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Speciation of inorganic elements in Chinese medicine and some factors influenced their biopharmceutical characteristics

中药中砷、汞等无机元素的体内存在形态及影响其生物药剂学特征的若干因素



全 文 :·综述·
中药中砷、汞等无机元素的体内存在形态及
影响其生物药剂学特征的若干因素
支兴蕾,郭立玮
(南京中医药大学,江苏 南京 210029)
[摘要] 从生物药剂学的角度探讨了中药中砷、汞等无机元素的体内存在形态、体内过程及其生物效应的相
关性,归纳了物理化学因素、剂型因素、机体的生物因素、相互作用等若干因素对这类药物生物药剂学特征的影响。
这对中药用药的安全性、合理性以及中医药现代化与国际化都具有重要的意义。
[关键词] 中药;无机元素;生物药剂学;砷;汞
[中图分类号]R284.1 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)16193304
[收稿日期] 20071213
[基金项目] 教育部博士学科点专项科研基金(20060315007)
[通讯作者] 郭立玮,Tel:13952091198,Fax:(025)86798188,E
mail:guoliwei815@yahoo.com.cn
  含无机元素尤其是含重金属的中药及其制剂在我国应
用有悠久的历史,历版《中国药典》都收载有含重金属的中
药及中药制剂。然而不论是在东方还是西方,含砷、汞、铅等
元素的药物制剂在临床上的药用价值及毒性作用一直为医
家所争论,致使世界许多国家限制甚至禁止进口和应用这些
药物。为保证用药的安全性、合理性和有效性,近年来国内
外研究者采用多种现代技术对对中药中无机元素的开展了
深入的研究。作者在前文[1]中讨论了中药中无机元素的
“原生态”存在形态及制剂学因素对存在形态的影响,作者
将从生物药剂学的角度探讨中药中无机元素的体内存在形
态、体内过程及其生物效应的相关性。
1 无机元素体内存在形态与生物效应的关系
以有毒金属化合物为代表的含无机元素的中药是把双
刃剑,在杀伤癌细胞、细菌和病毒,或干扰其生命过程时,不
可避免地对正常细胞、对人体也表现相应的毒性。研究表
明,无机元素的生物活性和毒性均依赖于其化学形态。
1.1 无机元素体内存在形态
矿物中无机元素或其分散体系进入人体后并不一定还
保持其原有的形态,它可能在体内进行生物转化;也可能在
消化道中溶解生成金属离子或小分子配合物,再与蛋白质
形成难溶物。
如砷在体内可在酶催化下进行氧化还原、生物甲基化、
生物合成等过程产生多种砷的型体[23],已经证实的砷在生
物体内的存在形态主要包括四类:无机砷、有机砷小分子、砷
的有机化合物、含砷生物大分子[35]。
朱砂中含有的可溶性的Hg2+离子可与处方中的中药成
分如氨基酸、生物碱等生成配位络合物;在人体内,主要与含
巯基的蛋白质、氨基酸等络合形成配位络合物[6]。
在体内不同组织层次,无机元素又有各自的存在形态。
DeKimpe等[7]利用74As标记的砷酸盐对血浆和群体细胞与
As5+的相互作用研究结果表明,在血浆中是结合在铁传递蛋
白上的;而在群体细胞的溶胞产物中,74As是结合在血红蛋
白上的。由磷酸盐缓冲液对As结合态的抑制作用表明与铁
传递蛋白的结合是As5+而不是As3+。
1.2 无机元素体内形态价态与药效/毒性的关系
游离型与结合型无机元素的生物效应有着明显的差异。
如游离型无机砷(iAs)毒性大,其中 As3+毒性最大,As5+毒
性降低为As3+的17%;甲基化砷毒性较小,而结合型有机
砷小分子如砷甜菜碱(arsenobetaine,AsB)和砷的有机化合
物如砷胆碱(arsenocholine,AsC)常被认为是无毒的。近年
来亦有报道,有机砷小分子二甲基砷酸(dimethylarsenicacid,
DMA)可致染色体改变,DNA损伤以及基因改变,具有遗传
毒性和致癌性[8]。
朱建华等[9]的研究表明,在肝脏胞浆、线粒体、微粒体等
亚细胞组分中,砷主要与相对分子质量为3万 ~6万的蛋白
