焦士勇,艾常虹,李艾芳,李 樺,王 旗
(1.北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)系,北京 100191;2.軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院毒物藥物研究所,北京 100850)
中藥補(bǔ)骨脂為豆科植物補(bǔ)骨脂Psoralea corylifoliaL.的干燥成熟果實(shí),具有溫腎助陽,納氣平喘,溫脾止瀉的功效[1]。補(bǔ)骨脂酚(bakuchiol)是補(bǔ)骨脂的主要成分之一,在補(bǔ)骨脂藥材中的含量為1.12%~5.14%[2],是一種單萜類化合物,常溫下為淺黃色油狀液體,化學(xué)結(jié)構(gòu)如Fig 1所示。補(bǔ)骨脂酚具有抗炎退熱[3]、抗菌[4]、抗病毒[5]、抗癌[6]、保肝[7]和雌激素樣作用[8]等藥理活性。
Fig 1 Chemical structure of bakuchiol
張玉順等[9]給昆明種小鼠灌胃約9.4 g·kg-1的生藥后發(fā)現(xiàn)補(bǔ)骨脂酚有一定的腎毒性作用。江芳等[10]在體外也觀察到 20 μmol·L-1以上濃度的補(bǔ)骨脂酚對人腎近曲小管上皮細(xì)胞(human kedney-2,HK-2)有明顯的腎毒性作用,加入大鼠肝勻漿S9代謝活化后,補(bǔ)骨脂酚的細(xì)胞毒性作用明顯降低,提示肝臟藥物代謝酶對補(bǔ)骨脂酚有一定的減毒作用,補(bǔ)骨脂酚經(jīng)代謝可能轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的物質(zhì)。補(bǔ)骨脂酚的代謝研究目前僅見SD大鼠口服補(bǔ)骨脂酚的藥代動(dòng)力學(xué)[11],補(bǔ)骨脂酚的肝臟代謝產(chǎn)物,代謝的種屬差異以及代謝與毒性的關(guān)系尚未見報(bào)道。為了更好地理解補(bǔ)骨脂酚的肝代謝與腎毒性之間的關(guān)系及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和人體之間可能存在的差異,本文用大鼠、比格犬和人肝微粒體研究了3個(gè)種屬微粒體對補(bǔ)骨脂酚HK-2細(xì)胞的減毒作用,以及補(bǔ)骨脂酚的體外肝代謝穩(wěn)定性及代謝動(dòng)力學(xué),并比較了種屬間差異。
1.1藥品與試劑補(bǔ)骨脂酚購自南京澤朗醫(yī)藥科技有限公司,純度>99%,批號為090427;丹參酮ⅡA(內(nèi)標(biāo))購自中國藥品生物制品檢定所;♂ SD大鼠和比格犬肝微粒體、及♂人肝微粒體均購自北京慧智泰康醫(yī)藥技術(shù)有限公司,蛋白含量為20 g·L-1,批號:7MMC002;D/F12(DMEM ∶F12=1 ∶1)培養(yǎng)基購自北京清大天一生物科技有限公司;1∶250胰蛋白酶為Amresco公司產(chǎn)品;甲醇(Sigma)和乙腈(J&Kchemica)為色譜純,其它試劑均為國產(chǎn)分析純。
1.2儀器Waters高效液相色譜儀系統(tǒng)配有Wa-ters1525泵、717 Puls自動(dòng)進(jìn)樣器和2487雙波長紫外檢測器(美國Waters公司);Multiskan MK3型酶標(biāo)儀(美國Thermo公司);Cary Win UV300紫外可見分光光度計(jì)(美國Agilent公司)。
1.3細(xì)胞培養(yǎng)HK-2細(xì)胞購自北京協(xié)和醫(yī)科大學(xué),細(xì)胞培養(yǎng)用含體積分?jǐn)?shù)為10%胎牛血清的DMEM/F12培養(yǎng)液,內(nèi)含2 mmol·L-1非必需氨基酸、100 kU·L-1的青霉素和鏈霉素,于5%CO2,37℃,恒濕條件下培養(yǎng),細(xì)胞融合80%后用胰蛋白酶/EDTA消化傳代。
1.4肝微粒體對補(bǔ)骨脂酚HK-2細(xì)胞毒性的影響實(shí)驗(yàn)分組如下:空白對照組:不含血清的DMEM/F12培養(yǎng)基;溶劑對照組:體積分?jǐn)?shù)為0.5%DMSO;肝微粒體對照組:蛋白濃度為0.16 g·L-1鼠(犬或人)肝微粒體+0.5%DMSO;補(bǔ)骨脂酚組:10、20、30、40、50 μmol·L-1;補(bǔ)骨脂酚 + 蛋白濃度為 0.16 g·L-1鼠(犬或人)肝微粒體組:10、20、30、40、50 μmol·L-1;含有微粒體的樣品均在冰浴上配制,每個(gè)濃度設(shè)5個(gè)平行樣。
