中药药物动力学研究现状和方向

2010-03-22张琨段玉军郭允

河南医学高等专科学校学报 2010年4期

张琨，段玉军，郭允

(1.河南职工医学院药理学教研室，河南郑州451191;2.郑州市卫生学校，河南郑州450005)

药物动力学(Pharmacokinetics)是从20世纪70年代初发展的研究体内药物动态规律的一门科学。其研究方法已在新药设计，优选给药方案，改进药物剂量，提供高效、速效、长效、低毒、低副作用的药剂等方面发挥了重要作用。中药药物动力学(pharmacokinetics of traditional Chinese medicine)，其研究对象是中草药，是在中医药理论的指导下，利用动力学的原理与数学处理方法，定量地描述中草药的有效成分、有效部位、单味中草药及其复方通过各种给药途径进入机体后的吸收、分布、代谢和排泄等过程的动态变化规律，即研究给药后药物在体内的存在位置、数量、疗效与时间之间的关系，并提供解释这些数据所需的数学关系式的科学，为药物的初步筛选、剂型设计、质量评价及给药方案的制订提供依据。临床药物动力学研究可以指导临床用药，使药物的使用更加安全、有效、经济，同时药物动力学的研究对复方的组方原理、药物作用机制以及药物相互作用方面都有重要意义。中药动力学研究起步较晚，随着中药现代化的全面发展和不断深入，中药(复方)动力学的研究也是中药现代化的关键问题之一，由于中药(复方)为多成分体系，活性成分及其作用机制大多数尚不明确，以单一成分为主要研究对象的药物动力学研究方法能否适应中药(复方)的研究是必须首先回答的问题，为此该文先对近几年国内外中药(复方)药物动力学研究作一综述。

1 中药(复方)药物动力学研究现状

1.1 基本情况我国中药(复方)药物动力学研究始于20世纪50年代宋振玉教授对有机锑剂的系统研究，中药药物代谢的研究始于陈琼华教授1963年对中药大黄的研究，20世纪60年代以前不过5篇论文，20世纪70年代研究有了较大增加为29篇论文，1976～1983年共有157篇论文，1987～1996年共149篇，1997至今共677篇，共涉及中药成分有130余种，中药50味，复方10余首。近十年所涉及中药及复方药物动力学实验性核心研究文献130余篇，成分包括生物碱类、蒽醌类、黄酮类、香豆精类、强心苷类、皂苷类、萜类、内酯类、醇、醛及酮类、有机酸类、酚类、矿物类及其他类活性成分等。基本上包括了除高分子以外的中药全部成分类型，其中最具代表性的研究成分有:阿魏酸、丹参素、盐酸黄连素、川芎嗪、芍药苷、冰片、穿心莲内酯、延胡索乙素、青藤碱、东莨菪内酯、黄芩苷、甘草酸、人参皂苷等70种以上，所涉及的中药有30余种，复方有9首;给药方式有注射、经消化道、鼻腔道、皮肤给药4种形式;给药形式有单个成分、中药总提取物、中药复方煎液及中西药混合物4种;给药剂型包括注射剂、乳剂、油剂、眼膏剂、脂质体、汤剂、片剂、胶囊剂、散剂、滴丸、喷雾剂、外用膏剂、颗粒剂、糖浆等14种，其中以注射剂、汤剂、溶液剂、胶囊剂为多;测定方法主要包括高效液相色谱法、薄层扫描、荧光偏振免疫分析法、流动注射在线固相萃取与毛细管区带电泳联用系统、荧光法、紫外吸收光谱分析法、高效液相色谱－串联质谱法、气相色谱－质谱法、胶束荧光法、甲基橙法、化学发光法、生物效应法12种，其中以前3种和生物效应法为多;测定指标多用单个或两个成分，或用生物效应为指标。

1.2 研究思路中药动力学研究基本上承袭了西药动力学理论和研究方法，对中药及其制剂单个有效成分指标或宏观生物效应指标进行研究，进行线性房室模型、Michaelis－Menten非线性模型及统计矩非房室模型的拟合及参数计算，阐明单个成分(指标)在体内的量变规律，用来反映多成分体系内的量变动态关系。

2 药物动力学研究方法

近年来国内外学者已在这方面做了大量的工作，并探索、创立了许多研究方法，但大体上可分为两大类:血浆药物浓度法和生物效应法，生物效应法又包括药理效应法、药物累积法、复方效应成分动力学、微生物指标法和血清药理学等。

