微生物對中藥化學的代換作用范文

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本文作者：肖娟王瑩王新宏安叡單位：上海中醫藥大學上海

傳統中藥用藥特點之一是口服給藥，口服藥物在生物體內會不可避免的與腸道菌群接觸。腸道菌群對中藥有效成分的代謝途徑主要是以水解和還原反應為主。許多中藥成分都是借助腸道細菌的作用轉化為有效成分而達到治療作用，尤其是具有水溶性糖部分的葡萄糖苷成分。這類化合物通常在腸道內難以吸收，生物利用度低，腸內滯留時間較長而易受到腸道菌群的作用，其原形物藥理活性較小，經腸菌代謝后被水解生成苷元而發揮其藥理作用，被認為是“天然前體藥物”［1］。此外在促進中藥研究的規范化和現代化上，楊秀偉［2］提出了中藥化學成分的人腸道內細菌生物轉化模型和腸菌代謝實驗的標準操作規程，用于研究和評價中藥化學成分在腸道的生物轉化。本文就腸道菌群在中藥有效成分代謝和指導臨床中西藥物合用方面研究進行綜述。

1腸菌代謝的研究內容

腸道菌群對中藥成分的代謝作用研究主要有以下4個方面。

1．1口服與非口服藥的比較比較服藥前后血液、尿中的物質及其含量，初步分析代謝途徑與機制。若兩種給藥方法藥效作用不同，腸道菌群則可能在代謝中起關鍵作用。Dreessen發現小鼠靜注番瀉苷40mg•kg－1無瀉下作用，而口服則有很強的瀉下作用，進一步研究表明其代謝產物大黃酸蒽酮的致瀉作用最強［3］。

1．2使用無菌或偽無菌、悉生動物和普通動物進行比較對藥物在腸道內容物、糞便、血樣及尿樣中代謝產物進行分析，進一步明確腸道菌群在中藥有效成分代謝轉化過程中的作用。Yang研究芍藥苷的腸菌代謝情況，分別給無菌大鼠和普通大鼠灌胃一定劑量的芍藥苷，觀察其血藥濃度變化。無菌大鼠中，芍藥苷可迅速入血并維持較高的血藥濃度;普通大鼠中，芍藥苷在10min達峰后迅速消除，前者的藥動學參數AUC比后者高2倍多。證明口服芍藥苷確能被腸內菌進行結構轉化且占給藥量的一半以上［4］。

1．3篩選主要代謝作用的菌種(或菌株)研究藥物成分特性，分析與其代謝相關的酶，并對該種酶的菌種進行研究。Hasegawa等從人糞便中分離出厭氧菌Eubateriumsp．A-44，并從菌種中提純出特異性葡萄糖醛酸酶，實驗得出該酶對人參皂苷成分有代謝作用［5］。

1．4離體代謝研究在腸菌培養液中加入中藥有效成分，在適合的條件下(多為厭氧)培養，并與空白進行對照，檢測代謝產物。居文政等［6］采用UPLC-MS/MS技術研究發現燈盞花乙素在腸內菌作用下轉化為燈盞花乙素苷元，胃腸道內燈盞花乙素與其苷元并存，而苷元更易于吸收，可以提高燈盞花乙素的生物利用度。

2腸道菌群對中藥成分的代謝作用

腸內細菌對中藥成分的生物轉化以水解為主，氧化和還原反應為輔，所涉及的代謝酶，主要有水解酶、氧化還原酶、裂解酶和轉移酶［7］。中藥有效成分常在特定代謝酶作用下，才能轉化成具有藥理或毒理作用的活性成分。近年來對于腸菌代謝研究已不僅限于單體成分的研究，更多的是對單味和多味中藥化學成分的研究［8］。下面將系統綜述5類中藥成分腸菌代謝的研究進展。