取生長融合達(dá)80%的細(xì)胞,用質(zhì)量濃度為0.5 g·L-1的胰蛋白酶消化,配制單細(xì)胞懸液,細(xì)胞密度為3×105·L-1,每孔100 μl種于96 孔板,培養(yǎng)12 h后加入100 μl上述各組受試藥物,補(bǔ)骨脂酚加微粒體組將受試藥與微粒體同時(shí)加入細(xì)胞培養(yǎng)液,與HK-2細(xì)胞共孵4 h后換上含有0.5 g·L-1MTT的無血清DMEM/F12培養(yǎng)液,培養(yǎng)4 h后將上清液棄去,每孔加入150 μl體積分?jǐn)?shù)為4%酸性異丙醇,37℃恒溫15 min后,于570 nm用酶標(biāo)儀測定各孔吸光度值,計(jì)算細(xì)胞存活率。
1.5HPLC法定量測定補(bǔ)骨脂酚補(bǔ)骨脂酚及內(nèi)標(biāo)應(yīng)用 XB-C18 色譜柱(4.6 mm ×250 mm,5 μm,美國Welch公司)分離,流動(dòng)相為水-甲醇(11∶89,V∶V;含0.1%甲酸),流速為1 ml·min-1,檢測波長262 nm。
1.6補(bǔ)骨脂酚在肝微粒體孵育體系中的代謝消除孵育體系用50 mmol·L-1K2HPO4溶液(pH=7.4)配制,其中含蛋白濃度為0.5 g·L-1的各種屬微粒體和初始濃度為10 μmol·L-1的補(bǔ)骨脂酚,在37℃預(yù)孵育5 min,加入同樣預(yù)孵育5 min的NADPH(10 mmol·L-1)溶液啟動(dòng)反應(yīng),于0、2、5、10、20、30和60 min分別取樣,立即加入冰冷的含有內(nèi)標(biāo)(0.5 μmol·L-1丹參酮ⅡA)的甲醇 -乙腈(1 ∶1,V∶V)溶液 200 μl終止反應(yīng),渦旋混勻 2 min,于20 200×g,4 ℃離心 10 min,取上清 10 μl HPLC 檢測補(bǔ)骨脂酚的剩余含量,計(jì)算代謝消除半衰期等參數(shù)。對照為不加NADPH的酶反應(yīng)組。
1.7補(bǔ)骨脂酚的肝微粒體代謝動(dòng)力學(xué)反應(yīng)體系中各種屬微粒體蛋白含量為0.5 g·L-1,補(bǔ)骨脂酚的終濃度分別為2、4、8、16 和32 μmol·L-1,比格犬和人微粒體組于10 min終止反應(yīng),大鼠微粒體組因藥物轉(zhuǎn)化速率較快故于2 min終止反應(yīng)。0時(shí)組先在孵育液中加入終止液后再加NADPH溶液。樣品按“1.6”節(jié)的方法處理后用HPLC檢測補(bǔ)骨脂酚的剩余含量,計(jì)算酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km和Vmax。
1.8數(shù)據(jù)處理與分析以溶劑對照組的細(xì)胞存活率為100%,由公式(1)計(jì)算實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞存活率。
以0時(shí)的補(bǔ)骨脂酚濃度為100%,由不同時(shí)間點(diǎn)的補(bǔ)骨脂酚剩余濃度與0時(shí)濃度相比得到其剩余百分比。以各時(shí)間點(diǎn)補(bǔ)骨脂酚剩余百分比的自然對數(shù)對反應(yīng)時(shí)間作圖,經(jīng)直線回歸求得斜率(-k),由公式(2)得到補(bǔ)骨脂酚的代謝消除,應(yīng)用 Wellstirred模型對微粒體的數(shù)據(jù)進(jìn)行外推[12]得到補(bǔ)骨脂酚在人、大鼠和比格犬肝中的固有清除率CLint(ml·min-1·kg-1)和肝清除率CLh(ml·min-1·kg-1)。
其中,SF為換算因子,Gmicrs代表肝臟中含有的微粒體蛋白的平均質(zhì)量(mg);Wliver代表肝重(g);Wbody代表體重(kg);Gprotein代表反應(yīng)體系中蛋白濃度(mg·ml-1);Qh肝血流速。相關(guān)動(dòng)物理化參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值引自文獻(xiàn)[13]。
由Line weaver-Burk模型計(jì)算補(bǔ)骨脂酚在3個(gè)種屬微粒體中的米氏常數(shù)(Km)和最大反應(yīng)速率(Vmax)。