2.1 血浆药物浓度法1985年后日本学者建立了用现代分析手段测定方剂给药后体内有效成分浓度的方法。该法选定复方中所含一种或数种已知化学成分，采集动物服药后的血样，经液-液萃取法、固相萃取法或多步结合法萃取法进行预处理后，可采用气相色谱法、气-质联用法、高效液相色谱法、液－质联用法、毛细管电色谱法、薄层扫描法、分光光度法、原子吸收光谱法等方法，测定体液中有效成分的药物浓度，使用药物动力学软件进行数据处理，确定药物动力学模型、计算其参数，拟合药时曲线。蔡永明等［1］采用酶联免疫法研究天花粉蛋白突变体在猕猴体内的药物动力学，该方法的相对回收率、精密度和最低检出限以及样品经稀释后再测定均能符合新药动力学的实验要求，结果准确、重现性好。

血浆药物浓度法通过研究中药复方中已知有效成分的药物动力学，以其为代表研究中药复方的药物动力学规律。该方法简便、快速、灵敏度高、专一性强、重现性好、回收率高。但是，中药复方是作为一个整体发挥作用的，其效应具有多重性，内含的不同成分通常具有不同的药理活性，其中的某一成分是不可能完全反映复方整体的药物动力学特征的。因此采用该法对中药复方进行药物动力学研究受到了一定的限制。

2.2 生物效应法大多数中药复方成分复杂，干扰因素多，难以用化学方法测定其血药浓度。从中药的生物效应看，中药复方成分可分为有效成分和毒性成分两部分，可针对性地分别进行实验，推算其药物动力学参数。80年代初期产生了以药效为指标进行药物动力学研究的理论与方法，目前，该类实验方法主要包括药理效应法、药物累积法和微生物指标法、血清药理学等。

2.2.1 效量半衰期法根据药物的有效剂量与药效强度之间存在一定函数关系进行研究，该法要求药物能很快产生药效，且应预先知道该药物的时效关系是否符合线性。适用于缺乏化学测定方法的中药及其复方，但误差较大，所得参数具有表观意义。

2.2.2 效应半衰期法该法以给药后药效强度的变化为依据，通过适当剂量的时间－效应曲线，进行药效动力学参数计算，其消除半衰期称为药效半衰期或药效清除半衰期。小活络丸镇痛药效成分的药物动力学研究是以小鼠热板法测定不同剂量、不同时程的痛阈值。

2.2.3 药理效应法药理效应法(pharmacological effects)是70年代Smolen提出的以药理效应为指标测定药物动力学参数的方法，其基本思想是假定药物在体内呈线性配置，药物在作用部位的浓度Q(t)与给药量D呈正比，而Q(t)又与药物效应强度E(t)有对应的函数关系，即:

上式表明，给药后某一时刻作用部位药物浓度与药效强度的函数关系，可用给药量D与药效强度E(t)的函数关系来表示，再建立时效曲线，经一定变换后得出“生物相药物浓度时间”曲线，据此分析药物的动力学特征，求算动力学参数。肇丽梅等［2］采用药理效应法测定了黄芩苷及清热合剂的药物动力学参数，结果黄芩苷及清热合剂口服给药后体存药量的表观动力学过程符合一室开放模型。田静等［3］分别采用药理效应法中的效量法与药效法，选择特尼指数为检测指标，研究刺五加在小鼠体内药物动力学规律，结果证明药理效应法研究刺五加有效成分得体内药物动力学规律是可行的，为刺五加的药物动力学研究开辟了先河。

2.2.4 药物累积法本方法将药物动力学中血药浓度多点动态测定的原理与用动物急性死亡率测定药物蓄积性的方法结合起来，即给多组动物按不同间隔时间给药，求出不同时间体存百分率的动态变化，依此推算参数。

目前，用药物累积法进行中药复方药物动力学研究比较多。王娟等［4］测定了丹参注射液的体内经时过程，并进行房室模型拟合及计算其参数，结果丹参注射液在小鼠体内呈一级动力学消除的二室模型，主要药代动力学参数t1/2=0.90 h，t1/2=22.48 h。肖凤霞等［5］采用动物急性死亡率对四逆汤(附子、干姜、甘草)中乌头碱的体存率与表现半衰期进行了估算，结果与文献报道以血药浓度法测得的结果一致。

利用药物累积法研究药物在体内的动态变化，测算有关药物动力学参数，能体现复方配伍的整体性，符合中医基本理论。但其应用也有一定的局限性，主要适用于毒理与药理效应由同一组分产生的中药复方，且只能在某种程度上反映毒性成分的药物动力学规律。药物累积法与药理效应法反映的都是总体效果的药物动力学基本参数，均具有表观性。这些参数对临床用药及进一步研究具有较重要的意义。

