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Absorption mechanism of icariin across Caco-2 monolayer model

淫羊藿苷在Caco-2细胞单层模型中的吸收机制



全 文 :淫羊藿苷在 Caco2细胞单层模型中的吸收机制
陈 彦1,2,贾晓斌1,胡 明3,丁安伟2
(1.江苏省中医药研究院 江苏省现代中药制剂工程技术研究中心,江苏 南京 210028;
2.南京中医药大学,江苏 南京210046;3.休斯顿大学 药学院,休斯顿 77030,美国)
[摘要] 目的:研究淫羊藿苷在Caco2细胞模型中的吸收机制。方法:通过研究10,20μmol·L-1淫羊藿苷
在细胞中的双向转运,考察时间、药物浓度及转运蛋白抑制剂对淫羊藿苷吸收的影响。用超高压液相法测定药物
浓度,计算其表观渗透系数。结果:淫羊藿苷通过Caco2细胞单层的转运量4h内随时间延长呈线性增大,双向转
运的渗透系数PBA/PAB大于4。在加入P糖蛋白(Pgp)转运蛋白抑制剂维拉帕米后,淫羊藿苷 PAB增大了12倍
[(137±010)×10-6cm·s-1],PBA/PAB显著降低(由 483下降到 272)。而加入转运蛋白多药耐药蛋白
(MRP2)的抑制剂白细胞三烯C4、乳腺癌耐药蛋白(BCRP)的底物潘生丁时,对淫羊藿苷转运影响不显著。结论:
结果提示淫羊藿苷口服吸收差的原因有二:一是淫羊藿苷肠壁的渗透系数较小,二是可能存在肠道Pgp转运蛋白
对淫羊藿苷的外排。
[关键词] 淫羊藿苷;Caco2细胞单层模型;转运蛋白
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)10116404
[收稿日期] 20070721
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30572372)
[通讯作者] 陈彦,Tel:(025)85637809,Email:ychen202@ya
hoo.com.cn
  淫羊藿苷(icarin)是来源于小檗科Berberidace
ae淫羊藿属 Epimdium植物的主要有效成分,其化
学结构属黄酮类化合物[1]。据文献报道[2,3],淫羊
藿苷对心脑血管系统、骨代谢、免疫系统、性机能等
方面具有广泛的药理功效,但淫羊藿苷在体内的药
物动力学研究表明,淫羊藿苷的生物利用度低
(12%)[4],口服吸收情况较差,而且其在体内吸收
转运的方式和机制也并不清楚。Caco2细胞系(hu
mancolonadenocarcinomacellines)来源于人的直
肠癌,其结构和生化作用类似于人小肠上皮细胞,含
有与小肠刷状缘上皮相关的酶系[5]。由于药物透过
Caco2细胞单层的体外过程与口服药物在肠道吸收
有良好的相关性,因此 Caco2细胞模型近年来被国
外药物研究机构或开发公司广泛用于药物摄取、外排
及跨膜转运等吸收机制的研究。本实验用Caco2细
胞单层模型研究淫羊藿苷的吸收机制,考察时间、药
物浓度以及转运蛋白抑制剂对淫羊藿苷转运的影响,
试图揭示淫羊藿苷口服生物利用度低的原因。
1 材料
1.1 细胞
Caco2TC7细胞株,由法国 MoniquéRousset博
士馈赠。
1.2 药品与试剂
DMEM培养基(dulbecco’smodifiedeagle’sme
dium,Hyclone公司);胎牛血清(fetalbovineserum,
FBS,EquitechBioInc.公司);非必需氨基酸(nones
sentialaminoacids,JRH公司);谷氨酰胺(Lgluta
mine,Sigma公司);胰蛋白酶(Trypsin,Sigma公司);
维拉帕米(verapamil,Sigma公司);白细胞三烯 C4
(leukotrieneC4,Sigma公司);潘生丁(dipyridamole,
Sigma公司);淫羊藿苷,纯度 >98%(批号110737
200312),供含量测定用,由中国药品生物制品检定
所提供。乙腈、三乙胺、甲酸均为色谱纯,水为超纯
水,其他试剂均为分析纯。
1.3 仪器
二氧化碳培养箱(Hearous,德国);XDS-1B倒
置显微镜(重庆);超高压液相色谱仪 WatersAcqu
ityTM(Waters,美国);Milicel-ERS跨膜电阻仪
(Milipore,美国);Transwel培养板(NUNC,丹麦);
