聚乳酸-羟基乙酸共聚物-聚乙二醇-马来酰亚胺（Poly(lactic-co-glycolic acid)-Polyethylene glycol-Maleimide，PLGA-PEG-MAL）是一类兼具可降解聚合物骨架、亲水性聚乙二醇链段和活性偶联基团的两亲性功能材料。其中，PLGA链段可构建疏水性纳米颗粒核心，实现药物包载与缓释；PEG链段可改善颗粒的胶体稳定性并调节其与生物环境的相互作用；末端马来酰亚胺（MAL）基团则能够与巯基发生选择性加成反应，为多肽、蛋白质、抗体片段及其他含巯基功能分子的表面偶联提供便捷途径。

PLGA-PEG-MAL的分子结构与理化特性

1 PLGA-PEG-MAL的分子组成

PLGA-PEG-MAL通常由PLGA、PEG及末端马来酰亚胺三个功能部分组成，其典型结构可以表示为：PLGA—PEG—MAL

各链段在纳米颗粒体系中发挥不同作用。

（1）PLGA疏水性链段

PLGA由乳酸和羟基乙酸结构单元组成，其降解过程主要涉及聚酯主链的水解。通过调节乳酸与羟基乙酸比例、聚合物分子量及端基性质，可以在一定程度上改变聚合物的降解速度、机械性能及药物释放行为。

在纳米颗粒形成过程中，PLGA链段通常倾向于聚集形成疏水性核心，为紫杉醇、多西他赛及其他适宜的疏水性药物提供包载空间。

（2）PEG亲水性链段

PEG具有较高的亲水性和柔性，可在纳米颗粒表面形成亲水性聚合物层。

PEG修饰的主要作用包括：

• 改善纳米颗粒在水相介质中的分散性与胶体稳定性。

• 在适当的表面覆盖度下降低部分非特异性蛋白吸附。

• 调节纳米颗粒与细胞膜及生物大分子的相互作用。

• 为末端活性基团提供一定的空间延伸距离，提高表面偶联的可及性。

需要注意的是，PEG化并不意味着纳米颗粒能够完全避免蛋白冠形成或免疫系统识别，其实际效果与PEG分子量、接枝密度、表面构象及给药方式等因素密切相关。

（3）MAL活性偶联基团

马来酰亚胺是一种具有活性碳碳双键的化学基团，能够与巯基发生Michael型加成反应。

通过在PEG链末端引入MAL，可使纳米颗粒表面保留能够与含巯基分子反应的活性位点，从而实现多肽、蛋白质、抗体片段或荧光探针等功能分子的共价连接。

2 PLGA-PEG-MAL的两亲性与自组装行为

PLGA-PEG-MAL具有典型的两亲性聚合物特征。在适宜的溶剂交换或纳米沉淀条件下，疏水性PLGA链段倾向于向颗粒内部聚集，而亲水性PEG链段则倾向于分布于颗粒与水相的界面。

由此形成的纳米结构通常包括疏水性核心和亲水性表面层，MAL基团则可位于PEG链末端，为后续生物偶联提供反应位点。

然而，终形成的结构并非仅由聚合物分子本身决定，还与聚合物浓度、溶剂类型、制备工艺以及是否与其他聚合物混合有关。

例如，当PLGA-PEG-MAL与PLGA或PLGA-PEG-OCH₃共同制备纳米颗粒时，可通过调整不同聚合物的投料比例，调节颗粒表面的理论MAL含量。

这一特点为纳米颗粒表面配体密度的优化提供了较大的设计空间。

3 分子量及链段比例对性能的影响

PLGA-PEG-MAL的理化性质与PLGA、PEG的分子量及两者比例密切相关。

因此，在具体应用中，应根据药物性质、目标细胞类型和预期给药途径，对PLGA-PEG-MAL的结构参数进行综合优化，而非简单追求更高分子量或更高MAL含量。

PLGA-PEG-MAL介导的纳米颗粒表面偶联机制

1 马来酰亚胺与巯基的反应原理

PLGA-PEG-MAL用于纳米颗粒表面修饰的核心机制是马来酰亚胺与巯基之间的加成反应。

在适当的反应条件下，巯基对马来酰亚胺环上的碳碳双键进行亲核加成，形成含硫琥珀酰亚胺结构的共价连接产物。

其反应可简化表示为：

其中，NP代表纳米颗粒，R代表待偶联的功能性分子，Succinimide表示反应后形成的琥珀酰亚胺结构。

这种反应具有操作相对简便、在温和水相条件下即可进行以及对巯基具有较好反应选择性等特点。

不过，马来酰亚胺与巯基形成的初始加成产物并不意味着在所有生理条件下都具有永久稳定性。部分加成产物可能发生巯基交换等过程，进而影响配体连接的长期稳定性。通过适当的连接结构设计及后续稳定化策略，可进一步改善其应用性能。

