染料木素的藥代動力學研究

趙綠英(綜述) 黃紅林(審校)

南華大學藥物藥理研究所(421001)

染料木素(genistein，GEN)又稱金雀異黃素、5，7，4′-三羥基異黃酮、染料木黃酮、5，4'-三羥基異黃酮、染料木因，以染料木苷(genistein-7-glucoside，genistin，GEN-glu)廣泛存在于大豆、三葉草、葛根、槐花、槐角、染料木(金雀花)和廣豆根等豆科植物和谷物中；是一種強效、特異蛋白酪氨酸激酶抑制劑[1]。

染料木素分子式(圖1):C15H10O5，相對分子質量為270.23；雌二醇分子式(圖2):C18H24O2，相對分子質量272.39。

GEN是一種天然存在的異黃酮、酚類、帶芳香A-環的三苯基化合物，在分子的相對兩極帶有兩個酚羥基，其結構與雌二醇(estradiol，ER)類似，特別是它的4′-和7-羥基基團的間距及酚環與ER的結構相似；分子量與ER近似，且能低親和地結合雌激素受體和性激素蛋白，從而使GEN發揮雌激素樣作用和抗雌激素作用，后者主要與ER受體競爭性結合產生，因此又稱為植物雌激素[2]。GEN具有多種生物活性和藥理作用，能抑制雌激素相關腫瘤、影響骨代謝、抗炎、抗氧化、降血脂、維持正常脈管反應性等作用[2,3]；現已廣泛應用于醫藥、保健食品(營養制品和功能性食品)等領域。臨床研究表明，GEN對乳腺癌和前列腺癌、心血管疾病和絕經后綜合癥等具有很好的防治作用。

GEN在胃腸道吸收迅速，由于肝腸循環而具有較高的生物利用度，在組織中分布有顯著的劑量依賴性及靶向性，其吸收、代謝與排泄存在著性別和個體差異，主要在肝內代謝，經腎臟隨尿排泄。GEN的藥代動力學研究已成為當今研究熱點。進一步歸納整理其在動物和人體內的吸收、組織分布、代謝、排泄等藥動學研究資料十分必要，對指導臨床合理用藥等具有重要意義。

圖1 染料木素的化學結構

圖2 雌二醇的化學結構

1 動物體內的藥代動力學

1.1 吸收動力學研究與吸收模型選擇

GEN在豆科植物中通常以無活性的糖苷形式存在，只有經腸道菌群的葡萄糖苷酶分解后，形成非糖苷型才具有生物活性。未被腸道菌群分解的結合型GEN 不易被吸收，直接從膽汁分泌入腸道排出體外；去糖苷型的GEN經肝腸循環，可與糖苷重新結合形成無活性的化合物。研究表明乳糖酶與小腸GEN-glu的吸收有關，同時大腸內細菌去糖甲基化作用彌補了GEN吸收的減少[4]。GEN比GEN-glu相差一個葡萄糖基，但二者在胃腸道中的吸收速度和程度卻不同。

大鼠和人體小腸內有相似的藥物吸收表型和轉運表達方式，而兩個物種腸道代謝酶(如CYP3A4/CYP3A9與UDPG)的表達水平和方式不同；大鼠模型可預測口服藥物在人體小腸內的吸收情況，但不能預測人體藥物代謝和生物利用度[5]。

1.1.1 大鼠在體及離體

King等[6]首次采用大鼠在體模型研究了GEN吸收藥代動力學發現GEN與GEN-glu在大鼠體內吸收程度相似；Kwon等[7]研究表明，GEN是以GEN-glu形式吸收，GEN與GEN-glu在小腸上皮細胞均以被動轉運方式穩定吸收。Wang等[8]研究發現，GEN大鼠體內存在肝腸循環，且吸收與性別有關，雌性大鼠吸收量大于雄性大鼠。Zhou等[9]采用非房室藥物代謝動力學分析方法，發現大鼠灌胃給予不同劑量GEN后，吸收迅速，觀察到明顯的吸收雙峰現象，第2主峰明顯比第一主峰低。隨劑量增加而其最大血藥濃度Cmax與曲線下面積AUC0-t也呈非線性、劑量依賴性方式增加。

Andlauer等[10]在大鼠離體小腸吸收灌流模型觀察到GEN在腸腔吸收良好，生物利用性高，GEN葡萄糖醛酸化作用在小腸壁；與Sfakianos等使用大鼠翻轉腸囊模型觀察的結果一致；而在小腸沒有觀察到GEN的硫酸鹽結合物，卻與文獻發現大鼠在體膽汁和尿道的代謝產物中能觀察到硫酸鹽結合物不符[7,11,12]；故認為其硫酸酯化作用可能在肝臟，而不在小腸；GEN總回收率高達99.8%，表明在小腸壁沒有微生物的降解作用。大鼠在體腸灌流模型結果表明GEN在小腸上段快速吸收并進行廣泛的II相代謝(最高達40%)即葡萄苷酸化和硫酸化作用，GEN口服生物利用度低的主要原因不是吸收差，而是小腸內廣泛的Ⅱ相代謝所致[13]。