2．1黃酮類黃酮苷類成分普遍含葡萄糖苷鍵，對含苷鍵的藥物進行水解是腸道菌群代謝的一大特征。黃芩的主要黃酮苷成分為黃芩苷，漢黃芩苷，野黃芩苷，千層紙素苷等，經過腸道菌群作用分別生成黃芩素，漢黃芩素，野黃芩素等苷元［9］。為探索腸內菌在黃芩苷、漢黃芩苷的抗瘙癢藥效中是否發揮作用，Trinh等人進行體外腸菌實驗，發現口服黃芩苷可由腸道菌群代謝為黃芩素，木蝴蝶素A(又名千層紙素A)(見圖1)，漢黃芩苷代謝為漢黃芩素，進一步研究發現其代謝產物的抗瘙癢作用均強于黃芩苷、漢黃芩苷，其苷元是通過抗組氨作用改善瘙癢反應［10-11］。山柰苷(kaempferitrin)是從中藥羅漢果中分離得到的黃酮苷成分，其人腸內細菌孵育轉化產物經分離、純化、鑒定得到4個代謝產物:山柰酚3-O-α-L吡喃鼠李糖苷(阿福豆苷)、山柰酚7-O-α-L吡喃鼠李糖苷、山柰酚和對-羥基苯甲酸。但山柰苷與其生物轉化或代謝產物生物活性之間的相關性還有待進行系統研究［12］。Lee等人研究發現橙皮素有很強的抗過敏作用，而其橙皮苷卻沒有藥效。表明橙皮苷為天然的前體藥物，在與人腸菌培養液孵育后代謝為橙皮素，它可抑制IgE引起的RBL-2H3細胞釋放炎性介質組胺和被動皮膚過敏反應(passivecutaneousanaphylaxisreaction)，為研究橙皮苷等類前藥的藥理機制提供參考［13］。

2．2皂苷類皂苷類成分主要有抗腫瘤、降血糖、保肝、抗病毒、抗炎抗過敏等藥理作用，實驗研究多用腸道菌群對皂苷的代謝來闡明其藥效物質基礎。人參的主要活性成分為皂苷類，早期研究可知，人參皂苷類，在肝臟內基本不代謝，主要在腸道中降解。天然人參中含有人參皂苷Rb1，Rb2，Rg3，Re，Rg1和20(S)-原人參二醇等成分。人參皂苷Rb1是人參二醇系皂苷，在腸菌作用下其代謝途徑為人參皂苷Rbl→人參皂苷Rd→人參皂苷F2→化合物K→20(S)-原人參二醇［14-15］。人參皂苷Re的人體腸內菌代謝次生產物有6個，分別為人參皂苷Rg1、人參皂苷Rg2、人參皂苷Rh1、20，25-環-人參三醇、20(R)，25-羥基人參皂苷Rg2、原人參三醇［16］。人參皂苷Rg1在大鼠體內腸菌作用下的代謝模式為:人參皂苷Rg1→人參皂苷Rh1/人參皂苷F1→原人參三醇;在人體內代謝模式為:人參皂苷Rg1→人參皂苷Rh1→原人參三醇［17-18］。對人參皂苷原型藥及腸內菌代謝產物的藥理作用進行研究，發現Rg1及其代謝產物Rh1可共同作用于T細胞和腹腔巨噬細胞(Mφ)而產生免疫調節作用［19］。另外原人參二醇類皂苷成分的腸菌主要代謝產物CompoundK對人組織瘤細胞(THP-1)分泌與炎癥細胞因子(IL-1α，TNF-α，IL-8)產生影響，顯示抗癌活性［20］。甘草酸(glycyrrhizin)在腸道內難以吸收，與腸道菌群作用產生18α-甘草次酸的中間產物，最終代謝為甘草次酸(glycyrrheticacid)而被機體吸收產生藥理活性。分別給予普通和無菌大鼠甘草酸口服，普通大鼠血漿中可以測出甘草次酸，但沒有原形物，而在無菌大鼠血漿中未測到甘草次酸;此外再分別給予甘草酸和甘草次酸口服，血漿中甘草次酸的平均滯留時間出現顯著差異，說明甘草酸在腸道內緩慢地轉化為甘草次酸而吸收入血［21］。通過甘草酸、甘草次酸的體內外抗肝毒活性的比較，發現甘草次酸的抗肝毒活性，均顯著高于甘草酸［22］。說明研究腸菌代謝產物在闡述藥物作用機制和開發新藥方面有著重要的意義。楊秀偉等采用人腸內細菌和短乳桿菌粗酶分別與七葉樹皂苷Ia共溫孵，通過硅膠柱色譜分離、制備性HPLC純化后鑒定代謝產物為異七葉樹皂苷Ia、去酰基七葉樹皂苷I、21β-O-巴豆酰基原七葉樹皂苷元和原七葉樹皂苷元。其中去酰基七葉樹皂苷I對小鼠肉瘤S-180、肝癌和肺癌細胞的生長具有抑制作用。說明“前藥”七葉樹皂苷Ia在腸菌作用下代謝為去酰基七葉樹皂苷I而發揮抗腫瘤作用［23］。桔梗皂苷是從桔梗根莖中提取的主要活性成分，采用LC-ESI-MSn技術研究其在腸道菌群的代謝產物結構和其代謝途徑，初步鑒定出10個代謝產物，多為水解去糖苷和乙酰基化產物［24］。運用新技術研究中藥有效成分在體內的代謝過程，了解藥物的作用機制，可為加快中藥現代化進程提供支持。