质结合(PrAs),以及与相对分子质量为6万左右小分子物
质结合(LMAs)。而LMAs与肝损害可能密切相关。
除大分子络合物如蛋白质汞外,比较稳定的小分子络
合物为有显著的药理作用的半胱氨酸汞、谷胱甘肽汞等。上
述络合物可能是朱砂在人体内的主要有效成分,而且其毒性
远远小于处方中的HgCl2
[6]。
而某些无机元素则以体内代谢产物的形态表现活性,如
中药复方中使用金属“金”,曾因其在水溶液中的不溶对其
药理意义提出怀疑。可是,最近发现金化合物代谢产物
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[Au(CN)2]
-有抗病毒作用,金化合物可以抑制 NADPH氧
化酶,从而阻断自由基链传递,有助于终止炎症反应[10]。
上述研究提示,无机元素的药效/毒性及其作用机制与
其体内形态(价态及游离、结合状态等)密切相关,以总砷、
总汞等无机元素的量作为毒性控制指标似不科学,也影响了
含砷、汞等矿物类中药的推广应用。因此亟待研究此类药物
在体内外形态的变化规律,在分子水平揭示其作用特点及安
全性,创新性地建立其科学评价标准。
2 影响其生物药剂学特征的若干因素
2.1 物理化学因素
2.1.1 溶解性能 药物的吸收通常是从溶液中开始的,一
般认为药物的溶解度小于01~1g·L-1时,吸收容易受到
溶出速度限制。朱砂中的主要成分硫化汞(HgS),系典型的
共价键化合物,溶解度很小(溶度积 Ksp=10
-52),由于不溶
于水,难于被人体吸收发挥药效。可溶性成分如氯化汞、醋
酸汞等能与处方或生物体内的生物配体结合而发挥药效。
单质砷不溶于水,因此基本上是无毒的[3]。四硫化四砷
(As4S4)为雄黄的主要成分,也不溶于水,基本不被人体吸
收,也难于发挥药效。其可溶性部分能与蛋白质或生物小
分子上的巯基结合而发挥药效。研究者发现给大鼠灌胃
As2S2纯品,体内总砷含量未见明显升高,由此推断 As2S2在
体内基本未被吸收。汞、砷络合物具有强烈的生理活性且毒
性一般小于游离汞、砷。如果除去朱砂、雄黄中的 HgS,
As4S4,研究其中的可溶性汞、砷特别是其络合物的性质和药
理作用,有可能大大降低处方中的汞、砷含量并保持或提高
其药效[7]。
除了溶解性能,中药制剂中无机元素的生物活性还与其
浓度环境有关。据报道,有毒金属具有 hormesis效应:在极
低浓度下表现的是正效应生物活性,只有剂量超过一定限
度时才表现负效应毒性。中药复方中的矿物药的使用方法
很可能把金属离子 (或非金属离子)的浓度控制在极低水
平,从而巧妙地解决了活性与毒性的矛盾[10]。
2.1.2 粒径及类纳米粒子对生物药剂学行为的影响 难溶
性药物粒径的大小是影响溶出和吸收的重要因素。王哓波
等[11]发现纳米级雄黄粉体 (200nm颗粒尺寸的粉末85%
以上)与传统雄黄比较,药动学行为发生显著变化,吸收相
增大,消除相减少,在达峰时间、峰浓度、吸收、半衰期、生物
利用度等方面具有明显优势。
某些难溶矿物或单质金属在配体及增溶剂作用下,生
成微粒(或许是纳米级的),因而可能产生新的完全不同于
其本体的性质与功能。例如,纳米金微粒可以为电子受体
而增强葡萄糖氧化酶的活性;再如海螵鞘(主要成分为碳酸
钙)和蒙脱土(主要成分为硅酸铝)具有杀菌、清除毒素、中
和胃酸的药效。这主要是因为它们都具有多孔纳米结构,从
而可以通过吸附、吸着、离子交换、催化等物理化学或生物学
作用,降解毒素,破坏细菌。
对此,王夔[10]认为不能因为矿物或金属是化学惰性的
以及不能吸收,就认为它们不可能有生物活性,应借鉴材料
科学关于纳米颗粒具有尺寸效应量子效应的理论与技术,
去研究生物学表现中的尺寸效应;并应关注金属离子及其配
合物的跨膜运送问题,研究难溶颗粒的摄入,在体内的运载
过程和胞内蓄积方式和蓄积量与配体和浓度的关系。
2.2 剂型因素
2.2.1 给药途径与元素形态 给药途径与元素形态对中药
制剂中无机元素的体内过程及其疗效有一定影响。如砷剂
经呼吸道、消化道或皮肤都可以吸收进入人体,80%蓄积分
布在人体各组织[12]。家兔经阴道连续7d给予含雄黄的中
药制剂后仅在肝和脾中检测到少量的砷[13]。
Cui等[14]研究了 SD大鼠口服和静注无机砷和有机砷
