本发明提出一种酸响应释氢药物，所述酸响应释氢药物包括：
酸响应释氢材料，所述酸响应释氢材料与酸反应释放氢气;
辅料，所述酸响应性纳米释氢材料与所述辅料的质量比例为1：1至1：5;
所述酸响应释氢药物由所述酸响应释氢材料与所述辅料均匀混合后挤压成型。
可选地，所述酸响应释氢药物的外表面涂覆有包衣。
可选地，所述酸响应释氢材料包括空心介孔二氧化硅负载氨硼烷、纳米铁颗粒、二硼化镁纳米片和二硼化钙纳米片中的至少一种。
可选地，所述酸响应释氢材料的表面修饰有保护剂。
可选地，在所述酸响应释氢材料包括空心介孔二氧化硅负载氨硼烷时，所述空心介孔二氧化硅负载氨硼烷的保护剂为分子量2000～4000的聚乙二醇。
可选地，所述辅料包括聚乙二醇、羟甲基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述聚乙二醇的分子量为2000～4000。
为实现上述目的，本发明还提出一种酸响应释氢药物的制备方法，酸响应释氢药物的制备方法包括：
将酸响应释氢材料与辅料按照质量比例1：1至1：5混合均匀，将混合物挤压成型，得酸响应释氢药物。
可选地，所述酸响应释氢材料为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷，所述聚乙二醇的分子量为2000～4000，;
所述将酸响应释氢材料与辅料按照按照质量比例1：1至1：5混合均匀，将混合物挤压成型，得酸响应释氢药物的步骤之前，还包括：
将所述聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅作为纳米载体分散于无水乙醇中;
向无水乙醇中加入氨硼烷和分子量为2000～4000的聚乙二醇，溶解得到混合液;其中，聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅与氨硼烷的质量比为1：1至1：2.5，聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅与加入的分子量为2000～4000的聚乙二醇的质量比为1：0.5;
将所述混合液真空干燥，得到所述聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷。
可选地，所述酸响应释氢材料为保护剂修饰的纳米铁颗粒;
所述将酸响应释氢材料与辅料按照按照质量比例1：1至1：5混合均匀，将混合物挤压成型，得酸响应释氢药物的步骤之前，还包括：
在惰性气体氛围下，取保护剂溶于水中，得到第一溶液，所述第一溶液中所述保护剂的浓度为1～5wt%;
向所述第一溶液中加入水溶性铁盐溶解得到第二溶液，所述第二溶液中铁离子的浓度为5～100mM;
将还原剂溶于水中得到还原剂溶液，将所述还原剂溶液加入所述第二溶液中得到第三混合液，将所述第三混合液搅拌0.5h～5h后，分离得到所述第三混合液中的沉淀物;其中，所述还原剂浓度为10～500mM，还原剂溶液与第二溶液体积比为(1：10)至(1000：1);
用过量的水洗涤所述沉淀物后冷冻干燥得到保护剂修饰的纳米铁颗粒。
此外，本发明还提出如上所述的酸响应释氢药物在治疗糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱中的应用。
本发明提供的技术方案中，酸响应释氢药物包括：酸响应释氢材料，所述酸响应释氢材料与酸反应释放氢气;辅料，所述酸响应性纳米释氢材料与所述辅料的质量比例为1：1至1：5;所述酸响应释氢药物由所述酸响应释氢材料与所述辅料均匀混合后挤压成型。本发明提出的酸响应释氢药物口服后能够在胃酸环境下缓慢释放氢气，实现氢气的长效、控制性释放，进而能够有效缓解糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为酸响应释氢药物为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷、辅料为聚乙二醇时，酸响应释氢药物的制备过程以及氢气释放过程示意图;
图2为本发明聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷的结构表征图谱;
图3为酸响应释氢材料为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷，未添加辅料聚乙二醇和添加辅料聚乙二醇的酸响应释氢药物，在不同pH下的长效释氢性能;
图4为酸响应释氢药物对小鼠脂代谢的影响示意图;
图5为酸响应释氢药物对小鼠糖代谢和脂代谢的影响示意图;
图6为酸响应释氢药物喂食C57小鼠前(第3周)和16周后(第16周)收集粪便进行宏基因测试的结果。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
