药物肠道代谢研究方法进展*

陈丽娜，刘亚男，任晓亮，戚爱棣

（天津中医药大学中药学院，天津300193）

·综述·

药物肠道代谢研究方法进展*

陈丽娜，刘亚男，任晓亮，戚爱棣

（天津中医药大学中药学院，天津300193）

肠道是口服药物的必经通道，肠道中不仅存在着影响药物吸收的转运体，还含有许多与药物代谢相关的酶，包括消化道上皮细胞存在的结合酶和消化道菌丛产生的酶，这些酶不同程度的影响着药物在体内的存在形式、吸收过程等。因此，胃肠道对药物的有关代谢作用日益受到重视，其研究方法也不断改进。现就目前药物在肠道中代谢的研究方法及其特点进行综述。

肠道代谢；体外法；在体法；体内法

DOI：10.11656/j.issn.1673-9043.2015.04.15

目前，口服药物在各种给药途径中仍占主导地位［1］。传统药学理论认为药物的首过代谢由肝脏引起［2］，随着肠道中酶的发现［3］，药物在肠道中的代谢逐渐受到人们的关注。肠道上皮细胞中不仅存在大量转运体，还含有许多与肝脏相同的代谢酶及细菌丛，口服药物需经过胃肠道的吸收代谢发挥疗效或产生毒性反应，因此研究药物的肠代谢对于阐明药物的药效或毒性至关重要。

1　体外法

体外法是研究药物肠道代谢的主要方法［4］，该法可以方便地控制某些代谢条件，因此直接进行体内代谢研究不易操作时，可先进行体外代谢实验，预测药物体内代谢过程。

1.1完整组织法

1.1.1完整黏膜法完整黏膜法常用于测定药物在肠道的代谢及评价肠内酶的活性［5］。Sjoberg等［6］用159个人体的肠黏膜来预测口服药物的肠吸收与代谢情况。结果表明肠黏膜法对于预测口服药物在肠内的吸收与代谢是一种强有力的方法。该法把肠黏膜放在转运室的装置上，暴露1 cm2的面积，膜两侧的腔室装满10 mL的有氧Krebs-Ringer’s液，不断通入95%氧气和5%二氧化碳以维持组织的活性，以300 r/min的速度搅拌，加热直至37℃，待组织稳定30 min后开始实验，对肠黏膜两侧的腔室缓冲液取样分析。Gotoh等［7］应用完整黏膜法测定了120 min内大鼠肠黏膜对高浓度药物的吸收率和膜透性，发现此模型可以较好的测定大鼠的肠吸收代谢。由于该模型易受到肠内转运体以及其他因素的影响，因此在实验过程中维持时间短。

1.1.2外翻肠囊法自1945年Wiseman应用外翻肠囊法研究肠道吸收功能以来，该法一直被广泛应用于药物胃肠道的吸收［8］。Yoshida等［9］应用外翻肠囊法研究了二氧化硅粒子在肠道的吸收情况，并且得出粒子直径和表面特性是吸收度的主要决定因素。外翻肠囊法有时也用于研究药物在肠道中代谢情况，封洋等［10］活体取梅花鹿肠段进行离体培养，采用外翻肠囊法研究梅花鹿小肠对嘌呤的代谢，结果表明嘌呤在小肠内可被氧化成次黄嘌呤、黄嘌呤、尿酸以及尿囊素，其中次黄嘌呤比例最高。此法操作简便快捷，保留了组织的完整性，且快速和价廉，但是肠存活能力差，实验过程中几小时即丧失活性［11］。

1.1.3离体肠灌流Fisher等［12］在1949年最早将离体肠灌流用于研究肠道的吸收，由于其可以控制温度、pH、渗透压和流量，研究者开始应用此方法研究药物在肠道中的代谢。该方法先将大鼠麻醉，剪去一段肠，然后将分离出来的肠放入充满缓冲液和药物的容器中进行实验。目前离体肠灌流多用于研究Ⅱ相代谢［13］。Akao等［14］应用离体肠灌流法研究了大黄素在肠道中的代谢情况，在肠内检测到大黄素葡萄糖醛酸和大黄素葡萄糖硫酸，说明大黄素在肠内发生了Ⅱ相代谢。Actis-Goretta等［15］应用离体肠灌流技术研究了（－）－表儿茶素在肠道的代谢情况。结果发现（－）－表儿茶素通过缀合硫酸基转移酶从肠道流出，而（－）－表儿茶素葡糖苷酸经肠道的吸收进入血浆，表明（－）－表儿茶素在肠道中发生了Ⅱ相代谢。