后在胆汁和尿中的砷排泄形态,口服iAsIII或iAsV,胆汁中以
甲基胂酸二谷胱甘肽结合物(methylarsenicdiglutathione,
MADG)和/或 DMAV为主;静注 iAsIII或 iAsV,胆汁中以
MADG和砷三谷胱甘肽结合物 (arsenictriglutathione,
ATG)为主;静注 iAsIII,从尿中排出 DMAV(43%)、iAsIII
(47%)和iAsV(10%);静注iAsV,从尿中排出DMAV(3%)、
iAsV(87%)和iAsIII(10%)。口服iAsIII大鼠肝脏中的砷浓度
显著高于口服iAsV大鼠。口服iAsIII大鼠胆汁中的GSH水平
明显高于静注 iAsIII或 iAsV的大鼠,砷同时还诱导肝脏中的
多药耐药性相关蛋白(multidrugresistanceassociatedprotein
2,MRP2)。结果表明砷在胆汁和尿中的排泄形式受给药途
径、剂量和化学形态的影响,其中GSH起重要作用。
2.2.2 制剂工艺技术 适当的制剂工艺技术可提高中药制
剂中无机元素的生物利用度,有利于药物活性的发挥。笔者
等[1516]采用传统水飞(法1)、高速气流粉碎(法2)和微射流
技术(法3)分别制备出3种不同粒径的雄黄颗粒,其药代动
力学参数具有明显的差异:样品的Cmax,法1为49038μg·
L-1,而法3为82613μg·L-1,几乎增加了1倍;样品的曲
线下面积,法2是法1的2倍左右,法3是法1的3~4倍;法
1样品中砷的消除速率是吸收速率的127%,法2和法3均
为173%;而法1样品中砷的消除半衰期是吸收半衰期的
785倍,法2和法3样品中砷的消除半衰期分别是吸收半衰
期的577和583倍。与此同时,还发现随着雄黄粒度的降
低,含药血清对SMMC7721肝癌细胞的抑制程度也加强。
2.3 机体的生物因素
2.3.1 生理因素 甲基化作用是生物体内经常进行的生化
反应之一。从这一意义出发,作为受体物质的富含金属元素
的矿物药,进入人体生成甲基化物是不可避免的。如硫化汞
在厌氧有硫的条件下pH为7,温度37℃ 的暗环境中与带有
甲基的物质相遇均能生成甲基汞。人体肠道正具备这一条
件,人体肠道内富含甲烷(CH4),CH4释放1个 H
+,就成为
甲基(CH3)。因此硫化汞可以不依靠外来含甲基物质在肠
道中被转化成甲基汞。
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近年来的研究[17]已阐明无机砷在体内经过氧化甲基化
过程(主要在肝脏中进行)和还原过程(主要在血液中进
行),产生多种甲基化砷的代谢产物。一般认为砷在体内的
简要代谢过程为:iAsIII→iAsV→MMAV→MMAIII→DMAIII→
DMAV→尿排出。尽管金属离子的代谢相当复杂,但是比起
有机化合物的代谢来,颇有规律可循。第一,金属离子不会
改变;第二,金属离子的代谢仅仅涉及价态的变化和配体的
变化;第三,配体绝大多数是体内所能产生的,或者是外源物
质的代谢产物。因而专家认为,可用动力学计算机模拟方法
对无机物代谢物进行预测。
2.3.2 病理因素 病理状态对无机元素的体内形态也有影
响。有关51例慢性肾衰竭病人血液中小分子的砷形态研究
表明[18]:18例血液透 (HD)病人、14例连续流动腹膜透析
(CAPD)病人、19例尿毒症非透析(ND)病人和健康人血清
中总砷的量分别为(512±558),(467±541),(647±
428),(096±152)μg·L-1;DMA的量分别占其各自血
清中总砷量的298%,152%,160%。
对67例急性As2O3中毒患者的尿砷化合物进行考察,
发现尿砷化合物排泄以 iAs为主(86%),而 MMA(9%)和
DMA(3%)较少,2~3个月后患者的尿砷化合物浓度恢复正
常。物的排泄,且排泄形式以iAs和MMA为主。
2.4 相互作用
矿物药中一般都共存着多种无机元素,如经测定朱砂在
人工胃液中的浸出物,发现除汞外,还含有钾,钠,钙,镁,
铁,钡,镍,锌,锰,铜等20多种元素。显而易见,它们的体内
过程充满着元素与元素,元素与其他共用药物、药物代谢产
物、内源性物质等之间相互作用,从而对其作用性质、强度、
持续时间及不良反应产生影响。
