蛇床子素藥動(dòng)學(xué)特征及其代謝產(chǎn)物研究進(jìn)展

張智超 楊靜涵 張丹參

河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，石家莊，050018，中國(guó)

蛇床子系傘形科蛇床屬植物蛇床（cnidium monnieri（L.）cuss）的果實(shí)［1］，蛇床子素（osthol，Ost）是從中藥蛇床子提取出來(lái)的香豆素類化合物，也是重要的有效成分之一，具有燥濕祛風(fēng)、殺蟲(chóng)止癢、溫腎壯陽(yáng)等功效。蛇床子素延緩癌癥［2-3］、抗炎［4］、抗骨質(zhì)疏松［5］、神經(jīng)保護(hù)［6］等藥理作用是目前研究熱點(diǎn)，最新研究表明，其還能夠改善糖尿病或糖尿病并發(fā)癥引起的神經(jīng)炎癥［7-9］，對(duì)心臟也具有保護(hù)作用［10］。但蛇床子素溶解度差、半衰期短、口服生物利用度低，因此，尋找蛇床子素的體內(nèi)活性代謝物尤為重要，既是闡明藥物在體內(nèi)發(fā)揮藥效的重要途徑，又是基于活性天然產(chǎn)物進(jìn)行新藥研發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。藥物在體內(nèi)的過(guò)程包括吸收、分布、代謝、排泄，本文對(duì)蛇床子素的藥動(dòng)學(xué)特征以及蛇床子素的代謝產(chǎn)物進(jìn)行綜述，以期對(duì)后期蛇床子素代謝研究提供理論支撐。

1 蛇床子素的藥動(dòng)學(xué)特征

蛇床子素溶解度差，口服生物利用率低，僅只有15.65%［11］，在體內(nèi)分布快、消除也快，蛇床子素血漿蛋白結(jié)合率高，為76%［12］。不同給藥途徑蛇床子素的藥代動(dòng)力學(xué)過(guò)程及參數(shù)有差異，靜脈注射多為二室模型［13-14］，腹腔注射多為一室開(kāi)放模型。

1.1 蛇床子素的吸收

蛇床子素吸收主要是被動(dòng)擴(kuò)散形式。腸道尤其是小腸是絕大多數(shù)香豆素類藥物吸收的場(chǎng)所［15］。因游離香豆素類化合物具有較大的疏水性，因而主要通過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散透過(guò)生物膜而在腸道吸收。苑振亭等［16］研究了P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）抑制劑對(duì)蛇床子素在Caco-2 細(xì)胞中的表觀通透系數(shù)，得到蛇床子素在Caco-2 細(xì)胞中的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制主要是被動(dòng)擴(kuò)散。

1.2 蛇床子素在體內(nèi)的分布

蛇床子素進(jìn)入體內(nèi)快速分布到各個(gè)組織，在不同種屬以及通過(guò)不同給藥途徑得到的體內(nèi)組織內(nèi)分布不同，但大致相同的是，蛇床子素在肝臟中含量較低，可能是快速代謝的原因，在生殖器和脾臟的含量較高，這與中藥蛇床子歸腎、脾經(jīng)，溫腎壯陽(yáng)等功效相符。

1.2.1 靜脈注射后蛇床子素在體內(nèi)的分布

靜脈注射蛇床子素符合二室模型，TH Tsai 等［13］用高效液相色譜法對(duì)蛇床子素在大鼠血漿中的藥代動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，靜脈注射給藥，得到分布相的半衰期為3.59 min，體內(nèi)平均駐留時(shí)間為48.41 min。安芳等［14］對(duì)蛇床子素在兔子體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，靜脈注射給藥，得到分布相半衰期為5.81 min，平均駐留時(shí)間為38.9 min。說(shuō)明蛇床子素在體內(nèi)分布很快，且藥物在體內(nèi)駐留時(shí)間較短。