1.2不完整组织法

1.2.1Caco-2细胞模型法Caco-2细胞系来源于人体结肠腺癌细胞，由于Caco-2细胞形态学及生化性质与小肠上皮相似，故常用于药物肠道吸收与代谢的研究［16］。研究证实，Caco-2细胞存在CYP1A样活性酶及CYP3A，但是表达少，由于这些酶是影响药物口服吸收和生物利用度的关键酶，Charles等［17］利用重组技术在Caco-2细胞中引入CYPcDNA，从而提高了CYP3A4和CYP2A6的表达，开拓了Caco-2细胞模型在研究药物有关代谢方面的应用，提高了其体内相关性。Caco-2细胞同样表达与人类小肠上皮细胞相关的谷胱甘肽S-转移酶、磺基转移酶、β-葡糖醛酸糖苷酶［18］，因此，Caco-2细胞模型同样可作为药物分子在小肠上皮Ⅱ相代谢研究的有效工具。李素云［19］研究了槲皮素在Caco-2细胞中的代谢过程，结果表明槲皮素在Caco-2细胞中发生Ⅱ相代谢，即发生甲基化、葡萄糖醛酸化和硫酸酯化代谢反应，以单葡萄糖醛酸和硫酸酯化产物为主。Caco-2细胞模型已成为研究药物代谢的经典体外模型之一。但该法缺乏分泌黏液的杯状细胞及部分代谢酶，并且细胞紧密联接程度比正常小肠细胞高，因而实验结果要与其他肠代谢实验数据相结合。

1.2.2肠微粒体法庄笑梅等［20］应用肠微粒体法研究了抗艾滋病候选药3-氰甲基-4-甲基-DCK（CMDCK）的肠道转化及CYP450酶抑制剂对其代谢的影响，结果发现孵育液中CMDCK减少，并且检测到多个单氧化产物，说明其代谢途径是氧化反应，CYP450酶抑制剂与CMDCK共同孵育均能对CMDCK的肠微粒体代谢产生抑制作用。关小彬等［21］研究了肝肠不同微粒体对黄芩素的代谢情况，结果表明大鼠肝肠的不同微粒体对黄芩素均有代谢作用，其中十二指肠微粒体代谢作用最强，肝脏代谢作用最弱。该方法操作简单、时间短、结果重现性好。但肠微粒体体外温孵法有一定的不足之处，如缺乏膜转运体及一些酶系统的影响，并且很大程度上依靠微粒体分离结果的好坏。

1.2.3Well-stirred模型Mistry等［22］将其应用于肠微粒体孵育体系中，以小肠黏膜血流量代谢肝脏的血流量推算清除率。庄笑梅等［20］应用Well Stirred模型对3-氰甲基-4-甲基-DCK的肠微粒体动力学参数进行外推，得到体内肠道清除率为3.3 mL/（min·kg），接近人肠道的平均血流量4.6 mL/（min·kg）。由于药物进入小肠后大多在转运体而不是肠血流的作用下进入上皮细胞，故此方法与实际生理的肠血流有一定的差距。

1.2.4肠道菌群实验黄慧学等［23］研究了芒果苷在离体人肠道菌群中的代谢转化情况，结果表明在与人肠道菌群共同孵育12 h后，芒果苷可被肠道菌群水解为芒果苷的苷元（1，3，6，7-tetrahydroxyxanthen）。Wang等［24］研究了补骨脂中补骨脂苷和异补骨脂苷在大鼠肠道菌群的代谢情况，发现在大鼠肠道菌群影响下，补骨脂苷和异补骨脂苷在孵育4 h后完全转化为补骨脂素和异补骨脂素，结果表明肠道菌群对补骨脂苷（异补骨脂苷）和补骨脂素（异补骨脂素）之间的生物转化起到了关键作用。在不同肠段存在有不同的菌群，代谢能力也不尽相同。冯培生等［25］应用大鼠肠道菌群体外代谢模型研究了脱氧雪腐镰刀菌烯醇在各肠管中的代谢情况，结果表明脱氧雪腐镰刀菌烯醇不能被大鼠小肠菌群代谢，而能被其大肠菌群代谢为脱环氧代谢产物脱环氧-脱氧雪腐镰刀菌烯醇。该方法不受肠内其他因素的干扰，可单独研究肠道菌群对药物的代谢，但肠道内99%为厌氧菌，细菌培养条件要求高，结果重复性差。

