摘要: 本文的研究工作分两部分:(1)芒果苷及苷元的体内过程研究;(2)基于体内过程的三消汤降糖药效物质研究。芒果苷是知母等中药的主要有效成分之一,其降血糖等活性引起人们广泛关注,但其生物利用度很低,仅为1.2%,原因尚不清楚。此外,本团队前期研究发现芒果苷的代谢物芒果苷元在降糖、降脂等方面的活性明显强于原形成分芒果苷,但苷元的体内过程尚不明确。本文通过对芒果苷和苷元的体内代谢、药代动力学、肝首过效应及药物相互作用等研究,基本阐明了这两种成分的体内过程,为结构改造和药理机制研究提供重要信息。三消汤出自清代《验方新编》,由党参、白术、知母、黄连、黄芩、黄柏等12味中药组成,传统记载具有益气滋阴、清热生津功效,主治消渴之症(现称糖尿病)。本实验室前期在动物上发现三消汤醇提物的降血糖作用明显优于水提物,提示该复方的水提物和醇提物的药效物质存在明显差异(可能包括提取物和动物口服后体内成分数量、结构、含量和比例及体内过程等)。因此,本文采用体内外结合的中药药效物质研究策略,对三消汤的两种提取物及动物口服后体内(门静脉血、肝脏、外周血和肾脏)原形和代谢物成分进行系统的定性定量分析,在阐明两种提取物的药效成分体内外差异的基础上,锁定主要目标成分并配伍进行体内外药理试验,初步明确复方主要有效成分群,并通过代谢组学技术,寻找与药效相关的内源性代谢物及代谢通路,为深入的成分配伍药理机制研究提供线索。主要研究结果如下:1.芒果苷药代动力学、肝首过效应和药物相互作用研究本文通过研究大鼠口服芒果苷后门静脉血、肝脏和外周血的药代动力学特征,发现肝首过效应对芒果苷的血药浓度影响较小(16.2%),且芒果苷在肝脏中并不蓄积和代谢。基于这个结果,考察了影响生物利用度的另一主要因素,即肠首过效应对芒果苷体内药代动学行为的影响。对比大鼠单独口服芒果苷及联合口服CYP450酶、UGT酶、P-gp转运体抑制剂后的药代动力学特征,以及对比正常大鼠和肠道菌抑制大鼠中芒果苷的药代动力学发现,通过抑制CYP及UGT代谢酶,P-gp外排转运体或肠道菌,对芒果苷生物利用度的改善非常有限。体外代谢研究发现,芒果苷在肠道菌作用下可生成代谢物芒果苷元,但生成量很少,与其在外周血中的暴露量不高(血药浓度<3 ng/mL)相吻合。这些结果表明,肠道菌、CYP酶、UGT酶及P-gp转运体均不是导致芒果苷生物利用度低的主要原因。进一步的体外细胞温度依赖性实验显示芒果苷的被动扩散较弱,且不存在主动运输。以上研究表明,芒果苷生物利用度低的主要原因可能是结构上较大的极性导致了较弱的被动运输和肠吸收。2.芒果苷元吸收、代谢及药代动力学研究采用HPLC-Q-TOF-MS/MS对大鼠口服芒果苷元后的生物样本(血、尿、粪、胆汁及心、肝、脾、肺、肾)共鉴定出20个代谢物,其代谢途径主要为葡萄糖醛酸化、硫酸酯化、甲基化及糖基化等代谢反应,且芒果苷元及其代谢物组织分布广泛(原形及代谢物M10,M11和M12在血、尿、粪、胆汁及心、肝、脾、肺、肾均检测到)。芒果苷元在口服和静脉注射后其II相代谢物(包含葡萄糖醛酸化和硫酸酯化)的暴露量是其原形成分的的10.4和5.1倍,提示芒果苷元在体内有较高比例发生II相结合型代谢。对正常大鼠口服及静脉注射芒果苷元后的药动学特征进行系统研究,测得芒果苷元的生物利用度为30.4%,远远高于芒果苷(1.2%),这与芒果苷元良好的膜渗透性和非P-gp(肠道主要外排转运体)的底物相关。相比于芒果苷,芒果苷元因其更高的生物利用度和更强的降糖降脂活性而具有更好的药物先导化合物潜质。3.三消汤醇提物和水提物成分及大鼠口服后体内成分定性研究鉴于前期发现三消汤醇提物降血糖活性显著优于三消汤水提物,本文先从体内外定性分析的角度寻找两种提取物的成分差异。采用HPLC-Q-TOF-MS/MS技术在对生物碱、黄酮、皂苷、三萜等几类主要成分质谱裂解规律解析归纳的基础上,分析鉴定三消汤醇提物和水提物的化学成分及大鼠口服后体内(门静脉血、肝脏、外周血和肾脏)的原形和代谢物成分。从三消汤醇提物和水提物中共分析鉴定出59个成分,主要为16个生物碱,27个黄酮,6个皂苷,以及10个其他类别化合物等。醇提物给药后,只有24个原形成分在大鼠口服后的生物样本中检测到:门静脉血中有19个,包括4个生物碱(Mangnoflorine,Berberine,Berberrubine,Phellodendrine),11个黄酮(Baicalein,Wogonin,Chrysin,Oroxylin A等),1个皂苷(Timosaponin A3)及3个其他成分;肝脏中有17个,包括6个生物碱(Berberine和Berberrubine等),10个黄酮(Baicalin、Baicalein、Wogonin及Oroxylin A等)和1个皂苷(Timosaponin A3);外周血中有10个成分,包括1个生物碱(Mangnoflorine),及9个黄酮(Baicalin,Baicalein,Oroxyloside,OroxylinA,Wogonin等);肾脏有7个(为Baicalin,Baicalein等黄酮成分)。除了原形成分,还有25个代谢物在大鼠口服三消汤醇提物后的生物样本中检测到,其中有23、7,20和1个代谢物分别在门静脉血、肝脏、外周血和肾脏中检测到,主要是被吸收进入体内的黄酮类(如Baicalin和Baicalin)和生物碱(如Berberine)类代谢物,且主要为二相代谢物。