1.2.2 腹腔注射后蛇床子素在體內(nèi)的分布

兔子腹腔注射蛇床子素15、30、60 mg·kg-1三個(gè)劑量，做出三個(gè)劑量的血藥濃度-時(shí)間曲線，T1/2依次為25.42、52.41、82.66 min，AUC 依次為62.73、147.98、306.64 μg·min-1·mL-1［12］。鄭立卿［17］等用高效液相法對(duì)蛇床子素在大鼠體內(nèi)組織分布進(jìn)行研究，腹腔注射給藥后繪制藥-時(shí)曲線，結(jié)果顯示，在腎中的達(dá)峰時(shí)間為10 min 左右，在其余組織中藥物的達(dá)峰時(shí)間為5 min左右，證明蛇床子素在組織中分布快。藥物在組織的分布以脾最高，其次為睪丸、腎組織、附睪和肝；因血腦屏障的作用，腦中的藥物濃度在這幾個(gè)組織中最低。各組織達(dá)峰時(shí)間均滯后于血漿，給藥2 h 后除腦和肺中含量較低外，心、肝、脾、腎和血漿中的濃度在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，睪丸和附睪中的含量卻是血漿中濃度的4～5倍，因此推測(cè)藥物可能先在睪丸和附睪中儲(chǔ)存，后期再釋放。

1.2.3 灌胃給藥后蛇床子素在體內(nèi)的分布

灌胃給藥生物利用度低，相較于其他給藥途徑，分布緩慢，半衰期長(zhǎng)，陳丹霞等［18］對(duì)蛇床子素在大鼠體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究，通過(guò)灌胃給藥得到的半衰期為2.24 h。龐志功等［19］則用熒光法研究了蛇床子素在兔子體內(nèi)臟器的分布，灌胃給藥后得出蛇床子素在生殖器的含量最高，其次是腎臟，心臟和肝臟含量最低，臟器中的含量略高于血液中的含量，這說(shuō)明臟器組織對(duì)蛇床子素的吸收明顯。羅曉莉［20］研究了蛇床子素復(fù)方藥物在體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)，灌胃給藥后得到蛇床子素的血清藥-時(shí)曲線為雙峰曲線，可能為藥物在組織中的儲(chǔ)存和再釋放引起血漿藥物濃度暫時(shí)升高，與上述鄭立卿文獻(xiàn)中的得到的結(jié)論相符。

1.2.4 機(jī)體異常對(duì)蛇床子素分布的影響

安芳等［21］對(duì)蛇床子素在正常與急性腎功能衰竭兔體內(nèi)的分布進(jìn)行研究，蛇床子素濃度在正常兔體內(nèi)的分布依次為血液>心臟>腎臟>腦>肝臟。而在腎衰兔體內(nèi)的分布為血液>腎臟>心臟>腦>肝臟，與正常組相比，蛇床子素在腎衰兔體內(nèi)血液、腎臟中含量顯著升高，而在心臟、腦、肝臟組織的含量顯著降低。在臨床試驗(yàn)使用蛇床子素時(shí)，對(duì)腎衰患者應(yīng)注意減少給藥劑量或適當(dāng)延長(zhǎng)給藥時(shí)間以免造成藥物在體內(nèi)蓄積中毒。

在老年性癡呆（Alzheimer’s disease，AD）模型大鼠中蛇床子素半衰期較正常大鼠長(zhǎng)［22］，Tmax為0.56 h，T1/2為5.26 h，可能是藥物對(duì)AD 發(fā)揮作用使得藥物在體內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，可能是AD 抑制了蛇床子素的代謝等原因。

邢東明等［23］對(duì)解熱藥YL2000 中蛇床子素在正常和發(fā)熱大鼠體內(nèi)藥物代謝動(dòng)力學(xué)進(jìn)行比較，在正常和發(fā)熱大鼠體內(nèi)蛇床子素的Tmax分別為1.62、4.02 h，Cmax分別達(dá)0.03、0.04 ug·mL-1，T1/2（ke）分別為2.98、2.00 h，T1/2（ka）分別為0.43、1.09 h。實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)體發(fā)熱延緩蛇床子素吸收，增加其吸收率，也可能機(jī)體在發(fā)熱使得酶活性降低導(dǎo)致清除率下降。

