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Studies on predict of absorption of corynanthine, yohimbine, ajmalicine and
ajmaline across human intestinal epithelial by using human
Caco-2 cells monolayers

利用Caco-2细胞单层模型预测柯楠碱、育亨宾、
阿马碱、萝芙木碱的人肠吸收



全 文 :entoratsbyig,thedosageofpaeoniflorinwas29478mg·kg-1.Concentrationsofpaeoniflorininratplasmaweredeterminedby
HPLCMS/MSassayandmainpharmacokineticparameterswereestimated.Result:Themainlypharmacokineticparametersofpaeoni
florinwhenadministratedRadixPaeoniaeRubraonlywereasfolows:Cmax(155±053)mg·L
-1,Tmax(09±03)h,t1/2(151±
063)h,MRT(308±074)h,AUC0→τ(468±085)mg·h
-1·L-1.Whenthetwodrugsadministratedtogether,thecore
spondingparameterswere(093±042)mg·L-1,(15±08)h,(308±179)h,(519±195)h,(336±056)mg·h-1
·L-1,respectively.TheparametersofCmax,AUC0→τandMRTweresignificantlychanged(P<005).Conclusion:RadixAngeli
caeSinensiscansignificantlyafectthepharmacokineticsofpaeoniflorin,theprincipalcomponentofRadixPaeoniaeRubra.
[Keywords] paeoniflorin;HPLCMS/MS;pharmacokinetics;RadixAngelicaeSinensis
[责任编辑 古云侠]
[收稿日期] 20080412
[基金项目] 北京大学“十五”“211工程”教育振兴计划;国家
高技术领域研究“863”计划(2002AA2Z343C,2004AA2Z3783);北京
市科委科技专项(Z0004105040311)和天然药物及仿生药物国家重
点实验室开放课题项目
[通讯作者] 杨秀伟,Tel:(010)82805106,Email:xwyang@
bjmu.edu.cn
利用 Caco2细胞单层模型预测柯楠碱、育亨宾、
阿马碱、萝芙木碱的人肠吸收
马 莲,杨秀伟
(北京大学 药学院 天然药物及仿生药物国家重点实验室 天然药物学系,北京 100083)
[摘要] 目的:研究中药化学成分柯楠碱(corynanthine,COR)、育亨宾(yohimbine,YOH)、阿马碱(ajmalicine,
AMC)和萝芙木碱(ajmaline,AML)在人肠 Caco2细胞单层模型的转运吸收。方法:利用人源结肠腺癌细胞系
Caco2细胞单层模型研究COR,YOH,AMC和AML由绒毛面(AP侧)到基底面(BL侧),BL侧到 AP侧两个方向的
转运吸收过程。应用高效液相色谱法分离、紫外检测法检测对上述4个生物碱进行定量分析,计算转运参数和表
观渗透系数(Papp),并与在Caco2细胞单层模型上呈易吸收的阳性对照药普萘洛尔和难吸收的阳性对照药阿替洛
尔的进行比较。用药物的ADMET预测软件,考察4个化合物的Papp值与其logD值之间的关系。结果:COR,YOH,
AMC和AML由AP侧到BL侧的Papp值分别为(1863±0055)×10
-5,(1540±0082)×10-5,(2522±0246)×
10-5,(1155±0099)×10-5cm·s-1;由 BL侧到 AP侧的 Papp值分别为(2390±0017)×10
-5,(1987±
0154)×10-5,(1374±0260)×10-5,(2418±0124)×10-5cm·s-1,与普萘洛尔的 PappA→B值[(223±
010)×10-5cm·s-1]基本一致。COR,YOH,AMC和 AML的 PappB→A/PappA→B分别为 128,129,054和 209;
AML外流是摄取的209倍。结论:COR,YOH,AMC和AML能够通过Caco2细胞单层被动吸收,属于良好吸收的