2.4.1 元素与元素之间的相互影响 有关大鼠较长时间口
服雄黄后体内铜、锌和硒含量变化的研究表明[19],中低剂量
的雄黄对大鼠体内组织中铜、锌和硒水平的影响甚微,高剂
量的雄黄后大鼠心脏中锌含量下降,脾脏和骨骼中铜含量升
高,肾铜水平较对照增加约2倍。大鼠肝肾组织中金属硫蛋
白的含量几乎不受口服雄黄的影响。肾铜蓄积是大鼠服用
高剂量雄黄后体内微量元素变化最为显著的特征,而肾铜的
蓄积有可能是造成雄黄肾脏毒性的机制之一。
研究表明,尿砷化合物的排泄不但有个体差异,还受其
它药物或微量元素的影响。给予砷的鳌合剂 DMPS(sodium
2,3dimercapto1propanesulfonate)可促进暴露砷的人群或
砷中毒患者的尿砷化合。另外,体内血清硒(Se)水平也与
尿砷的排泄有关。血清硒高者的尿砷(主要是 MMA和
DMA)排泄量明显高于血清硒浓度低者[20]。
2.4.2 无机元素与复方中其他药物的相互影响 中药复方
中共存药物的相互作用可使无机元素的体内过程发生变化。
据认为,砷溶解度的改变可能是造成单味雄黄和复方中的雄
黄的药动学行为有差异的原因之一[2122]。将安宫牛黄散及
复方中的单味药与雄黄混合用人工胃液处理后,测得的可溶
性砷含量均比单味雄黄在人工胃液中的溶出量低,黄芩、黄
连、珍珠、栀子、郁金、牛黄和安宫牛黄散使溶出的可溶性砷
含量依次减少 551%,493%,294%,252%,250%,
114%和353%(P<001),表明安宫牛黄散中的几种单味
药均有抑制雄黄中可溶性砷溶出的作用[23]。有学者认为可
能是雄黄中的可溶性砷与复方中的其它成分形成配合物。
王秀萍等[24]在六神丸组方中检出拮抗砷的半胱氨酸,并用
化学模型法合成了砷半胱氨酸配合物 (其LD50为650mg·
kg-1,远高于As2O3的LD50150mg·kg
-1),表明配合物减低
了无机砷的毒性。从而提示中药复方中使用“砷”等这些有
毒矿物药的合理性。而含高价金属离子 Fe2+,Al3+,Ca2+,
Mg2+等的中药如自然铜、明矾、石膏、龙骨、牡蛎、石决明、瓦
楞子以及明目地黄丸、牛黄解毒丸、珍珠丸等不宜与四环素、
大环内酯类抗生素同服,因多价金属能与四环素类等药物分
子内的酰氨基和酚羟基结合,生成难以吸收的络合物,造成
生物利用度降低而影响疗效[25]。
3 结语
生物药剂学指出,药物制剂的疗效不仅与药物的化学结
构和剂量有关,同时药物的剂型因素和机体的生物因素也起
着重要的作用。这一原理为更科学、客观评估矿物药的活性
与毒性,特别是为提高重金属类矿物药的安全性与有效性提
供了新的视野。而以无机元素为主要成分的矿物药是祖国
医学宝库的重要组成部分,从生物药剂学的角度研究此类药
物体内外形态的变化规律,在分子水平揭示其作用特点及安
全性,对于创制具有中国特色的医药体系,对于中医药现代
化与国际化具有重要意义。
[参考文献]
[1]  支兴蕾,郭立玮.中医药中的无机元素及其存在形态[J].化
工时刊,2006,20(10):56.
[2]  MannS,DrozP,VahterM.APhysidogicalybnsedpharmacoki
neticmodelforArsenicexposureⅡ.Validationandapplication
inhumans[J]ToxicolApplPharmacol,1996,140:471.
[3]  王 夔.生命科学中的微量元素[M].2版.北京:中国计量出
版社,1996:815.
[4]  杜贵友.有毒中药现代研究与合理应用[M].北京:人民卫生
出版社,2003:361.
[5]  欧阳津,时 彦,张新荣.液相色谱分离氢化物原子吸收测定
血清中不同形态的有机砷化合物[J].分析化学,1999,27
(10):1151.
[6]  梁国刚,张启伟.朱砂、雄黄中各成分的溶解度对其药效、毒
副作用的影响[J].中国中药杂志,2002,27(5):391.
[7]  DeKimpeJ,CornelisR,MeesL,etal.Basalmetabolismofin
traperitonealyinjectedcarierfree74Aslabeledarsenateinrab
bitsFundApplToxicol,1996,34:240.