1.1.2 貓、Beagle犬、豬在體

Cave等[14]使用GEN給貓灌胃后，采用非房室模型分析發現GEN口服吸收差且結合率高。Beagle犬灌胃給予單劑量GEN后吸收迅速，在Beagle犬體內過程符合一室開放模型[15]；Beagle犬灌胃給予不同劑量GEN后，首過代謝突出，血漿中GEN主要以GEN-glu形式存在；在一定范圍內隨給藥劑量增加，母體藥物的吸收量趨于飽和。在Beagle犬體內過程符合二室開放模型[16]。Walsh等[17]首次采用幼豬在體回腸插管模型，發現在豬腸道內的GEN-glu須轉化為GEN后才被廣泛重吸收，發生了相對有效的微生物代謝作用，故在研究GEN代謝產物的吸收性代謝時，選擇豬模型可能有其獨特的作用。

1.1.3 Caco-2細胞模型

Liu等[13]在Caco-2細胞模型中發現:GEN的滲透性比其苷大5倍(P＜0.05)；GEN能從Caco-2單層細胞(基)底外側快速吸收到頂側；GEN透過Caco-2細胞單層膜具有明顯的劑量依賴性、溫度依賴性和可飽和性[18]，結果表明染料木素跨膜轉運是載體介導的主動轉運過程。

1.2 分布

GEN在大鼠體內組織分布濃度呈現明顯的靶向性，尤其在生殖器官中分布較高，原因可能與生殖器官中雌激素受體或相關結合蛋白如性激素結合球蛋白和白蛋白濃度相對較高有關；同時還存在性別差異:♀大鼠相應器官中含量高于♂大鼠 ，尤以♀大鼠肝中含量最高，♂大鼠腦中含量最低[19]。而Wang等[8]采用♀♂大鼠灌胃給予GEN(9mg/kg)后發現在性器官中的分布具有顯著差異:但其他組織器官內的分布未觀測到明顯的雌雄差異。

妊娠期大鼠經口給予內含GEN食物，發現在胎盤組織中分布的GEN濃度比其兩結合型濃度均高，認為妊娠期胎盤是GEN有效作用的靶器官[20]。

1.3 代謝

在體內外及不同組織器官中，GEN的生物轉化有多種形式，主要轉化途徑為葡糖醛酸化、硫酸酯化等代謝；不同文獻所報道的代謝產物不盡相同。

1.3.1 大鼠在體

據文獻報道:在GEN大鼠的尿液或膽汁中分離出最主要的3種主要產物分別為GEN-7-O-β-D-glu、GEN-4′-O-sulfate、GEN-4′-O-sulfate -7-O-β-D- glu；在大鼠和人體體外肝微粒體實驗已經鑒定出8-OH-GEN、6-OH-GEN 和3′-OH-GE，而在肝細胞鑒定GEN-4'-O-glu或sulfate、GEN-4'-O-sulfate-7-O-glu、GEN-7 -O-glu or sulfate；研究表明，♀♂大鼠體內代謝產物、子宮和前列腺的放射性存留物分別是以GEN-glu和4-羥苯基-2-丙酸(4-Hydroxyphenyl-2-propanoic acid)為主，微量的母體化合物(P＜0.05)[7]。而Poulsen等[21]發現GEN在去卵巢大鼠體內的主要代謝產物是4-乙苯酚(p-ethylphenol，對乙苯酚)。

1.4 排泄

GEN主要經腎臟隨尿排泄，其次隨膽汁經消化道排泄。

1.4.1 大鼠在體

Zhou等[9]以不同劑量(6.25、12.5、50mg/kg)GEN大鼠灌胃后，發現大鼠膽汁和尿液的排泄產物均以GEN-glu為主，且排泄量均呈現明顯的非線性劑量依賴性特征，但尿液與膽汁排泄相比，尿液中GEN及GEN-glu排泄物量比膽汁多；這與文獻[11]結論一致。因此服用GEN藥物或富含GEN的保健品時，劑量不宜過高，以達到最高生物利用度為佳。

1.4.2 Beagle犬

Zhou等[15]在Beagle犬灌喂給予GEN后的血漿、尿及糞便中未檢測到GEN-glu，GEN主要以原型經尿和糞便排出體外，而且在Beagle犬體內的代謝過程明顯存在個體差異，體內過程符合一室開放模型。

1.4.3 Caco-2細胞模型

Chen等[12]在Caco-2細胞模型中檢測GEN的主要代謝產物是GEN-glu，GEN-glu多在基底外側排泄；而GEN-sulfate排泄后則進入頂面；GEN結合型極化排泄物是通過多藥抗藥相關蛋白(multidrug resistance-related protein，MRP)抑制劑白三烯和有機陰離子轉運載體(organic anion transporter，OAT)抑制劑雌酮硫酸鹽結合完成；認為GEN的腸道處置存在結構依賴性、極化性和MRP、OAT介導的特性。