1.3 蛇床子素的代謝

肝臟是藥物代謝的主要器官，肝臟中有許多藥物代謝需要的酶，藥物的代謝不僅直接影響藥物作用的強(qiáng)弱和時(shí)間的長(zhǎng)短，還會(huì)影響藥物治療的安全性。細(xì)胞色素P450 介導(dǎo)了人體內(nèi)絕大多數(shù)藥物的代謝，張麗芳等［24］通過(guò)蛇床子素在體外肝細(xì)胞代謝的研究得到蛇床子素在游離大鼠肝細(xì)胞中呈現(xiàn)酶促動(dòng)力學(xué)代謝特征，CYP3A4 介導(dǎo)了蛇床子素的代謝。用Caco-2 細(xì)胞和人肝細(xì)胞混合模型來(lái)模擬吸收和代謝［25］，通過(guò)測(cè)定蛇床子素在Caco-2 細(xì)胞模型中接收側(cè)有無(wú)Ⅰ相反應(yīng)體系的轉(zhuǎn)運(yùn)情況，來(lái)模擬這種動(dòng)態(tài)效應(yīng)。結(jié)果顯示，有Ⅰ相反應(yīng)體系時(shí)，蛇床子素的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)速率明顯低于無(wú)Ⅰ相反應(yīng)體系時(shí)，可以得出蛇床子素穿過(guò)Caco-2細(xì)胞單層后，經(jīng)Ⅰ相反應(yīng)體系快速代謝。研究表明，蛇床子素的生物利用度差不是滲透差的結(jié)果，可能是Ⅰ相快速代謝的原因。

1.4 蛇床子素的排泄

蛇床子素分布較廣，鄭立卿［26］對(duì)大鼠腹腔注射蛇床子素30 mg·kg-1后2 h，除附睪、睪丸、脾外其他組織中蛇床子素的含量均比1.5 h 低，蛇床子素主要經(jīng)腎臟和膽汁排泄，研究表明，除腎外還有其他的排泄途徑。

2 蛇床子素制劑藥動(dòng)學(xué)特征

王震芳等［27］將蛇床子素制備成三種不同制劑并對(duì)其藥動(dòng)學(xué)進(jìn)行了研究，大鼠灌胃給藥，蛇床子素、固體分散體（Ost-SD）、磷脂復(fù)合物（Ost-PC）和納米混懸劑（Ost-NS）的 T1/2分別為2.86、3.13、2.93、4.21 h，Cmax分別為117.31、203.81、161.01、290.83 ng·mL-1，AUC0～t分別為421.15、698.78、583.13、1 092.26 ng·mL-1·h-1，蛇床子素半衰期短，其他制劑均增加了藥物在體內(nèi)停留時(shí)間以及生物利用度，納米技術(shù)對(duì)蛇床子素的緩釋以及生物利用度的提高更為有效。楊寧輝等［28］制備了蛇床子素納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體，并對(duì)其藥動(dòng)學(xué)進(jìn)行了研究，大鼠灌胃給藥，得到蛇床子素組和納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體組的T1/2分別為2.67、5.92 h，Cmax分別為113.86、253.36 ng·mL-1，AUC0～t分別為451.25、1 493.12 ng·mL-1·h-1。蛇床子素半衰期短與上述文獻(xiàn)相符，納米結(jié)構(gòu)提高了蛇床子素的半衰期和生物利用度，讓蛇床子素在體內(nèi)存留時(shí)間長(zhǎng)，充分發(fā)揮其藥理作用。