2 表面偶联的基本流程

PLGA-PEG-MAL纳米颗粒的功能化修饰通常包含以下几个阶段：

3 反应条件对偶联效率的影响

MAL–SH偶联反应受pH、温度、反应时间、配体浓度和缓冲液组成等多种因素影响。

在偏中性条件下，马来酰亚胺通常能够与巯基有效反应。对于不少生物偶联体系，pH 6.5～7.5可作为初步筛选范围，但良好条件仍取决于具体材料和配体。

当pH过低时，巯基的有效亲核反应能力可能降低；当pH升高时，马来酰亚胺水解以及与其他亲核基团发生副反应的风险可能增加。

此外，反应体系应尽量避免存在大量游离巯基的小分子竞争物。例如，若体系中含有未去除的二硫苏糖醇（DTT）或β-巯基乙醇，可能消耗表面MAL基团，降低目标配体的偶联效率。

对于含有多个半胱氨酸残基的蛋白质，还应注意偶联位点不均一、蛋白质构象改变及颗粒间交联等问题。

因此，在实际研究中，必须结合配体结构与纳米颗粒表面化学性质优化反应条件。

PLGA-PEG-MAL功能化纳米颗粒的制备方法

1 纳米沉淀法

纳米沉淀法是制备PLGA类聚合物纳米颗粒的常见方法之一，其基本原理是利用聚合物在有机溶剂和水相中的溶解度差异，诱导聚合物在溶剂交换过程中发生聚集，形成纳米颗粒。

通常可将PLGA-PEG-MAL与其他PLGA类聚合物共同溶解于适宜的有机溶剂中，再将聚合物溶液加入水相，使疏水性PLGA链段聚集形成纳米核心，而PEG链段分布于颗粒表面。

该方法具有工艺相对简单、适合部分疏水性药物包载以及易于调整聚合物组成等优势。

需要注意的是，溶剂种类、聚合物浓度、混合速率和水相组成均可能影响终粒径及粒径分布。此外，纳米颗粒形成过程中可能存在部分MAL基团被包埋或无法充分暴露的情况，因此聚合物投料中的MAL比例并不等于终可参与偶联的表面MAL比例。

2 乳化-溶剂挥发法

乳化-溶剂挥发法也是PLGA纳米颗粒制备中较成熟的技术路线。其基本过程是将聚合物溶解于有机相，再通过乳化形成分散液滴，随后去除有机溶剂，使聚合物固化形成纳米颗粒。

对于PLGA-PEG-MAL体系，该方法能够将PLGA、PLGA-PEG和PLGA-PEG-MAL等不同组分整合至同一纳米载体中。

乳化过程中，表面活性剂种类、乳化能量和有机相组成均可能影响颗粒结构及表面反应基团的暴露程度。

Martínez-Jothar等在2018年发表于《Journal of Controlled Release》的研究中，系统考察了马来酰亚胺功能化PLGA纳米颗粒与含巯基多肽及纳米抗体的偶联，并分析了颗粒制备方式、储存条件和反应物摩尔比对偶联效率的影响。这表明表面偶联效率不仅取决于MAL–SH反应本身，也受到纳米颗粒制备过程的影响。

