藥物腸道代謝研究方法進展*

陳麗娜，劉亞男，任曉亮，戚愛棣

（天津中醫藥大學中藥學院，天津300193）

·綜述·

藥物腸道代謝研究方法進展*

陳麗娜，劉亞男，任曉亮，戚愛棣

（天津中醫藥大學中藥學院，天津300193）

腸道是口服藥物的必經通道，腸道中不僅存在著影響藥物吸收的轉運體，還含有許多與藥物代謝相關的酶，包括消化道上皮細胞存在的結合酶和消化道菌叢產生的酶，這些酶不同程度的影響著藥物在體內的存在形式、吸收過程等。因此，胃腸道對藥物的有關代謝作用日益受到重視，其研究方法也不斷改進。現就目前藥物在腸道中代謝的研究方法及其特點進行綜述。

腸道代謝；體外法；在體法；體內法

DOI：10.11656/j.issn.1673-9043.2015.04.15

目前，口服藥物在各種給藥途徑中仍占主導地位［1］。傳統藥學理論認為藥物的首過代謝由肝臟引起［2］，隨著腸道中酶的發現［3］，藥物在腸道中的代謝逐漸受到人們的關注。腸道上皮細胞中不僅存在大量轉運體，還含有許多與肝臟相同的代謝酶及細菌叢，口服藥物需經過胃腸道的吸收代謝發揮療效或產生毒性反應，因此研究藥物的腸代謝對于闡明藥物的藥效或毒性至關重要。

1　體外法

體外法是研究藥物腸道代謝的主要方法［4］，該法可以方便地控制某些代謝條件，因此直接進行體內代謝研究不易操作時，可先進行體外代謝實驗，預測藥物體內代謝過程。

1.1完整組織法

1.1.1完整黏膜法完整黏膜法常用于測定藥物在腸道的代謝及評價腸內酶的活性［5］。Sjoberg等［6］用159個人體的腸黏膜來預測口服藥物的腸吸收與代謝情況。結果表明腸黏膜法對于預測口服藥物在腸內的吸收與代謝是一種強有力的方法。該法把腸黏膜放在轉運室的裝置上，暴露1 cm2的面積，膜兩側的腔室裝滿10 mL的有氧Krebs-Ringer’s液，不斷通入95%氧氣和5%二氧化碳以維持組織的活性，以300 r/min的速度攪拌，加熱直至37℃，待組織穩定30 min后開始實驗，對腸黏膜兩側的腔室緩沖液取樣分析。Gotoh等［7］應用完整黏膜法測定了120 min內大鼠腸黏膜對高濃度藥物的吸收率和膜透性，發現此模型可以較好的測定大鼠的腸吸收代謝。由于該模型易受到腸內轉運體以及其他因素的影響，因此在實驗過程中維持時間短。

1.1.2外翻腸囊法自1945年Wiseman應用外翻腸囊法研究腸道吸收功能以來，該法一直被廣泛應用于藥物胃腸道的吸收［8］。Yoshida等［9］應用外翻腸囊法研究了二氧化硅粒子在腸道的吸收情況，并且得出粒子直徑和表面特性是吸收度的主要決定因素。外翻腸囊法有時也用于研究藥物在腸道中代謝情況，封洋等［10］活體取梅花鹿腸段進行離體培養，采用外翻腸囊法研究梅花鹿小腸對嘌呤的代謝，結果表明嘌呤在小腸內可被氧化成次黃嘌呤、黃嘌呤、尿酸以及尿囊素，其中次黃嘌呤比例最高。此法操作簡便快捷，保留了組織的完整性，且快速和價廉，但是腸存活能力差，實驗過程中幾小時即喪失活性［11］。

1.1.3離體腸灌流Fisher等［12］在1949年最早將離體腸灌流用于研究腸道的吸收，由于其可以控制溫度、pH、滲透壓和流量，研究者開始應用此方法研究藥物在腸道中的代謝。該方法先將大鼠麻醉，剪去一段腸，然后將分離出來的腸放入充滿緩沖液和藥物的容器中進行實驗。目前離體腸灌流多用于研究Ⅱ相代謝［13］。Akao等［14］應用離體腸灌流法研究了大黃素在腸道中的代謝情況，在腸內檢測到大黃素葡萄糖醛酸和大黃素葡萄糖硫酸，說明大黃素在腸內發生了Ⅱ相代謝。Actis-Goretta等［15］應用離體腸灌流技術研究了（－）－表兒茶素在腸道的代謝情況。結果發現（－）－表兒茶素通過綴合硫酸基轉移酶從腸道流出，而（－）－表兒茶素葡糖苷酸經腸道的吸收進入血漿，表明（－）－表兒茶素在腸道中發生了Ⅱ相代謝。

