蛇床子素药动学特征及其代谢产物研究进展

张智超 杨静涵 张丹参

河北科技大学化学与制药工程学院，石家庄，050018，中国

蛇床子系伞形科蛇床属植物蛇床（cnidium monnieri（L.）cuss）的果实［1］，蛇床子素（osthol，Ost）是从中药蛇床子提取出来的香豆素类化合物，也是重要的有效成分之一，具有燥湿祛风、杀虫止痒、温肾壮阳等功效。蛇床子素延缓癌症［2-3］、抗炎［4］、抗骨质疏松［5］、神经保护［6］等药理作用是目前研究热点，最新研究表明，其还能够改善糖尿病或糖尿病并发症引起的神经炎症［7-9］，对心脏也具有保护作用［10］。但蛇床子素溶解度差、半衰期短、口服生物利用度低，因此，寻找蛇床子素的体内活性代谢物尤为重要，既是阐明药物在体内发挥药效的重要途径，又是基于活性天然产物进行新药研发的关键环节。药物在体内的过程包括吸收、分布、代谢、排泄，本文对蛇床子素的药动学特征以及蛇床子素的代谢产物进行综述，以期对后期蛇床子素代谢研究提供理论支撑。

1 蛇床子素的药动学特征

蛇床子素溶解度差，口服生物利用率低，仅只有15.65%［11］，在体内分布快、消除也快，蛇床子素血浆蛋白结合率高，为76%［12］。不同给药途径蛇床子素的药代动力学过程及参数有差异，静脉注射多为二室模型［13-14］，腹腔注射多为一室开放模型。

1.1 蛇床子素的吸收

蛇床子素吸收主要是被动扩散形式。肠道尤其是小肠是绝大多数香豆素类药物吸收的场所［15］。因游离香豆素类化合物具有较大的疏水性，因而主要通过被动扩散透过生物膜而在肠道吸收。苑振亭等［16］研究了P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）抑制剂对蛇床子素在Caco-2 细胞中的表观通透系数，得到蛇床子素在Caco-2 细胞中的吸收转运机制主要是被动扩散。

1.2 蛇床子素在体内的分布

蛇床子素进入体内快速分布到各个组织，在不同种属以及通过不同给药途径得到的体内组织内分布不同，但大致相同的是，蛇床子素在肝脏中含量较低，可能是快速代谢的原因，在生殖器和脾脏的含量较高，这与中药蛇床子归肾、脾经，温肾壮阳等功效相符。

1.2.1 静脉注射后蛇床子素在体内的分布

静脉注射蛇床子素符合二室模型，TH Tsai 等［13］用高效液相色谱法对蛇床子素在大鼠血浆中的药代动力学进行研究，静脉注射给药，得到分布相的半衰期为3.59 min，体内平均驻留时间为48.41 min。安芳等［14］对蛇床子素在兔子体内的药代动力学进行研究，静脉注射给药，得到分布相半衰期为5.81 min，平均驻留时间为38.9 min。说明蛇床子素在体内分布很快，且药物在体内驻留时间较短。

1.2.2 腹腔注射后蛇床子素在体内的分布

兔子腹腔注射蛇床子素15、30、60 mg·kg-1三个剂量，做出三个剂量的血药浓度-时间曲线，T1/2依次为25.42、52.41、82.66 min，AUC 依次为62.73、147.98、306.64 μg·min-1·mL-1［12］。郑立卿［17］等用高效液相法对蛇床子素在大鼠体内组织分布进行研究，腹腔注射给药后绘制药-时曲线，结果显示，在肾中的达峰时间为10 min 左右，在其余组织中药物的达峰时间为5 min左右，证明蛇床子素在组织中分布快。药物在组织的分布以脾最高，其次为睾丸、肾组织、附睾和肝；因血脑屏障的作用，脑中的药物浓度在这几个组织中最低。各组织达峰时间均滞后于血浆，给药2 h 后除脑和肺中含量较低外，心、肝、脾、肾和血浆中的浓度在一个数量级上，睾丸和附睾中的含量却是血浆中浓度的4～5倍，因此推测药物可能先在睾丸和附睾中储存，后期再释放。

