生物樣品中天麻素測定方法及藥代動力學研究進展＊

姜 麗，張啟云，涂 珺，陳 雨，王瑋瑋，李 艷，徐國良＊＊

（1. 江西中醫藥大學 中醫基礎理論分化發展研究中心 南昌 330004；2. 江西省中醫病因生物學重點實驗室 南昌 330004；3. 江西省中藥藥理學重點實驗室 南昌 330004）

二十世紀七十年代，中科院周俊院士首次從蘭科植物天麻中分離提取并確定了天麻素（gastrodin）化學結構（結構式見圖1）；二十世紀八十年代，昆明制藥成功開發出人工合成天麻素，天麻素片和天麻素注射液相繼上市，標志著我國第一個具有規模生產的結構合成天然藥物的誕生。現代研究表明[1-8]，天麻素具有鎮痛、鎮靜安眠、保護神經元、降血壓、抗驚厥、抗癲癇、抗氧化、抗衰老、改善微循環、改善記憶等多種藥理作用。近年來，天麻素用于單獨或輔助治療心血管疾病（如高血壓[9-10]、冠心病[11]等）、腦血管疾病（如腦卒中[12]、腦梗死[13]、腦癱[14]、頭痛[15]等）及神經精神系統疾病[16]（如眩暈癥[17]、突發性耳聾[18]、抑郁癥[19]、神經衰弱[20]、帕金森病[21]、阿爾茲海默病[22]、認知障礙[23]和癲癇[24]等）。上述臨床應用主要得益于其具有擴張血管、改善微循環、抑制炎癥因子表達、抗氧化、保護神經元等作用[25-28]。考慮到臨床上天麻素治療上述疾病常與其他藥物或治療方法聯用，故其體內過程及其藥代動力學性質不容忽視。因此，本研究針對天麻素藥代動力學相關內容做一簡要梳理，為天麻素相關制劑藥代動力學及臨床應用提供依據。

圖1 天麻素的化學結構式

1 生物樣品前處理

生物樣品是指來自于生物機體的血液（全血、血漿、血清）、尿液、糞便、膽汁、唾液和組織臟器等。其與一般的樣品含量測定不同之處在于藥物濃度低、干擾物質多、取樣量少及個體差異大。生物樣品前處理的目的：一方面在于分離出待測物。藥物的體內過程包括吸收、分布、代謝和排泄。生物樣品中藥物的存在形式有游離型（原型）藥物、藥物的代謝物、藥物與蛋白質形成的綴合物及內源性物質，如與葡萄糖醛酸、硫酸形成的葡萄糖醛酸苷、硫酸酯綴合物等多種形式，這就需要分離出待測物。前處理的目的另一方面是為了保護儀器和延長色譜柱使用期限，提高待測樣品可測定性（如成分富集）和選擇性（如排除雜質干擾），保證檢測結果的準確性和可靠性。藥代動力學研究中，除去生物樣品中蛋白質的目的，主要是為了使結合的藥物釋放出來，同時保護儀器性能。常用的去除蛋白質方法一般有：①蛋白質沉淀法（Protein precipitation，PP），使蛋白質從溶液中析出的方法。此法又包含等電點沉淀法、鹽析法、有機溶劑沉淀法等。1）等電點沉淀法通常采用高氯酸、硝酸等酸類和硫酸銅、硫酸鋅等重金屬鹽類，使蛋白質生成不溶性鹽；2）鹽析法是指采用親水性比蛋白質強、高濃度的中性鹽，如硫酸鈉、氯化鈉等，與蛋白質膠粒競爭水化膜，降低蛋白質溶解度而析出；3）有機溶劑沉淀法一般采用能與水混溶的有機溶劑如甲醇、乙醇、乙腈等，當它們過量時，可使蛋白質的分子氫鍵發生變化而沉淀。②液-液萃取法（Liquid-liquid extraction，LLE）。藥物與蛋白質形成的綴合物及內源性物質大多為強極性物質，藥物在體內吸收需經跨膜轉運因而具有一定的脂溶性，因此可以根據二者之間極性的差異，使用適當的有機溶劑提取藥物并進行分離。有機溶劑提取可一次除去大部分雜質，待測物也可從樣品中被富集用于分析，此法是應用較多的分離、凈化技術。③固相萃取法（Solid-phase extraction，SPE），主要采用固相填料如C18對樣品組分的分配系數不同，實現對樣品的分離，純化和富集。此法避免了溶劑提取時蛋白質沉淀引起的乳化和藥物損失。④酶解法主要用于測定一些酸不穩定及蛋白結合牢的藥物或尿中的藥物。⑤高速離心法一般用于血漿蛋白結合率的測定和血清分離實驗。

