何首乌的入血成分、药动学及肝毒性代谢组学研究进展

蒙钟经，丁选胜

（中国药科大学基础医学与临床药学学院，江苏 南京 210009）

何首乌（polygoni multi fl ori radix）为蓼科植物何首乌Polygonum multi fl orumThunb.的干燥块根，是一味传统的补益类中药，一直以来其与人参、灵芝、虫草并称为我国中药宝库中的“四大仙草”，并被广泛使用。近年来，有关于何首乌及其制剂的不良反应报道越来越多，引起了研究者和公众的极大关注。何首乌及其制剂的不良反应主要有肝损伤、胃肠道反应、过敏反应，其中肝损伤最为常见，主要表现为乏力、纳差、黄疸、总胆红素和转氨酶异常升高等，以急性肝细胞损伤型为主，停药后大部分患者可恢复，但也可能导致肝衰竭、慢性肝炎、肝硬化，甚至死亡[1-3]。自2005年9月原国家食品药品监督管理总局发布含何首乌制剂白蚀丸引起的肝损害通告以来，研究人员从多种角度探讨了何首乌致肝损伤的原因，主要包括长期用药、药不对证、药材产地、炮制方法、饮片规格、复方配伍差异以及部分患者为肝损害易感人群等[4-10]。本文对何首乌入血成分、药动学、肝毒性代谢组学的相关研究进展进行综述，以期为其不良反应的研究提供参考。

1 何首乌入血成分研究

药物作用发挥的效应成分一般来自入血原型成分或其代谢产物。不论生首乌还是制首乌，在一定条件下均能对机体产生肝损伤作用，说明它们均含有肝毒性成分。肝损伤的发生可能是毒性成分直接损伤肝细胞或在肝脏中被转化为肝毒性成分所致，故研究何首乌的入血成分，不仅可为药理活性物质的筛选提供参考，对毒性成分的确定也有一定的价值。

陈绍文等[11]采用大鼠灌胃的方法，给药剂量为2 g · kg-1· d-1，连续 7 d，分别建立生首乌、制首乌灌胃大鼠血清的高效液相指纹图谱，发现炮制前后何首乌药液灌胃大鼠与空白大鼠的血药含量图谱显著不同，并在制首乌含药血清指纹图谱中找到一个可能为药效作用的特征峰（保留时间为35 min）；该研究还认为生首乌经炮制加工后，化学成分不仅在含量上有变化，种类也发生了改变，故生首乌、制首乌入血成分的含量和种类也存在差异。另有研究表明，生首乌炮制后，没食子酸的含量显著升高，大黄素和大黄素甲醚等游离蒽醌含量升高，二苯乙烯苷含量下降，且新增了5-羟甲基糠醛、2，3-二氢-3，5-二羟基-6-甲基-4氢-吡喃-4-酮等麦拉德反应（Maillard reaction）产物[12-13]。高效液相指纹图谱中各出峰物质的定性鉴别需对照品，因此，更多入血成分信息的获取需要结合定性、定量分析方面具有优势的质谱。另一项研究中，Lin等[14]采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱联用技术（UPLC-QTOF-MS）分析大鼠灌胃生首乌醇提取物后的血浆样本，检测出23个入血成分，其中16个是生首乌原型成分，有二苯乙烯-O-己糖、决明蒽酮-O-（丙二酰基）-己糖、对羟基苯甲醛、大黄素及大黄素衍生物等，另外7个化合物分别为二苯乙烯苷葡萄糖醛酸化代谢产物（3个）、大黄素葡萄糖醛酸化代谢产物（2个）、决明蒽酮及决明蒽酮葡萄糖醛酸化代谢产物。Zhang等[15]采用高效液相色谱-高分辨质谱（HPLC-LTQ-Orbitrap MS）分析给药生首乌后大鼠血浆和尿液中的药源性成分，共检测到43种化合物，原型成分主要有反式二苯乙烯苷、顺式二苯乙烯苷、大黄素、何首乌乙素、5-羧甲基-7-羟基-2-甲基色原酮，其余为代谢产物。在灌胃生首乌提取物的大鼠肝脏中，郭忠会等[16]检测到11个药源性成分，包括5个原型成分：大黄素、反式二苯乙烯苷、决明蒽酮-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、大黄素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、大黄素-8-O-（6'-O-乙酰基）-β-D-吡喃葡萄糖苷；代谢产物6个：大黄素葡萄糖醛酸化（2个）、大黄素葡萄糖羟基化、大黄素葡萄糖甲基化、大黄素葡萄糖氧化乙酰化、大黄素葡萄糖羟化甲基化。