3 微流控技术

微流控技术利用微尺度流体通道实现溶剂与反溶剂的快速混合，为聚合物纳米颗粒的连续化制备提供了新的技术路径。

与传统批次式混合方法相比，微流控技术在适宜条件下有助于提高制备过程的重复性，并可通过控制流速比、总流量和聚合物浓度调节颗粒形成过程。

对于PLGA-PEG-MAL体系，微流控技术的潜在优势在于能够更加稳定地控制聚合物混合比例和纳米颗粒形成条件，从而为表面MAL基团分布的一致性提供工艺基础。

但微流控并不必然保证更高的MAL暴露率或偶联效率，仍需通过实验进行验证。

PLGA-PEG-MAL在纳米颗粒表面偶联中的主要应用

1 靶向多肽偶联

靶向多肽是PLGA-PEG-MAL表面功能化的重要应用对象之一。与部分完整蛋白质相比，多肽通常具有分子量较小、结构易于设计和化学修饰位点相对明确等特点。

通过在多肽结构中引入半胱氨酸残基，可为其提供游离巯基，使其与纳米颗粒表面的MAL基团发生偶联。

例如，RGD类多肽可用于构建识别特定整合素受体的纳米递送体系。在相关受体表达适宜的细胞模型中，表面RGD修饰可能改善纳米颗粒与靶细胞之间的结合及摄取行为。

此外，具有细胞穿膜功能的多肽、特定组织识别多肽以及部分受体结合肽，也可作为PLGA-PEG-MAL纳米颗粒的表面修饰候选分子。

不过，靶向多肽的引入并不必然带来更高的体内药物富集量。实际递送效果还受到受体表达水平、配体密度、蛋白冠形成及组织屏障等因素影响。

2 抗体及抗体片段偶联

抗体具有较高的抗原识别能力，因此将抗体或抗体片段连接于聚合物纳米颗粒表面，是构建主动靶向递送系统的重要策略。

PLGA-PEG-MAL能够与经过适当巯基功能化的抗体或抗体片段反应，形成共价连接结构。

与随机物理吸附相比，合理设计的共价偶联有助于减少抗体在使用过程中的解吸。但抗体分子体积较大、结构复杂，其偶联效率和生物活性容易受到连接位置及空间位阻影响。

特别是在完整抗体修饰中，若采用非选择性的巯基引入方法，可能导致偶联位点不均一，甚至影响抗原结合区域的可及性。

因此，利用工程化半胱氨酸位点或具有明确反应位点的抗体片段，有望提高偶联方向的可控性。

在应用评价中，除了测定抗体偶联量，还应进一步检测抗原结合能力、靶细胞识别能力及非特异性结合水平。

3 肿瘤靶向药物递送

肿瘤靶向递送是PLGA-PEG-MAL纳米颗粒的重要研究方向。

传统化疗药物往往存在水溶性不足、组织分布缺乏选择性及正常组织毒性等问题。利用PLGA纳米核心包载药物，并在PEG末端偶联肿瘤相关靶向配体，可将药物递送功能与细胞识别功能整合于同一纳米平台。

例如，可在PLGA核心中包载疏水性抗肿瘤药物，再通过MAL–SH反应将受体识别多肽连接至纳米颗粒表面。

这种设计在理论上能够促进纳米颗粒与表达相应受体的肿瘤细胞相互作用，并可能改善细胞摄取及胞内药物递送。

然而，体外细胞摄取增加并不等同于体内肿瘤富集增加，更不能直接证明治疗效果提高。对于此类体系，还需要系统研究血液循环行为、肿瘤组织穿透、细胞内释放和长期安全性。

4 核酸与基因递送

除小分子药物外，PLGA-PEG-MAL也可用于设计核酸递送系统。

由于核酸通常具有较强的亲水性和负电荷，直接利用PLGA疏水性核心实现高效包载存在一定难度。因此，研究中常结合阳离子材料、复合纳米结构或核酸化学修饰策略，提高核酸装载能力。

在这类系统中，PLGA-PEG-MAL主要承担表面功能化作用，可用于连接细胞靶向配体、内吞促进分子或其他功能性生物组分。

通过多组分协同设计，有望改善核酸递送过程中的细胞识别与摄取。

不过，核酸药物进入细胞后仍可能面临内涵体逃逸不足、胞内降解以及释放效率有限等问题，单纯引入MAL偶联配体并不能解决全部递送障碍。

5 荧光成像与诊疗一体化

PLGA-PEG-MAL还可应用于功能化成像纳米探针的构建。

通过将荧光染料包载于纳米颗粒内部，或将具有游离巯基的成像分子连接于表面，可形成兼具成像与生物识别能力的聚合物纳米探针。

进一步将靶向配体与治疗药物整合至同一纳米颗粒，可构建诊疗一体化纳米平台。

这类体系有望用于细胞摄取研究、药物递送过程示踪及疾病相关分子识别等领域。

需要注意，荧光信号不一定能够直接反映完整纳米颗粒的分布。若染料从载体中释放，成像结果可能与颗粒本身的体内行为存在差异。因此，应根据研究目的评价染料泄漏、信号稳定性和示踪可靠性。

