甘草地上部分黄酮类成分的代谢物及药代动力学参数研究概述*

刘海帆 ，崔洁 ，王文全 ，2

（1.中国医学科学院，北京协和医学院，药用植物研究所，北京 100193；2.中药材规范化生产教育部工程研究中心，北京 100102）

黄酮类化合物，是指具有两个芳香环并成C6-C3-C6形式联结的一系列化合物，是自然界分布较广泛的一类次生代谢产物[1]。它具有多方面的药理活性，如抗氧化自由基[2]、抗肿瘤[3]、抗菌、抗病毒[4]、抗炎镇痛[5]、保护心脑血管和保护肝脏[6]等。甘草地上部分为甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）的干燥茎叶，据文献报道，其总黄酮含量可达5.64%[7]。现代研究表明甘草地上部分黄酮具有较多药理活性。二氢黄酮乔松素是光果甘草叶中主要的黄酮类物质，董怡[7]对其进行活性评价，结果表明乔松素具有良好的抗氧化能力和亚硝酸盐清除能力。李红丽[8]对甘草地上部分水溶性黄酮类成分进行富集工艺考察，研究表明脂溶性较大的梯度抗慢性非细菌性前列腺炎活性最好。康雪芳[9]富集甘草地上部分脂溶性成分，证实了甘草地上部分脂溶性黄酮类成分具有抗氧化和抗慢性非细菌性前列腺炎的活性。杨玉梅等[10]研究发现甘草叶总黄酮有较好的抗凝血作用。董菁等[11]通过体外细胞毒性实验研究甘草叶总黄酮对小鼠骨髓巨噬细胞（BMC）及腹腔巨噬细胞（PEC）的作用，结果表明其能诱导BMC和PEC产生具有杀伤作用的细胞毒因子。傅乃武等[12]将胀果甘草叶中提取的6种黄酮进行混合，并验证了其具有抗促癌和抑制促癌物诱发的脂质过氧化作用。据以上内容可知甘草地上部分黄酮类成分具有显著的药理活性，且应用广泛。

药物代谢动力学（PK）是应用动力学的原理与数学处理方法，定量地描述药物通过各种给药途径进入机体后的吸收、分布、代谢和排泄等过程的动态变化规律，并提出解释这些动态规律数学关系式的学科[13]。黄酮类化合物的生物活性除了其潜在的内在作用机制外，还依赖于其代谢物由于快速和广泛的生物转化而产生的活性。所以体内代谢物出现的信息，对适当评估其生物活性至关重要。

为了充分开发利用甘草的药用资源，完善甘草地上部分研究，笔者拟以甘草地上部分的黄酮类成分为研究对象，综述甘草地上部分主要黄酮类物质的PK参数及代谢特征，为其药效物质基础研究、临床应用和药用资源的合理开发利用提供理论支持。

1 甘草地上部分黄酮类成分概述

甘草地上部分黄酮类物质主要有黄酮、黄酮苷、黄酮醇、黄酮醇苷、二氢黄酮、异黄酮、二氢异黄酮、异黄烷等种类。目前甘草地上部分黄酮类化合物研究多以乌拉尔甘草为主，周彪[14]研究表明，乌拉尔甘草与光果甘草地上部分具有很多相同的化学结构，但汪一飞等[15]研究表明，光果甘草与乌拉尔甘草和胀果甘草相比，叶中的总黄酮含量较高，提示光果甘草可以作为重点研究对象。董怡[16]研究表明，光果甘草叶与茎中的黄酮类化学成分相似，但茎中含量明显较少，有显著差异。根据统计信息可知，甘草地上部分黄酮类物质以苷元为主，其中二氢黄酮为其主要化学成分，且多由异戊二烯基取代。光果甘草与乌拉尔甘草叶中主要成分为乔松素[7]，提示在研究甘草地上部分黄酮类成分时可多关注光果甘草叶中的二氢黄酮类成分，且乔松素可作为甘草地上部分的主要研究对象之一。

笔者主要统计了甘草地上部分分离鉴定的73种黄酮类成分，包括黄酮苷3个、黄酮醇苷4个、黄酮9个、黄酮醇11个、异黄酮9个、异黄酮醇1个、二氢黄酮22个、二氢异黄酮6个、二氢黄酮醇2个、异黄烷6个[16-33]，具体信息见表1。

