现代中药研究的边缘学科领域—中药药代动力学的研究进展

作者：张俊清， 陈峰， 任守忠，符乃光，刘霞，刘明生

【关键词】 中药药代动力学； 现代中药； 边缘学科

中医药是我们中华民族的传统瑰宝，许多西医药无法医治的顽症可用中医药攻克。然而，多数情况下无论是单方还是复方，由于中药化学成分的复杂性，我们始终无法像西药那样阐明其在体内发挥疗效的药效物质基础和作用机理。这严重制约了中药走向国际医药市场的步伐，并成为实现中药现代化的主要瓶颈。

中药药代动力学（pharmacokinetics of TCM）可在一定程度上解决以上问题，它是借助于动力学原理，研究中药活性成分在体内吸收、分布、代谢和排泄的动态变化规律，并用数学函数加以定量描述的一门边缘学科［1］。目前是国内外研究的热点，比如2006年国家自然科学基金将该研究项目作为重点资助专项。

中药药代动力学的研究目的：阐明中药在体内发挥疗效的药效物质基础和作用机理；同时，为临床应用选择合适的剂型和制定合理剂量提供科学依据；此外，为发现新药提供一条新的途径。

1 中药药代动力学的研究目的与内容

我国学者自20世纪60年代开始对中药进行药代动力学的研究，该项研究始于对中药单方—大黄体内过程的探讨，其研究领域伴随着三个阶段的发展，并逐渐掀起热潮，第一阶段主要进行活性成分的体内过程，并未应用现代药代动力学理论，对实验数据作动力学分析；第二阶段中药的药代动力学得到迅速发展，药代动力学模型理论普遍应用；第三阶段许多新理论的出现活跃了中药药代动力学的研究［1］。 据文献报道，我国学者首先以中药有效成分为指标成分对中药进行了血药浓度曲线的研究，描绘了不同剂型中药制剂的血药浓度曲线，计算了药物的生物利用度，为临床应用中药制剂制定合理剂型和剂量奠定了科学基础。史向国等［2］绘制了以水飞蓟宾为指标成分的西里马林等3种制剂血药浓度曲线，该3种制剂药动学参数结果比较表明，受试制剂西里马林其生物利用度（时间-浓度曲线下面积AUC0→6）高于利加隆等其它两种参比制剂，该研究对三种剂型受试制剂从体内动态过程进行科学评价；同时，研究得出西里马林的其它达峰时间Tmax与达峰浓度Cmax；且为临床应用该三种中药制剂制定合理的剂量，并针对疾病缓急选择合理剂型提供科学依据。居文政等［3］对复方薤白滴丸和复方薤白胶囊的药代动力学进行了比较研究，以小檗碱为指标，采用HPLC法获得以上两种剂型其主要药动学参数时间-浓度曲线下面积（AUC0→6）滴丸为428.0 μg·h-1·ml-1，而胶囊仅仅为398.5μg·h-1·ml-1；达峰时间（Tmax）滴丸为7.8h，而胶囊则是13.8 h；达峰浓度（Cmax）滴丸为154.3 μg·ml-1，而胶囊是89.8 μg·ml-1。对复方薤白滴丸和复方薤白胶囊药代动力学的研究结果表明：滴丸指标成分小檗碱的生物利用度优于胶囊，且在生物体内吸收入血后起效快，从而从药物发挥作用体内动态过程进行了对两种剂型的优劣合理评价，这对于合理选择剂型奠定了科学基础。徐凯建等［4］对双黄连注射剂与气雾剂人体生物利用度的研究发现：两种药物剂型虽然不同，但给药后血药浓度曲线基本一致，药时曲线下面积（AUC0→6），达峰时间（Tmax）及达峰浓度（Cmax）都无显著性差异。研究结果表明，双黄连气雾剂是该治疗药物的新剂型，具有与原剂型注射剂疗效等同的作用，因此，可作为一新品种与原有注射剂同时使用，增加新的给药途径，方便患者使用。 以上研究均围绕着药物在体内吸收、生物利用度高低进行研究。

大量研究发现，药物口服后，在胃酸性环境、肠道菌群及肝代谢酶作用下，可能在生物体内发生生物转化，原有化学成分发生变化形成新的物质，因此，药物在体内真正起药效作用的不一定仅仅是组方中原有的化学成分，既可能是原化学成分也可以是该成分在体内发生生物转化后形成的代谢产物。因此，近年来中药药代动力学的研究又扩展了新的领域，从着重药物的吸收转向侧重于研究药物在生物体内的代谢物，力图在代谢物中寻找药物在生物体内发挥以疗效的有效成分-体内药效物质基础。国内外学者为此展开了探索性研究，如小谷功等研究了人参皂苷在胃、大肠中受胃肠环境影响的分解情况，发现人参皂苷在胃酸性环境与在大肠碱性环境中的代谢产物不同，证明了胃肠道酸碱环境对药物的溶出、分解及代谢有一定影响［5］。TsutomuI等［6］研究发现，甘草中化学成分甘草酸铵在小肠部位不易被吸收，大部分在小肠停留时被肠道菌群的水解酶水解成甘草次酸等脂溶性较大的代谢产物后才易被吸收，同样提示中药口服后有效成分的吸收、代谢与肠道菌群所产生的酶密切相关。车庆明等［7］在研究含黄芩苷中药复方制剂的药代动力学时，首先对该复方制剂中有效成分的代谢情况进行分析，结果表明：黄芩苷在体内经肠内微生物水解成其苷元—黄芩素而发挥药效，从而找到了该复方制剂在体内赖以疗效的药效物质基础。以上研究均证实了中药有效成分在生物体内受体内环境的影响，在体内发挥疗效的作用形式可能与原有存在形式不同，同时说明了研究中药有效成分体内代谢情况，确定中药（复方）体内疗效发挥有效成分作用形式的必要性。只有建立该工作基础，才有可能探讨中药（复方）的体内吸收、分布情况，才能从根本上描述中药（复方）的体内动态过程及作用机制。该项研究工作是中药药代动力学研究的前提和基础。