高速冷冻离心机(Beckman,美国);Mili-Q纯水机
(Milipore,美国)。
2 方法
2.1 Caco2细胞单层模型的建立[6,7]
Caco2细胞培养于DMEM培养液中,含胎牛血
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清(FBS)10%,非必需氨基酸(NEAA)1%,谷氨酰
胺(Lglutamine)1% ,青霉素(100U·mL-1)链霉
素(100μg·mL-1)双抗液,在37℃的5%CO2恒温
培养箱中培养。隔天换1次培养液,每5~7d用胰
蛋白酶消化传代。将Caco2细胞混悬液种植于 Tr
answel培养板上的 Insert(经鼠尾胶原涂布的多聚
碳酸酯膜)中,细胞种植密度为1×106个/cm2,单层
细胞于19~21d左右分化形成,用跨膜电阻仪检测
跨膜电阻,各孔跨膜电阻值均大于空白对照值100
ohm/42cm2以上,即符合实验要求可用于试验。
Caco2细胞单层模型图参见文献[8]。
2.2 淫羊藿苷的跨膜转运实验[9]
实验前首先用37℃预热的 pH74的 Hank’s
平衡盐溶液(HBSS溶液)洗涤细胞单层3次,测定
跨膜电阻,跨膜电阻值不符合要求的弃去。再加入
预热的 HBSS溶液,于37℃摇床中孵育1h,吸弃
HBSS溶液。药物从细胞绒毛面 Apical(A)侧到基
底面Basolateral(B)侧的转运:将药物溶液2mL加
到A侧作为供给池,同时 B侧加入空白的 pH74
的HBSS溶液2mL作为接收池;药物从B侧到A侧
的转运:将药物溶液2mL加到 B侧作为供给池,空
白的HBSS溶液2mL加到 A侧作为接收池。把加
好药物溶液和空白HBSS溶液的Transwel培养板置
于转速为50r·min-1的37℃恒温摇床中,分别在
1,2,3,4h时吸取供给池、接收池溶液各400μL,同
时补足相应的溶液。试验平行做3份。
2.3 超高压液相样品分析
2.3.1 色谱条件 ACQUITYUPLCTM BEHC18柱,
(21mm×50mm,17μm);流动相:以 A相(90%
的三乙胺甲酸缓冲溶液 pH30,10%的乙腈)和 B
相(90%的乙腈水溶液)梯度洗脱,(0min,A95%,
B5%;03min,A95%,B5%;29min,A65%,B
35%;32min,A0%,B100%),流速 075mL·
min-1,检测波长268nm,柱温45℃,样品温度 20
℃,在此条件下淫羊藿苷有较好分离。淫羊藿苷的
保留时间为21min。
2.3.2 样品处理 将所吸取的样品立刻加入100
μL睾丸酮(100μmol·L-1)内标溶液,于离心机中
离心15min(13000r·min-1),用超高压液相色谱
仪进行分析。
2.4 数据分析
Caco2细胞模型表观渗透系数的计算参考 Ar
tursson和Karlson[10]于1991年报道的药物透过 Ca
co2细胞单层的表观渗透系数 Papp(apparentperme
abilitycoeficients)进行数据处理。
Papp=(dQ/dt)/SC
dQ/dt为接收池药物出现的速率,S为膜面积
(42cm2),C为药物的初始浓度。Papp值越大,通透
率越高。用t检验对两组数据进行比较处理,均以 珋x
±s表示。
3 结果
3.1 双向转运
分别用10,20μmol·L-1淫羊藿苷 HBSS溶液
通过Caco2细胞单层模型,淫羊藿苷从A侧到B侧
及从B侧到A侧转运的量随时间的变化见图1,渗
透系数测定结果见表 1。实验结果表明,10,20
μmol·L-1淫羊藿苷从A侧到B侧的转运量以及从
B侧到A侧转运的量在4h内都随着时间的增加而
呈线性增长。淫羊藿苷从 A侧到 B侧的渗透系数
较小,10μmol·L-1时为(059±0009)×10-6cm
·s-1,20μmol·L-1时为(062±0032)×10-6cm
·s-1,浓度增加1倍,但渗透系数增加无显著性差
异,说明淫羊藿苷转运不依赖化合物的浓度,提示淫
羊藿苷的转运可能是主动转运。淫羊藿苷B侧到A
侧的渗透系数均比 A侧到 B侧的渗透系数大(P<
005),且PBA/PAB≥4,提示淫羊藿苷的跨膜转运可
能存在载体外排机制。
图1 淫羊藿苷1~4h跨膜转运量
a.10μmol·L-1淫羊藿苷 AB转运;b.10μmol·L-1淫羊藿苷
BA转运;c.20μmol·L-1淫羊藿苷AB转运;d.20μmol·L-1
淫羊藿苷BA转运
