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达立通颗粒整体质量研究进展(十六)

发布时间:2024-05-10 17:28:18 | 来源:【药物研发团队 2024-5-10】
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依据《中药复方制剂整体质量评价体系的构建及应用》中关于构建中药复方制剂整体质量评价体系的技术路线,按照《达立通颗粒整体质量研究方案》,开展达立通颗粒整体质量评价研究,包括研发立项研究、组方和方解研究、中药材/饮片质量研究、生产过程控制技术研究、作用机制研究、质量标志物和生物标志物研究、循证医学研究、药物经济学研究。根据项目进展情况,我们将陆续报道相关研究成果。

本期介绍《肠道菌群介导达立通颗粒主要药效成分体内代谢机制探讨》。

肠道菌群作为肠道微生物的集合,对维持肠道内环境稳定发挥重要作用。中医认为人体是一个有机整体,有“整体观”“天人合一”等理念,《黄帝内经 •灵枢》曰:“肺合大肠,大肠者,传导之腑。心合小肠,小肠者,受盛之腑。”肺与大肠相表里,心与小肠相表里,体现了肠道菌群与中医整体观理论密切相关。中药大多通过口服发挥作用,进入消化道不可避免会与肠道菌群相互作用,中药中极性化合物较多,生物利用度较低,口服后难以原型形式直接突破胃肠道屏障进入体内而发挥药效作用,只有代谢为活性成分才能发挥作用。肠道菌群富含的β﹣葡萄糖酸酸酶、β﹣葡萄糖苷酶、辅酶A连接酶等可以通过水解、氧化、还原等反应以及异构化、聚合等特征性代谢反应,将中药极性分子转化为极性更小、脂溶性更高的代谢产物,加速中药吸收,提高中药的生物利用度,进而对机体产生不同的生物学效应。此外,参与肝肠循环的药物经肝脏解毒后其代谢物随胆汁分泌到肠道后,会与肠道菌群再次接触,也可能再次被肠道菌群代谢。同时中药中丰富的化学成分能够对肠道菌群的组成和丰度起到调节作用,还能保护肠道黏膜功能,对维持肠道微生态系统平衡起着关键作用。研究也表明中药代谢成分可以直接作用于微生物酶代谢系统,或是通过干预免疫应答,调控肠道菌群,达到治疗疾病的目的。肠道菌群介导的中药代谢成分也可通过干预肠道菌群正向调节有益菌及其代谢产物,降低致病菌丰度及有害代谢产物,恢复人体内环境的“阴阳平衡”。

作为一个高度复杂的微生态系统,肠道菌群介导的中药代谢过程非常复杂,在中药临床疗效发挥方面扮演了重要角色。目前对于具体的肠道菌群介导中药成分的完整代谢途径,即产生的代谢酶、发生的代谢反应和生成的代谢产物研究仍处于初步阶段,肠道菌群介导中药代谢的规律尚不完全清晰。

达立通颗粒是由柴胡、枳实、木香、清半夏、陈皮、蒲公英、焦山楂、焦槟榔、鸡矢藤、党参、延胡索、六神曲(炒)十二味中药组成的复方制剂,研究表明达立通颗粒治疗功能性消化不良的药效成分有黄酮类、生物碱类、挥发油类、皂苷类、萜类、有机酸类、香豆素类等,其中黄酮类、生物碱类、皂苷类是主要药效成分。本文根据现有研究文献,探讨肠道菌群介导达立通颗粒主要药效成分体内代谢机制,为开展达立通颗粒调节肠道菌群及脑-肠-菌轴功能研究提供参考。

一、肠道菌群介导达立通颗粒治疗功能性消化不良主要药效成分成分的体内代谢

中药成分结构复杂多样,不同的肠道细菌对其的代谢过程不同,涉及水解、氧化(裂变、甲基化、羟基化、氢化)或还原(脱水、脱氢、去甲基化、去羟基化)等代谢反应及糖苷水解酶、氧化还原酶、裂解酶和转移酶等代谢酶等。