2 何首乌药动学研究

二苯乙烯苷（2，3，5，4'-四羟基-二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷，TSG）、大黄素（1，3，8-三羟基-6-甲基蒽醌，emodin）、大黄酸（1，8-二羟基-3-羧基蒽醌，rheic acid）既是何首乌的主要化学成分，又是其活性成分，药动学研究主要围绕这几种成分进行。

2.1 基于活性单体的何首乌药动学研究

2.1.1 二苯乙烯苷 TSG的主要吸收部位是胃，在小肠内几乎不吸收，在胃内以原型药物的形式吸收入血，在大鼠体内的半衰期较短，分布及消除较快，以心、肾、肝分布较高[17-18]。TSG灌胃后，在大鼠体内呈二室开放模型，达峰时间（Tmax）为40 min，峰浓度（Cmax）为31.9 mg · L-1[18]。TSG在肝脏中经过Ⅱ相代谢，产生多种葡萄糖醛酸结合产物，且主要以葡萄糖醛酸结合物的形式经胆汁排泄，经十二指肠在肠道菌和酶的作用下转化为原型，被重吸收入血，故可导致TSG血药浓度出现双峰现象[19]。机体功能状态可影响药物在体内的吸收、分布、代谢及排泄。王春英等[19]研究不同高血脂症模型与正常大鼠给药TSG后的体内药动学行为，发现与正常大鼠相比，TSG在Triton WR-1339高脂血症模型大鼠及食糜性高脂血症模型大鼠的体内过程均发生了明显变化：与正常大鼠相比，在 Triton高脂血症模型大鼠和食糜性高脂血症模型大鼠体内TSG生物利用度均明显增加；与正常大鼠相比，在Triton高脂血症模型大鼠体内，TSG在肾脏中的分布有所减少，在其他脏器的分布均无明显变化，而在食糜性高脂血症模型大鼠体内，TSG在心脏中的分布明显减少，在肝脏、脾脏和肾脏中的分布均明显增加。

2.1.2 大黄素 大黄素在十二指肠和空肠有较多吸收，同时十二指肠、空肠的代谢酶对大黄素的水解作用较强，在结肠和回肠上的水解作用则相对较弱[20]。大黄素在体内的主要代谢途径为尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（uridine 5'-diphosphate glucuronosyltransferase，UGT）代谢，代谢速度快，而排泄速度较慢，生物利用度低。刘 薇[20]研 究 发 现，UGT1A1、UGT1A8、UGT1A9、UGT1A10是最重要的可代谢大黄素的几种酶。UGT1A1在肝肠中均有分布，UGT1A9只在肝中表达，而UGT1A10、UGT1A8只在肠中表达，且UGT1A10对大黄素的代谢最快。大黄素的生物利用度低，可能是由于大黄素在肠道易被UGT代谢成葡萄糖醛酸结合产物，后者作为多药耐药相关蛋白（multidrug resistance associated protein，MRP）家族的底物，易被肠道Caco-2细胞膜上的外排蛋白排出；另有研究认为性别因素可影响大黄素在体内的吸收、分布和蓄积，刘薇等[20-22]发现雌性大鼠的大黄素吸收量和代谢速率较雄性大鼠高，而排泄的代谢产物却少于雄性大鼠，说明雌性大鼠蓄积大黄素的时间和含量多于雄性大鼠，这些差异可能与不同性别大鼠相关代谢酶的分布或外排蛋白差异有关。Wu等[23]研究发现，大黄素药动学过程在时间和性别上均存在差异，随着给药时间的延长，大黄素在雌性大鼠体内的暴露水平和致肝损伤程度高于雄性大鼠；结合全基因组关联研究发现，大黄素代谢的相关位点为UGT2B基因的rs11726899位点，在HepG2细胞中敲除UGT2B7基因后可使大黄素葡萄糖醛酸化水平显著降低，且会增加大黄素的细胞毒性。