黄酮类成分主要发生羟基化、甲基化和葡萄糖醛酸化,生物碱成分主要发生脱甲基化、氢化和葡萄糖醛酸化等。上述结果表明,三消汤醇提物中吸收进入体内的成分主要为Baicalin为代表的黄酮类成分,以Berberine为代表的生物碱类成分和Timosaponin A3为代表的皂苷类成分,体内代谢物主要由黄酮和生物碱类成分产生,提示这三类成分可能是三消汤醇提物的主要药效物质。定性对比三消汤醇提物和水提物,并未发现所含化学成分、吸收进入体内的原形及代谢物成分有显著差别。可见,仅从定性的角度难以推断醇提物的降糖作用优于水提物的原因。4.三消汤醇提物和水提物成分定量分析及大鼠口服后体内过程定量研究在醇提物定量测定的18种成分中,发现含量最高的成分为来自黄柏黄连中的Berberine(按1计),其余含量为黄芩的Baicalin(0.57)、Baicalein(0.12)和Wogonoside(0.05),以及知母的Timosapinin A3(0.07),其他成分的含量均低于Berberine的5%。受体内分析定量限的影响,只能对大鼠口服三消汤醇提物后体内的15个成分进行定量分析。结果表明,在门静脉血和外周血中暴露量最高的为以Baicalin(1)和Wogonoside(0.44)为代表的黄芩黄酮成分;糖尿病靶器官肝脏中暴露量最高的则是皂苷Timosaponin A3(1.00),其余成分为黄酮苷元(Wogonin(0.56),Baicalein(0.36),OroxylinA(0.41)和生物碱Berberine(0.36)及代谢物Thalifendine(0.43);在糖尿病肾病靶器官暴露量前三位则是黄酮苷元Wogonin(1),Baicalein(0.48),Oroxylin A(0.50)。考虑到糖尿病及糖尿病肾病是综合性代谢疾病,可能具有多种作用靶点,所以循环系统和靶器官中具有高暴露量的成分都应该考虑。对比三消汤醇提物与水提物中的成分和排序含量,发现醇提物中Berberine Baicalein和Timosaponin A3的含量高于水提物,Baicalin含量虽低于水提物,但排序位于第2(Berberine第1)。体内定量结果表明,大鼠口服醇提物后部分成分在体内的暴露量显著高于口服水提物,包括(1)门静脉血中Baicalin的暴露量为水提物的1.7倍(p<0.05);(2)肝脏中Berberine及三个代谢物Berberrubine,Thalifendine,Colubamine的暴露量为水提物的3.4(p<0.01),2.4(p<0.05),3.2(p<0.001)和5.4(p<0.01)倍,Baicalein的肝暴露量为水提物的2.6倍(p<0.05);肝脏暴露量最高的Timosaponin A3为水提物的1.8倍(p<0.01);(3)外周血中Oroxyloside中的暴露量为水提物的86倍(p<0.001)。上述体内外定量分析提示Timosaponin A3,Baicalin,Baicalein,Oroxyloside和Berberine及代谢物成分可能是造成醇提物降糖药效显著优于水提物的差异成分。综合上述体内外定性定量分析结果,黄酮成分Baicalin,生物碱成分Berberine和皂苷成分Timosaponin A3可能是三消汤醇提物中最关键的药效成分群,考虑作为降血糖及抗糖尿病肾病的药理筛选和机制研究的主要目标成分。5.三消汤有效成分及配伍降血糖、抗糖尿病肾病药效和代谢组学研究根据上述研究,选择三消汤的黄酮类成分Baicalin,生物碱成分Berberine和皂苷成分Sarsasapogenin配伍(我们前期发现Timosaponin A3单体及配伍都具有明显的肝毒性,而用其苷元Sarsasapogenin代替,毒性基本消除,配伍降糖活性保留),采用ICR小鼠和db/db小鼠两种动物模型考察其降糖和抗糖尿病肾病药效。结果表明,这三种成分配伍可显著降低ICR小鼠OGTT试验的AUC(p<0.05);可显著降低在db/db小鼠给药后第2、4、7、8、9和10周空腹血糖水平(p<0.05,0.01);给药后第4、5、8、9和10周的非空腹血糖水平也显著下降(p<0.05,0.01);可显著降低db/db小鼠OGTT试验的AUC(p<0.01)。对db/db小鼠糖尿病肾病的影响结果表明,与模型组相比,给药后第11周,小鼠24小时内尿液体积和微量白蛋白均显著下降(p<0.05),提示三种成分配伍缓解了糖尿病肾病动物的肾功能损伤。我们采用HPLC-Q-TOF-MS/MS技术对db/db小鼠口服BBS-2后体内内源性代谢物进行检测,对采集数据进行偏最小二乘辨别分析(PLS-DA),利用正交偏最小二乘辨别分析(OPLS-DA)中的S-plot图共找到14个差异性代谢物,并对差异性代谢物在各组的峰面积进行比较,发现差异性代谢物在给药后均向正常水平回调。在Metaboanalyst和KEGG等数据库中搜寻查找差异性代谢物所对应相关代谢通路,结果显示与这些差异性代谢物相关的代谢通路为苯丙氨酸代谢通路、苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸生物合成、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成以及甘氨酸、丝氨酸及苏氨酸代谢通路,为进一步阐明三消汤有效成分的降糖及抗糖尿病肾病作用机制提供线索。 摘要译文