由于天麻素水溶性好，采用簡單的有機溶劑沉淀即可達到回收率要求，且操作簡單、重復性好，故絕大多數生物樣品前處理方法以有機溶劑沉淀法為主，包括乙醇、甲醇、乙腈及其復合溶劑等。有機溶劑與生物樣本的比例一般為1∶2～1∶4，極少使用液-液萃取法和固相萃取法。

1.1 有機溶劑沉淀法

有機溶劑沉淀法通常取50～200 μL 生物樣品，加入2～4 倍量有機溶劑沉淀，高速離心，取上清液，若待測成分濃度較高或測定儀器方法靈敏度高，可不揮干直接進樣測定。由于中藥成分復雜、含量較低、提取測定干擾因素多，故通常沉淀完的上清液需濃縮揮干，再用流動相復溶用于后續測定。

1.1.1 乙醇沉淀法

劉克辛等[29-30]最早開始研究天麻素在家兔體內的藥代動力學，包括其代謝物天麻苷元在血漿、膽汁、肝臟、尿液及糞便中的分布等，隨后又研究了天麻素在大鼠、狗血漿中的生理處置過程[31-32]，樣品前處理均為乙醇沉淀蛋白法。

1.1.2 甲醇沉淀法

何文等[33]研究天麻素鼻腔溫敏凝膠在血漿與腦組織內的藥動學特征，Jia 等[34]首次研究了天麻素和天麻苷元在比格犬體內的藥動學性質，其均采用2 倍量甲醇沉淀血漿樣品中的蛋白，上清液直接進樣測定。Tang等[35]比較了灌胃天麻素和天麻提取物在大鼠血漿中的藥動學差異，用3 倍量冰甲醇沉淀蛋白。Guan[36]等測定了天舒膠囊中天麻素和阿魏酸在正常和偏頭痛大鼠血漿中的含量，Zhao 和Jiang 等[37-38]相繼測定了大鼠體內天麻素和巴利森苷的相對生物利用度、組織分布和排泄情況，其亦是采用3倍量甲醇沉淀處理，只不過還添加了一定量的1%甲酸。程剛等[39]和Jiang等[40]研究天麻素在大鼠體內的藥動學特點，均采用了4 倍量的甲醇沉淀蛋白，亦有研究采用6 倍量的甲醇[41-42]。

1.1.3 乙腈沉淀法

羅軍等[43]研究靜脈注射天麻素在健康受試者體內的藥動學，精密吸取400μL 血漿，采用800μL 乙腈渦旋振蕩提取。Jia 等[44]研究了天麻素在大鼠血漿中的代謝情況，Hu 等[45-46]比較了大川芎方和天麻提取物中天麻素在大鼠血漿中的藥動學差異，血漿樣品均采用4 倍量乙腈前處理。劉建存等[47]同樣采用乙腈沉淀法處理大鼠血漿樣品，操作簡便、絕對回收率高、干擾雜質少等，可用于快速測定天麻首烏片中天麻素的濃度及相關藥動學研究。

1.1.4 其他方法

除甲醇、乙醇、乙腈等常用于沉淀蛋白外，亦有用正丁醇進行沉淀的[48]，血漿內源性成分和其他雜質不會影響待測成分的檢測，方法學均符合生物樣品測定要求。

一般有機溶劑沉淀法選取單一溶劑較多，但因測定條件或待測成分性質差異較大時，可根據實驗需求采用復合溶劑沉淀法。Song 等[49]和楊園等[50-51]均采用甲醇-乙腈混合液沉淀血漿樣品，只不過前者采用2倍量甲醇-乙腈（1∶3），后者采用5倍量甲醇-乙腈（1∶4），后續操作類似，離心，上清液濃縮揮干，流動相復溶殘渣，再次離心取上清液進樣測定。孫成春等[52]測定了天麻素在人體內的相對生物利用度，考慮到人與動物種屬差異及天麻素在人體內含量甚微、干擾因素較多，則采用相對復雜的乙醇-二氯甲烷兩步法提取天麻素，先用4倍量乙醇初步沉淀蛋白，上清液N2流吹干后用水復溶，因天麻素水溶性很好，故再加入二氯甲烷，取上層水相即可達到進一步純化的目的。

