氟尿嘧啶的脂水分配系數與鼻腔吸收速率常數的相關性研究

鄭愛萍，劉海紅，武鳳蘭

（1.軍事醫學科學院毒物藥物研究所，北京市 100850；2.北京大學藥學院，北京市 100038；3.河北省工程學院醫學部，邯鄲市 056002）

中樞神經系統的疾病患者眾多，但由于血腦屏障的作用，使得99%的治療藥物無法通過血腦屏障發揮療效[1]，因此如何將藥物有效地靶向于中樞神經系統成為近年來研究的熱點。鼻腔與腦組織之間存在天然的聯系，鼻腔給藥后，藥物通過嗅球可直接吸收進入腦脊液從而繞開血腦屏障[2]，因而鼻-腦通路能夠有效地無創傷性地將藥物靶向于中樞神經系統。影響藥物經鼻腔吸收入腦的主要因素是藥物的分子量[3]、脂溶性[4]和分子解離度[5]等理化性質。文獻[6]報道，鼻黏膜途徑入腦更利于水溶性大的藥物，鼻腔給藥后往往可獲得較靜脈注射途徑高得多的腦脊液藥物濃度，而小分子脂溶性藥物經鼻腔吸收后迅速進入大循環，腦組織及腦脊液中的藥物主要從血液循環透過。所以本研究以水溶性抗腫瘤藥物氟尿嘧啶（5-Fluorouracil，5-FU）為模型藥物考察不同pH值條件下藥物的脂水分配系數及其與鼻腔吸收的關系，以期為5-FU鼻腔給藥靶向作用于中樞神經系統的研究提供理論基礎。

1 材料

1.1 試藥

氟尿嘧啶（山東齊魯制藥廠，純度：≥99.0%）；正辛醇、Na2HPO4等均為分析純。

1.2 儀器

氣浴恒溫振蕩器（北京儀器廠）；BP211D萬分之一電子天平（美國Startorius有限公司）；752型紫外分光光度計（上海精密科學儀器有限公司）；微量輸液泵（上海萬通儀器有限公司）；旋渦混合器（上海醫科大學制造廠）；LDA-2A型離心機（北京醫用離心機廠）。

1.3 動物

SD大鼠，體質量（250±20）g，♀♂兼有，北京大學醫學部實驗動物中心，動物質量合格證明編號：SCXK（京）2006-0008。

2 方法與結果

2.1 藥物溶液的制備

分別制備等滲的Na2HPO4和KH2PO4溶液，按不同比例混合2種溶液，制備系列pH值（4、6、7、8、10）的等滲磷酸鹽緩沖液。試驗用5-FU溶液濃度約為15 μg·mL－1，精確稱量5-FU后分別以上述緩沖溶液為溶劑進行制備。

2.2 濃度檢測方法學的建立

精密稱取5-FU 10 mg，溶于100 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，得到濃度為100 μg·mL－1的5-FU貯備液。分別精密量取不同體積的貯備液置于10 mL容量瓶中定容制備系列濃度，使其濃度分別為2.5、5.0、7.5、10.0、15.0、20.0 μg·mL－1。采用紫外分光光度法測定，檢測波長266 nm，以藥物濃度（C）對吸光度（A）進行線性回歸，標準曲線方程為A＝0.0526C+0.0054（r＝0.9999），表明5-FU檢測濃度線性范圍為2.5～20.0 μg·mL－1。低、中、高濃度（2.5、7.5、15.0 μg·mL－1）的回收率均在95%以上，日內、日間精密度均≤2.0%，符合要求。

2.3 正辛醇-水分配系數的測定[7]

取上述各pH值的藥物溶液3 mL，置于10 mL具塞試管內，加正辛醇3 mL（試驗前，正辛醇和緩沖溶液分別用相應的水相和有機相飽和），先渦旋1 min混勻，再放置于氣浴恒溫振蕩器中振蕩 12 h，取出離心5 min（3000 r·min－1），棄去有機層。取水層0.5 mL加入緩沖溶液稀釋至10 mL。用紫外分光光度法定量，并按下式計算藥物的正辛醇-水分配系數即脂水分配系數（Partition coefficient，PC）：

式中，C0為萃取前水相中藥物濃度，C1為萃取后水相中藥物濃度，C2為萃取后有機相中藥物濃度。

5-FU脂水分配系數的測定結果如表1所示。

表1 不同pH條件下5-FU的脂水分配系數及鼻腔吸收速率常數測定結果（n＝5）Tab 1 Oil/water partition coefficient and nasal absorption constant of 5-FU at different pH condition（n＝5）