表1 甘草地上部分黄酮类化合物信息

续表1

2 甘草地上部分黄酮类成分的代谢物概述

20世纪90年代，黑龙江中医药大学王喜军教授[3]认为入血成分才是中药的有效成分，但是有些成分生物利用度很低，未能达到最低有效浓度，或者消除、排泄太快，这类成分很难被认为是有效成分。因此，对于这些成分有必要进行PK特征分析，获得具有适宜的PK特征的入血成分和达靶成分（包括原形药物及其代谢产物），即PK标志物，才可能明确是中药的药效成分[4]。掌握药物代谢规律，对于设计更合理的给药途径、给药方法、给药剂量均具有重要意义。因此，作者对近年来甘草地上部分黄酮类成分的体内代谢产物研究进行了总结归纳[31，34－35，39，45－47，54－61]，见表 2。

表2 甘草地上部分黄酮类物质的代谢信息

续表2

黄酮类化合物在体内存在2个主要的代谢部位，一是肝脏，在肝脏细胞色素P450作用下逐渐发生羟化反应或脱甲基反应，然后在Ⅱ相酶催化下发生葡萄糖醛酸化、硫酸化等结合反应，生成水溶性更高的代谢物排出体外；二是肠道，该过程黄酮苷经肠道菌群的代谢转变为苷元，肠道菌群也会使黄酮环裂解产生多种酚酸，这些代谢产物也能被再次吸收，最后经肾脏排出。

2.1 黄酮苷类成分的代谢特征 甘草地上部分黄酮苷类成分主要包括黄酮苷、黄酮醇苷类化合物。研究表明，他们在肠道与肝脏中的代谢具有共性特征。

2.1.1 黄酮苷类成分在肠道中的代谢特征 黄酮苷在肠道菌群作用下会发生糖基水解反应，之后进入肠上皮细胞的成分会发生进一步代谢。Liu等[34]发现夏佛塔苷在肠道菌群中主要有脱糖及氧化等代谢产物，大鼠灌胃给予夏佛塔苷后，可在粪便中检测到水解、乙酰化、甲基化等产物，说明夏佛塔苷经过肠道菌群初步代谢后，进入肠上皮细胞的成分会在细胞酶的作用下发生进一步代谢。伍明江等[35]发现芦丁在粪便中主要有水解和硫酸化等代谢产物，Jaganath等[36]让健康志愿者和回肠造口术患者摄入含芦丁的西红柿汁后，在健康志愿者血液和尿液中检测出芦丁代谢物，而回肠造口术患者中未检测到，说明芦丁在大肠中被吸收。Jin等[37]也发现人体肠道细菌可以将葛根素转为大豆苷元，提示黄酮苷类成分在经过胃和小肠后，未被吸收的成分还可能在肠道菌群的作用下被人体吸收。研究表明，只有少部分黄酮苷被小肠吸收，大部分糖基化黄酮类化合物将到达结肠，在结肠微生物菌群作用下，将其分解成酚酸或其他可被机体吸收的代谢产物[38]。

2.1.2 黄酮苷类成分在肝脏中的代谢特征 小肠中的空肠和回肠细胞主要将黄酮以苷的形式从肠腔面转运到门静脉，且黄酮苷类成分经肠道菌群水解后的代谢产物从门静脉进入肝脏后继续被代谢转化，在肝脏中的Ⅰ相代谢主要为水解和氧化反应，氧化代谢主要由肝脏细胞色素P450酶（CYPs）介导；肝脏中发生的Ⅱ相代谢主要为葡萄糖醛酸化、硫酸化及甲基化反应，葡萄糖醛酸化产物最后多由肾脏排出。崔升淼等[39]研究发现葛根素在肝微粒体中发生水解反应，代谢产物为大豆苷元。Gradolatto等[40]发现芹菜素的代谢产物主要为葡萄糖醛酸结合产物和硫酸结合产物，但没有检测到氧化产物木犀草素及其衍生物，说明黄酮苷类化合物参与肝脏代谢的主要途径是结合反应。

2.2 黄酮苷元类成分的代谢特征 甘草地上部分黄酮苷元类成分主要包括黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、异黄酮、二氢异黄酮、异黄烷类化合物。研究表明，黄酮醇类化合物主要是以被动扩散的方式吸收，二氢黄酮类、异黄酮类、二氢异黄酮类化合物的吸收方式有被动扩散、主动转运和载体介导[41]，异黄酮类化合物的吸收显著强于黄酮类化合物[42]。