表1 淫羊藿苷渗透系数测定结果(珋x±s,n=3)
浓度
/μmol·L-1
Papp/×10-6cm·s-1
AB BA PBA/PAB
10 059±0009 236±00871) 400
20 062±00321) 300±022 483
  注:与PAB比1)P<005
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3.2 抑制剂对淫羊藿苷转运的影响
3.2.1 维拉帕米(verapamil)对淫羊藿苷转运的影
响 Caco2细胞单层顶侧膜上有丰富的 P糖蛋白
(Pglycoprotein,Pgp)的表达,Pgp可以把药物从细
胞中向细胞外排。维拉帕米为 Pgp转运蛋白抑制
剂,在 20μmol·L-1的淫羊藿苷溶液中加入 20
μmol·L-1的维拉帕米后,淫羊藿苷的转运量及Papp
均与未加维拉帕米的对照组有所不同,测定结果见
表2。实验结果表明,20μmol·L-1的维拉帕米能
显著促进20μmol·L-1淫羊藿苷通过 Caco2单层
细胞模型的A到B侧的转运量(P<005)。加入20
μmol·L-1维拉帕米后,淫羊藿苷的 A到 B侧的渗
透系数增加了12倍,淫羊藿苷在Caco2细胞模型
中的PBA与PAB的比值比未加维拉帕米的对照组下
降了44%,提示淫羊藿苷在Caco2细胞单层中的转
运可能存在Pgp转运蛋白的外排作用。
表2 抑制剂对淫羊藿苷转运的影响(珋x±s,n=3)
样品
Papp/×10-6cm·s-1
AB BA PBA/PAB
淫羊藿苷20μmol·L-1 062±003 300±022 483
淫羊藿苷20μmol·L-1+维拉帕米20μmol·L-1 1.37±0101) 373±022 272
淫羊藿苷20μmol·L-1+白细胞三烯C420μmol·L-1 093±0231) 374±017 402
淫羊藿苷20μmol·L-1+潘生丁25μmol·L-1 078±0041) 295±004 378
  注:与淫羊藿苷20μmol·L-1组比较1)P<005
3.2.2 白细胞三烯 C4(leukotrieneC4,LTC4)对淫
羊藿苷转运的影响 多药耐药蛋白(multidrugre
sistanceprotein,MRP)在Caco2细胞中也有表达,其
亚族MRP2分布在Caco2细胞顶侧膜上,可以把药
物从细胞内向细胞外排。LTC4为 MRP2的抑制剂,
在20μmol·L-1的淫羊藿苷溶液中加入20μmol·
L-1的LTC4后,虽然淫羊藿苷 A到 B侧的渗透系数
比未加LTC4的对照组增加了40%,B到A侧的渗透
系数增加了24%,PBA/PAB的比值比未加 LTC4对照
组略有降低,但鉴于影响细胞试验结果的因素较多,
A到B侧的渗透系数并未有成倍增长,因此试验结
果提示,MRP2转运蛋白对淫羊藿苷在 Caco2细胞
单层的跨膜转运的影响并不显著。
3.2.3 潘生丁对淫羊藿苷转运的影响 潘生丁为
乳腺癌耐药蛋白(breastcancerresistanceprotein,
BCRP)的底物,BCRP在Caco2细胞中也有表达,它
可以把药物从细胞内向细胞外排。在 20μmol·
L-1的淫羊藿苷溶液中加入25μmol·L-1的潘生丁
后,淫羊藿苷A到B侧的渗透系数比未加潘生丁的
对照组略有增加,B到A侧的渗透系数略有降低,测
定结果见表2。测定结果提示,BCRP转运蛋白对淫
羊藿苷在Caco2细胞单层的跨膜转运的影响并不
显著。
4 讨论
淫羊藿苷是中药淫羊藿的主要有效成分之一,
具有多种药理活性,但其口服生物利用度较低。本
研究通过Caco2细胞模型,研究淫羊藿苷跨膜转运
的机制从而探讨淫羊藿苷小肠吸收转运的机制,初
步阐明淫羊藿苷口服吸收差的原因。
对于Caco2单层细胞模型,通常可以用表观渗
透系数Papp来评价药物在小肠的吸收情况,一般来
讲在人体吸收完全的药物的表观渗透系数 Papp>
10-4cm·s-1;而吸收差的药物(即吸收 <1%)的
Papp<10
-7cm·s-1。淫羊藿苷的表观渗透系数为
(062±0032)×10-6cm·s-1,淫羊藿苷的表观渗
透系数值较小,因此淫羊藿苷的肠吸收不是很好。
通常理论上讲,如果化合物的转运是以被动扩散形
式完成的,那么,A到 B侧的渗透系数与 B到 A侧
的渗透系数应该相当;如果化合物被小肠顶侧膜的
转运载体所摄取,那么A到B侧的渗透系数应明显
大于B到A侧的渗透系数;如果化合物由小肠顶侧