Su等利用UPLC-Q-TOF-MS/MS和NCFS技术,在达立通颗粒中鉴定出108种化学成分,其中,黄酮类化合物50种,生物碱类化合物22种,萜类化合物13种,有机酸类化合物11种,香豆素类化合物10种,挥发油类化合物2种。在大鼠口服灌胃给予达立通颗粒后的血浆、组织、尿液和粪便中共鉴定出147种化合物(60个原型化合物,87个代谢物),在这60种原型化合物中有33种黄酮类化合物、11种生物碱类化合物、7种萜类化合物、6种香豆素类化合物和3种有机酸类化合物。研究发现黄酮类化合物是口服达立通颗粒后吸收的最主要的有效成分,其次是生物碱类化合物。达立通颗粒体内代谢途径主要有甲基化、去甲基化、去糖基化、氢化、羟基化、磺化、葡糖苷醛化等。研究表明,大鼠胃、血浆、肝脏、肾脏、空肠、结肠、尿液和粪便中的原型化合物及代谢物的数量存在差异。一方面这可能是由于大鼠生物样本中发现的化合物浓度和MS片段的丰度不同所致。另一方面,达立通颗粒中不同类型化合物的首选代谢器官和代谢途径可能不同。

以下根据现有研究文献探讨肠道菌群对黄酮类、生物碱类、三萜皂苷类等达立通颗粒治疗功能性消化不良的主要药效成分的代谢作用。

黄酮类成分

黄酮类化合物是指基本母核为2-苯基色原酮类化合物,包括黄酮醇,二氢黄酮醇、异黄酮、查耳酮等类型,多数以O﹣苷和C﹣苷形式存在,少部分以游离态存在,黄酮苷在肠道细菌的作用下首先在肠道内水解生成苷元,然后C环发生还原加氢,其次C环中的O-C1键开环裂解,生成酚酮类,进而生成C6-C3型、C6-C3型酚酸及乙苯衍生物。

Su等研究发现,黄酮类是达立通颗粒的最主要成分,在口服灌胃给予达立通颗粒的大鼠生物样品中共鉴定出80种黄酮类化合物的相关原型及其代谢物。达立通颗粒中的黄酮类化合物在大鼠体内的代谢途径为甲基化、乙酰化、磺化和葡萄糖醛酸化。芹菜苷在肠道细菌细枝真杆菌和吉氏拟杆菌的代谢作用下转化为芹菜素(4',5,7-三羟基黄酮)、柑桔素(4,5,7-三羟基黄烷酮)和对羟基苯丙酸等主要代谢产物。

生物碱类

生物碱是含氮的碱性有机化台物,大多有复杂的环状结构,氮元素多含在环内。双酯二萜类生物碱在肠道细菌的作用下可以发生羟基化、脱氧、去甲基化及C-8位与长短链脂肪酸的酯交换过程等,完成生物转化。

Su等在口服灌胃给予达立通颗粒的大鼠体内共鉴定出23种生物碱类化合物相关原型及其代谢物,主要存在于胃和尿液中,主要代谢途径是氢化、羟基化、葡萄糖醛酸化、去氢、去甲氧基化和环裂解。

三萜皂苷类成分

皂苷类成分在体内的生物利用度低, 肠内滞留时间长,很难进入肠道直接发挥药效,而是与肠道细菌作用后生成苷元入血发挥疗效。肠道菌分泌的β-葡萄糖苷酶、β﹣木糖苷酶、α﹣鼠李糖苷酶、硝基还原酶等酶能够参与皂苷成分的转化,发生羟基化、脱水、脱氢、去甲基化、去糖基化等代谢反应,其中逐级水解脱糖生成次级糖苷或糖苷是苷类水解的主要方式。