2.1.3 大黄酸 大黄酸属于易吸收化合物，在十二指肠、空肠、回肠和结肠中的吸收均较强，以空肠段吸收最强[24-25]。大黄酸原型成分及其代谢产物主要经肝、肾排泄。李恩泽等[26]发现大黄酸的葡糖醛酸化代谢在大鼠和人肝微粒体间有明显的种属差异：在大鼠的肝微粒体中生成2个无反应活性的羟基葡糖醛酸代谢产物，而在人肝微粒体中生成有反应活性的乙酰葡糖醛酸代谢产物，提示在人体中大黄酸的代谢活化较大鼠更为严重。

2.2 基于药材的何首乌药动学研究

早期何首乌的药动学研究侧重于其主要成分二苯乙烯苷、大黄素、大黄酸等单体的药动学研究。由于何首乌成分复杂，成分间可能存在相互作用，单体的药动学过程与以药材为整体的药动学过程可能存在明显差异。

Zhang等[27]发现生首乌不同提取部位（游离蒽醌组分、多糖和鞣质组分、二苯乙烯苷组分、结合蒽醌组分、总提物）中的TSG、大黄素、大黄素-8-O-β-D-吡喃葡萄糖苷在大鼠体内的Cmax、Tmax、曲线下面积（AUC）、半衰期（T1/2）和体内平均滞留时间（MRT）等药动学参数均有明显不同；给药不同提取部位对细胞色素P450如CYP3A4、CYP2C19、CYP2E1以及UGT1A1等药物代谢酶可产生不同的抑制作用，提示不同提取部位对药物代谢酶抑制作用可能是其肝毒性和药动学差异的原因。Ma等[28]发现二苯乙烯苷可影响大黄素的体内过程，增加大黄素的AUC、Cmax和T1/2，且能抑制大黄素的葡萄糖酸化水平，使得大黄素在体内的暴露水平增加，这可能与二苯乙烯苷抑制了大黄素相关代谢酶的表达有关。大鼠长期大剂量给予生首乌提取物后，TSG和大黄素之间的相互作用可导致大黄素在体内蓄积，发生肝损伤[29]。因此，可以认为何首乌在一定剂量下起治疗作用，超出范围则产生毒性。

3 何首乌肝毒性代谢组学研究

随着代谢组学技术的蓬勃发展，近年来，国内已有很多学者将其应用到何首乌肝毒性研究中。采用代谢组学研究思路，通过色谱质谱联用技术分析生物样品中的内源性代谢物，借助模式识别和专家系统等计算分析方法对代谢物谱加以分析，可寻找何首乌致肝损伤的生物标志物及相关代谢通路。

Dong等[30]采用液质联用（LC-MS）分别检测给予42 d大鼠生首乌、制首乌的胆汁和血清中的胆酸、鹅去氧胆酸、牛黄胆酸、甘氨胆酸、甘氨鹅去氧胆酸、去氧胆酸、甘氨去氧胆酸、熊去氧胆酸和猪去氧胆酸9种胆汁酸的含量，发现这些胆汁酸的紊乱与何首乌诱导的肝损伤有关，胆汁中的甘氨去氧胆酸与血清中的猪去氧胆酸在肝损伤发生时含量降低尤其明显，认为其可辅助传统的转氨酶作为何首乌致药源性肝损伤的诊断生物标志物。