虽然氢气是一种新型选择性抗氧化和理想的抗炎物质，但是氢气的溶解度较低，且在体内可任意扩散，因此直接吸入氢气、注射或者饮用富氢水，通常很难使氢气分子有效到达并大量蓄积在深层病灶组织，经常导致治疗效果有限。如何实现氢的长效、控制性释放对提高氢治疗效果具有重要意义，目前仍然充满挑战。
鉴于此，本发明提出一种酸响应释氢药物，所述酸响应释氢药物包括酸响应释氢材料和辅料，其中，所述酸响应释氢材料与酸反应释放氢气;所述酸响应性纳米释氢材料与所述辅料的质量比例为1：1至1：5;所述酸响应释氢药物由所述酸响应释氢材料与所述辅料均匀混合后挤压成型。
本发明技术方案中，提供了一种酸响应释氢药物，该酸响应释氢药物中包括酸响应释氢材料，所谓酸响应释氢指的是该药物能够在酸性环境(生物体内的酸性环境一般由胃酸形成)下，与酸反应生成氢气，而常见的能够产生氢气的反应一般比较剧烈、持续时间较短、氢气释放速度较快，因此，为减缓反应速度，本发明中的酸响应释氢药物中还包括辅料，辅料与酸响应释氢材料按照质量比1：1至5：1的比例均匀混合后挤压成型，由于辅料不能与酸反应，故而通过向酸响应释氢材料中加入辅料，能够大大减缓酸响应释氢材料与酸反应产生氢气的速度，进而实现氢气的长效释放和控制性释放，改善氢气治疗的效果。
可参照图3，①为AB@hMSN@PEG在pH=1.2的条件下，产生氢气的行为;②为AB@hMSN在pH=1.2的条件下，产生氢气的行为;③为AB@hMSN在pH=7.4的条件下，产生氢气的行为;④AB@hMSN@PEG在pH=7.4的条件下，产生氢气的行为。从图3可知，无论是AB@hMSN还是AB@hMSN@PEG，在中性环境(pH=7.4)下，都几乎没有氢气产生，而在酸性环境下，二者都能够产生氢气，而且AB@hMSN释放氢气是在短时间内迅速发生，反应比较猛烈，且不持久;而AB@hMSN@PEG释放氢气的速度比较稳定，释放氢气的行为持续较久，从而能够实现本发明所要实现的减缓酸响应释氢材料与酸反应产生氢气的速度，进而实现氢气的长效释放和控制性释放，改善氢气治疗的效果。
进一步地，所述酸响应释氢材料包括空心介孔二氧化硅(HMSN)负载氨硼烷、纳米铁颗粒、二硼化镁纳米片和二硼化钙纳米片中的至少一种，上述酸响应释氢材料都能够与酸反应产生氢气，具体地，空心介孔二氧化硅负载氨硼烷中的氨硼烷能够与酸反应生成氢气;纳米铁颗粒中的铁能够与酸反应生成氢气;二硼化镁纳米片中的二硼化镁能够与酸反应生成氢气;二硼化钙纳米片中的二硼化钙能够与酸反应生成氢气。
进一步地，为进一步减缓酸响应释氢材料与酸反应释放氢气的速度，可在酸响应释氢材料的表面修饰保护剂，该保护剂不能与酸反应。在所述酸响应释氢材料为空心介孔二氧化硅负载氨硼烷时，其保护剂可以为分子量2000～4000的聚乙二醇;在所述酸响应释氢材料为纳米铁颗粒时，其保护剂为能够与铁配位络合的大分子化合物，包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠中的至少一种;在所述酸响应释氢材料为二硼化镁纳米片时，其保护剂为聚乙烯吡咯烷酮;在所述酸响应释氢材料为二硼化钙纳米片时，其保护剂为聚乙烯吡咯烷酮。
进一步地，所述辅料包括聚乙二醇、羟甲基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，所述聚乙二醇的分子量为2000～4000。
进一步地，在酸响应释氢药物的外表面还可以涂覆包衣，以进一步减缓氢气的释放速度。所述包衣可以是聚乙烯醇、空白丸芯、高渗丸心、微晶纤维素丸芯、糖丸、高强淀粉丸芯中的至少一种，当然，所述包衣也可以是分子量为2000～4000的聚乙二醇、羟甲基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种，本实施例不做具体限制。
本发明提供的酸响应释氢药物具有制作工艺简单、细胞毒性低、能够在胃酸环境下缓慢释放氢气，从而实现氢气的长效、控制性释放的优点。
进一步地，本发明还提供了一种酸响应释氢药物的制备方法。
以上述酸响应释氢材料与辅料为原料，将二者按照质量比例1：1至1：5混合均匀后，挤压成型，得到酸响应释氢药物。
进一步地，若所述酸响应释氢材料为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷，聚乙二醇的分子量为2000～4000，所述聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅负载氨硼烷的制备方法包括以下步骤：
步骤A1，将所述聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅作为纳米载体分散于无水乙醇中;
步骤A2，向无水乙醇中加入氨硼烷和分子量为2000～4000的聚乙二醇，溶解得到混合液;其中，聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅与氨硼烷的质量比为1：1至1：2.5，聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅与加入的分子量为2000～4000的聚乙二醇的质量比为1：0.5;