2.2.1 黄酮苷元类成分在肠道中的代谢特征 研究表明，浓度较高的黄酮苷元类成分可直接被机体吸收，浓度较低的化合物可进入循环系统。A或B环上含有甲氧基的黄酮类成分在粪便菌丛中较难降解，如香叶木素[43]。王俊等[44]考察了槲皮素、山柰素和异鼠李素3种主要苷元在大鼠体内的肠吸收动力学特征，结果表明此3种成分在大鼠肠道内的吸收呈现一级吸收动力学特征，其吸收机制为被动扩散，易被吸收。黄酮苷元类成分在肠道中可发生Ⅰ相代谢，Griffiths等[45]研究发现山奈酚在肠道中发生羟基化，覃小丽等[46]发现槲皮素在肠道中发生羟基化、脱氧等Ⅰ相代谢，但黄酮苷元类化合物在肠道中主要发生Ⅱ相代谢，主要有羟基化、葡萄糖醛酸化、甲基化等反应。Shimoi等[31]研究发现，木犀草素在小肠菌群中检测到葡萄糖醛酸化产物，杨琳[47]在大鼠粪便中也检测到葡萄糖醛酸化产物。黄酮苷元类成分在肠道中较易发生裂环反应，肠菌水解生成的黄酮苷元物质一部分被大肠直接吸收，另外一部分可被进一步裂解，产生小分子酚酸类成分吸收入血。裂环类型大致可分为4种：1）黄酮和黄烷酮类，生成C6-C3型酚酸。2）黄酮醇类，生成C6-C2型酚酸。3）黄烷醇类，经苯基-B-戊酸内酯中间体生成C6-C3型酚酸。4）异黄酮类，生成乙基酚衍生物[48]。

2.2.2 黄酮苷元类成分在肝脏中的代谢特征 黄酮苷元类成分较黄酮苷类成分更容易被肝脏吸收，Vacek等[49]用原代培养的肝细胞悬液温孵法研究了槲皮素、芦丁、异槲皮苷的代谢，结果发现他们主要的代谢产物是甲基化黄酮醇和葡萄糖苷酸化产物，槲皮素比芦丁、异槲皮苷更易发生代谢。且黄酮苷元类成分的代谢多发生于肝脏中，肠道参与部分代谢。于红宇等[50]研究2种重组人源化葡萄糖醛酸转移酶UGT1A9（主要存在于肝脏）和UGT1A10（主要存在于肠道）对染料木素的代谢作用，发现随着浓度增加，UGT1A9呈现出更快的代谢速率，提示染料木素的主要代谢部位在肝脏，肠道参与部分代谢。

黄酮苷元类成分在肝微粒体中主要发生氧化及结合代谢，但结合代谢（葡萄糖醛酸化、甲基化等）强于氧化代谢。研究发现，在人肝细胞的细胞质中，高良姜素主要经葡萄糖醛酸化作用，其次是硫酸化作用[51]。而CYPs介导的氧化反应很弱。Otake等[51]研究了人肝微粒体中高良姜素的代谢，发现高良姜素在人肝微粒体中易于在B环4′位发生氧化代谢，且结合代谢远强于氧化代谢。大鼠肝细胞及亚细胞制备物中，山柰酚的代谢主要为A环7位羟基葡萄糖醛酸化[52]。Boersma等[53]分析了人、鼠肝肠微粒体孵育液中木犀草素和槲皮素的代谢产物，结果表明两者葡萄糖苷酸化发生的主要位置是7、3、3′或4′位羟基部分，这就使得木犀草素和槲皮素的结合代谢尤其显著。

3 甘草地上部分黄酮类成分PK参数概述

PK利用动力学原理，研究药物在体内吸收、分布、代谢和排泄与时间关系，为临床个体化给药的实现奠定基础。近年来，黄酮类成分的体内PK过程研究日渐成为热点，作者对近年来甘草地上部分黄酮类成分体内PK参数研究进行总结归纳。

3.1 不同成分对PK参数的影响 对黄酮类成分而言，黄酮苷与黄酮苷元之间PK参数差异很大，苷类成分的血药浓度远大于苷元类成分，但其半衰期（t1/2）、平均驻留时间（MRT）远小于苷元类成分。王杰等[62]研究发现异甘草苷灌胃给药后达峰时间（tmax）=3.44 h，t1/2=9.39 h，0到无穷大时药时曲线下面积（AUC0～∞）=（1.51±0.54）（ng·h）/mL，0～24 h 药时曲线下面积（AUC0～24）=（0.96±0.38）（ng·h）/mL，最大血药浓度（Cmax）=（0.10±0.02）mg/mL。朱红岗等[63]研究发现槲皮素灌胃给药后 tmax=0.5 h，t1/2=（4.17±0.64）h，AUC0～∞=（6.77±0.80）（μg·h）/mL，AUC0～24=（6.72±0.88）（μg·h）/mL，Cmax=（2.03±0.41）μg/mL，推测黄酮苷类成分灌胃后达到Cmax较长、t1/2较长，而黄酮苷元类成分达到Cmax较短，故与代谢物结合分析可知黄酮苷口服生物利用率低，其相对分子质量大，极性强，在胃肠道转运过程中难以溶解。