随着药物新剂型研究的不断发展，近年来，有关中药药代动力学研究的发展在中药靶向制剂的研发方面扮演着越来越重要的角色。众所周知，药物口服后除吸收入血外，有相当一部分药物吸收进入各组织中。因此，研究给药后各组织中药物浓度的分布情况，这有助于我们了解药物有效成分在体内作用的靶向部位。汉防己甲素为从防己科植物粉防己干燥块根中提取的双苄基异喹啉生物碱，研究表明，汉防己甲素可选择性降低肺动脉高压［8］，但是长期使用对肝组织细胞毒性较大［9］，李凤前等［10］对汉防己甲素用喷雾干燥-热变性微囊化，并对该靶向制剂微囊与原水针剂进行体内分布情况的比较研究结果表明：微囊组药物在肺中的浓度明显高于心、肝及肾等其它组织；同时，微囊组药物在肺中浓度高于水针剂组，且停留时间延长，研究结果证实了汉防己甲素微囊化后的肺靶向性。

由于靶向制剂相对普通制剂药效作用部位更加明确，对体内其它部位毒副作用显著减小，因此，有关药物靶向性研究更多地应用于抗肿瘤药物靶向制剂研究中。如冬凌草有效成分冬凌草甲素经药理和临床证实对肝癌、食管癌具抗癌疗效［11］，制成固态类脂纳米粒后可增强其肝脾靶向性、缓控释、降低毒性，提高了治疗指数和临床疗效［12，13］。张典瑞等对冬凌草甲素普通注射液和固态类脂纳米粒体内分布情况进行了比较研究，结果表明冬凌草甲素固态类脂纳米粒在肝、脾、肺、心及肾中的相对摄取率分别为4.25%，3.44%，1.19%，0.52%和0.60%［14］，以上数据证实了该制剂可增强肝脾靶向性，提高药物的生物利用度，并一定程度延长药物在体内作用时间。再如羟基喜树碱为从中国特有植物喜树中分离出的一种吲哚类生物碱，为广谱抗肿瘤药物，临床常用作治疗肺癌［15］。陈军等［16］探讨了羟基喜树碱雾化吸入靶向性治疗肺癌的可行性，对羟基喜树碱体内分布情况进行了研究，研究结果表明：原有静脉给药方式下，羟基喜树碱在肺部的浓度分布较低，而主要分布在肾和小肠；而采用雾化吸入的方式给药，药物在肺中分布浓度有较大幅度的提高，且停留时间延长，但在胃肠道的浓度显著降低，该研究为羟基喜树碱雾化吸入靶向性治疗肺癌提供了科学依据。

2 中药药代动力学研究的意义

2.1 发现新药以上有关中药制剂代谢产物的研究，其研究结果可确定中药制剂在体内赖以疗效的有效成分，该中药制剂在体内靠该有效成分发挥疗效，因此，可针对其中的有效成分再次进行新药的研发，如车庆明在给大鼠灌服双黄连制剂血浆中鉴定出黄芩苷代谢物黄芩素，而黄芩素为该中药赖以发挥疗效的有效成分［17］。车对黄芩素进行药学研究、药效学研究、一般药理研究、急毒与长毒研究，最后用双黄连口服液的有效成分黄芩素开发出了一类新药，这对我们来说不能说不是一个新的启示。

2.2 开发新型靶向制剂—提高抗肿瘤药物的疗效与传统剂型比较，靶向制剂可靶向特定组织和器官，使靶向部位的药物浓度集中，并延长药物在靶向部位的作用时间，避免药物全身分布可能导致的疗效降低及对其它组织的毒副作用。同时，药物有效成分在体内分布情况的研究，有助于我们探索新型靶向制剂尤其是抗肿瘤药物的研究开发如：已开发出的治疗肝脾肿瘤的冬凌草甲素固态类脂纳米粒制剂与治疗肺癌的汉防己甲素微囊等新型靶向制剂，这些新型靶向制剂必定给肿瘤患者带来福音；此外，该领域的研究将有助于我们探索新的给药途径下药物的靶向性，如羟基喜树碱雾化吸入靶向性治疗肺癌，同样为抗肿瘤药物的目的性开发开辟了一条新途径。