3 蛇床子素的靶向性特征

鄭立卿等［29］還對(duì)大鼠的藥代動(dòng)力學(xué)以及組織靶向性進(jìn)行了研究，考察了蛇床子素腹腔注射給藥后大鼠體內(nèi)的臟器分布規(guī)律，結(jié)果顯示，蛇床子素對(duì)腦、脾、腎、附睪有靶向性，有明顯附睪靶向性，增大給藥劑量改變脾中的分布比率最明顯，改變腦的分布最小，表明蛇床子素在生殖系統(tǒng)和血竇豐富或血流豐富的組織具有靶向性分布；蛇床子素可以通過(guò)血腦屏障，但腦組織分布穩(wěn)定，隨劑量的變化而變化較小，且用藥時(shí)需要考慮藥物在體內(nèi)的積蓄和再釋放而導(dǎo)致藥物中毒現(xiàn)象的發(fā)生。

4 蛇床子素的代謝產(chǎn)物研究

大多數(shù)藥物都在肝臟中進(jìn)行代謝，在體內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的生物轉(zhuǎn)化代謝為極性較大的物質(zhì)，有利于排出體外，藥物代謝后結(jié)構(gòu)改變，其藥理活性和毒性均改變，大多數(shù)藥物被滅活，有少數(shù)藥物代謝后反而產(chǎn)生藥理作用或毒性。代謝過(guò)程分為Ⅰ相代謝和Ⅱ相代謝，Ⅰ相代謝通過(guò)水解、氧化、還原反應(yīng)在藥物結(jié)構(gòu)中引入或者脫去功能性基團(tuán)，使得藥物極性增大；Ⅱ相代謝為結(jié)合反應(yīng)，藥物分子中的極性基團(tuán)與體內(nèi)內(nèi)源性物質(zhì)結(jié)合產(chǎn)生Ⅱ相代謝產(chǎn)物。大多數(shù)藥物經(jīng)過(guò)Ⅰ相代謝和Ⅱ相代謝先后連續(xù)反應(yīng)。研究藥物在體內(nèi)的代謝，有利于闡明藥物在體內(nèi)發(fā)揮藥效的途徑和有利于發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)新藥。