2.4 鼻腔吸收速率常數的測定

[8]方法，采用大鼠鼻腔在體重循環方法測定鼻腔吸收速率常數。實驗過程如下：大鼠腹腔注射20%烏拉坦（0.5 mL·100 g－1）麻醉，切開頸部皮膚，暴露氣管和食管，取聚乙烯管2支，1支插入氣管，以維持呼吸，另1支插入食管，直至鼻腔后部，用黏膠劑將鼻腔與口腔的鼻額通道封閉以防止藥液從口腔中流失。并用聚乙烯管連接各部分，用輸液泵將藥液輸入鼻腔并反復循環，循環液流速2.5 mL·min－1，藥液總量10 mL，溫度（37±0.5）℃。分別于開始前及開始后15、30、45、60、75 min，取樣100 μL，用蒸餾水稀釋至5 mL，紫外分光光度法測定各時間循環液中的藥物濃度。

本研究使用同一大鼠模型進行同種藥物一系列pH藥液的實驗，即當前一種pH藥液實驗結束后，用生理鹽水循環0.5 h，清洗鼻腔內殘存藥液，然后進行后一種pH藥液的實驗，如此反復使用。

藥物通過鼻黏膜吸收進入大鼠體內，循環液中藥物以一級速度消除，不同時間的殘余樣品濃度C及相應時間t的方程為lnC＝lnC0－kt，回歸直線的斜率即為吸收速率常數k，k的大小可反映藥物的鼻腔吸收情況。

以不同pH值的等滲磷酸鹽緩沖溶液為循環液，按上述大鼠鼻腔在體重循環方法循環（75 min）并以相同的倍數稀釋后，于266 nm波長處測定吸光度，鼻黏膜分泌液的紫外吸光值均低于0.003，表明鼻黏膜分泌液對5-FU的測定的干擾可忽略不計。

在體重循環方法測定不同pH值條件下（4、6、7、8、10）5-FU的鼻腔吸收速率常數的結果見圖1。

由圖1可見隨著pH值的增加，直線的斜率增大，即藥物經鼻腔吸收的速率常數k增大，因此k值與pH值呈正相關。k值的結果詳見表1。

2.5 5-FU的脂水分配系數與鼻腔吸收的關系

圖1 不同pH條件下5-FU的鼻腔吸收lnC-t結果（n＝5）Fig 1 Nasal absorption constant lnC-t of 5-FU at different pH condition（n＝5）

將上述不同pH值條件下的k值（Y）與相應的脂水分配系數（X）進行線性回歸，其回歸直線方程為Y＝11.969X+0.9392（r＝0.9838），線性關系詳見圖2。

圖2 鼻腔吸收速率常數與脂水分配系數的線性關系圖Fig 2 Linear correlation between oil/water partition coefficient and nasal absorption constant

由圖2可見，藥物經鼻腔吸收的速度常數與脂水分配系數之間具有良好的線性關系，即藥物的結合型分子越多，脂水分配系數越大，則經鼻吸收性能越好。

3 討論

5-FU為水溶性藥物，本試驗中測得pH＝7時脂水分配系數為0.1104，與文獻報道[9]（脂水分配系數為0.112）相一致。鼻腔生理pH值為5.5～6.5，在此弱酸性條件下，5-FU解離分子增多，脂溶性降低，有利于其通過鼻黏膜的嗅區進入腦脊液。

藥物的脂溶性是影響生物膜吸收的重要因素。藥物的脂溶性取決于它本身的分子結構及所處pH值條件下的分子型比例。藥物經鼻黏膜給藥后，一方面可經過鼻黏膜的嗅區進入腦脊液直接靶向于腦，另一方面可經過鼻黏膜的呼吸區進入體循環，藥物的脂溶性對這2種途徑的影響效果正好相反，即脂溶性小的藥物有利于鼻黏膜的嗅區吸收，而不利于鼻黏膜的呼吸區吸收。

本研究中5-FU分子有含有仲胺基，呈弱堿性，所以在酸性條件下，相對于堿性條件，其解離分子較多，脂水分配系數減小。大鼠鼻腔在體重循環法主要考察了藥物經鼻黏膜呼吸區吸收入體循環的特征，這是因為呼吸區占有了鼻黏膜的大部分，約為140 cm2，而嗅區僅占有10 cm2。本研究結果表明，鼻黏膜與多數生物膜一樣，具有“脂質篩”特性，脂溶性大的藥物容易通過，并且藥物的脂水分配系數與其鼻腔吸收速度常數間存在良好的線性關系。

參考文獻

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[4]Sakane T，Akizuki M，Yamashita S，et al.Direct drug transport from the nasal cavity to the cerebrospinal fluid：the relation to the lipophilicity of the drug[J].Chem Pharm Bull，1991，39（9）：2456.

[5]Sakane T，Akizuki M，Yamashita S，et al.Direct drug transport from the nasal，cavity to the cerebrospinal fluid：the relation to the molecular weight of the drugs[J].J Pharm Pharmacol，1995，47（50）：379.

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