通过体内和体外对比研究，揭示葛根芩连汤对肝脏代谢模式的调节作用

生物通首页 > 今日动态 > 正文

通过体内和体外对比研究，揭示葛根芩连汤对肝脏代谢模式的调节作用

时间：2026年1月26日

来源：Journal of Chromatography B

编辑推荐：

中药复方代谢研究；肝代谢；代谢途径；人肝微粒体；鼠肝微粒体

王梦圆|范云诺|张叶|李星宇|李斌|李萍

中国药科大学中药学院天然药物国家重点实验室，中国南京龙眠大道639号，211198

摘要

肝脏在药物代谢中起着核心作用，了解其代谢过程对于有效的药物开发至关重要。葛根芩连汤（GQD）在临床治疗中广泛应用，但其全身肝脏代谢特征仍不明确。本研究通过整合UPLC-QTOF-MS与质量缺陷过滤（MDF）、内部数据库筛选和基于特征的分子网络（FBMN）技术，建立了一种多维数据挖掘策略，系统地表征了GQD的体内和体外肝脏代谢谱，并阐明了其生物转化途径。共鉴定了220种与GQD相关的成分，其中179种在大鼠肝脏组织中检测到，140种在人肝微粒体中检测到，有99种成分在这两种生物基质中均有存在。综合分析表明：生物碱主要经历去甲基化和羟基化反应；黄酮类化合物主要通过葡萄糖醛酸化和硫酸化代谢；三萜类化合物主要经历葡萄糖醛酸化、羟基化和水解反应。种间比较进一步显示，生物碱在大鼠肝微粒体（RLMs）中的代谢反应更为多样，其代谢谱与人肝微粒体（HLMs）相似且代谢速率相当。相比之下，黄酮类化合物在人肝微粒体中的代谢速度更快、程度更广，产物多样性也更高。这些观察结果得到了体外和体内鉴定数据的进一步支持。这些发现表明，大鼠模型适用于研究生物碱代谢，而黄酮类化合物的代谢则需要使用人肝微粒体或人源化肝模型进行补充验证，以提高预测的临床转化性。

引言

肝脏是药物代谢的主要器官，凭借其丰富的血液供应和高表达的代谢酶（如细胞色素P450亚型）在药物生物转化中起主导作用[1]，[2]。口服给药后，药物在胃肠道被吸收并通过门静脉运输到肝脏，在肝脏代谢酶和微粒体系统的催化下发生广泛代谢[3]。肝脏药物代谢主要包括I相反应（如水解、氧化、还原）和II相结合反应（如葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、谷胱甘肽结合），这些反应共同修饰了母体药物的化学结构[4]，[5]。肝脏代谢后，母体化合物及其代谢物进入全身循环，分布到靶组织，并最终发挥治疗效果。因此，系统阐明肝脏的代谢途径和药物调节机制对于准确评估药物疗效和优化临床给药方案至关重要。

药物代谢研究通常分为体内和体外方法[6]。体内代谢研究主要采用动物模型[7]，在给药后收集生物样本（如血浆、粪便、肝脏）以评估药物分布和治疗效果。这种方法能直接了解药物的生理影响。体外代谢模型具有显著优势，可以消除整个生物体的系统复杂性和个体间差异。这些系统操作更简单、成本更低，并能精确控制实验条件，同时减少对动物和样本的需求。目前常用的体外代谢模型包括肠道微生物群系统、肠道微粒体、肝微粒体等[8]，[9]，[10]。其中，肝微粒体是最常用的体外模型。肝微粒体是从肝细胞内质网中提取的亚细胞组分，通过肝脏匀浆后差速离心制备获得。该模型具有成本效益高、操作简单、重复性好和储存条件方便等优点。肝微粒体富含细胞色素P450酶（CYP450）、UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGT）和黄酮单加氧酶（FMO）等[11]，[12]。肝微粒体常用于代谢物鉴定、不同物种间代谢速率和酶动力学的比较、代谢酶表型的确定以及体内清除率的预测[13]，[14]。肝微粒体可以模拟体内的代谢过程。通过体外培养实验，可以预测体内药物的代谢稳定性、代谢物及其生成速率。不同物种的肝微粒体在酶组成和活性上存在差异[15]。通过比较不同物种肝微粒体的代谢条件，可以预测不同物种间药物的代谢差异，为从动物实验到人体研究的转化提供参考。通过结合体外和体内研究获得药物代谢参数，并阐明代谢特征和建立体外-体内相关性（IVIVC），有助于预测人体药物代谢谱。这种方法为药理疗效和安全性提供了关键见解，在药物发现和开发以及临床给药方案的优化中发挥着重要作用。