2.2.5 微生物指标法又称琼脂扩散法，具有抗菌活性的中药复方，可选择适宜试验菌株，通过测定体液中样品的浓度，计算有关药物动力学参数。根据抗菌药物在含有试验菌株的琼脂平板中扩散，对细菌产生抑菌环，在一定浓度范围内，其抑菌环直径的大小与药物对数浓度呈线性关系。可根据标准溶液的标准曲线与测得的未知浓度样品的抑菌环直径，求出待测样品的浓度。

微生物指标法方法简单，指标明确，操作容易，重复性好，有较高的灵敏度，为成分复杂有抗菌作用的中药复方药动学研究提供了一个新的思路。但中药复方干扰因素多，同时血清有效成分很难达到抑菌浓度，因此微生物指标法在中药复方药动学研究中应用还不多。

2.2.6 中药血清药理学中药血清药理学［6］系指动物经消化道给药后，经时采集含药动物血清进行体外试验的一种实验方法。它是一种用含药血清代替中药及中药复方粗提物进行药理研究的体外实验方法，是中药药理和药物动力学研究的新思路。自80年代末日本学者提出“血清药理学”概念以来，国内学者已对这一新方法进行了深入探讨、研究。

血清药理学能较客观、真实地阐述中药复方的药效及作用机理，通过有效成分在血清中的动态变化、相互作用及与药效的相互关系，更好地反映中药复方的配伍原则和药物的量效关系，并能在一定程度上揭示中药复方在胃肠内处置过程中活性成分的转化和改变，因而有助于促进中药复方药物动力学研究的深入开展。血清药理学为中药复方药动学研究开辟了一条新思路，它的提出与应用为中药复方药动学一药效学(PK-PD)研究提供了可靠的基础。宋珏等［7］以黄芩苷含药血清对大鼠PC12细胞氧化损伤的保护作用为药效指标，对黄芩苷的体内药物动力学及药效学过程的相关性进行了研究，并建立了黄芩苷PK-PD结合模型，效应的时效关系与血清中黄芩苷的时量关系呈正相关，为临床合理用药提供了依据。

3 中药药动学研究中存在的问题

3.1 中药复方的研究中医用药的精髓是辨证论治，君臣佐使，说明中药药效是多种成分相互作用产生综合效果，对复方的研究就显得至关重要。药物动力学研究的意义之一是掌握活性成分的体内过程。复方研究的难度是要确定活性成分，也是目前中药药物动力学研究中的主要困难。

3.2 中药给药后的多峰现象中药给药后多峰现象较多，对于多峰现象出现的原因推测很多，如肝肠循环、多部位吸收、其他再循环过程及代谢产物肠道水解后再吸收等。麻醉犬心房内注射复方川芎嗪后血清中川芎嗪浓度－效应曲线呈现双峰，家兔丁公藤静脉给药后，其中有效成分之一的东莨菪内酯呈现双峰现象。双峰及多峰现象不能采用房室模型拟定的方法来进行数据处理。目前，尚无理想的药物动力学分析方法，如何制定统一标准对此类药物体内过程进行评价是药物动力学面临的新问题。

4 中药药物动力学研究的发展方向

4.1 肠道菌丛的代谢作用肠道菌丛的代谢［8］包括口服给药的肠道菌丛代谢和非口服给药后经胆道排泄的部分药物在肠道中的代谢。肠道菌丛对于中药代谢相关研究的重要性，是中药相对特殊的化学结构所决定的。来源于植物的中药无论是复方提取物还是单体化合物，多数含有多种糖苷类结构，肠道微生物在厌氧环境下是以糖作为能量来源，所以微生物对这些糖苷上糖配基存在水解作用，使药物发生结构改变。这种结构改变，对浓度－效应曲线的影响和在药物代谢中提到的药物进入血液后，在肝脏等器官的代谢是有差别的。给药后通过胆汁排泄的药物会在肠道发生类似的结构改变，从而也存在再吸收的问题。沈岚等［9］通过对大鼠肠内菌代谢转化麦冬皂苷D'的离体、在体实验研究，来探索麦冬皂苷口服后吸收入血成分。结果发现:麦冬皂苷D'可被大鼠肠内菌群代谢，且随着时间的延长，代谢产物之一薯蓣皂苷元含量增加。由此可以证明薯蓣皂苷元为麦冬皂苷D'经肠内菌代谢后的吸收入血成分之一。