化合物。其中,AML在Caco2细胞单层模型的转运可能存在外流机制。在4个生物碱的转运吸收过程中,油/水分
配系数起着关键性的作用。
[关键词] Caco2细胞单层;柯楠碱;育亨宾;阿马碱;萝芙木碱;肠吸收;表观渗透系数
[中图分类号]R285.5 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)20237306
  传统中药用药绝大多数为口服。药物分子进入
血液循环、到达靶器官、达到药效浓度、产生生物学
效应,足够量的药物分子从胃肠道吸收是一个关键
性环节。因此,在口服创新药物或先导化合物[1]、
中药有效成分[2]和有毒成分[3]研究过程中,其肠吸
收研究显得非常重要。由于人源 Caco2细胞(the
humancolonicadenocarcinomacellines)体外模型[4]
研究药物的吸收、吸收过程及其吸收机制等比较简
单、重复性好,已被广泛应用于药物研究与开发中,
在药物开发早期对药物或先导化合物的肠道吸收性
质所作出的科学评价大大推动了制药业创新药物开
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发的速度。Caco2细胞单层模型在中医药领域应用
还有其特殊意义,根据中药化学成分是否能够被吸
收及吸收过程的机制,预测该化学成分是否为中药
有效成分和/或有毒成分;根据中药单味药或复方的
总化学组分(或提取物)中各化合物的表观渗透系
数(apparentpermeabilitycoeficients,Papp)值并与单
体化合物的Papp值进行比较,预测化合物间的相互
作用等。在“药物的吸收、分布、代谢、排泄、毒性与
药效(ADMET/Act.)平台建设”过程中,前报报道了
“中药化学成分肠吸收研究中 Caco2细胞模型和标
准操作程序的建立”[4]以及中药中某些生物碱的肠
吸收转运[57]。本研究报道在所建立的平台上研究
柯楠碱(corynanthine,COR)、育亨宾(yohimbine,
YOH)、阿马碱(ajmalicine,AMC)和萝芙木碱(ajma
line,AML)在Caco2细胞单层模型中的转运吸收。
1 材料
1.1 药品和试剂 见参考文献[5]。
COR,YOH,AMC和AML由天然药物及仿生药
物国家重点实验室“天然提取物样品库”提供,它们
的化学结构如图1,HPLC检查其纯度皆大于98%。
图1 COR,YOH,AMC和AML的化学结构式
  Caco2细胞株(ATCC#HTB37)购自美国
ATCC(americantypeculturecolection,rockvile,
MD,USA);本试验使用 Caco2细胞代数为44~45
代。
1.2 仪器 见 参考文献[5]。
2 方法
2.1 细胞培养条件 见 参考文献[5]。
2.2 HPLC色谱条件 流动相按体积比进行配制,
COR为甲醇水(60∶40),YOH为甲醇水冰醋酸
(30∶70∶1),AMC为甲醇水(80∶20)和 AML为甲
醇水冰醋酸(20∶80∶2);流速皆为1mL·min-1;进
样量皆为20μL;COR,YOH和 AMC的检测波长皆
为268nm;AML的检测波长为254nm。
2.3 摄取、转运和外流试验 选取细胞跨膜电阻>
500Ω·cm-2的Caco2细胞单层,分别在细胞两侧
加入受试化合物和HBSS溶液(AP侧500μL,BL侧
1500μL)。AP侧给药为摄取和转运试验;BL侧给
药为外流试验。药后于恒温摇床(37℃,50r·
min-1)上孵育。COR,YOH,AMC和 AML的给药量
皆为50μmol·L-1(DMSO终浓度为05%)。孵育
90min,分别收集 AP室或 BL室的溶液,单孔取点,
每点平行3孔。当AP侧给药时,给药端AP室取样
400μL,接受端BL室取样1300μL;当 BL侧给药
时,给药端 BL室取样 500μL,接受端 AP室取样
450μL。所取样品经冷冻干燥后分别加入不同体积
的甲醇:给药端加入400μL,接受端加入150μL,漩
涡混匀后超声溶解20min,在17000×g条件下离
心10min,取上清液,按2.2项所述方法进行测定。
2.4 Papp值计算和数据处理 COR,YOH,AMC和
AML在Caco2细胞单层模型中的 Papp值按下式计
算:
Papp(cm·s
-1)=dQ/dt×1/A×1/C0
  上式中,Q是积累转运量(cumulativeamountof
transport),代表化合物在接收端(receiver)出现的总
量,单位为μmol,dQ/dt是渗透速率,单位为μmol·
s-1;C0是化合物在给予端(donor)的初始浓度,单位
为μmol·cm-3;A是聚碳酯膜的表面积,单位为
cm2。每数据点为平行3孔的平均值,用 珋x±s表示。
3 结果
3.1 定量分析方法的建立 分别精密称取 COR