葛根芩连汤（GQD）是一种源自《伤寒论》的经典中药方剂。由葛根（Pueraria lobata (Willd.) Ohwi）、黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）、黄连（Coptis chinensis Franch.）和甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）按8:3:3:2的比例组成，是中医治疗表证未解和湿热兼有利尿作用的经典处方[16]，[17]。了解中药的代谢命运，包括原型化合物及其代谢物，对于阐明其药理基础至关重要。作为临床重要的中药方剂，GQD已被证明会发生广泛的代谢，包括葡萄糖醛酸化、硫酸化和多种I相反应（如去甲基化、羟基化等）。尽管之前的研究使用先进分析技术鉴定了生物流体（血浆、尿液、粪便）中的GQD代谢物[18]，[19]，[20]，但对其肝脏代谢的了解仍存在显著空白。特别是肝脏特异性代谢途径以及肝细胞与微粒体酶系统之间的潜在相互作用尚未得到系统研究。这一知识空白限制了我们预测GQD药代动力学行为和潜在草药-药物相互作用的能力，尤其是对于肝病患者而言。

本研究采用UPLC-QTOF-MS结合多维数据挖掘策略（包括背景减除、质量缺陷过滤（MDF）、内部数据库匹配和基于特征的分子网络（FBMN）技术，系统研究了GQD的肝脏代谢。通过整合体内（大鼠肝脏）和体外（人肝微粒体）代谢数据，全面描绘了GQD在肝脏中的代谢谱，并确定了其主要生物转化途径。此外，通过种间比较分析，阐明了GQD主要成分在大鼠和人肝微粒体之间的代谢差异，为评估大鼠模型在预测人体GQD代谢方面的可行性和局限性提供了科学依据。

化学物质和试剂

参考化合物（包括小檗碱、黄连碱、 palmatine、黄连素、马兜铃碱、黄芩素、formononetin和liquiritigenin，纯度均>98.0%）购自push bio-technology（中国成都）。其他材料如下：磷酸盐缓冲液（PBS）（pH 7.4）来自biosharp（批次BL601A）；NADPH再生系统（溶液A，批次NRS001；溶液B，批次NRS002）以及肝微粒体（人源，批次M10000；大鼠源，批次M11112；小鼠源，批次M10017；均为20 mg/mL）

结果与讨论

肝脏是全身代谢的中心枢纽，含有丰富的药物代谢酶。组织分布研究表明，GQD的多种成分在肝脏中的暴露水平相对较高，浓度比全身循环中的高10倍以上，表明这些成分在肝脏中富集[21]。因此，本研究利用UPLC-QTOF-MS技术重点阐明了GQD成分在肝脏中的代谢谱。

结论

本研究利用UPLC-QTOF-MS结合多维数据挖掘策略，系统地阐明了GQD的体内和体外代谢。共鉴定了220种化学成分，其中179种来自大鼠肝脏，140种来自人肝微粒体。观察到特定的代谢途径：生物碱主要经历去甲基化和羟基化；黄酮类化合物主要通过葡萄糖醛酸化和硫酸化代谢；三萜类化合物主要通过葡萄糖醛酸化、羟基化和水解代谢。