大鼠体内川芎多成分序贯代谢研究

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  摘要:目的 研究川芎单味药中多成分体内动态变化过程,阐明其体内代谢轮廓。方法 采用高效液相色谱法建立川芎水提液指纹图谱,以此同时检测多成分变化情况。体内代谢采用封闭肠环法研究川芎口服后多成分经胃-肠-肝代谢变化过程。结果 川芎水提液指纹图谱中监测到17种成分,在胃肠道稳定性研究中均基本稳定,其中有4种成分被肠道菌代谢,3种成分被肝代谢,2种新成分是肠代谢产物,1种新成分是肝代谢产物。结论 采用序贯代谢,运用封闭肠环法研究中药口服后各成分代谢轮廓是可行的,为中药的代谢研究提供了实验依据。
  关键词:川芎;多成分;序贯代谢;封闭肠环;大鼠
  DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2015.04.022
  中图分类号:R284.1 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2015)04-0077-06
  Study on Multicomponent Sequential Metabolism in Rats with Chuanxiong Rhizoma LV Bei-ran, YANG Wen-ning, TANG Ming-min, WEI Li, MA Xiao-yun, LUO Zhi-qiang, LIU Yang (Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100102, China)
  Abstract:Objective To study the multicomponent in vivo dynamic process in Chuanxiong Rhizoma;To elaborate in vivo metabolic profiling. Methods HPLC was used to establish the fingerprint of aqueous extract of Chuanxiong Rhizoma, and multicomponent changes were detected at the same time. Closed-loop intestine method was used to study the multicomponent changes of oral administration of Chuanxiong Rhizoma after stomach-intestine-liver process. Results Totally 17 components were detected in the fingerprint of aqueous extract of Chuanxiong Rhizoma and they were basically stable in the digestive juice. For in vivo metabolism, 4 components were metabolized by intestinal flora;3 components were metabolized by liver;2 new components were the metabolites of intestinal flora;1 component was the metabolite of liver. Conclusion Multicomponent sequential metabolism and closed-loop intestine method were used to clarify that multicomponent metabolic profiling was feasible, and it could provide experimental basis for the metabolism of traditional Chinese medicine.
  Key words:Chuanxiong Rhizoma;multicomponent;sequential metabolism;closed-loop intestine method;rats
  川芎為伞形科藁本属植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎,具有活血行气、祛风止痛功效,临床上广泛用于治疗心血管疾病。目前研究川芎单体成分代谢的较多,如以藁苯内酯为主的川芎挥发油的代谢[1-3]、药典指标成分阿魏酸的药代和体内代谢[4-6]和以川芎嗪为代表的生物碱的代谢[7-8]。而关于川芎单味药多成分同时代谢的研究较少[9-10]。此外有研究表明,在临床应用中不应简单地用纯品单体
  基金项目:国家自然科学基金(81274042)
  通讯作者:刘洋,E-mail:liuyang@bucm.edu.cn