354mg,YOH354mg,AMC352mg和 AML326
mg,用二甲基亚砜(DMSO)溶解,并定容至1mL,即
得4个生物碱的10mmol·L-1浓度的储备液。精
密吸取储备液30μL加最后一次洗细胞的 HBSS稀
释至3mL,再从中依次吸取 1000,600,500,400,
300,200,100和50μL,分别用 HBSS稀释至1mL,
冷冻干燥,加入甲醇定容至1mL,各浓度点吸取20
μL进样分析,得到峰面积(Y)与摩尔浓度(X,mol·
L-1)的线性回归方程,COR Y=12515X+17057
(r=09995),线性范围为 100×10-5~100×
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10-4mol·L-1;YOH Y=00858X+00471(r=
09997),线性范围为100×10-5~100×10-4mol
·L-1;AMC Y=01252X-00838(r=09998),
线性范围为 250×10-6~600×10-5mol·L-1;
AML Y=00529X-0041(r=09977),线性范
围为200×10-5~100×10-4mol·L-1。4个生物
碱对照品(A1~A4)和 Caco2体系(B1~B4)中的
HPLC图见图2。
A1~A2分别是WR,YOH,AMC,AML对照品;
B1~B4分别是COR,YOH,AMC,AML经Caco2转运样品;
1COR;2YOH;3AMC;4AML
图2 COR,YOH,AMC和AML的HPLC图
3.2 回收率试验 AP侧给药,COR,YOH,AMC和
AML给药浓度皆为50μmol·L-1。药后90min,分
别取AP室和BL室液按2.3项方法处理,按2.2项
方法测定,计算 4个生物碱原形化合物的回收率
(AP和 BL侧的总和)皆大于 90%,证明它们在
Caco2细胞内基本无或仅有少量蓄积,对实验结果
分析没有影响。
3.3 摄取转运试验 AP或 BL侧给药,COR,
YOH,AMC和AML的给药浓度皆为50μmol·L-1。
温育90min后,分别取 AP或 BL室和 BL或 AP室
液,按2.3项方法处理,按2.2项方法测定,按2.4
项方法计算,4个生物碱从 AP侧到 BL侧和从 BL
侧到AP侧的Papp值见表1。
A1~A4:分别为对照品 COR,YOH,AMC和
AML;B1~B4:分别为Caco2细胞单层模型接收端
的 COR,YOH,AMC和 AML;COR,YOH,AMC和
AML的保留时间分别为 8549,5901,7316和
9482min。
PappB→A:化合物从BL侧到AP侧的外流实验表
观渗透系数;PappA→B:化合物从 AP侧到 BL侧的转
运实验表观渗透系数;所有数据用 珋x±s(n=3)表
示;P:化合物的油/水分配系数;D:在pH735环境
中化合物的表观分配系数。本试验中,在 Caco2细
胞单层模型呈良好转运的阳性对照药普萘洛尔的
PappB→A值为(223±010)×10
-5cm·s-1,呈难转
运的阳性对照药阿替洛尔的 PappB→A值为(245±
001)×10-7cm·s-1。
3.4 Papp与logD值的相关性考察 被动转运化合
物的吸收与化合物的极性相关,鉴于油/水分配系数
难以获得,以 COR,YOH,AMC和 AML在 Palas软
件预测的表观油/水分配系数logD(pH735)值代
表4个化合物的极性,考察了COR,YOH,AMC和
表1 COR,YOH,AMC和AML在Caco2细胞单层双向转运的Papp值(×10
-5cm·s-1)及其分析结果
化合物 保留时间/min PappA→B PappB→A PappB→A/PappA→B logP logD
COR 8549 1863±0055 2390±0017 128 240 -001
YOH 5901 1540±0082 1987±0154 129 240 -005
AMC 7316 2522±0246 1374±0260 054 194 099
AML 9482 1155±0099 2418±0124 209 177 -109
AML的Papp值与其logD值之间的关系,得到图3。
4 讨论
建立了 COR,YOH,AMC和 AML在 Caco2细
胞单层模型中的 HPLC检测方法,4个生物碱峰面
积与质量浓度线性关系良好。应用该方法测定了
AP侧给药转运90min时间点AP室和BL室液中上
述4个原形生物碱的总残存量,回收率(AP室和BL
室的总和)皆大于90%,说明它们在 Caco2细胞内
基本无或仅有少量蓄积,对实验结果不会产生影响。
在本试验条件下,在 Caco2细胞单层模型呈良
好转运的阳性对照药普萘洛尔的 Papp为(223±
010)×10-5cm·s-1,文献报道值为 275×10-5