2．3生物堿類生物堿成分多為肝臟代謝研究，但亦有學者深入研究發現腸道菌群對某些生物堿有一定的代謝轉化作用。陳懷俠等利用液相色譜-電噴霧離子阱串聯質譜(LC-ESIIT-MSn)聯用技術分析阿托品與大鼠腸菌體外厭氧溫孵培養后的代謝產物，檢測到阿托品的脫水及水解代謝產物為脫水阿托品、托品和托品酸［25］。此外將東莨菪堿與大鼠腸菌體外厭氧溫孵培養，檢測發現東莨菪堿的水解代謝產物為莨菪品［26］。在氧化苦參堿腸菌代謝及吸收入血活性成分的實驗研究中，通過UV，IR，NMR及MS等光譜學方法確定其腸菌代謝產物為苦參堿;用TLC和HPLC法檢測血清中代謝產物，得知氧化苦參堿和苦參堿均能被吸收入血［27］。

2．4蒽醌類中藥大黃和番瀉中都含有蒽酮苷類化合物番瀉苷，本身無瀉下作用，口服后小腸吸收利用率較低，經大腸菌群作用后生成番瀉苷元，可發揮瀉下作用。宋瑞等對大黃提取物的14種蒽醌苷成分進行腸菌生物轉化研究，測得12種腸菌代謝產物并鑒定其結構［28］。Park等研究大黃根莖中提取的土大黃苷人腸菌代謝后產物為土大黃素，后者的抗血栓及抗過敏的藥理活性較原型藥顯著增加。表明土大黃苷可能是一種具有較強抗原活性的前體藥物，需經過腸菌代謝轉化才能發揮其藥效［29］。蘆薈大黃素苷是蘆薈中分離到的致瀉成分，結構上屬于具有蒽酮骨架的C-C葡萄糖苷。在大鼠、小鼠體內不產生瀉下作用，而在人腸道中有裂解蘆薈大黃素苷C-C鍵的代謝菌(Eubacuteriulnsp．BAR)可將其代謝為蘆薈大黃酸蒽酮，產生瀉下作用。另將普通和感染Eubacuteriulnsp．BAR菌株的悉生大鼠的代謝情況進行比較，普通大鼠未引起腹瀉，而悉生大鼠則引起嚴重的腹瀉，BAR菌株分泌的特異性β-葡萄糖醛酸酶可以實現對蘆薈大黃素苷的代謝［30］。結果證實，蘆薈大黃素苷與番瀉苷一樣，自身并無瀉下作用，而是通過人或動物的腸道菌群代謝為有活性的代謝產物，引起瀉下作用的。