  的药动学及代谢参数来推测服用单味中药后其有效成分的体内过程,如藁苯内酯以单体及川芎提取物形式口服后,以川芎提取物服用的藁苯内酯的消除率明显高于以单体形式服用[11]。另有报道,大鼠灌胃阿魏酸对照品、川芎药材提取物、复方脑得生片后阿魏酸的Cmax值为阿魏酸对照品组>复方脑得生片>川芎药材提取物[12]。因此,将川芎中的多成分作为一个彼此相互联系的整体,研究其在体内代谢的相互影响是非常有必要的。本研究采用对照比较法依次进行消化液及消化酶代谢、肠道菌群代谢、肠壁代谢、肝代谢研究。因4个过程在空间和时间上保持连续性,因此将其命名为“序贯代谢”。通过指纹图谱跟踪记录川芎口服后多成分序贯代谢过程动态变化,运用动物实验研究川芎药材多成分整体代谢,定性阐明有效成分代谢过程,为川芎的临床用药提供合理的实验依据。
  1 仪器、试药与动物
  Waters液相色谱系统(600四元泵,美国Waters公司),2487双波长紫外检测器,Empower 2工作站;电子分析天平(BT-25S,北京赛多利斯仪器有限公司);pH酸度计(FE20,梅特勒-托利多仪器上海有限公司);超声波清洗器(KQ-500DE,昆山超声仪器有限公司);电热恒温水浴锅(DZKW-4,北京中兴伟业仪器有限公司);1-15PK离心机(德国Sigma公司)。   川芎饮片(北京同仁堂药店)经北京中医药大学张贵君教授鉴定为伞形科藁本属植物川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根茎;乙腈(色谱纯,美国Fisher公司);三氟乙酸(synthesis grade)购于Scharlau Chemie S.A.公司(西班牙巴塞罗那);1-氨基苯并三唑(北京百灵威有限公司);娃哈哈纯净水购于娃哈哈集团公司(中国杭州);其余试剂均为分析纯。
  SPF级健康雄性SD大鼠,6周龄,体质量(300±40)g,北京斯贝福实验动物科技有限公司提供,动物合格证号SCXK(京)2014-0004。饲养于符合国家标准的屏障环境中,室温22~24 ℃,相对湿度60%。实验前适应性喂养1周以上,自由饮水和进食。
  2 方法
  2.1 溶液的制备
  2.1.1 Krebs-Ringer's营养液配制 称取NaCl 7.80 g、KCl 0.35 g、CaCl2 0.37 g、NaHCO3 1.37 g、NaH2PO4 0.32 g、MgCl2 0.02 g、葡萄糖1.40 g,加蒸馏水定容至1000 mL,调节pH为7.39~7.41,放置备用。
  2.1.2 供试品溶液的制备 取饮片100 g,精密称定,置具有冷凝回流装置的圆底烧瓶中,加1000 mL去离子水,浸泡1 h后回流提取1.5 h,趁热过滤出提取液。再向烧瓶中加入1000 mL去离子水,回流提取1 h,趁热过滤出提取液。合并提取液。滤液经过水浴浓缩,并用K-R营养液定容至100 mL,制成含原药材1 g/mL的溶液。
  2.1.3 人工胃液的配制 取稀盐酸16.4 mL,加水约800 mL,与胃蛋白酶10 g,摇匀后,加水稀释至1000 mL,即得[13]。
  2.1.4 人工肠液的配制 取磷酸二氢钾6.8 g,加水500 mL使溶解,用0.1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.8;另取胰酶10 g,加水适量使溶解,将两液混合后,加水稀釋至1000 mL,即得。
  2.2 色谱条件
  色谱柱为Hypersil ODS2(5 μm,4.6 mm×250 mm),柱温30 ℃,检测波长280、300 nm,流速1 mL/min,流动相为0.1%三氟乙酸水溶液(A)-乙腈(B),梯度洗脱(0 min,98%A;30 min,66%A;35 min,35%A;50 min, 0%A)。
  2.3 序贯代谢
  2.3.1 胃肠道稳定性研究 消化液预温孵5 min后,分别在50 mL胃液和50 mL肠液中加入1 mL供试品溶液,在37 ℃振摇情况下分别温孵。人工胃液中温孵6 h,每隔1 h取样7 mL,立即用0.1 mol/L NaoH调pH为6~7从而终止反应,并用去离子水定容至10 mL。人工肠液温孵8 h,每隔1 h取样7 mL,并用去离子水定容至10 mL。温孵液过0.45 μm滤膜,进行液相测定,对比分析温孵后药液的指纹图谱。
  2.3.2 肠道菌代谢研究 5只SD大鼠禁食12 h,自由饮水,分为2组,4只为供血组,1只为实验组。
  腹腔注射戊巴比妥钠麻醉,供血组腹主动脉取血,血液放于肝素化离心管,置于37 ℃水浴锅中保温。实验组大鼠颈静脉插管输血,保证实验过程的血液损失得到补充,肠系膜静脉插管收集血液。沿腹中线打开腹腔约3~4 cm选取结肠,在肠段首末端系上丝线,用注射器将药液注入肠腔。当药液到达肠段末端,用丝线结扎,然后取下注射器并结扎肠段前段。通过蠕动泵从颈静脉给实验鼠供血。在蠕动泵另一端开始收集血液,同时结扎门静脉,待实验完成后,收集肠道内药液。
  无肠道菌实验手术方法与有肠道菌实验相同,仅在药液注入小肠前,于小肠末端切一横向口,用温热的生理盐水洗净肠内容物后再进行后续操作。实验持续1.5 h,收集的血液放入肝素化离心管中,4000 r/min离心10 min,取上清液,加入3倍量甲醇,涡旋2 min, 10 000 r/min离心10 min,取上清液过0.45 μm滤膜,进行液相分析。