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图3 COR,YOH,AMC和AML的转运表观渗透系数
(PappA→B,A;PappB→A,B)和logD的关系
数据点为(珋x±s,n=3)
cm·s-1[4];呈难转运的阳性对照药阿替洛尔的
Papp值为(245±001)×10
-7cm·s-1,文献报道值
为10×10-7cm·s-1[4]。从表1结果可见,COR,
YOH,AMC和 AML的双向转运 Papp值皆在10
-5数
量级,推断它们皆为良好转运的化合物。但是,化学
结构不同,转运效率亦不同。表1结果预测其口服
在体内的吸收性从大到小的顺序为:AMC>COR>
YOH>AML。
COR,YOH和AMC皆为吲哚类生物碱,AML为
二氢吲哚类生物碱。本研究考察了这4个生物碱的
Papp值与其logD值之间的关系。从图3A看出,随
着logD值的增加,4个生物碱从 AP侧到 BL侧的
Papp值呈上升趋势,且两者具有很好的线性相关,说
明这些化合物在由AP侧吸收透过Caco2细胞单层
到BL侧的转运过程中,其极性和油/水分配系数起
着主要的作用,logD值越大,油水分配系数越大,极
性越小,受试生物碱越容易透过 Caco2细胞单层到
BL侧。化合物的极性主要是由分子结构决定的,相
同母核结构取代基不同,会直接导致吸收的明显差
异。就上述4个结构相近的单萜吲哚类生物碱而
论,结构中没有羟基的AMC极性最小,吸收最好,而
六元环上有2个羟基的 AML极性最大,吸收最弱,
这说明羟基对化合物极性贡献很大,一个非极性基
团CH2CH3(AML)仍不足以抵消掉羟基的这种影
响。而极性处于中间的2个化合物YOH和COR是
一对同分异构体,只是 C16酯基构型的微小差异
(图1),但在Caco2细胞单层模型吸收转运中表现
出一定的差异。其原因可能是在 COR中,C16和
C17位取代基分别位于六元环平面的异侧,空间位
阻相对较小,极性相对较小,故吸收较强;而YOH中
的C16和C17位2个取代基皆位于六元环平面的
同侧,空间位阻较大,极性增强,吸收减弱。这个现
象提示了除分子的平面结构和取代基差异影响其吸
收转运外,化合物的立体结构和空间构型同样是影
响其体内吸收的重要因素。从 BL侧到 AP侧的转
运(图3B),YOH和COR符合上述规律。从表1数
据,AMC的PappA→B约是PappB→A的18倍,吸收大于
外流;AML的PappB→A约是 PappA→B的21倍,外流大
于吸收。它们的吸收转运可能存在更复杂的机制,
推测AMC可能还存在由载体参与介导的主动运输,
而 AML的转运则可能存在外排载体的参与。P糖
蛋白(Pglycoprotein,Pgp)是一种脂膜糖蛋白,是多
药耐药基因 mdr1(multidrugresistanceassociated
gene1)的产物,存在于 Caco2细胞中,其功能是外
排底物(或外排进入 BL侧的药物)。如果 AML为
其底物,Pgp将其排到AP侧(肠腔侧),使它的吸收
减少[8]。此是否为其从 BL侧到 AP侧的 Papp值大
于从AP侧到BL侧的Papp值的原因,还有待进一步
的实验进行探讨和验证。
药物在 Caco2细胞单层模型的转运过程主要
为:药物分子从Caco2细胞单层的AP侧跨过Caco
2细胞单层或经由细胞间隙到达 BL侧。吸收好的
药物通常脂溶性较大,易分布于肠上皮细胞膜,同时
由于刷状缘细胞面积巨大,脂溶性较大的药物本质
上是通过被动跨膜转运途径进入体循环的。亲水性
药物和多肽等不易分布至刷状缘,由旁路细胞转运
透过上皮,这类药物吸收缓慢且较差。但是,由于刷
状缘细胞面积远大于(≥100倍)细胞侧面连接间
的面积,足以补偿两种转运间的差别,故亲水性药物
跨膜转运与胞旁转运基本相当。已有研究证明紧密
连接是亲水性药物胞旁转运通路的限速因素[9],有
些药物由于与营养物质结构相似可经主动转运吸
收。已有研究亦证明药物在 Caco2细胞单层模型
主要有3条主动转运途径[1011],即二肽、寡肽和 P
gp等载体,其中绝大多数是半载体介导半被动转
运吸收。如果被动转运渗透系数小,可能存在载体
饱和现象,则使吸收分数下降。但对于 Pgp介导的
药物外排作用,如果其过程存在饱和现象,则可使吸
收分数增加。由于胞饮作用容量小,在实际分析中
则很少考虑。
本项研究探讨了 COR,YOH,AMC和 AML在
Caco2细胞单层模型的双向转运,从以上结果可以
预测,这些生物碱皆能进入体循环,发挥生物学活
性。
[参考文献]
[1]  杨秀伟,杨晓达,蒲小平,等.创新药物研究中的吸收、分布、
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Studiesonpredictofabsorptionofcorynanthine,yohimbine,ajmalicineand