1.4.4 PBPK模型

由于GEN膽汁排泄的復查性，且具有濃度依賴抑制作用，Zager等[22]精心設計了生理藥物代謝動力學(physiologically based pharmacokinetic，PBPK)數學模型，用一個狀態依賴性延遲的非線性微分方程系統描述GEN的膽汁排泄，同時還發現GEN暴露程度與靶組織劑量有關。

2 人體內的藥代動力學

富含GEN營養補充劑或新藥已廣泛進入Ⅰ期臨床研究，陸續揭示了許多有關GEN人體藥動學數據，為染料木素防治激素相關腫瘤、心血管疾病等合理用藥提供有價值的參考信息。

2.1 吸收

研究表明，人體食用富含GEN的大豆食品后，血漿濃度在1h、5～8h先后出現明顯的GEN吸收雙峰現象，主要是GEN-glu的肝腸循環引起；在健康成年人體內GEN比GEN-glu不但吸收快，而且能較長時間維持較高血漿濃度；健康絕經前婦女攝入較高劑量[(13)C]GEN后，體內[(13)C]GEN吸收速率受到限制，且具有可飽和性[23]。Gardner等[24]在健康成年人體內比較兩個富含GEN的不同劑量大豆異黃酮片劑的藥代動力學特征，發現GEN在高劑量時血藥濃度呈現飽和狀態。說明在人體內GEN跨膜轉運也是載體介導的主動轉運過程。

Walsh等[25]采用回腸造瘺術研究GEN在人體小腸吸收和代謝，發現回腸造瘺術受試者與對照組吸收GEN-glu程度一致，小腸能有效降解糖苷。

2.2 分布

GEN在人體內分布報道甚少。Guy等[26]采用LC -ESI-MS/MS方法，從良性前列腺腫瘤患者服用富含GEN的Evestrel?膠囊后的血液和前列腺檢測出:前列腺組織的GEN濃度比血漿低；而動物實驗中GEN在雄性動物組織前列腺中分布濃度較其他組織高[19]，以及有限的人體內實驗研究也表明前列腺組織富集的GEN濃度比血漿濃度高如4倍[27]等。

GEN在美容外科手術者乳腺組織勻漿中的分布濃度極低，比血漿、尿液樣品濃度相應地低100倍左右，所以GEN的血漿濃度不能衡量暴露的精確測定濃度，而必須檢測攝入GEN后有關組織的分布濃度[28]。Bolca 等[29]用LC/MS檢測給予健康婦女富含GEN的營養補充劑，并檢測她們外科美容復位手術后收集的血液和乳腺活組織的GEN濃度，發現GEN在有危及健康影響的乳腺組織中已達到暴露濃度。而另研究[30]表明，采用健康、足孕單胎胎盤的雙重循環離體灌流模型，發現GEN在濃度適宜時能通過胎盤，同時胎盤代謝酶能使少數GEN結合從而失去雌激素活性的GEN-glu或GEN- sulfate。

2.3 代謝

Guy等[26]從良性前列腺腫瘤患者服用富含GEN的Evestrel?膠囊后的血液和前列腺中檢測出代謝產物均是2-單葡萄糖醛酸化合物和GEN-2-單葡萄糖醛酸化合物；首次認為GEN在人體前列腺組織主要以其葡萄糖醛酸苷形式存在。

4-乙苯酚是大鼠體內GEN給藥后的主要代謝產物[21]，然而4-乙苯酚是否為人體的主要代謝產物還有待更深入研究。

2.4 排泄

健康人體內單次食用富含GEN食物后檢測到GEN餐后的尿平均排泄率為(62 ± 6)%；在健康男性中單劑量給予GEN純凈的大豆異黃酮等后，發現GEN能快速從血漿中清除并隨尿排泄；用MS法從健康人群(絕經前的婦女)服用[(13)C]GEN標記的食物后的尿中測得[(13)C]GEN平均回收率為攝入劑量的9%，說明尿中GEN濃度與血漿Cmax相關性差[23]。

3 結 語

GEN是一種存在于植物中的內分泌干擾物質，毒性低、藥理活性較強，對人體健康既有利也有弊；因此，GEN藥代動力學研究將對GEN的營養學、藥理學、治療學及開發研究等方面提供實驗和理論依據，對未來進行全面的臨床藥物試驗、完成快速準確的GEN個體化給藥打下了良好的基礎；而GEN藥物制劑在人體內的藥代動力學研究、GEN與其他藥物的藥代動力學相互作用研究等尚未涉及，有待進一步探討和研究，為制訂科學、合理的聯合用藥方案提供依據。

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