1.2.5模拟胃肠液该法为根据《中国药典》配制模拟胃肠液，观察药物在模拟胃肠液中的稳定性。王焱等［26］研究了杠柳毒苷在模拟消化液中的稳定性研究，研究结果发现杠柳毒苷在模拟进食胃液、小肠液、大肠液中稳定，在模拟空腹胃液中不稳定，被水解为杠柳苷元。Bhattarai等［27］研究了6-姜酚和6-生姜酚在模拟胃液和肠液中的代谢情况，发现6-姜酚和6-生姜酚进行脱水和水合反应分别形成6-生姜酚和6-姜醇。此法快速，操作简单，重复性较好，适合于研究药物肠代谢的早期阶段。

2　在体法

与离体法相比，在体法保证了肠道神经及内分泌输入，同时也保证了血液及淋巴液的供应，可以在更接近生理状态下进行肠道代谢研究。

2.1原位肠道灌流法大鼠原位肠灌注模型是从器官灌流水平研究药物在不同肠段、浓度、pH值等条件下的吸收［28-29］代谢情况，是目前在体模型应用最广泛的方法之一。肖智锋等［30］应用大鼠单向肠灌流模型研究了姜黄素衍生物FM0807肠代谢特性，结果显示FM0807在PH7.4的十二指肠、空肠中代谢较多，在回肠结肠中代谢较差。单进军等［31］采用大鼠在体肠灌流模型研究了瑞香素在大鼠肠壁发生的代谢情况，结果在大鼠十二指肠、空肠、回肠灌流液中共发现4个代谢产物，其中瑞香素-7-硫酸酯和瑞香素-8-硫酸酯为首次发现的瑞香素在大鼠体内Ⅱ相代谢产物，揭示了其在大鼠体内代谢的新途径。该模型可控制药液的流速和浓度、pH值、灌流肠段等因素，且不切断血管及神经，保证了肠道神经以及内分泌输入的完好无损。但该法要求整段肠的研究，个体差异较大，不适合高通量筛选。

2.2肠道的血管插管法在体肠灌流的基础上，进行肠道血管插管。该法既可对一段供血的肠系膜血管插管，也可对整段小肠供血的肠系膜上动脉插管。在鼠内进行肠道血管灌流时，也可伴随肠腔的灌流。Doherty等［32］应用此方法研究了吗啡的代谢，结果发现在肠组织中吗啡葡萄糖醛酸化含量高，吗啡较少。此方法不受动物的大小及血容量的限制，但肠血管细小，不易操作，且没有交感神经，易发生水肿。

3　体内法

动物灌胃给药后，在不同时间点采集血液，并且通过分析消化道各部分内容物，研究药物在胃肠道的代谢。龚明涛等［33］研究黄芩苷及其苷元黄芩素在体内的代谢特征，分别对大鼠灌胃给予等量黄芩苷和黄芩素，结果大鼠灌胃黄芩苷后体内的黄芩苷血药浓度经时曲线具有典型的双峰现象，而黄芩素无双峰现象，表明黄芩苷在胃肠道水解成苷元黄芩素，改善了苷类化合物的理化性质和透过性，提高了黄芩苷的经口吸收生物利用度。刘晓亚［34］灌胃给予大鼠黄芪甲苷，48 h后收集大鼠尿液和粪便研究黄芪甲苷的代谢情况，结果在大鼠的尿液及粪便中均未检测到原型药物，在大鼠尿液中检测到两个新物质，粪便中检测到4个新物质。此法保留了胃肠道组织的完整性，能够真实反映药物体内的代谢情况，但它综合了物化、生理、剂型等因素，很难从细胞或分子水平研究药物的代谢机制，且难以区分肠道和肝脏代谢的贡献，不能特异性的反应肠道的代谢情况，且周期长，影响因素较多。

4　结束语

在新药研究的早期阶段，常采用肠代谢模型预测药物在胃肠道中的稳定性及代谢机制，针对药物肠代谢过程中生成的毒性代谢物进行结构改造以获得安全稳定的候选物，因此在新药开发的早期阶段进行药物肠代谢的研究对于提升新药开发成功率具有非常重要的意义，同时通过药物肠代谢可以预测药物可能的相互作用，指导临床安全用药。由于药物代谢过程复杂，影响因素较多，一般应用两种或者更多的方法研究同一药物在肠道中的代谢，进行综合评价，更能增加实验结论的可靠性。研究者应根据各模型的特点和实际需要选择合适的肠代谢研究方法，结合实验结果和模型因素对药物的肠道代谢做出科学评价。

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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

教育部高等学校博士学科点专项科研基金（2011 1210110010）。

陈丽娜（1989－），女，博士，主要从事中药胃肠道代谢方面的研究。

刘亚男，E-mail：tianyinan2007@163.com。

（2015-03-17）