2.1補(bǔ)骨脂酚的HPLC檢測方法學(xué)及驗(yàn)證在現(xiàn)有的色譜條件下,補(bǔ)骨脂酚及內(nèi)標(biāo)峰達(dá)到基線分離,微粒體基質(zhì)中的內(nèi)源物不影響其分離和定量。補(bǔ)骨脂酚在0.1~10 μmol·L-1的濃度范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r>0.99,定量下限為 0.1 μmol·L-1,低、中和高 3 個(gè)濃度(2.5、5 和 10 μmol·L-1)的日內(nèi)和日間精密度分別小于3.0%和4.5%,回收率>90%,方法能夠滿足檢測要求。
2.2不同種屬肝微粒體對補(bǔ)骨脂酚HK-2細(xì)胞毒性的影響以DMSO溶劑組的細(xì)胞存活率為100%,溶劑加大鼠、犬和人肝微粒體組的細(xì)胞存活率分別為溶劑組的95.9%、96.8%和96.7%,經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析差異無顯著性(P>0.05),表明肝微粒體對HK-2細(xì)胞的存活率沒有影響。
補(bǔ)骨脂酚組和補(bǔ)骨脂酚加各種屬肝微粒體組的HK-2細(xì)胞存活率見Tab 1。由表可見,補(bǔ)骨脂酚組在藥物濃度達(dá)到20 μmol·L-1后細(xì)胞存活率明顯下降,并在20~50 μmol·L-1的濃度范圍內(nèi)呈劑量依賴關(guān)系(Fig 2)。
與補(bǔ)骨脂酚組相比,加入大鼠、比格犬和人肝微粒體(P<0.01)能提高20 ~50 μmol·L-1補(bǔ)骨脂酚組的細(xì)胞存活率,減低補(bǔ)骨脂酚對HK-2細(xì)胞的毒性,即使在最高的實(shí)驗(yàn)濃度(50 μmol·L-1)補(bǔ)骨脂酚也未表現(xiàn)出明顯的毒性(Fig 2)。所有的鼠和人肝微粒體組與對照組之間無差異(P>0.05);而加入犬肝微粒體的 30、40、50 μmol·L-1補(bǔ)骨脂酚組細(xì)胞存活率均低于本組對照,差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)果表明,犬肝微粒體在同等蛋白濃度水平對補(bǔ)骨脂酚的減毒作用要低于人和大鼠肝微粒體。
2.3補(bǔ)骨脂酚在大鼠、比格犬和人肝微粒體中的代謝消除將補(bǔ)骨脂酚分別與3個(gè)種屬肝微粒體孵育,得到的代謝消除動(dòng)力學(xué)曲線見Fig 3。補(bǔ)骨脂酚在不加NADPH的孵育液中不發(fā)生代謝,表明其肝代謝是NADPH依賴的。補(bǔ)骨脂酚在3個(gè)種屬肝微粒體中均能較快地代謝消除,60 min后原藥濃度下降至50%以下,其中以大鼠肝微粒體的代謝最快,人肝微粒體的代謝最慢。補(bǔ)骨脂酚在大鼠肝微粒體0~30 min內(nèi)、在犬和人肝微粒體0~60 min內(nèi)呈線性消除,據(jù)此計(jì)算得到消除半衰期和內(nèi)在清除率CLint和肝清除率CLh,見Tab 2。大鼠和犬肝微粒體對補(bǔ)骨脂酚的代謝消除半衰期及清除率與人相比差異有顯著性(P<0.01)。
Tab 1 Effects of bakuchiol with/without rat,dog and human liver microsomes on HK-2 cell survival after 4 h exposure(±s,n=5)
Tab 1 Effects of bakuchiol with/without rat,dog and human liver microsomes on HK-2 cell survival after 4 h exposure(±s,n=5)
*P <0.05,**P <0.01 vs bakuchiol group at the same concentration level;#P <0.05,##P <0.01 vs 0.5%DMSO+LM group for each species
Concentration/μmol·L-1 bakuchiol 0.5%DMSO 100.00±1.65 105.37±5.71 103.23±7.Cell viability/%bakuchiol RLM+bakuchiol BLM+bakuchiol HLM+29 103.36±1.57 0.5%DMSO+LM - 100.00±2.57 100.00±2.03 100.00±6.19 10 96.27±2.05 96.73±4.64 101.61±8.35 98.52±4.02 20 95.21±1.31 101.33±1.02* 98.16±0.43 99.20±3.86 30 71.35±4.27 96.50±5.56** 90.46±2.01**# 101.46±2.05**40 37.42±2.01 97.33±3.36** 93.32±2.59**## 102.51±5.44**50 18.94±2.10 97.05±7.22** 90.43±1.88**## 102.15±1.61**