步骤A3，将所述混合液真空干燥，得到所述聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷。
可以理解的是，对于没有保护剂修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷，其制备方法与所述聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅负载氨硼烷的制备方法类似。
具体可参照图1，图1中，hMSN指的是聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅，AB指的是氨硼烷，PEG为分子量为2000～4000的聚乙二醇，AB@hMSN指的是聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅负载氨硼烷，AB@hMSN@PEG指的是聚乙二醇修饰的介孔二氧化硅负载氨硼烷与辅料PEG混合均匀后压制成的酸响应释氢药物。
另外，可参照图2，图2(A)为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅的透射电镜(TEM)图;图2(B)为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷的扫描电镜(SEM)图;图2(C)为聚乙二醇修饰的空心介孔二氧化硅负载氨硼烷的元素分布图。
进一步地，可参照图3，①为AB@hMSN@PEG在pH=1.2的条件下，产生氢气的行为;②为AB@hMSN在pH=1.2的条件下，产生氢气的行为;③为AB@hMSN在pH=7.4的条件下，产生氢气的行为;④AB@hMSN@PEG在pH=7.4的条件下，产生氢气的行为。以上实验可以说明，无论是AB@hMSN还是AB@hMSN@PEG，在中性环境(pH=7.4)下，几乎没有氢气产生，而在酸性环境下，二者都能够产生氢气，而且AB@hMSN@PEG释放氢气的速度比较稳定，释放氢气的行为持续较久，而AB@hMSN释放氢气则是在短时间内迅速发生，反应比较猛烈，且不持久，说明通过向酸响应释氢材料中添加辅料，挤压成型后得到的药物相比于没有添加辅料的药物，释氢更加长效。
进一步地，若所述酸响应释氢材料为保护剂修饰的纳米铁颗粒，所述保护剂修饰的纳米铁颗粒的制备方法包括以下步骤：
所述将酸响应释氢材料与辅料按照按照质量比例1：1至1：5混合均匀，将混合物挤压成型，得酸响应释氢药物的步骤之前，还包括：
步骤B1，在惰性气体氛围下，取保护剂溶于水中，得到第一溶液，所述第一溶液中所述保护剂的浓度为1～5wt%;
步骤B2，向所述第一溶液中加入水溶性铁盐溶解得到第二溶液，所述第二溶液中铁离子的浓度为5～100mM;
步骤B3，将还原剂溶于水中得到还原剂溶液，将所述还原剂溶液加入所述第二溶液中得到第三混合液，将所述第三混合液搅拌0.5h～5h后，分离得到所述第三混合液中的沉淀物;其中，所述还原剂溶液中还原剂的浓度为10～500mM，还原剂溶液与第二溶液体积比为(1：10)至(1000：1);
步骤B4，用过量的水洗涤所述沉淀物以除去游离的铁离子后，冷冻干燥得到保护剂修饰的纳米铁颗粒。
具体实施时，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的至少一种;所述保护剂为能够与铁配位络合的大分子化合物，包括但不限于聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠中的至少一种;所述水溶性铁盐包括但不限于氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁中的至少一种;所述还原剂包括但不限于硼氢化钾、硼氢化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫化钠、硫氢化钠中的至少一种。
当然，酸响应释氢材料还可以是二硼化镁纳米片或者二硼化钙纳米片，对于二硼化镁纳米片、二硼化钙纳米片的制备方法，可参照现有制备方法，本实施例在此不再赘述。
进一步地，本发明还提出所述酸响应释氢药物在治疗糖代谢紊乱和/或脂代谢紊乱中的应用。
参照图4，其中，实验所用的动物模型为C57/6N小鼠，将小鼠均分为5组，①空白对照组，小鼠仅喂食高脂饲料(脂肪热量含量占45%～60%);②空心介孔二氧化硅组，②组小鼠在高脂饲料中掺入一定比例的药物后喂食，所述比例为100g高脂饲料加入40mg空心介孔二氧化硅;③聚乙二醇辅料组，③组小鼠在高脂饲料中掺入一定比例的药物后喂食，所述比例为100g高脂饲料加入40mg聚乙二醇;④氨硼烷组，④组小鼠在高脂饲料中掺入一定比例的药物后喂食，所述比例为100g高脂饲料加入40mg氨硼烷;⑤AB@hMSN@PEG释氢药物组，⑤组小鼠在高脂饲料中掺入一定比例的药物后喂食，所述比例为100g高脂饲料加入40mgAB@hMSN@PEG。