1.2 酸處理法

王俏[53-55]研究了天麻素及其代謝物天麻苷元的體內外代謝，并比較了二者的腦靶向性（包括腦脊液及腦微透析液），采用兩倍6%的高氯酸沉淀血漿中的蛋白并高速（9000 rpm）離心，可獲得較高的絕對回收率。門金玉等[56]測定天麻頭風靈膠囊灌胃后大鼠血漿中天麻素的濃度，血漿前處理方法也是采用6%的高氯酸。

2 測定方法

二十世紀九十年代，由于檢測儀器的限制，天麻素的體內含量測定為間接測定法，即測定天麻素的相對含量，如用硅膠薄板層析法結合放射性探測法，但此法探測效率僅為45%，故后續研究絕大多數采用的是高效液相色譜法。隨著現代分析儀器的進步，儀器的分離效率得以提高，尤其是一些質量檢測器聯用的發展，使檢測的分辨率和靈敏度大大提高，如液相色譜與質譜聯用儀（LC-MS/MS，UPLC-Q-TOF）等為天麻素體內過程分析提供了準確、靈敏的手段。

2.1 硅膠薄板層析法結合放射性探測法

利用化學還原法可制備3H-天麻素，收集制備不同組織的生物樣品，將對三聯苯溶于甲苯，作為閃爍液，根據放射性3H-天麻素每分鐘衰變數間接計算出天麻素的含量。陸光偉等[57]研究大鼠口服3H-天麻素后，分析了胃腸道、血、及組織中放射性成分，說明天麻素胃腸道放射性消失很快，很快入血，并結合硅膠薄板層析法，將各組織提取液與天麻素和天麻苷元標準品在同一硅膠薄板上對照，表明天麻素在體內主要代謝物是苷元。游金輝等[58]同樣采用上述方法，通過靜脈給藥探測3H-天麻素和3H-天麻苷元在小鼠體內的分布和代謝過程。

2.2 高效液相色譜法（HPLC）

天麻素體內生物利用度較高，生物樣品中含量也較高，故一般HPLC 法即可用于其體內含量測定。王俏等[53-55]采用HPLC 法較為系統地研究了天麻素在大鼠體內外的代謝情況，并主要針對其腦靶向性進行了研究。由于制劑工藝和給藥途徑不同，往往影響藥物的體內過程。四川大學Li 等[59]和Cai 等[60]分別考察了天芎膠囊及冰片對天麻素體內含量的影響，采用HPLC法測定了狗的血漿和小鼠腦中的含量。

2.3 液質聯用法（LC-MS）

為測定生物樣品中更低含量的天麻素或其代謝物，較多研究者采用了靈敏度更高的液質聯用法，包括液相色譜串聯三重四級桿質譜及液相色譜串聯四極桿-飛行時間質譜等。

2.3.1 高效液相色譜串聯三重四級桿質譜（LC-MS/MS）

高效液相色譜串聯三重四極桿LC-MS/MS系統具有很寬的定量線性范圍和較高的靈敏度，特別適合做最復雜基質樣品中超低濃度組分的定量分析，可滿足生物樣品藥代動力學中ADME 研究要求，為小分子化合物定量分析提供數據的準確性和重現性。

貴州師范大學Zhao 和Jiang 等[37-38]采用LC-MS/MS測定天麻素在大鼠體內的相對生物利用度、組織分布及排泄情況。臺北陽明大學的Lin 等[61]利用微透析技術收集血、腦及膽汁透析液，同樣采用LC-MS/MS測定了天麻素和天麻苷元在大鼠體內的藥動學特征。華雯妍等[62]采用LC-MS/MS 建立了天麻素在人血漿中濃度測定法，并評價了天麻素膠囊在健康受試者體內的藥動學。此法最低定量限（LOQ）達3 ng/mL，靈敏度較高，可以滿足人體口服天麻素制劑的藥動學需要。

2.3.2 高效液相色譜串聯四極桿-飛行時間質譜（LCQ-TOF/MS）

高效液相色譜串聯四極桿-飛行時間質譜速度快，適合于生命科學中大分子量復雜樣品超快速精確質量同時定性定量分析。一些研究者[63-64]采用LC-Q-TOF/MS 技術對含天麻素的復方制劑在動物體內（如家兔、大鼠血漿中代謝物和血中移行成分進行了分析。