2.3 为临床应用制定合理剂量和适合的剂型提供科学依据研究药物不同剂型制剂在体内血药浓度曲线，求出各种剂型制剂药物的药动学参数，如药物浓度-时间曲线下面积（AUC）、达峰时间（Tmax）与药物达峰浓度（Cmax）等；对不同剂型制剂AUC（吸收值）进行比较分析，可得出不同剂型制剂在体内吸收值高低的比较结果；同时，不同剂型制剂的Tmax与Cmax的实验结果，对临床应用该制剂制定合理剂量及针对疾病缓急选择合理剂型提供参考依据。因此，该项研究可为临床合理应用中药制剂奠定科学基础，如魏红等［18］研究了苦参碱乳膏剂与注射剂的药代动力学：发现静脉注射剂虽然达峰时间短，在最初30 min内血药浓度较高，但很快就衰减；而乳膏剂虽达峰时间较长，但一经达峰，便可维持较长、较平稳的血药浓度，在3～7 h内血药浓度保持在21 μg·ml-1左右。由于乳膏剂可提供比注射剂更稳定的血药浓度，且绝对生物利用度高达80.82％。研究结果为苦参碱经皮吸收制剂的临床应用提供了科学依据。

3 中药药代动力学研究的难点

3.1 中药复方体外有效成分明确是前提西药成分简单，有效成分明确。而中药尤其是复方化学成分复杂，有效成分尚不明确，因此，应首先对中药复方进行体外药效物质基础的研究，否则无法进行其药代动力学的研究和探索。

3.2 生物标本可变因素多通常生物标本采用血浆（血清），药物口服后12 h内连续取样多份，样品采集难度大；同时，生物样品化学成分复杂，处理环节多，样品重复性难以保证；此外，内源性物质等干扰作用使生物样品稳定性较差，样品中药物浓度检测的分析方法建立难度大。

3.3 所需仪器价格昂贵生物样品中药物含量极低（近纳克级），普通配置紫外检测器的HPLC一般无法检出，需要电化学检测器（DAD）的配合才能有效检出；同时，需要LC-MS或者LC-NMR等检测技术的支撑进行化学结构的鉴定。而这些仪器设备大概要数百万元人民币。

3.4 要求多学科的合作有关中药药代动力学的研究需要天然药化、药物药理、药物分析、中药学及制剂学多学科专业人员密切配合，才能完成，因此是一门边缘性的学科领域。

4 中药药代动力学的研究方法

4.1 对口服给药后，大鼠血浆中化学成分进行定性分析大鼠给药后，2 h内处死，取血，离心分取血浆，经固体萃取C18小柱处理后，浓缩注入HPLC-DAD，进行定性分析，同时采用LC-MS，LC-NMR等分析方法，对血浆中经分离后的化学成分进行结构鉴定。

4.2 制备药物代谢产物采用生物技术或化学合成的方法制备以上经结构鉴定的主要化学成分，将所制备药物代谢产物与原化学成分进行物理、化学性质的比较，以确保以上代谢产物的化学结构鉴定准确无误。

4.3 进行药效学比较实验结合文献报道，对主要化学成分进行药效学比较实验，寻找有效成分群体，针对原方的临床用药效作用进行设计，通过主要化学成分与原复方药效的比较研究，确定有效成分群体，从而确定该复方在体内赖以发挥疗效的药效物质基础。

4.4 绘制血药浓度曲线或组织分布曲线 取大鼠，口服（禁食12h）某中药制剂，在给药前、给药后各时间点抽取血样，同时，取数只大鼠，在给药前、给药后各时间点处死，取胃、肠、肾、心、肺及肝等组织；血样及组织样品处理后注入色谱仪进行检测，绘制有效成分群体中典型成分血药浓度曲线及在胃、肠、肾及肝等组织的分布曲线；经NONMEM软件数据处理，确定各血浆及组织中有效成分的动力学模型，给出相应药动学参数（药物浓度-时间曲线下面积AUC、药物达峰浓度Cmax及达峰时间Tmax）；比较各组织中有效成分浓度的高低，从而确定各有效成分体内发挥疗效的靶向部位［19，20］。

5 问题与展望

目前有关中药药代动力学研究的范畴仅限于一些有效成分、单方和组方简单的中药复方，对于组方复杂的中药复方因为成分复杂目前尚无涉及，我们期待着该项工作的迅速发展。同时，相信随着该项研究工作的深入开展，将有利于阐明更多中药在体内赖以疗效的物质基础和其作用机制；同时，为临床应用中药制剂制定更加合理的剂型剂量提供科学依据；此外，还可以提供发现新药的途径，并开发出靶向制剂尤其是肿瘤药物的靶向制剂等。总之，该项研究工作的开展，将推进我国中药现代化前进的步伐，增强我国中药产品在天然药物的国际市场的核心竞争力，从而使我国早日实现由中药大国变成中药强国的崇高理想！