1.2不完整組織法

1.2.1Caco-2細胞模型法Caco-2細胞系來源于人體結腸腺癌細胞，由于Caco-2細胞形態學及生化性質與小腸上皮相似，故常用于藥物腸道吸收與代謝的研究［16］。研究證實，Caco-2細胞存在CYP1A樣活性酶及CYP3A，但是表達少，由于這些酶是影響藥物口服吸收和生物利用度的關鍵酶，Charles等［17］利用重組技術在Caco-2細胞中引入CYPcDNA，從而提高了CYP3A4和CYP2A6的表達，開拓了Caco-2細胞模型在研究藥物有關代謝方面的應用，提高了其體內相關性。Caco-2細胞同樣表達與人類小腸上皮細胞相關的谷胱甘肽S-轉移酶、磺基轉移酶、β-葡糖醛酸糖苷酶［18］，因此，Caco-2細胞模型同樣可作為藥物分子在小腸上皮Ⅱ相代謝研究的有效工具。李素云［19］研究了槲皮素在Caco-2細胞中的代謝過程，結果表明槲皮素在Caco-2細胞中發生Ⅱ相代謝，即發生甲基化、葡萄糖醛酸化和硫酸酯化代謝反應，以單葡萄糖醛酸和硫酸酯化產物為主。Caco-2細胞模型已成為研究藥物代謝的經典體外模型之一。但該法缺乏分泌黏液的杯狀細胞及部分代謝酶，并且細胞緊密聯接程度比正常小腸細胞高，因而實驗結果要與其他腸代謝實驗數據相結合。

1.2.2腸微粒體法莊笑梅等［20］應用腸微粒體法研究了抗艾滋病候選藥3-氰甲基-4-甲基-DCK（CMDCK）的腸道轉化及CYP450酶抑制劑對其代謝的影響，結果發現孵育液中CMDCK減少，并且檢測到多個單氧化產物，說明其代謝途徑是氧化反應，CYP450酶抑制劑與CMDCK共同孵育均能對CMDCK的腸微粒體代謝產生抑制作用。關小彬等［21］研究了肝腸不同微粒體對黃芩素的代謝情況，結果表明大鼠肝腸的不同微粒體對黃芩素均有代謝作用，其中十二指腸微粒體代謝作用最強，肝臟代謝作用最弱。該方法操作簡單、時間短、結果重現性好。但腸微粒體體外溫孵法有一定的不足之處，如缺乏膜轉運體及一些酶系統的影響，并且很大程度上依靠微粒體分離結果的好壞。

1.2.3Well-stirred模型Mistry等［22］將其應用于腸微粒體孵育體系中，以小腸黏膜血流量代謝肝臟的血流量推算清除率。莊笑梅等［20］應用Well Stirred模型對3-氰甲基-4-甲基-DCK的腸微粒體動力學參數進行外推，得到體內腸道清除率為3.3 mL/（min·kg），接近人腸道的平均血流量4.6 mL/（min·kg）。由于藥物進入小腸后大多在轉運體而不是腸血流的作用下進入上皮細胞，故此方法與實際生理的腸血流有一定的差距。

1.2.4腸道菌群實驗黃慧學等［23］研究了芒果苷在離體人腸道菌群中的代謝轉化情況，結果表明在與人腸道菌群共同孵育12 h后，芒果苷可被腸道菌群水解為芒果苷的苷元（1，3，6，7-tetrahydroxyxanthen）。Wang等［24］研究了補骨脂中補骨脂苷和異補骨脂苷在大鼠腸道菌群的代謝情況，發現在大鼠腸道菌群影響下，補骨脂苷和異補骨脂苷在孵育4 h后完全轉化為補骨脂素和異補骨脂素，結果表明腸道菌群對補骨脂苷（異補骨脂苷）和補骨脂素（異補骨脂素）之間的生物轉化起到了關鍵作用。在不同腸段存在有不同的菌群，代謝能力也不盡相同。馮培生等［25］應用大鼠腸道菌群體外代謝模型研究了脫氧雪腐鐮刀菌烯醇在各腸管中的代謝情況，結果表明脫氧雪腐鐮刀菌烯醇不能被大鼠小腸菌群代謝，而能被其大腸菌群代謝為脫環氧代謝產物脫環氧-脫氧雪腐鐮刀菌烯醇。該方法不受腸內其他因素的干擾，可單獨研究腸道菌群對藥物的代謝，但腸道內99%為厭氧菌，細菌培養條件要求高，結果重復性差。

1.2.5模擬胃腸液該法為根據《中國藥典》配制模擬胃腸液，觀察藥物在模擬胃腸液中的穩定性。王焱等［26］研究了杠柳毒苷在模擬消化液中的穩定性研究，研究結果發現杠柳毒苷在模擬進食胃液、小腸液、大腸液中穩定，在模擬空腹胃液中不穩定，被水解為杠柳苷元。Bhattarai等［27］研究了6-姜酚和6-生姜酚在模擬胃液和腸液中的代謝情況，發現6-姜酚和6-生姜酚進行脫水和水合反應分別形成6-生姜酚和6-姜醇。此法快速，操作簡單，重復性較好，適合于研究藥物腸代謝的早期階段。