4.2 中药吸收机制的研究影响中药的生物利用度有很多因素，随着分子生物学的发展，转运蛋白的分子结构和功能逐步受到重视。小肠中起吸收作用的主要转运蛋白有寡肽转运蛋白1(PEPT1)和阴离子转运肽B(OATP－B)，外排型转运蛋白有P－糖蛋白(P－gp)和多药耐药相关蛋白(MRP)。目前，吸收机制中对P－gp的外排作用研究较多，P－gp底物具有ATP依赖的药物外排泵功能，能将细胞内药物泵出，是介导细胞内药物浓度降低的主动转运机制。Caco-2细胞模型［10－11］可用来研究药物的小肠通透性、吸收和转运机制。董倩倩等［12］研究了丹参成分在Caco-2细胞中的吸收，结果在加药的Caco-2细胞破碎液中检测到7种成分，结果明显，方法的可行性和有效性强，此方法为复杂体系中药的药效物基础研究提供了一个途径。韩旻等［13］利用Caco-2细胞研究了三七皂苷的口服吸收机制，结果表明三七总皂苷(包括Rb1和Rg1)的肠道吸收机制为单纯被动扩散，吸收过程不受细胞膜内P-gp和MRP外排载体的调控，PNS中其他成分对Rb1或Rg1的吸收特性无明显影响。胃液的酸性环境、大肠菌丛产生的酶及肝脏的首过作用均对其口服吸收产生影响，而肠道黏膜的透过性低是其口服吸收差的主要影响因素。

肠管外翻模型法是急性离体实验，可用来研究P-gp对药物吸收的影响。使用P-gp缺陷动物进行药物体内过程的研究，为中药吸收机制的研究提供了新思路。在新药研究过程中传统方法和利用转基因等分子生物学方法在吸收机制研究中都起着重要作用。

4.3 中药给药后胆道迅速排泄情况部分中药给药后血药浓度低的另外一个原因可能是胆道的迅速排泄，如积雪草苷［14］静脉给药后，0－2 h内胆汁排泄达90%。肝脏的窦状小管和胆管膜上存在多种转运蛋白，这些转运蛋白在药物肝脏排泄中起着十分重要的作用，这些转运蛋白是如何作用于中药并影响其排泄是新的研究方向。

4.4 中药有效成分对药物代谢酶的影响抑制或诱导药物代谢酶是药物相互作用的主要机制。中药有效成分可作用于药物代谢酶系，进而影响其他药物的代谢。如肝微粒体体外代谢、肝细胞体外代谢及重组CYP450酶等。储小曼［15］等对药物代谢酶CYP3A5*3和P-糖蛋白编码基因MDR1 C3435T的基因多态性对中国健康受试者口服阿奇霉素药代动力学的影响进行了探讨，结果将CYP3A5*3的3种基因型中野生型纯合子和野生型杂合子合为一组，与突变型纯合子比较。后者Cmax显著高于前者38.14%(P＜0.05)。如果去除MDR1 C3435T基因型的影响，则两组Cmax差异更大(P＜0.01)，后者的Cmax比前者高51.83%。而两种基因组的AUC0－144变化均没有表现出显著统计学意义。说明CYP3A5*3和MDR1C3435T基因多态性是影响阿奇霉素药代动力学特性的重要因素，CYP3A5*3和MDR1 C3435T的单核苷酸多态性改变了药物代谢酶和转运体的活性，在影响口服阿奇霉素体内药代动力学过程中协同发挥补充作用。

4.5 LC-MS-MS方法对于中药体内代谢物和代谢途径的研究由于生物样品成分复杂且所含代谢物浓度较低，传统的检测鉴定方法不能满足药物代谢研究发展的需要。作为现代化的分析手段，质谱在药物代谢研究中发挥着重要作用，成为鉴定代谢产物的主要工具。对于不同分子结构，质谱的检测灵敏度存在很大差异。药物仪器分析前的预处理过程直接关系到分析结果，且属于分析范围，对生物样品预处理方面的研究也不断深入，使其能配合质谱检测方法更准确、灵敏、快捷完成代谢物的研究。廖琼峰等［16］采用LC/MS/MS法测定人体中愈创木酚甘油醚的药动学参数，结果愈创木酚甘油醚检测浓度在5.0～2500 ng·mL－1范围内线性关系良好(r=0.9953)，定量下限为5.0 ng·mL－1。崔升淼等［17］采用液相色谱－质谱测定法研究了大鼠肝微粒体中葛根素的药物代谢动力学，具有较高的方法回收率，葛根素的质量浓度在0.5～20 mg·L－1内与峰面积呈良好的线性关系。