在口服灌胃给予达立通颗粒的大鼠生物样本中共鉴定出30种萜类化合物,主要存在于胃、尿液和粪便中,主要包括倍半萜内酯、环烯醚萜和三萜皂苷。研究发现在大鼠粪便和盲肠内容物中柴胡皂苷先被肠道E.SP.A-44菌产生的SHGase酶水解为前柴胡苷元,再通过PHFase0酶转化为柴胡苷元。柴胡皂苷D的脱糖基和脱甲氧基反应生成羧酸(-2H+2O)代谢产物。

二、肠道菌群介导中药成分代谢的特点

不间细菌菌株促进同一化合物代谢

部分细菌可以将中药成分进行代谢转化,肠道内不同的细菌可以相互作用,协同促进某一特定化合物的代谢。

单个细菌菌株转化不同的化合物

单个细菌菌株可以通过产生不同类型的酶或调控不同的代谢途径转化多种不同的化合物,表现出多样化的代谢能力。多种菌株具有β-D﹣葡萄糖苷酶活性,如Bifidobacterium adolescentis、Bifidobacterium longum、Enterococeus faecalis、Bacreroider ovans等,而β﹣D﹣葡萄糖苷酶的底物特异性较差,可以广泛裂解含C-O、C-S、C-N和C-F等糖苷键的苷类化合物,实现了单个菌株介导了不同的代谢反应。

肠道菌群介导中药代谢具有结构特异性

肠道细菌在介导的代谢活性和代谢产物的选择上存在差异,即肠道菌群对中药代谢呈现结构特异性。如糖苷类成分通过逐步水解代谢,水解产物继续通过骨架保留修饰(如三萜苷)、骨架裂变(如类黄酮类)或者骨架重塑(如环烯醚萜苷类)过程进一步转化。如脂型生物碱的产生主要通过肠内菌中酶的作用C-8位乙酞基水解,之后在C-8位的羟基与肠内菌中不同的短链脂肪酸结合;胺醇型和单酯型生物碱为母体化合物的分解产物,主要通过脱乙酞基、脱苯甲酞基和脱氢基反应。具有不同类黄酮骨架的杂环吡喃酮,即黄酮、黄酮醇和异黄酮,被肠道微生物选择性地解离生成C6-C3酚酸、C6-C2酚酸和乙基苯酚衍生物等。

根据糖苷的苷元结构、结合的糖基种类以及糖基连接到苷元上的位置不同,对其产生水解作用的糖苷酶也不同。肠道菌群的主要酶系为β-D﹣葡萄糖苷酶与β-D﹣葡萄糖醛酸苷酶等。β-D﹣葡萄糖苷酶是糖苷类成分水解的常见酶,能水解结合于末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键,释放出β-D﹣葡萄糖和相应的配基,同时参与糖酵解途径,是参与双歧杆菌糖代谢的有关酶系之一。而肠道菌群中β-D﹣葡萄糖醛酸苷酶活性的表达只在一些梭菌聚集的厚壁菌内,可以从糖苷链上非还原的聚多糖端裂解β-D﹣葡萄糖醛酸残基,催化各种类型的β-D﹣葡萄糖醛酸苷水解,该酶为参与II相代谢反应的重要酶系。

三、肠道菌群介导中药代谢的影响因素

正常情况下,肠道菌群相对稳定,其对中药成分的代谢依赖于菌群的种类、比例、产酶类型等。当种属、地域、生理病理状态等机体的状态因素发生变化,肠道菌群会受到影响,进而影响肠道菌代谢。