  2.3.3 肠壁酶代谢研究 采用无肠菌实验的手术方法。在多成分药液注入肠道循环前,将非特异性CYP450酶抑制剂氨基苯并三唑加入冲洗液和药液中。1 h后肠系膜静脉收集18 mL血样,处理方法同肠道菌实验。
  2.3.4 肝代谢研究 肝代谢后多成分进入血液系统,采用封闭肠环法,将川芎药液封闭在结肠,不需要供血,不结扎门静脉,1 h后腹主动脉采血约10 mL,样品处理同肠道菌实验。
  3 结果
  3.1 胃肠道稳定性
  胃肠道的酸碱物理环境及消化酶均有可能改变化学成分的结构,因此口服药物经过消化道多成分的变化情况值得研究,这也是序贯代谢的第一步。前期研究已显示川芎在消化道溶出情况良好[14],本实验通过川芎药液指纹图谱对比分析温孵前后多成分的变化。成分变化用相对于温孵0 h的峰面积变化率f表示。并规定f>10%则认为此成分不稳定。图1为川芎药液的指纹图谱,图中共标出17种药材中的成分(C1~C17),此17种成分的胃肠道稳定性结果见表1。从数据可知,成分6在人工胃液及人工肠液中fmax>10%,成分7、12、13在人工肠液中fmax>10%,但这些均是经人工胃液6 h及人工肠液8 h孵育后其变化率大,而一般药物在胃滞留时间不超过2 h,肠滞留时间不超过4 h。因此认为川芎药液中多成分在胃肠道中比较稳定。川芎药液在人工胃液和人工肠液中温孵不同时间的HPLC图谱见图2、图3。
  3.2 肠道菌代谢
  肝脏和小肠是外源性物质代谢的主要器官[15]。肠内细菌对中药成分的生物转化以水解为主,氧化和还原反应为辅,所涉及的代谢酶主要有水解酶、氧化还原酶、裂解酶和转移酶[16]。通过比较有菌和无菌条件下血浆样品中多成分HPLC图谱得出肠道菌代谢情况。为了更清楚说明代谢,以成分16作为内参(此峰峰面积最大且在人工胃液和人工肠液中相对偏差为3.27%和2.89%,比较稳定),用各种成分相对峰面积来说明各成分代谢情况。由表2和图4中A与B比较可知,成分1在有肠菌和无肠菌的血浆中均未检测到,说明其可能被酶代谢或者吸收较弱。成分6、7、13和15在有肠道菌的血浆样品中均未检测到,说明其可能被肠道菌代谢掉。成分3在肠道菌的血浆样品中相对峰面积增加很大,说明其吸收较成分16强或者是其他成分代谢产物。同时有7种新成分产生。新成分1、2只在有菌群的血浆样品中检测到,表明其是肠道菌的代谢产物。新成分3、4、5、6、7在2种血浆样品中均能检测到,说明这些成分不是肠道菌代谢产物,可能是酶代谢产物。   3.3 肠壁酶代谢
  肠在药物的全身代谢中占有重要的地位,肠壁酶的首过代谢通过一些化学药品被证实,但多成分代谢研究的文献相对较少。其结果通过比较有无酶抑制剂情况下的多成分指纹图谱得到。从表2和图4中B与C比较可知,成分1仍未检测到,说明其被代谢或者未吸收,结果仍不确定。成分4相对峰面积增加很多,说明其可能是由其他成分转化而来,也可能是CYP450酶抑制剂的底物。在这2种血浆样品中,成分11相对峰面积增加很大,说明可能是非CYP450酶的代谢物。
  3.4 肝代谢
  大多数药物在进入全身血液前都会经历肝代谢,丰富的Ⅰ相反应和Ⅱ相反应酶是药物代谢的主要原因。肝代谢结果通过比较腹主动脉血和有菌血样中多成分的HPLC指纹图谱得到。从表2和图4中A与D比较可知,成分1在2种血浆样品中未检测到,所以仍不能确定其是否代谢或者吸收。成分6、7、13和15在有肠菌和肝代谢血中均未检测到,说明最可能是被肠道菌代谢。成分2、3、8只在动脉血中消失,说明其被肝脏代谢。新成分8只在动脉血中检测到,说明其是肝代谢产物。新成分3、4、5、6、7相对峰面积在腹主动脉血中明显增大,说明它们是肝代谢产物。
  3.5 各成分可能代谢位点
  通过综合分析4个连续实验结果,将每种成分可能代谢位点一一列出,结果见表3。
  4 讨论
  本研究结果显示,川芎主要成分多为原型吸收进入体液循环,锁定的17种原型成分中9种成分原型吸收入血,1种成分未吸收或被酶代谢,4种成分被肠道菌代谢,3种成分被肝代谢,2种新成分是肠代谢产物,1个新成分是肝代谢产物。定性阐述川芎多成分在大鼠体内的动态过程,初步表明序贯代谢的可行性。
  某些成分在胃肠道稳定性研究中不太稳定,但其变化均在4、6、8 h时变化率比较大,一般药物在胃滞留时间不超过2 h,肠滞留时间不超过4 h[17]。因此可以认为川芎药液中多成分在胃肠道中比较稳定。
  川芎中单一成分的体内代谢研究已很清楚,其整体用药的多成分药代动力学研究不多,而川芎单味药中多成分体内动态代谢情况尚未见报道。本研究采用序贯代谢,运用封闭肠环法探讨了多成分体内动态代谢情况,更加形象地反映其在体内的吸收代谢轮廓,同时从中药多成分环境角度出发更符合中药用药特点,为中药代谢研究提供一种可参考的方法。为进一步阐明川芎药效物质基础,笔者下一步会进行液相色谱-质谱分析,对代谢和入血成分进行结构解析。
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  (收稿日期:2014-12-10;编辑:陈静)
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