PLGA-PEG-MAL表面偶联的关键评价指标

功能化纳米颗粒的性能评价不能仅依赖偶联反应是否发生，而应建立涵盖材料结构、胶体性质、表面化学和生物功能的综合表征体系。

其中，表面配体密度与有效配体可及性是需要重点关注的两个参数。

即使纳米颗粒具有较高的总配体偶联量，也可能因为配体构象受限或PEG链之间存在空间位阻，导致部分配体无法有效识别靶细胞受体。

因此，在评价表面偶联效果时，应将化学偶联效率与生物学功能验证相结合。

PLGA-PEG-MAL应用中存在的问题与挑战

1 MAL基团水解与活性损失

马来酰亚胺基团在水相环境中可能发生水解，导致其与巯基反应的能力降低。

在纳米颗粒制备、纯化和储存过程中，若MAL基团长时间暴露于不适宜的水相条件，可能降低后续配体偶联效率。

因此，需要根据材料稳定性选择适当的储存和操作条件，并尽量缩短不必要的水相暴露时间。

2 偶联产物的长期稳定性

MAL–SH偶联形成的硫代琥珀酰亚胺结构可能发生逆Michael反应或巯基交换，尤其是在含有谷胱甘肽等巯基化合物的环境中。

相关研究表明，通过特定结构设计促进偶联产物稳定化，可以降低部分巯基交换风险。这也提示PLGA-PEG-MAL体系的长期稳定性不能仅根据初始偶联效率判断。

3 配体密度与空间位阻之间的矛盾

提高PLGA-PEG-MAL在聚合物混合体系中的比例，通常可以增加理论表面MAL位点，但过高的活性基团密度可能导致后续偶联的生物分子相互拥挤。

尤其对于抗体、蛋白质等较大分子，空间位阻可能降低实际偶联效率或受体识别能力。

因此，良好配体密度通常需要通过实验确定，并非越高越好。

4 体内蛋白冠及免疫识别

PLGA-PEG-MAL纳米颗粒进入血液或其他复杂生物液体后，仍可能吸附蛋白质并形成动态蛋白冠。

蛋白冠可能遮蔽表面靶向配体，改变纳米颗粒与细胞的相互作用，并影响其体内分布。

因此，研究人员不仅需要评价纳米颗粒在缓冲液中的性质，还应关注其在血清或其他相关生物介质中的稳定性及生物学表现。

5 规模化制备与批次一致性

从实验室研究走向实际应用时，PLGA-PEG-MAL纳米颗粒还面临生产放大、残留溶剂控制、聚合物批次差异、表面官能团活性保持及无菌工艺开发等挑战。

其中，表面MAL有效含量与偶联后配体密度的批次一致性尤其重要，因为它们可能直接影响产品的生物识别能力及终应用性能。

 

参考文献

以下列出与PLGA-PEG-MAL表面偶联及MAL–SH连接稳定性直接相关的代表性文献，可用于进一步查阅。

1. Martínez-Jothar L, et al. Insights into maleimide-thiol conjugation chemistry: Conditions for efficient surface functionalization of nanoparticles for receptor targeting. Journal of Controlled Release, 2018, 282: 101–109. DOI: 10.1016/j.jconrel.2018.03.002.

2. Szijj P A, Bahou C, Chudasama V. Minireview: Addressing the retro-Michael instability of maleimide bioconjugates. Drug Discovery Today: Technologies, 2018, 30: 27–34. DOI: 10.1016/j.ddtec.2018.07.002.

3. Improving the Stability of Maleimide–Thiol Conjugation for Drug Targeting. Chemistry – A European Journal, 2020. DOI: 10.1002/chem.202003951.

4. Achieving Controlled Biomolecule–Biomaterial Conjugation. Chemical Reviews, 2018. DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00253.

以上文章适合作为科研综述、技术介绍或生物材料专业科普文章的基础稿件。若用于正式学术投稿，还应补充近年PLGA-PEG-MAL相关原始研究文献，并对不同应用体系的实验数据进行比较分析。