3 天麻素體內過程

3.1 天麻素在體內的吸收

天麻素在體內的吸收很好，絕對生物利用度超過80%[39]，血漿蛋白結合率為4.3%，其苷元為69.3%[43]。靜脈注射天麻素，在大鼠[39,65]和健康人體內[43,66]血藥濃度-時間曲線符合二室模型，而灌胃給藥符合單室一級吸收模型。Cai等[67]針對天麻素水溶性極好、脂溶性差的特點，研究了谷氨酸轉運體（GLTs）對天麻素吸收的影響，發現鈉依賴性的谷氨酸轉運體-1（SGLT1）有助于天麻素的吸收。

3.2 天麻素在體內的分布

天麻素分布迅速，表觀分布容積（Vd）為6.57～10.28 L，表明組織分布較少[41]。二十世紀八十年代，陸光偉等[57]率先采用硅膠層析法結合放射性元素測定法對大鼠口服3H-天麻素后胃腸道、血及組織中放射性成分進行分析，說明天麻素胃腸道放射性消失很快，并很快入血，組織放射性以腎最高，肝、肺、子宮次之，腦中放射性較低。隨后大連醫科大學劉克辛等[31]采用當時較為先進的HPLC 法先后研究了家兔及大鼠體內天麻素的藥動學和生理處置過程，結果與陸光偉等人基本一致，也說明了天麻素吸收迅速且較完全，幾乎不被胃腸道破壞。靜脈注射2 min 后，組織藥物分布為腎> 血漿、肺> 心臟，肝、肌肉、脾、脂肪等含量很低，腦組織中未測到，推測天麻素未能透過血腦屏障，而游金輝等[58]采用陸光偉的方法，在隨后幾年研究了3H-天麻素在小鼠體內的分布和代謝，其結果表明，天麻素能透過血腦屏障進入腦內，后續的研究者[53,65,68]也證實了這點，但其入腦量不高，主要以苷元的形式存在。Jiang 等[37]測定了天麻素在大鼠心、肝、脾、肺、腎、大腦和尿液等組織分布和排泄情況，結果表明，天麻素在體內主要分布于腎、肝和肺中。

3.3 天麻素在體內的代謝

天麻素在體內代謝很快，其主要代謝物為天麻苷元（對羥基苯甲醇）[29,34,44,53-55,61,69]。天麻素可透過血腦屏障進入腦內，并在腦、血及肝中迅速分解為天麻苷元，以天麻苷元的形式存留在腦組織內，發揮中樞鎮靜作用。有研究[53,70]較系統地研究了天麻素的體內外代謝和腦藥動學，表明天麻素進入腦的速度很快，在腦、肝勻漿中代謝較慢，在腎勻漿中能被迅速代謝，在腦和血漿中代謝生成天麻苷元，但含量很低，濃度下降很快。對于天麻素的代謝產物研究，2010 年以前多集中于天麻苷元，隨后也有一些其他代謝物報道。。倪書茂等[63]采用高分辨液相色譜-質譜聯用儀對大川芎方中天麻素在家兔血漿中的代謝物進行初步研究，得到了包括脫烴基、脫甲氧基的兩個Ⅰ相代謝產物和乙酰化、氨基酸給合的兩個Ⅱ相代謝產物。近五年，對天麻素的代謝研究有了新的認識。Jia 等[44]對天麻素的代謝產物進行了較為細致的研究，除天麻苷元外，首次在大鼠血漿中鑒定出對甲苯基-d-葡糖苷、對羥基苯磺酸、對甲苯基-d-葡葡萄糖苷、對羥基苯甲醛這4個代謝產物。Tang[35]、Jiang 等[37]和Liu 等[71]研究表明天麻素可在體內與天麻藥材中的另一成分巴利森苷相互轉化。近年來，熱門的腸道微生物研究也有涉及對藥物代謝影響方面，如Nepal等[72]利用抗生素處理后的大鼠，研究腸道微生物對天麻素在體內外轉化為天麻苷元的影響，明確了腸道微生物在天麻素吸收入血發揮藥效的作用。

3.4 天麻素在體內的排泄

天麻素排泄途徑主要以原型藥從尿液排泄[37]，少量從膽汁排出，糞便中幾乎沒有[57]，在小鼠體內可能存在腸肝循環[58]，在大鼠中無肝腸循環現象[39]。

綜上可知，天麻素在體內的吸收很快、生物利用度高，分布迅速，主要分布于腎、肝和肺中，代謝較快，不易蓄積，主要從腎臟以尿液形式排出。

4 天麻素體內過程影響因素

4.1 動物種性

劉克辛等[32]最早采用HPLC 法測定了兔、大鼠、狗

體內天麻素及其代謝產物天麻苷元的含量，比較了其在不同動物體內的藥動學差異，相同之處在于靜脈注射天麻素后的藥-時曲線均為二室模型、消除較快、組織中分布較小，但天麻素在兔十二指腸給藥和大鼠灌胃給藥的生物利用度差異巨大，分別為2.9%、79.4%，且在兔體內天麻素可少量轉化為天麻苷元，進一步說明天麻素在此3種動物體內藥動學存在明顯的特異性。