膜的转运蛋白分泌或外排,那么B到A侧的渗透系
数会远远大于 A到 B侧的渗透系数[7]。试验发现
淫羊藿苷B到 A侧的渗透系数远远大于 A到 B侧
的渗透系数(20μmol·L-1,483倍),因此提示淫
羊藿苷在小肠吸收转运的过程中可能会被 Caco2
细胞所含的转运蛋白外排。
近年来随着分子生物学的发展,在机体各器官、
组织中发现了许多与药物胞内摄取和胞外分泌相关
的转运蛋白,并逐渐解析了这些转运蛋白在细胞膜
转运中的重要作用。ABC族转运蛋白为一类转运
蛋白的大家族,它们直接利用 ATP分解的能量来进
行物质的膜转运。ABC族转运蛋白中与药物体内
处置最相关的 3种药物转运蛋白为 Pgp,MRP2,
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BCRP,它们均在小肠中分布,且都定位于肠上皮细
胞的刷状缘膜侧,可以将其底物由血液侧分泌到管
腔侧,从而在肠道内起到解毒作用,并作为肠道吸收
的屏障之一[11],而这3种转运蛋白在Caco2细胞中
都有表达。文献[12]报道Verapamil是Pgp的抑制
剂,leukotrieneC4是 MRP2的抑制剂,Dipyridamole
是BCRP的底物,本试验结果提示淫羊藿苷可能是
Pgp的底物,当溶液中加入 Verapamil时,抑制了 P
gp对淫羊藿苷的外排,因此淫羊藿苷A到B侧的转
运增大,A到B侧的渗透系数增大。而当溶液中加入
MRP2,BCRP的抑制剂和底物leukotrieneC4,潘生丁
时,对淫羊藿苷转运影响不显著,提示淫羊藿苷口服
吸收差的另一原因是Pgp的外排作用。
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AbsorptionmechanismoficarinacrossCaco2monolayermodel
CHENYan1,2,JIAXiaobin2,HUMing3,DINGAnwei2
(1.JiangsuProvincialAcademyofTraditionalChineseMedicine,JiangsuEngineeringandTechnologyResearchCenterfor
ModernChinesePharmaceuticalPreparation,Nanjing210028,China;
2.NanjingUniversityofChineseMedicine,Nanjing210046,China;3.UniversityofHouston,Houston77030,USA)
[Abstract] Objective:TostudytheabsorptionmechanismoficarinbyusingCaco2monolayermodel.Method:Caco2cel
monolayermodelwasusedtostudythebidirectiontransportoficarin.Theefectsoftime,drugconcentrationandinhibitorontheab
sorptionoficarinwerestudied.TheconcentrationoficarinincelculturemediumwasmeasuredbyUPLCandtheapparentpermeabil
itycoeficients(Papp)wascalculated.Result:Theamountoficarinwhichwastransportedincreasedlinearlywiththetime(14hr).
TheratioofPBA/PABwaslargerthan4.Verapamil,thePglycoproteininhibitor,couldcausesignificantlyefectontransportoficarin,
PABincreased,theratioofPBA/PABdecreased.Conclusion:ThereasonforlowabsorptionoficarininCaco2celmodelmaybethe
secretionofthePgptransporter.
[Keywords] icarin;Caco2celmonolayermodel;transporter
[责任编辑 古云侠]
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