机体内部环境变化影响肠道菌群介导中药代谢

肠道菌群介导的中药代谢过程中,机体的遗传背景或病理状态会影响肠道菌群对中药的代谢。病理状态紊乱的肠道菌群会影响中药的代谢,与正常机体状态存在代谢差异。

机体外部环境变化影响肠道菌群介导中药代谢

当机体外部环境发生变化时,敏感肠道菌就会被抑制,未被抑制的肠道菌就会快速繁殖引起菌群失调形成破坏生理性、病理性组合的现象。研究显示抗生素诱导的大鼠肠道菌群失调会影响体内中药成分的代谢,这可能是因为抗生素处理后代谢酶活性降低,影响中药成分在肠道菌群中的代谢,进而改变了中药成分及其代谢产物吸收入血后的药代动力学行为。研究发现,高原低氧环境下,大鼠肠道菌表现为双歧杆菌减少,大肠埃希菌增加。食物中含有蛋白质、脂肪及碳水化合物等多种成分,这些成分的摄入都会使人体内肠道菌群发生变化。不健康的高脂饮食能够导致肥胖的关键原因之一就是肠道菌群的结构发生了改变。研究者对控制饮食的小鼠肠道微生物菌群结构信息进行了分析,发现高脂饮食的小鼠肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌及肠球菌的数量显著减少。

四、肠道菌群介导中药代谢的意义

增强吸收,提高疗效

肠道菌群能够增强中药成分吸收、提高药物疗效。大肠杆菌菌株产生的姜黄素转化酶,可转化姜黄素为二氢姜黄素和四氢姜黄素。糖苷由于不能被普通的消化酶代谢,很难通过小肠壁,因此难以被机体利用,双歧杆菌和类杆菌可以产生α﹣葡萄糖苷酶和β﹣葡萄糖醛酸酶,能够将糖苷转化为极性更低、亲脂性更强的次级糖苷,利于吸收入血。

减毒或增毒作用

肠道菌群除了能够转化中药的有效成分,将其代谢为新的生物活性代谢物外,还能对中药中的有毒成分产生减毒或增毒的作用。

五、展望

随着中药学、微生物学和分析技术的发展,肠道菌群介导中药代谢的研究不断深入。肠道菌群通过编码多种酶,影响口服中药在体内的吸收、代谢、转化等过程,进而影响中药疗效的发挥。研究肠道菌对中药各类成分代谢规律有利于了解其在体内的整个代谢过程,阐明发挥药效的物质基础。然而,肠道菌群是非常丰富多样性的群体微生物,中药又具有多种类、多成分、多靶点等特点,肠道菌群介导中药代谢的特点和影响因素非常复杂,目前中药中各类化学成分的代谢规律,参与代谢的细菌种类及其参与的酶仍不完全清晰,尤其是复方中不同成分对肠道不同细菌生长的抑制或促进作用存在差异,会导致细菌种类和数量的变化,这种变化又反过来影响中药复方的成分代谢。综上所述,肠道菌群代谢药物的研究仍面临巨大挑战,建立批式发酵模型、人体肠道芯片模型(HITChip)等体外肠道微生态模型,将越来越多的分析技术和测试手段如肠道菌群孵育技术、分离培养技术、基因检测技术和质谱检测技术等应用于肠道菌群的代谢研究至关重要。本文探讨肠道菌群介导达立通颗粒治疗功能性消化不良主要药效成分黄酮类、皂苷类、生物碱类的体内代谢途径,阐述肠道细菌介导中药成分体内代谢的特点,发现菌群与化合物的相互作用也存在一对多和多对一,同时具有结构特异性,这有利于深入了解肠道菌群的代谢功能,认识宿主、菌群及药物之间复杂的互作关系,丰富达立通颗粒的中医药理论,为开展达立通颗粒调节肠道菌群及脑-肠-菌轴功能研究提供参考。

 

文献资料

1、肖飞等,达立通颗粒的HPLC指纹图谱研究及其LC-MS化学成分分析,中药材,2019,42(4)828~834

2、赵晗宇等,达立通颗粒挥发油GC指纹图谱及GC-MS成分分析,中国现代应用药学,2022年11月15日网络首发

3、Yan Su et al. Non-targeted characteristic filter analysis combined with in silico prediction strategies to identify the chemical components and in vivo metabolites of Dalitong Granules by UPLC-Q-TOF/MS/MS,Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis 222 (2023) 115086

 

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