4.6 健康与疾病状态下体内的药物动力学是否存在差异目前存在有关证治药动学的提法认为，药物在处于病理状态与正常状态的动物体内药动学过程存在差异。有关药动学的文献报道多是健康动物或健康人体，有关疾病模型动物体内的药动学研究极为少见。因此，对于病理状态下与生理状态下体内药动学是否存在差异及其原因，有必要进行深入细致的研究。

4.7 中药药物动力学与药效学的结合药物作用机制及有效成分的确定是药物动力学的前提，同时对其研究又为药物作用机制提供线索和思路，二者相互结合，相辅相成［18－21］。利用蛋白质芯片可固定大量与待检复方作用机制相关的蛋白(受体、抗体或特异蛋白质)，检测复方成分作用的靶点，再将大量所得信息在体内或离体实验加以验证，使中药复方的药理作用明确。植物化学－药效学－药物动力学的三维研究十分重要，也十分必要。

另外，群体药物动力学(药动)和药效动力学(药效)的发展和在抗菌药物新药开发上的应用，使抗菌药物合理给药方案的制订有了突破性进展，已基本上形成了抗菌药物新药开发的一个模式。这一模式以药动药效学理论指导下的体外动力学模型，动物体内感染模型和I期临床药物动力学试验为基础，以随机化统计模型和蒙地卡罗(Monte Carlo)电脑模拟为手段对III期临床试验的给药方案进行统计比较以确定最佳的给药剂量和频率。

4.8 数学模型的建立目前中药药物动力学研究多套用基础药物动力学的数学模型，常用的模型有线性乳突模型，多为一、二室模型，少为三室模型，非线性模型为Michaelis-Menten模型;少用统计矩非房室模型等，还有群体药物动力学模型、药效动力学链接模型、局部组织动力学模型，以及线性、非线性通用模型等。近年来又建立了双峰模型、生理动力学模型(PB-PK)［22］等。但这些模型都针对单个成分而建立的，而且对部分中药口服给药后的多峰现象，其药物代谢参数的获得需要拟定不同于常规的数学模型，目前尚缺乏统一的规定及相应的软件，因此这方面的研究也显得非常重要。因此，对中药及复方这样复杂的多成分体系，怎样用一个整体模型来整合各单个成分动力学数学模型及参数是解决中药(复方)药物动力学研究的核心问题。

总之，中药药动学研究已显示出重要性，虽然存在很多困难，但随着科技水平的提高及对其研究的重视和投入，中药药动学研究将会有更大的发展，并对中药的整体研究起促进作用，同时也是对整体药动学研究的丰富。

［1］蔡永明，孙超渊，李铭，等.酶联免疫法研究天花粉蛋白突变体在猕猴体内的药动学［J］.中草药，2006，37(3):402－405.

［2］肇丽梅，何晓静，邱枫.药理效应法测定黄芩苷及清热合剂的药动学参数［J］.广东药学院学报，2006，22(1):22－24.

［3］田静，刘建平，陈睿.刺五加混悬剂小鼠体内药动学研究［J］.中药新药与临床药理，2003，14(5):319－320.

［4］王娟，桂常青，周静，等.丹参注射液在小鼠体内的毒效药动学研究［J］.皖南医学院学报，2003，22(4):248－250.

［5］肖凤霞，周莉玲，李锐.药物累积法测定四逆汤制剂的药动学参数［J］.时珍国医国药，2OO6，17(1):228.

［6］郭涛.药物动力学的新进展(续)［J］.中国药师，2004，7(5):339－342.

［7］宋珏，路通，谢林.黄芩苷及其含药血清在大鼠体内的药动学－药效学相关性研究［J］.中国临床药理学与治疗学，2006，11(12):1 350－1 354.

［8］索晴，刘树民.近年来中药在肠内的吸收代谢研究方法与思路概述［J］.中国中医药科技，2007，14(2):141－142.

［9］沈岚，徐德生，冯怡，等.大鼠肠内菌对麦冬皂苷D'代谢的研究［J］.中国中药杂志，2005，30(8):618－620.

［10］张向荣，张逸凡，钟大放.体外Caco－2细胞模型在药物吸收中的应用进展［J］.中国医院药学杂志，2004，24(12):773－775.

［11］郭涛.Caco－2细胞模型在药物动力学研究中的应用［J］.中国药师，2003，6(12):774－776.