图4A为各组小鼠的体重在16周的喂食中的变化曲线，其中，横坐标是喂养时间，纵坐标是小鼠体重，体重检测结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组的小鼠体重有明显降低。
图4B为喂食16周后各组小鼠的脂肪组织重量对比，其中，横坐标为不同脂肪组织，纵坐标为重量，eWAT为附睾脂肪，iWAT为腹股沟脂肪，rWAT为腹膜脂肪，BAT为棕色脂肪，脂肪组织重量对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的脂肪组织均显著低于对照组。
图4C为喂食16周后各组小鼠的肝重量的对比，纵坐标为肝重量，肝重量对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的肝部重量与对照组相比显著减轻。
图4D为喂食16周后各组小鼠的肝部H&E(苏木精-伊红染色)切片和ORO(油红染色)切片对比，对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的肝部脂肪明显减少。
以上结果说明酸响应释氢药物能够改善小鼠的脂代谢。
进一步地，参照图5，其中，实验所用的动物模型为db/db小鼠(糖尿病模型鼠)，将小鼠均分为2组，①空白对照组，小鼠仅喂食正常维持饲料(脂肪热量含量占4%～15%);②AB@hMSN@PEG释氢药物组，②组小鼠在正常维持饲料中掺入一定比例的药物后喂食，所述比例为100g正常维持饲料加入40mgAB@hMSN@PEG。
图5a为各组小鼠的体重在6周的喂食中的变化曲线，其中，横坐标是喂养时间，纵坐标是小鼠体重差值(当周体重减去初始周的体重)，体重检测结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组的小鼠与空白对照组相比，体重有明显降低。
图5b为喂食6周后各组小鼠的脂肪组织重量对比，其中，横坐标为不同脂肪组织，纵坐标为重量，eWAT为附睾脂肪，iWAT为腹股沟脂肪，rWAT为腹膜脂肪，BAT为棕色脂肪，脂肪组织重量对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的腹股沟脂肪组织显著低于空白对照组。
图5c为喂食6周后各组小鼠的血液总胆固醇含量对比，纵坐标为血液胆固醇含量，血液胆固醇含量对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠血液中的胆固醇含量显著低于空白对照组。
图5d为喂食6周后各组小鼠的肝部H&E(苏木精-伊红染色)切片和ORO(油红染色)切片对比，对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的肝部脂肪含量明显少于空白对照组。
图5e为喂食6周后各组小鼠禁食后血糖浓度，纵坐标为禁食8h测试的血糖浓度，对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠的血糖浓度显著低于空白对照组。
图5f为喂食6周后各组小鼠禁食后的葡萄糖耐受实验，纵坐标为小鼠血液的血糖浓度，横坐标为注射葡萄糖后的取血时间。对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠与空白对照组相比，具有更明显的葡萄糖耐受性。
图5g为喂食6周后各组小鼠禁食后的胰岛素耐受实验，纵坐标为小鼠血液的胰岛素浓度，对比结果显示，喂食AB@hMSN@PEG释氢药物组小鼠与空白对照组相比，具有更低的胰岛素依赖性。
以上结果说明酸响应释氢药物能够改善糖尿病小鼠的糖代谢和脂代谢。。
进一步地，参照图6，图6为对C57小鼠喂食酸响应释氢药物前(第3周)和喂食酸响应释氢药物后(第16周)收集粪便进行宏基因测试的结果，其中，纵坐标为相对丰度，A为空白对照组，空白对照组小鼠仅喂食饲料，A03指的是空白对照组的小鼠在第3周的粪便的宏基因测试结果;A16指的是空白对照组的小鼠在第16周的粪便的宏基因测试结果;E为喂食酸响应释氢药物组，在饲料中掺入一定比例的酸响应释氢材料后喂食，所述比例为100g饲料加入40mg AB@hMSN@PEG，E03指的是喂食酸响应释氢药物组的小鼠在第3周的粪便的宏基因测试结果;E16指的是喂食酸响应释氢药物组的小鼠在第16周的粪便的宏基因测试结果。
图6中网格柱代表的是Akkermansia muciniphila菌(嗜粘蛋白-艾克曼菌)的含量，由图中可以看出喂食释氢药物16周后Akkermansia muciniphila菌群明显增多。
以上结果说明，酸响应释氢药物能够显著改善肠道菌群的结构，尤其是有益于提高Akkermansia muciniphila菌(嗜粘蛋白-艾克曼菌)在肠道中的含量，从而有效调节糖代谢和/或脂代谢紊乱。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