研究表明，黄酮苷元类成分的药时曲线较易出现双峰现象，张颖等[64]在研究中发现槲皮素有二次达峰现象。王大力等[65]的研究同样发现槲皮素约2/3在灌流过程中被吸收进入肠壁，但同时又有52%以葡萄糖醛酸苷或硫酸苷结合物的形式重新分泌入肠，从而出现双峰现象。

药物进入体内后，机体各部位的药物量不断变化，隔室模型的研究有利于更好地描述这种复杂的变化过程。黄酮苷体内分布基本呈二室开放模型，少量实验显示呈一室开放模型，结合黄酮苷的代谢产物研究，可以推测黄酮苷在体内是以次苷或苷元的形式发挥药效作用。而甘草地上部分苷元类成分大多符合一室模型[63，66]，少量呈二室模型[67]，说明部分苷元类成分在体内各部位分布速度没有显著差异。朱红岗等[63]考察灌胃后大鼠体内槲皮素的血药浓度及PK特点，按赤池信息准则（AIC）最小原则，结合相关指标选择房室模型，拟合的口服给药药时曲线符合一室模型。

3.2 不同剂型、剂量对PK参数的影响 Wojciki等[68]研究3种黄酮类成分——槲皮素、山柰酚和异鼠李素的不同剂型对PK参数的影响，18位健康受试者单剂量交叉口服同剂量的胶囊、滴丸、片剂，以胶囊为参比处方，测定了3种黄酮苷的tmax及药时曲线下面积（AUC）。其中胶囊的tmax较滴丸和片剂明显推后，滴丸的AUC在三者中最大，但无显著差异。梁枫等[69]研究发现夏佛塔苷6 mg/kg灌胃给药后t1/2=3.04 h，而以0.5 mg/kg剂量尾静脉注射后t1/2=2.57 h，表明经灌胃与静脉注射后PK参数相差较大，静脉注射较灌胃达到最大血药浓度所用时间较短，且静脉注射较灌胃剂量小。

自微乳给药系统是中药难溶性活性成分的优良载体，可显著促进肠道吸收，提高中药口服生物利用度，如葛根素、银杏叶总黄酮自微乳等[70]。Nicolau等[71]报道至少有70多种中药活性成分及提取物已制成脂质体，其PK行为明显改善，表现为吸收明显加快，生物利用度提高，如姜黄素脂质体口服液在大鼠体内的tmax=18.90min，小于姜黄素混悬液（36.42 min），吸收半衰期（t1/2ka）=5.84 min，同样小于混悬液（20.13 min）[72]。可知给药剂型对各成分在体内的分布时间与生物利用度有影响，提示在研究甘草地上部分药效时，需考虑剂型及给药方式的影响。

Uchida等[73]进行了小柴胡汤在健康男性受试者体内的PK研究，受试者间隔两周分别服用5 g或10 g的小柴胡汤后，测定其PK参数和用药前后的免疫情况。黄芩苷AUC和Cmax随剂量增加而增大，AUC从（316.9±1.4）ng/（h·mL）增加到（896.1±316.1）ng/（h·mL），与治疗作用呈非线性关系（r=0.759，P=0.080），Cmax则从（55.6±14.7）ng/mL 增加到（100.5±38.7）ng/mL，其Cmax与治疗作用相关但不显著（r=0.808，P=0.052）。从给药前后免疫指标看，小柴胡汤的药效无剂量依赖关系。甘草地上部分一些黄酮类成分易受其他物质影响，如大鼠口服槲皮素50 mg/kg后，可在血浆中被检测到[63]，但葛根提取物需口服10 g/kg才可检测到槲皮素[74]，提示在同时检测甘草地上部分多个有效成分的PK特征时，需考虑增加灌胃剂量以达到个别成分的检测标准。具体见表 3[13，62－63，66－67，69，74－79]。

表3 甘草地上部分黄酮PK信息

4 结语与展望

甘草在历代本草中均有记载，是中医临床常用药，在民间也被广泛使用。近年来，甘草地上部分在治疗生殖系统疾病方面有较好的效果，甘草地上部分化学成分分析及PK研究成为国内研究的焦点。在体内PK研究中发现，甘草地上部分中，部分成分并非仅以原型进入人体血液发挥作用。因此，积极寻找适宜的指标性成分并开展相关的PK研究，对其药效学物质基础研究具有重大意义。

目前国内外对黄酮类化合物的PK研究尚处于初期阶段，关于甘草地上部分药理活性有效成分、作用机制及有效成分PK的研究较少。鉴于黄酮为甘草地上部分的主要有效物质，有必要进一步丰富和提高黄酮化合物的体内分析方法，深入研究其中重要黄酮类物质的体内PK和代谢情况，提示研究者今后可将这些方面作为研究重点，对于挖掘中医药宝藏，提高植物新药的开发潜力，推动植物药走向世界具有特殊的重要意义。