2　在體法

與離體法相比，在體法保證了腸道神經及內分泌輸入，同時也保證了血液及淋巴液的供應，可以在更接近生理狀態下進行腸道代謝研究。

2.1原位腸道灌流法大鼠原位腸灌注模型是從器官灌流水平研究藥物在不同腸段、濃度、pH值等條件下的吸收［28-29］代謝情況，是目前在體模型應用最廣泛的方法之一。肖智鋒等［30］應用大鼠單向腸灌流模型研究了姜黃素衍生物FM0807腸代謝特性，結果顯示FM0807在PH7.4的十二指腸、空腸中代謝較多，在回腸結腸中代謝較差。單進軍等［31］采用大鼠在體腸灌流模型研究了瑞香素在大鼠腸壁發生的代謝情況，結果在大鼠十二指腸、空腸、回腸灌流液中共發現4個代謝產物，其中瑞香素-7-硫酸酯和瑞香素-8-硫酸酯為首次發現的瑞香素在大鼠體內Ⅱ相代謝產物，揭示了其在大鼠體內代謝的新途徑。該模型可控制藥液的流速和濃度、pH值、灌流腸段等因素，且不切斷血管及神經，保證了腸道神經以及內分泌輸入的完好無損。但該法要求整段腸的研究，個體差異較大，不適合高通量篩選。

2.2腸道的血管插管法在體腸灌流的基礎上，進行腸道血管插管。該法既可對一段供血的腸系膜血管插管，也可對整段小腸供血的腸系膜上動脈插管。在鼠內進行腸道血管灌流時，也可伴隨腸腔的灌流。Doherty等［32］應用此方法研究了嗎啡的代謝，結果發現在腸組織中嗎啡葡萄糖醛酸化含量高，嗎啡較少。此方法不受動物的大小及血容量的限制，但腸血管細小，不易操作，且沒有交感神經，易發生水腫。

3　體內法

動物灌胃給藥后，在不同時間點采集血液，并且通過分析消化道各部分內容物，研究藥物在胃腸道的代謝。龔明濤等［33］研究黃芩苷及其苷元黃芩素在體內的代謝特征，分別對大鼠灌胃給予等量黃芩苷和黃芩素，結果大鼠灌胃黃芩苷后體內的黃芩苷血藥濃度經時曲線具有典型的雙峰現象，而黃芩素無雙峰現象，表明黃芩苷在胃腸道水解成苷元黃芩素，改善了苷類化合物的理化性質和透過性，提高了黃芩苷的經口吸收生物利用度。劉曉亞［34］灌胃給予大鼠黃芪甲苷，48 h后收集大鼠尿液和糞便研究黃芪甲苷的代謝情況，結果在大鼠的尿液及糞便中均未檢測到原型藥物，在大鼠尿液中檢測到兩個新物質，糞便中檢測到4個新物質。此法保留了胃腸道組織的完整性，能夠真實反映藥物體內的代謝情況，但它綜合了物化、生理、劑型等因素，很難從細胞或分子水平研究藥物的代謝機制，且難以區分腸道和肝臟代謝的貢獻，不能特異性的反應腸道的代謝情況，且周期長，影響因素較多。

4　結束語

在新藥研究的早期階段，常采用腸代謝模型預測藥物在胃腸道中的穩定性及代謝機制，針對藥物腸代謝過程中生成的毒性代謝物進行結構改造以獲得安全穩定的候選物，因此在新藥開發的早期階段進行藥物腸代謝的研究對于提升新藥開發成功率具有非常重要的意義，同時通過藥物腸代謝可以預測藥物可能的相互作用，指導臨床安全用藥。由于藥物代謝過程復雜，影響因素較多，一般應用兩種或者更多的方法研究同一藥物在腸道中的代謝，進行綜合評價，更能增加實驗結論的可靠性。研究者應根據各模型的特點和實際需要選擇合適的腸代謝研究方法，結合實驗結果和模型因素對藥物的腸道代謝做出科學評價。

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Progress of methods on drug intestinal metabolism

CHEN Li-na，LIU Ya-nan，REN Xiao-liang，QI Ai-di
（Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China）

Intestine not only has many transporters，but also expresses a range of metabolism enzymes，including the enzymes exist in gastrointestinal epithelial cells and digestive tract flora.These enzymes affect the form of the drug in the body and the absorption process and so on.Therefore，intestine first-pass metabolism of drugs is becoming more and more attention and the researching methods are improving.In this paper，the current methods of drug intestinal metabolism and their characteristics were reviewed.

intestinal metabolism；in vitro；in situ；in vivo

R969.1

A

1673－9043（2015）04－0248-04

教育部高等學校博士學科點專項科研基金（2011 1210110010）。

陳麗娜（1989－），女，博士，主要從事中藥胃腸道代謝方面的研究。

劉亞男，E-mail：tianyinan2007@163.com。

（2015-03-17）