2．5單萜類單萜苷類化合物主要包括無環、單環、雙環、三環單萜苷及環烯醚萜苷，具有抗菌、抗炎、抗腫瘤、保肝、降血糖等藥理作用。芍藥苷(paeoniflorin)為雙環單萜苷類，在與腸道菌群作用下產生4個代謝產物芍藥苷代謝素I，Ⅱ，Ⅲ，IV，其中芍藥苷代謝素I(芍藥鹽酸硫胺)的含量最高。另由糞便中分離出多個菌株，其中厭氧消化鏈球菌、短乳桿菌對芍藥苷作用最強。芍藥苷口服吸收率極低，經口服攝入的芍藥苷需在腸道細菌分泌的β-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖酯酶的催化下轉化成其相應的芍藥鹽酸硫胺苷元才能發揮藥理作用，另外在Caco-2細胞上的轉運研究中發現芍藥苷的生物利用度比其苷元低40倍［31-33］。龍膽苦苷是環烯醚萜類化合物，為常用中藥龍膽的主要有效成分，有保肝、利膽、抗炎等作用。測定龍膽苦苷與大鼠腸內菌體外孵育后以及大鼠灌服龍膽苦苷后血清中的藥物成分變化，得知龍膽苦苷易被人體腸內菌代謝，代謝過程為龍膽苦苷→龍膽堿→龍膽醛，其中龍膽堿，龍膽醛為龍膽苦苷體內代謝的活性產物，為進一步研究其藥代動力學及代謝產物藥理作用提供理論依據［34］。京尼平苷(geniposide)為環烯醚萜類化合物，其利膽作用需通過口服發揮作用，靜脈注射無效，而靜脈注射其苷元京尼平有利膽作用。京尼平苷可在腸道菌群產生的β-葡糖苷酶水解下生成苷元，但是很難被肝臟中的β-葡糖苷酶及胃腸道中的消化酶水解，說明腸道菌群在京尼平苷的代謝中有至關重要的作用［35］。

3腸道菌群代謝研究在臨床中西藥合用上的指導意義

臨床上中西藥常聯合用藥，而藥物合用涉及影響藥物的吸收、分布、代謝、排泄等過程，以至影響藥效。芍藥甘草湯由芍藥，甘草組成，臨床在治療消化性潰瘍時常和羥氨芐青霉素，甲硝噠唑合用;治療疝氣痛時常與氧氟沙星合用。何菊秀等人研究芍藥甘草湯和抗生素合用的血藥濃度，以甘草次酸，芍藥苷素的血藥濃度為指標。發現抗生素影響芍藥苷，甘草酸代謝產物的吸收入血，降低了其生物利用度。指出制定臨床給藥方案時，運用芍藥甘草湯相關中藥時不適宜合用大量抗生素［36-38］。Xing等人比較口服黃芩苷，黃芩素與新霉素和鏈霉素混合抗菌劑合用的不同藥代動力學，用LC-MS法測定兩組中的黃芩苷和黃芩素血液累積量，發現合用抗菌劑的血液中黃芩苷累積量低于正常口服，進一步研究表明在吸收入血前黃芩苷轉化為黃芩素，所以抗菌劑影響的是黃芩苷的吸收，不是黃芩素。可說明抗菌劑抑制腸道菌群活性，影響黃芩苷的吸收、代謝和效能。在臨床使用含有黃芩苷類黃酮成分時，合用其他西藥時要注意其對腸道菌群的影響，減少對藥效的影響［39］。研究此類藥物在腸道內代謝過程，分析作用機制，可為臨床合理用藥提供足夠的理論依據，減少因藥物合用而引起的藥效的降低或不良反應。

4展望

研究中藥代謝可推測復雜中藥體系在體內的代謝途徑，是中藥體內過程的一個重要環節。由于分析技術和測試手段的限制，給中藥復雜體系腸菌代謝的深入研究帶來了極大困難。但近10余年來，隨著色譜-質譜(LC-MSn，GC-MSn，CE-MSn)、色譜-光譜(LC-NMR)以及色譜-光譜-質譜(LC-NMR-MS)的聯用技術的迅猛發展，復雜體系不必進行完全分離即可進行代謝產物研究，大大縮短了分析時間，大幅度提高了檢測靈敏度，成為代謝產物的結構確定及體內痕量代謝產物分析的強有力的技術手段［40］。這些先進技術大大促進了中藥成分的腸菌代謝研究。

中西藥聯合用藥治療疾病已為臨床廣泛采用，合理的聯合用藥可提高療效，減少藥物的用量以及毒副作用。而中藥成分及體內代謝產物復雜，若與西藥聯用不當，反而可致毒性增加，療效降低。由于西藥抗生素等藥物的長期使用，人體內腸道菌群的種類和數量已發生改變，中藥及中藥復方在腸道內的代謝途徑及產物亦將發生變化。因此研究腸菌代謝對臨床中西藥合理用藥亦具有重要意義。

相信通過廣大科技工作者的努力，對中藥腸菌代謝的深層次研究，不僅有利于揭示中藥的真正有效成分和作用機制，并且對闡明中藥復方的配伍規律，尋找高效低毒藥物提供依據。