表1 天麻素在正常生物體內血漿中的主要藥動學參數

續表

4.2 給藥劑量

灌胃不同劑量天麻制劑，其天麻素的藥動學參數存在一定的差異，如楊園等[50-51]研究了不同劑量復方天麻顆粒及提取物灌胃給大鼠后，低（50 mg/kg）、中劑量組（100 mg/kg）天麻素的半衰期、平均滯留時間、清除率等無明顯改變，曲線下面積呈劑量依賴性；與中劑量組相比，高劑量組（200 mg/kg）表觀分布體積、清除率顯著增大，半衰期、平均滯留時間、曲線下面積隨給藥劑量增加無顯著變化。因此，推測天麻素在50～100 mg/kg劑量時在大鼠體內為線性動力學過程，劑量在200 mg/kg以上時則為非線性動力學過程。

4.3 給藥時間

陸光偉等[73]針對時辰藥動學，研究了不同給藥時間對3H-天麻素大鼠體內過程的影響，發現不同時間給藥3H-天麻素，如早上8：00、晚上20：00、凌晨2：00，大鼠體內的藥動學參數出現明顯差異。

Cai 等[60]研究了灌胃冰片0 min、20 min、40 min 后再灌胃天麻素，考察冰片給藥時間間隔對天麻素在血漿中及天麻苷元在腦中的藥動學影響，結果表明，給大鼠灌胃冰片20 min 后再給予天麻素組，與同時灌胃冰片和天麻素組比較，前者的天麻素及天麻苷元達峰濃度（Cmax）顯著高于后者，且天麻素的生物利用度增加16%。

4.4 藥物配伍

Jiang 等[40]研究單用和合用天麻素及葛根素，二者在大鼠體內藥代動力差異，結果表明，天麻素和葛根素合用后能相互促進吸收，降低消除速率，增加體內滯留時間。Zheng 等[45]研究了大川芎方中天麻與不同比例的川芎配伍后天麻素含量變化，表明川芎中的成分會顯著影響天麻素AUC 和Cmax。而同一課題組的Hu 等[46]進一步研究了川芎中的川芎嗪、阿魏酸、總酚酸、總生物堿成分對天麻提取物中天麻素的吸收影響，結果表明川芎嗪對天麻素藥動參數無影響，其他成分可顯著增加天麻素AUC0-∞。Cai 等[60]研究了不同劑量冰片對血漿中天麻素的藥動學影響，說明冰片可促進天麻素在胃腸道的吸收、縮短血漿中的達峰時間，且可提高生物利用度和腦靶向性。Ge 等[69]研究了大鼠灌胃不同配方益智片后天麻素、天麻苷元、鉤藤堿的藥動學差異，從藥動學角度闡明天麻鉤藤藥對配伍的合理性。吳麗紅等[74]研究天麻鉤藤藥對配伍后對天麻素和鉤藤堿體內藥動學行為的影響，亦從藥動學特征，以中醫視角闡明天麻、鉤藤配伍實現對“肝陽上亢”整體施治目的。類似研究還有天麻復方和天麻提取物比較[75-76]、天麻提取物和單獨天麻素的比較[77]等，均從不同層面表明復方配伍對天麻素的吸收、分布、消除有一定程度的影響。

下表統計了近二十年有關天麻素在生物體內（主要為大鼠、小鼠、人等）經不同給藥途徑的藥動學參數。為便于參考和比較，僅整理了正常生物體血漿中的藥動學參數。

5 展望

天麻素對神經系統、心血管系統及免疫系統藥理作用明顯，可治療眩暈、后循環缺血性眩暈、缺血性腦卒中、血管性狀頭痛等疾病，具有較大的臨床應用價值。

天麻素主要治療心腦血管疾病，但其是否能通過血腦屏障報道不一[31,58]，且其口服給藥的生物利用度報道也不一致，種屬差異大[32,39]。到目前為止，對天麻素的體內代謝研究大多局限于外周循環系統，對其進入腦的研究也主要集中在腦組織分布方面[33,53-55,60-61]，且較少考慮藥物聯用尤其是中西藥配伍對其藥代動力學的影響，故天麻素體內藥代動力學研究仍具有較大的空間。