4.1 蛇床子素體內(nèi)代謝產(chǎn)物研究

Lv 等［30］使用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和質(zhì)譜技術(shù)對(duì)雄性SD 大鼠排泄的尿液和糞便分離純化并準(zhǔn)確鑒定了13 種蛇床子素代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，包括10 種Ⅰ相和3 種Ⅱ相代謝產(chǎn)物。對(duì)代謝產(chǎn)物進(jìn)行分離，得到的代謝產(chǎn)物在甲醇中部分為黃色粉末、也有白色粉末。體內(nèi)主要的Ⅰ相代謝反應(yīng)為羥基化、去甲基化和氫化，葡萄糖醛酸化為主要Ⅱ相代謝反應(yīng)。Lia J 等［31］采用高效液相色譜-串聯(lián)四極桿-時(shí)間質(zhì)譜法研究蛇床子素經(jīng)口灌胃后大鼠尿液中蛇床子素的代謝途徑。在大鼠尿液中鑒別出18 種Ⅰ相和2 種Ⅱ相蛇床子素代謝物（包括異構(gòu)體）。通過(guò)MS/MS 分析解析代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明7-去甲基化、8-脫氫、香豆素羥基化特征和3，4-環(huán)氧化物被證明是蛇床子素在Ⅰ相代謝中的主要代謝途徑。尿液中蛇床子素的Ⅱ相代謝產(chǎn)物主要為硫酸化結(jié)合物，而未檢測(cè)到與葡萄糖醛酸化或乙?；慕Y(jié)合。在給藥大鼠尿液中也發(fā)現(xiàn)了蛇床子素，表明蛇床子素可以以原始形式排泄。Wang等［32］采集正常大鼠和骨質(zhì)疏松大鼠口服蛇床子素后的血漿樣本，采用高效液相色譜四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜法對(duì)蛇床子素的代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析。將代謝物的分子量和MS 片段與母本和參比標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行比較，共鑒定出36 個(gè)代謝物。去甲基化、羥化、去甲氧基和還原以及隨后的葡萄糖醛酸化、甲基化和磺化是蛇床子素的主要代謝途徑。但在骨質(zhì)疏松大鼠中發(fā)現(xiàn)了一種特定的水合代謝途徑。Zhao Q 等［33］對(duì)小鼠體內(nèi)代謝以及肝微粒體體外代謝均做了研究，體內(nèi)代謝對(duì)小鼠血樣、尿液和糞便進(jìn)行收集，UPLC-ESI-QTOFMS 方法進(jìn)行分析，血漿中8 種、尿液中34 種、糞便中25 種代謝產(chǎn)物，蛇床子素的Ⅰ相代謝主要是7-去甲基化，脫氫，羥基化，氫化，水合和3，4-環(huán)氧化物，Ⅱ相主要代謝途徑為葡萄糖醛酸結(jié)合和硫酸化反應(yīng)。廖曼等［34］對(duì)大鼠灌胃蛇床子素混懸液后采集血漿、膽汁、尿液和糞便，通過(guò)UPLCQ-TOF-MS/MS 技術(shù)結(jié)合SWATH 采集方法鑒定蛇床子素的體內(nèi)外代謝產(chǎn)物，得到大鼠血漿代謝物20 個(gè)，大鼠膽汁代謝物32 個(gè)，大鼠尿液代謝物32 個(gè)，大鼠糞便樣品代謝物37 個(gè)。Ⅰ相代謝轉(zhuǎn)化途徑為單氧化、去甲基化、脫氫反應(yīng)、氧化水解反應(yīng)、3，4-環(huán)氧化反應(yīng)、醛氧化代謝反應(yīng)。Ⅱ相主要代謝途徑為葡萄糖醛酸、s-半胱氨酸、n-乙酰半胱氨酸、硫酸鹽結(jié)合反應(yīng)和磷酸化反應(yīng)。

4.2 蛇床子素體外肝代謝產(chǎn)物研究

體外肝代謝常用的方法有肝微粒體孵育法、肝細(xì)胞體外溫孵法、肝勻漿體外溫孵法、基因重組P450 酶系［35］等。蛇床子素在肝微粒體中的代謝符合酶促動(dòng)力學(xué)特征，楊媛［36］對(duì)蛇床子素在人肝微粒體和大鼠肝微粒體中的代謝進(jìn)行了研究，對(duì)比兩個(gè)不同種屬，人肝微粒體的酶對(duì)蛇床子素的親和力可能比在大鼠肝微粒體中大。同時(shí)人肝微粒對(duì)蛇床子素的代謝能力更強(qiáng)。且該研究表明蛇床子素在大鼠肝微粒體中的代謝只與CYP3A 有關(guān)，而在人肝微粒體中，CYP3A4、2D6、2C9可能共同介導(dǎo)了蛇床子素在人肝微粒中的代謝。又有研究證明CYP3A4 和CYP3A5 是影響蛇床子素代謝的主要酶［24］。

蛇床子素在體外大鼠肝微粒體中孵育的主要Ⅰ相代謝產(chǎn)物為去甲基蛇床子素和脫氫蛇床子素的各個(gè)異構(gòu)體［13］。苑振亭等［16］同樣得到蛇床子素Ⅰ相代謝產(chǎn)物可能為去甲基蛇床子素和蛇床子素去氫代謝產(chǎn)物的多個(gè)順?lè)串悩?gòu)體。廖曼等［34］還對(duì)蛇床子素體外代謝進(jìn)行了研究，通過(guò)肝微粒體孵育產(chǎn)生Ⅰ相和Ⅱ相代謝物并通過(guò)超高壓液相-四級(jí)桿飛行-時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用對(duì)代謝物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到39 個(gè)肝微粒體代謝產(chǎn)物，有去甲基化、脫氫等產(chǎn)物，未檢測(cè)到Ⅱ相代謝產(chǎn)物，因Ⅱ相反應(yīng)為單獨(dú)孵育，體外肝微粒體模型孵育實(shí)驗(yàn)中僅采用了葡萄糖醛酸結(jié)合酶進(jìn)行催化，可能蛇床子素在體外的環(huán)境無(wú)法發(fā)生該結(jié)合反應(yīng)；可能蛇床子素在體外發(fā)生葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)的產(chǎn)率較低，代謝產(chǎn)物的量極低。