[8]  安 艳,高增林.砷甲基化代谢产物的作用机制[J].职业卫
生与病伤,2000,15(3):176.
[9]  朱建华,王翔朴.砷中毒性肝脏内砷结合物的实验研究[J].
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    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 16
August,2008
湖南医学,1997,14(2):90.
[10] 王 夔.含矿物的中药复方的化学基础研究[J].化学进展,
1999,11(2):204.
[11] 王晓波,袭荣刚,张治然,等.纳米级雄黄粉体药代动力学研
究[J].解放军药学学报,2002,18(6):324.
[12] 元永禄.从砷制剂的毒性谈关于含砷中药制剂的应用[J].中
成药研究,1988(1):41.
[13] 房圣民,佟如新,尤献民.含矿物药雄黄复方制剂中AS2O3的
体内吸收与分布[J].中成药,1989,11(11):8.
[14] CuiX,KobayashiY,HayakawaT,etal.Arsenicspeciationin
bileandurinefolowingoralandintravenousexposuretoinorganic
andorganicarsenicsinrats[J].ToxicolSci,2004,82(2):478.
[15] 詹秀琴,郭立玮,付廷明,等.超细微雄黄颗粒的制备及表征
研究[J].南京中医药大学学报,2006,22(7):397.
[16] 詹秀琴,赵凤鸣,郭立玮.超细微粒径雄黄的药代动力学研究
及抑瘤作用比较[J].实用中医药杂志,2006,22(7):397.
[17] GoeringPL,AposhianHV,MassMJ,etal.Theenigmaofar
seniccarcinogenesis:rolemetabolism[J].ToxicolSci,1999,49
(1):5.
[18] 袁倬斌,韩树波,朱 敏.含砷矿物药在体内形态的研究方法
[J].药学学报,1999,34(6):475.
[19] 程增江,赵 霖,田 鹤,等.口服雄黄对大鼠脏器中铜、锌、
硒含量的影响[J].中国中药杂志,2001,26(3):194.
[20] YamauchiH,KinoshitaJ,NagaiN,etal.Studyonmetabolism
ofarsenicinthepatientswithacutearsenicpoisoningbyintakeof
arsenictrioxideinWakayamaCity.Japan:SanDiego[C]CA,
2000:24.
[21] 赵中杰,江佩芬,胡玉清.ICP发射光谱法测定雄黄人工胃液
浸出液25种微量元素[J].药物分析杂志,1989,9(1):34.
[22] 洪江星,陈天文.ICPMS方法初步分析六神丸中砷元素的形
态[J].福州大学学报:自然科学版,2002,30(6):867.
[23] 汤毅珊,王宁生.中药复方中配伍药物对雄黄可溶性砷含量
的影响[J].中华现代中西医杂志,2005,3(9):769.
[24] 王秀萍,曹志权,路雪雅,等.六神丸中重金属的存在状态及
其与有机成分相互作用的研究[J].微量元素与健康研究,
2003,20(4):27.
[25] 张兆旺,中药药剂学[M].北京:中国中医药出版社,2003:
558.
SpeciationofinorganicelementsinChinesemedicineand
somefactorsinfluencedtheirbiopharmceuticalcharacteristics
ZHIXinglei,GUOLiwei
(NanjingUniversityofChineseMedicine,Jiangsu210029,China)
[Abstract] Thepaperreviewsthespeciation,processinvivoandbiologicalefectsofinorganicelementsinChinesemedicine
(CM)intheaspectofbiopharmaceutics.Wealsosummarizesomefactorsinfluencedthebiopharmceuticalcharacteristicsofdrugs,in
cludingphysicalandchemicalproperties,formulationdevelopment,body'sbiologicalstatesanddiferentactions.Itissignificantto
safety,rationalityofusingofCMandmodernization,internationalizationofCM.
[Keywords] Chinesemedicine;inorganicelements;biopharmceutics;As;Hg [责任编辑 鲍 雷]
[收稿日期] 20080410
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30472098);镇江市产学研科技合作项目(zjczcxy200702)
[通讯作者] 徐希明,Tel:(0511)85038135,Email:xuxm@163com
纳米药物载体在中药制剂研发中的应用
易承学,余江南,徐希明
(江苏大学 药学院,江苏 镇江 212013)
[摘要] 纳米药物载体通常由天然或合成高分子材料制成,大小在10~1000nm,因其具有靶向性、缓释性、
载体材料可生物相容和降解等显著优点,已在药物制剂研发中得到广泛应用。近年来,中药纳米制剂发展迅速,作
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