1.2.3 灌胃给药后蛇床子素在体内的分布

灌胃给药生物利用度低，相较于其他给药途径，分布缓慢，半衰期长，陈丹霞等［18］对蛇床子素在大鼠体内的药代动力学进行了研究，通过灌胃给药得到的半衰期为2.24 h。庞志功等［19］则用荧光法研究了蛇床子素在兔子体内脏器的分布，灌胃给药后得出蛇床子素在生殖器的含量最高，其次是肾脏，心脏和肝脏含量最低，脏器中的含量略高于血液中的含量，这说明脏器组织对蛇床子素的吸收明显。罗晓莉［20］研究了蛇床子素复方药物在体内的药代动力学，灌胃给药后得到蛇床子素的血清药-时曲线为双峰曲线，可能为药物在组织中的储存和再释放引起血浆药物浓度暂时升高，与上述郑立卿文献中的得到的结论相符。

1.2.4 机体异常对蛇床子素分布的影响

安芳等［21］对蛇床子素在正常与急性肾功能衰竭兔体内的分布进行研究，蛇床子素浓度在正常兔体内的分布依次为血液>心脏>肾脏>脑>肝脏。而在肾衰兔体内的分布为血液>肾脏>心脏>脑>肝脏，与正常组相比，蛇床子素在肾衰兔体内血液、肾脏中含量显著升高，而在心脏、脑、肝脏组织的含量显著降低。在临床试验使用蛇床子素时，对肾衰患者应注意减少给药剂量或适当延长给药时间以免造成药物在体内蓄积中毒。

在老年性痴呆（Alzheimer’s disease，AD）模型大鼠中蛇床子素半衰期较正常大鼠长［22］，Tmax为0.56 h，T1/2为5.26 h，可能是药物对AD 发挥作用使得药物在体内停留时间较长，可能是AD 抑制了蛇床子素的代谢等原因。

邢东明等［23］对解热药YL2000 中蛇床子素在正常和发热大鼠体内药物代谢动力学进行比较，在正常和发热大鼠体内蛇床子素的Tmax分别为1.62、4.02 h，Cmax分别达0.03、0.04 ug·mL-1，T1/2（ke）分别为2.98、2.00 h，T1/2（ka）分别为0.43、1.09 h。实验表明，机体发热延缓蛇床子素吸收，增加其吸收率，也可能机体在发热使得酶活性降低导致清除率下降。

1.3 蛇床子素的代谢

肝脏是药物代谢的主要器官，肝脏中有许多药物代谢需要的酶，药物的代谢不仅直接影响药物作用的强弱和时间的长短，还会影响药物治疗的安全性。细胞色素P450 介导了人体内绝大多数药物的代谢，张丽芳等［24］通过蛇床子素在体外肝细胞代谢的研究得到蛇床子素在游离大鼠肝细胞中呈现酶促动力学代谢特征，CYP3A4 介导了蛇床子素的代谢。用Caco-2 细胞和人肝细胞混合模型来模拟吸收和代谢［25］，通过测定蛇床子素在Caco-2 细胞模型中接收侧有无Ⅰ相反应体系的转运情况，来模拟这种动态效应。结果显示，有Ⅰ相反应体系时，蛇床子素的转运量和转运速率明显低于无Ⅰ相反应体系时，可以得出蛇床子素穿过Caco-2细胞单层后，经Ⅰ相反应体系快速代谢。研究表明，蛇床子素的生物利用度差不是渗透差的结果，可能是Ⅰ相快速代谢的原因。

1.4 蛇床子素的排泄

蛇床子素分布较广，郑立卿［26］对大鼠腹腔注射蛇床子素30 mg·kg-1后2 h，除附睾、睾丸、脾外其他组织中蛇床子素的含量均比1.5 h 低，蛇床子素主要经肾脏和胆汁排泄，研究表明，除肾外还有其他的排泄途径。

2 蛇床子素制剂药动学特征

王震芳等［27］将蛇床子素制备成三种不同制剂并对其药动学进行了研究，大鼠灌胃给药，蛇床子素、固体分散体（Ost-SD）、磷脂复合物（Ost-PC）和纳米混悬剂（Ost-NS）的 T1/2分别为2.86、3.13、2.93、4.21 h，Cmax分别为117.31、203.81、161.01、290.83 ng·mL-1，AUC0～t分别为421.15、698.78、583.13、1 092.26 ng·mL-1·h-1，蛇床子素半衰期短，其他制剂均增加了药物在体内停留时间以及生物利用度，纳米技术对蛇床子素的缓释以及生物利用度的提高更为有效。杨宁辉等［28］制备了蛇床子素纳米结构脂质载体，并对其药动学进行了研究，大鼠灌胃给药，得到蛇床子素组和纳米结构脂质载体组的T1/2分别为2.67、5.92 h，Cmax分别为113.86、253.36 ng·mL-1，AUC0～t分别为451.25、1 493.12 ng·mL-1·h-1。蛇床子素半衰期短与上述文献相符，纳米结构提高了蛇床子素的半衰期和生物利用度，让蛇床子素在体内存留时间长，充分发挥其药理作用。