4.3 小結(jié)

大多數(shù)研究蛇床子素代謝物結(jié)構(gòu)的方法都是通過(guò)液相質(zhì)譜聯(lián)用來(lái)分析的，得到的結(jié)果是體內(nèi)外Ⅰ相代謝途徑都包括有去甲基、脫氫、羥基化、加氫以及部分有水合作用，Ⅱ相代謝過(guò)程為結(jié)合反應(yīng)，每個(gè)機(jī)體都不完全相同，因而本文不加以區(qū)分。然而，上述用液相質(zhì)譜鑒別代謝物的方法并不總是準(zhǔn)確的，特別是在分子量相似的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體的情況下。因此，Lv［30］是先分離純化代謝產(chǎn)物，再使用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）鑒定其結(jié)構(gòu)，其結(jié)果與之前研究有所不同，之前的體外研究結(jié)果表明主要Ⅰ相代謝產(chǎn)物有脫氫蛇床子素，而Lv 做了大鼠體內(nèi)代謝，收集了尿液和糞便進(jìn)行分析，結(jié)果表明羥基化產(chǎn)物較多，且沒(méi)有脫氫蛇床子素產(chǎn)生。Zhao Q［33］做的體內(nèi)代謝中檢測(cè)血液中有脫氫蛇床子素，而尿液中也有少量脫氫蛇床子素，說(shuō)明脫氫蛇床子素少部分通過(guò)尿液或者腎臟排泄出去，可能部分留在體內(nèi)繼續(xù)發(fā)揮作用，也可能通過(guò)別的方式排泄出去。研究表明體內(nèi)和體外研究之間存在Ⅰ相代謝的差異，單一通過(guò)肝微粒體孵育蛇床子素可能不是模擬體內(nèi)Ⅰ相代謝反應(yīng)的最佳方法，結(jié)合體內(nèi)和體外的代謝產(chǎn)物分析可能比較全面。

5 結(jié)論與展望

蛇床子素是難溶于水、半衰期短、生物利用度低且血漿蛋白結(jié)合率高的一類中藥單體，具有一定的腦靶向性和附睪靶向性，其制劑可以有效地增加蛇床子素在體內(nèi)的滯留時(shí)間，蛇床子素快速代謝可能是其生物利用度低的原因之一，研究最多的蛇床子素Ⅰ相代謝產(chǎn)物有去甲基、脫氫以及羥基化產(chǎn)物，Ⅱ相代謝產(chǎn)物有硫酸化、葡萄糖醛酸化產(chǎn)物。體內(nèi)代謝收集代謝物檢測(cè)和體外模擬肝代謝檢測(cè)得到的代謝物不完全相同，有研究表明，尿液和糞便的代謝產(chǎn)物中沒(méi)有脫氫產(chǎn)物，但有其他研究表明，血液中有大量脫氫蛇床子素，尿液中則有少量脫氫產(chǎn)物，體外孵育Ⅰ相代謝產(chǎn)物中有脫氫產(chǎn)物，因而推測(cè)脫氫蛇床子素可能是體內(nèi)的活性代謝產(chǎn)物之一。明確蛇床子素在體內(nèi)外的代謝特征及產(chǎn)物，不僅可以明確藥物在體內(nèi)發(fā)揮作用的過(guò)程，還有助于尋找體內(nèi)活性代謝產(chǎn)物，為活性天然產(chǎn)物的新藥研發(fā)提供依據(jù)。