ajmalineacrosshumanintestinalepithelialbyusinghuman
Caco2celsmonolayers
MALian,YANGXiuwei
(StateKeyLaboratoryofNaturalandBiomimeticDrugsandDepartmentofNaturalMedicines,Schoolof
PharmaceuticalSciences,PekingUniversity,Beijing100083,China)
[Abstract] Objective:Topredicttheabsorptionofcorynanthine(COR),yohimbine(YOH),ajmalicine(AMC)andajma
line(AML)aschemicalconstituentsofsometraditionalChinesemedicinesinhumanintestinalepithelial.Method:ByusingCaco2
(thehumancolonicadenocarcinomacellines)celmonolayersasahumanintestinalepithelialcelmodel,thepermeabilityofCOR,
YOH,AMCandAMLwerestudiedfromapicalside(APside)tobasolateralside(BLside)orfromBLsidetoAPside.Thefoural
kaloidsweremeasuredbyhighperformanceliquidchromatography(HPLC)coupledwithUVdetector.Transportparametersandap
parentpermeabilitycoeficients(Papp)werecalculatedandcomparedwiththoseofpropranolol(acontrolsubstanceofhighpermeabili
ty)andatenolol(acontrolsubstanceofpoorpermeability).TherelationshipbetweenPappandlogDvaluesoffouralkaloidswasinves
tigatedbyusingdrugsADMETpredictsoftware.Result:ThePappvaluesofCOR,YOH,AMCandAMLwere(1863±0055)×
10-5,(1540±0082)×10-5,(2522±0246)×10-5and(1155±0099)×10-5cm·s-1fromAPsidetoBLside,and
(2390±0017)×10-5,(1987±0154)×10-5,(1374±0260)×10-5and(2418±0124)×10-5cm·s-1fromBLsideto
APside,respectively,whichPappvalueswereidenticalwiththatofpropranolol[(223±010)×10
-5cm·s-1fromAPtoBLside].
TheratioofPappB→A/PappA→BofCOR,YOH,AMCandAMLwere128,129,054and209,respectively,whichsuggestedthat
theefluxtransportofAMLwas209timeshighermorethanitsinfluxtransport.Conclusion:COR,YOH,AMCandAMLcanbe
transportedandabsorbedacrossthehumanCaco2celsmonolayers,andtheybelongtocompletelyabsorbedcompounds.AMLmay
havebeeninvolvedinefluxmechanisminCaco2celsmonolayersmodelfromtheBLtoAPsidedirection.Theoilwaterpartitionco
eficientplaykeyrolesinthetransportandabsorptionofthefouralkaloids.
[Keywords] Caco2celmonolayer;corynanthine;yohimbine;ajmalicine;ajmaline;intestinalabsorption;apparentpermea
bilitycoeficients
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