3 蛇床子素的靶向性特征

郑立卿等［29］还对大鼠的药代动力学以及组织靶向性进行了研究，考察了蛇床子素腹腔注射给药后大鼠体内的脏器分布规律，结果显示，蛇床子素对脑、脾、肾、附睾有靶向性，有明显附睾靶向性，增大给药剂量改变脾中的分布比率最明显，改变脑的分布最小，表明蛇床子素在生殖系统和血窦丰富或血流丰富的组织具有靶向性分布；蛇床子素可以通过血脑屏障，但脑组织分布稳定，随剂量的变化而变化较小，且用药时需要考虑药物在体内的积蓄和再释放而导致药物中毒现象的发生。

4 蛇床子素的代谢产物研究

大多数药物都在肝脏中进行代谢，在体内经过一系列的生物转化代谢为极性较大的物质，有利于排出体外，药物代谢后结构改变，其药理活性和毒性均改变，大多数药物被灭活，有少数药物代谢后反而产生药理作用或毒性。代谢过程分为Ⅰ相代谢和Ⅱ相代谢，Ⅰ相代谢通过水解、氧化、还原反应在药物结构中引入或者脱去功能性基团，使得药物极性增大；Ⅱ相代谢为结合反应，药物分子中的极性基团与体内内源性物质结合产生Ⅱ相代谢产物。大多数药物经过Ⅰ相代谢和Ⅱ相代谢先后连续反应。研究药物在体内的代谢，有利于阐明药物在体内发挥药效的途径和有利于发现和开发新药。

4.1 蛇床子素体内代谢产物研究

Lv 等［30］使用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）和质谱技术对雄性SD 大鼠排泄的尿液和粪便分离纯化并准确鉴定了13 种蛇床子素代谢产物的结构，包括10 种Ⅰ相和3 种Ⅱ相代谢产物。对代谢产物进行分离，得到的代谢产物在甲醇中部分为黄色粉末、也有白色粉末。体内主要的Ⅰ相代谢反应为羟基化、去甲基化和氢化，葡萄糖醛酸化为主要Ⅱ相代谢反应。Lia J 等［31］采用高效液相色谱-串联四极杆-时间质谱法研究蛇床子素经口灌胃后大鼠尿液中蛇床子素的代谢途径。在大鼠尿液中鉴别出18 种Ⅰ相和2 种Ⅱ相蛇床子素代谢物（包括异构体）。通过MS/MS 分析解析代谢产物的结构。结果表明7-去甲基化、8-脱氢、香豆素羟基化特征和3，4-环氧化物被证明是蛇床子素在Ⅰ相代谢中的主要代谢途径。尿液中蛇床子素的Ⅱ相代谢产物主要为硫酸化结合物，而未检测到与葡萄糖醛酸化或乙酰化的结合。在给药大鼠尿液中也发现了蛇床子素，表明蛇床子素可以以原始形式排泄。Wang等［32］采集正常大鼠和骨质疏松大鼠口服蛇床子素后的血浆样本，采用高效液相色谱四极杆飞行时间质谱法对蛇床子素的代谢产物进行分析。将代谢物的分子量和MS 片段与母本和参比标准品进行比较，共鉴定出36 个代谢物。去甲基化、羟化、去甲氧基和还原以及随后的葡萄糖醛酸化、甲基化和磺化是蛇床子素的主要代谢途径。但在骨质疏松大鼠中发现了一种特定的水合代谢途径。Zhao Q 等［33］对小鼠体内代谢以及肝微粒体体外代谢均做了研究，体内代谢对小鼠血样、尿液和粪便进行收集，UPLC-ESI-QTOFMS 方法进行分析，血浆中8 种、尿液中34 种、粪便中25 种代谢产物，蛇床子素的Ⅰ相代谢主要是7-去甲基化，脱氢，羟基化，氢化，水合和3，4-环氧化物，Ⅱ相主要代谢途径为葡萄糖醛酸结合和硫酸化反应。廖曼等［34］对大鼠灌胃蛇床子素混悬液后采集血浆、胆汁、尿液和粪便，通过UPLCQ-TOF-MS/MS 技术结合SWATH 采集方法鉴定蛇床子素的体内外代谢产物，得到大鼠血浆代谢物20 个，大鼠胆汁代谢物32 个，大鼠尿液代谢物32 个，大鼠粪便样品代谢物37 个。Ⅰ相代谢转化途径为单氧化、去甲基化、脱氢反应、氧化水解反应、3，4-环氧化反应、醛氧化代谢反应。Ⅱ相主要代谢途径为葡萄糖醛酸、s-半胱氨酸、n-乙酰半胱氨酸、硫酸盐结合反应和磷酸化反应。