Zhang等[31]通过气质联用（GC-MS）比较了正常大鼠与给药生首乌不同提取物（乙醇提、水提）大鼠的血清、肝组织代谢物的差异，应用主成分分析法（PCA）和偏最小二乘判别分析法（PLS-DA）分析其代谢谱，发现与正常大鼠相比，给药生首乌乙醇提取物和生首乌水提取物大鼠的血清和肝脏组织中的代谢物均出现紊乱，认为生首乌的乙醇提取物、水提取物均可引起大鼠体内能量代谢、氨基酸代谢和脂质代谢紊乱，且乙醇提取物诱导的紊乱程度比水提取物更严重，证实了生首乌醇提取物毒性大于水提取物的事实。Li等[32]通过非靶向代谢组学研究发现，在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）诱导的免疫应激状态下，给药生首乌乙酸乙酯提取物（主要含有TSG和微量大黄素-8-O-葡萄糖苷）可对大鼠肝脏造成明显的损伤，并鉴定了21种差异表达的生物标志物，发现这些代谢物主要涉及三羧酸循环和鞘脂代谢这2个途径。Zhang等[33]通过尿代谢组学方法研究由生首乌和制首乌引起的代谢紊乱，发现给药生首乌的大鼠肝脏出现严重损伤，而制首乌无此现象；并鉴定了在生首乌给药组尿液中差异表达的16种潜在生物标志物，包括吡哆胺、4-吡哆酸、柠檬酸等代谢物，通路分析结果表明，与何首乌肝毒性相关的通路有维生素B6代谢、色氨酸代谢和柠檬酸循环等。马致洁等[34]采用LC-MS测定给药生首乌大鼠的动态血清代谢指纹谱，共筛选得到6个潜在生物标志物，即油酸酰胺（oleamide）、溶血性磷脂酰胆碱[lysoPC（16 : 0）]、白三烯 A4（leukotriene A4）、反式-十四碳-2-烯酸（trans-tetra-dec-2-enoic acid）、双氢皮质醇（dihydrocortisol）和 7α-羟基去氢表雄酮（7α-hydrox ydehydroepiandrosterone）。Xia等[35]在非靶向代谢组学研究中采用GC-MS法筛选出了灌胃生首乌醇提物大鼠血清中的10个差异表达的代谢物，包括甘氨酸、13-二十碳烯酸、乳酸、十八烷酸、脯氨酸、2-糠酸、胆固醇、丙氨酸、二十二碳六烯酸和赖氨酸，认为这些标志物参与了氨基酸代谢、能量代谢和氧化应激损伤。

二苯乙烯苷在自然界中以反式构型存在，自然光/紫外线照射下可部分转化为顺式[36]。二苯乙烯苷结构的转化与何首乌的肝毒性有关，Li等[37]研究发现，顺式二苯乙烯苷致大鼠特异质肝损伤相关的代谢通路主要有精氨酸代谢、鸟氨酸代谢、维生素B6代谢和嘧啶代谢等。另有代谢组学分析结果表明，大黄素能扰乱细胞内谷胱甘肽和脂肪酸的代谢，并在细胞培养基中检测出大黄素-半胱氨酸加合物，且其含量随着大黄素浓度的增加而增加[38]。因此，研究者基于以上研究提出了大黄素致肝损伤机制的新观点：大黄素-半胱氨酸加合物的形成很可能是大黄素诱导的肝细胞代谢紊乱的主要原因。

4 结语与展望

何首乌主要含有二苯乙烯苷类、蒽醌类、卵磷脂类、鞣质和微量元素等多种化学成分，但迄今引起肝损伤不良反应的毒性成分尚未明确。二苯乙烯苷类、蒽醌类及鞣质在何首乌成分中所占比例较大，成为毒性成分首要考虑对象[39]。TSG、大黄素及其衍生物是何首乌的主要入血成分，TSG与大黄素间的相互作用使大黄素在体内蓄积，长期大量使用何首乌会增加肝损伤风险。大黄素等蒽醌类成分在肠道内经UGT相关酶代谢，其分子的空间取向和特定官能团可影响UGT1A1的活性，如顺式-大黄素-大黄素二蒽酮、反式-大黄素-大黄素二蒽酮和大黄素-8-O-葡萄糖苷对该酶有显著的抑制作用[40]。入血成分分析与主要成分的药动学研究有助于研究者确定药物效应成分及其体内过程，对药物的临床应用有指导意义。目前，少见何首乌的毒代动力学研究，毒代动力学作为药动学和毒理学的交叉学科，能够为何首乌的安全性评价、毒性成分的毒理作用和机制提供更多的依据。

多位研究者运用代谢组学技术分析何首乌致肝损伤大鼠的血液、尿液、胆汁及肝组织的代谢物差异，并筛选出差异性代谢物及其代谢通路。肝毒性代谢组学研究结果一定程度上可揭示何首乌诱导肝脏损伤的作用机制，提供可用于早期发现何首乌肝损伤的辅助临床诊断的生物标志物，对何首乌肝毒性机制研究，临床早期发现、诊断、治疗和预后评判具有潜在的应用价值和意义。

通过多年的研究探讨，对何首乌致肝损伤的认识有了一些进展，但其确切的肝毒性物质基础及毒性机制仍未阐明，且现有的基础研究较少与临床实际结合，是亟待解决的重点难点问题。另外，以往的何首乌肝毒性研究中，多以正常动物为研究对象，有待结合中医临床用药的实际。