4.2 蛇床子素体外肝代谢产物研究

体外肝代谢常用的方法有肝微粒体孵育法、肝细胞体外温孵法、肝匀浆体外温孵法、基因重组P450 酶系［35］等。蛇床子素在肝微粒体中的代谢符合酶促动力学特征，杨媛［36］对蛇床子素在人肝微粒体和大鼠肝微粒体中的代谢进行了研究，对比两个不同种属，人肝微粒体的酶对蛇床子素的亲和力可能比在大鼠肝微粒体中大。同时人肝微粒对蛇床子素的代谢能力更强。且该研究表明蛇床子素在大鼠肝微粒体中的代谢只与CYP3A 有关，而在人肝微粒体中，CYP3A4、2D6、2C9可能共同介导了蛇床子素在人肝微粒中的代谢。又有研究证明CYP3A4 和CYP3A5 是影响蛇床子素代谢的主要酶［24］。

蛇床子素在体外大鼠肝微粒体中孵育的主要Ⅰ相代谢产物为去甲基蛇床子素和脱氢蛇床子素的各个异构体［13］。苑振亭等［16］同样得到蛇床子素Ⅰ相代谢产物可能为去甲基蛇床子素和蛇床子素去氢代谢产物的多个顺反异构体。廖曼等［34］还对蛇床子素体外代谢进行了研究，通过肝微粒体孵育产生Ⅰ相和Ⅱ相代谢物并通过超高压液相-四级杆飞行-时间质谱联用对代谢物结构进行分析，得到39 个肝微粒体代谢产物，有去甲基化、脱氢等产物，未检测到Ⅱ相代谢产物，因Ⅱ相反应为单独孵育，体外肝微粒体模型孵育实验中仅采用了葡萄糖醛酸结合酶进行催化，可能蛇床子素在体外的环境无法发生该结合反应；可能蛇床子素在体外发生葡萄糖醛酸结合反应的产率较低，代谢产物的量极低。

4.3 小结

大多数研究蛇床子素代谢物结构的方法都是通过液相质谱联用来分析的，得到的结果是体内外Ⅰ相代谢途径都包括有去甲基、脱氢、羟基化、加氢以及部分有水合作用，Ⅱ相代谢过程为结合反应，每个机体都不完全相同，因而本文不加以区分。然而，上述用液相质谱鉴别代谢物的方法并不总是准确的，特别是在分子量相似的结构异构体的情况下。因此，Lv［30］是先分离纯化代谢产物，再使用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）鉴定其结构，其结果与之前研究有所不同，之前的体外研究结果表明主要Ⅰ相代谢产物有脱氢蛇床子素，而Lv 做了大鼠体内代谢，收集了尿液和粪便进行分析，结果表明羟基化产物较多，且没有脱氢蛇床子素产生。Zhao Q［33］做的体内代谢中检测血液中有脱氢蛇床子素，而尿液中也有少量脱氢蛇床子素，说明脱氢蛇床子素少部分通过尿液或者肾脏排泄出去，可能部分留在体内继续发挥作用，也可能通过别的方式排泄出去。研究表明体内和体外研究之间存在Ⅰ相代谢的差异，单一通过肝微粒体孵育蛇床子素可能不是模拟体内Ⅰ相代谢反应的最佳方法，结合体内和体外的代谢产物分析可能比较全面。

5 结论与展望

蛇床子素是难溶于水、半衰期短、生物利用度低且血浆蛋白结合率高的一类中药单体，具有一定的脑靶向性和附睾靶向性，其制剂可以有效地增加蛇床子素在体内的滞留时间，蛇床子素快速代谢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相代谢产物有去甲基、脱氢以及羟基化产物，Ⅱ相代谢产物有硫酸化、葡萄糖醛酸化产物。体内代谢收集代谢物检测和体外模拟肝代谢检测得到的代谢物不完全相同，有研究表明，尿液和粪便的代谢产物中没有脱氢产物，但有其他研究表明，血液中有大量脱氢蛇床子素，尿液中则有少量脱氢产物，体外孵育Ⅰ相代谢产物中有脱氢产物，因而推测脱氢蛇床子素可能是体内的活性代谢产物之一。明确蛇床子素在体内外的代谢特征及产物，不仅可以明确药物在体内发挥作用的过程，还有助于寻找体内活性代谢产物，为活性天然产物的新药研发提供依据。