Tab 2 In vitro liver microsomal metabolic parameters of bakuchiol and predicted hepatic clearances of three species(±s,n=3)
Tab 2 In vitro liver microsomal metabolic parameters of bakuchiol and predicted hepatic clearances of three species(±s,n=3)
*P <0.05,**P <0.01 vs human
LM Parameter T Km Vmax 12/min CLint/ml·min-1·kg-1 CLh/ml·min-1·kg-1/μmol·L-1/μmol·L-1·min -1 RLM 6.79±0.39** 365.92±20.01** 47.60±0.36** 31.89±2.60**1.88±0.09 BLM 53.31±0.29** 65.16±0.35** 20.92±0.036** 89.35±4.32* 0.57±0.01 HLM 44.14±1.13 39.38±1.04 13.57±0.12 81.66±3.41 0.47±0.01**
2.4補(bǔ)骨脂酚在大鼠、比格犬和人肝微粒體中的酶動(dòng)力學(xué)將不同濃度的補(bǔ)骨脂酚與3個(gè)種屬肝微粒體孵育,觀察到其代謝在32μmol·L-1的濃度以下不呈飽和,故選擇補(bǔ)骨脂酚濃度2、4、8、16和32 μmol·L-1與0.5 g·L-1的各微粒體蛋白共同孵育,測定補(bǔ)骨脂酚的酶動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km和Vmax值,結(jié)果見Tab 2。補(bǔ)骨脂酚與大鼠肝微粒體酶的表觀親和力最高(Km值最小),人次之,比格犬為最弱;而最大反應(yīng)速度(Vm)的排序則是大鼠>比格犬>人。
Fig 3 In vitro metabolic kinetic of bakuchiol in liver microsomes of human,dog and rat
前期的研究[10]發(fā)現(xiàn),大鼠肝S9對補(bǔ)骨脂酚的HK-2細(xì)胞毒性有減低作用,但在藥物高濃度(40 μmol·L-1)仍表現(xiàn)出一定的腎細(xì)胞毒性。本研究用相同蛋白濃度的不同種屬肝微粒體與補(bǔ)骨脂酚共孵育,觀察到即使在50 μmol·L-1的高濃度,補(bǔ)骨脂酚對HK-2細(xì)胞也沒有明顯的腎細(xì)胞毒性。體外代謝試驗(yàn)結(jié)果表明,補(bǔ)骨脂酚在肝微粒體中能較快代謝消除,且是依賴于NADPH的,說明肝微粒體對補(bǔ)骨脂酚的代謝減毒作用是由微粒體細(xì)胞色素P450酶(CYP)介導(dǎo)的。本課題組對代謝酶表型的初步研究證實(shí),CYP2C19、2C9和3A4等多個(gè) CYP酶亞型參與了補(bǔ)骨脂酚的肝代謝(未發(fā)表資料),補(bǔ)骨脂酚經(jīng)CYP酶代謝后可能轉(zhuǎn)化成無毒或低毒的代謝產(chǎn)物。肝S9與微粒體同屬肝亞細(xì)胞成分,肝S9含有胞質(zhì)和微粒體酶,將S9進(jìn)一步超速離心可以得到主要含有CYP酶的肝微粒體。因此,在相同蛋白濃度水平微粒體中CYP酶的含量要高于S9,這可能是肝微粒體對高濃度補(bǔ)骨脂酚的減毒作用強(qiáng)于S9的主要原因。
補(bǔ)骨脂酚在大鼠、犬和人肝微粒體中均能較快地代謝消除,但其肝臟代謝消除速率和酶動(dòng)力學(xué)存在一定的種屬差異。補(bǔ)骨脂酚在大鼠肝微粒體的代謝最快,僅為6.79 min;外推得到的大鼠內(nèi)在清除率和肝臟清除率也明顯高于比格犬和人。補(bǔ)骨脂酚與大鼠微粒體酶的表觀親和力最高(Km值最小)其次是人,比格犬最弱;最大反應(yīng)速率Vmax則是大鼠>比格犬>人。
CYP同工酶在不同種屬肝臟中的組成和相對含量存在差異[14];由于不同CYP同工酶能介導(dǎo)不同的代謝反應(yīng),因而CYP酶介導(dǎo)的代謝反應(yīng)和生成的代謝產(chǎn)物種類或量也存在著種屬差異[13]。補(bǔ)骨脂酚在3個(gè)種屬肝微粒體中的代謝動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的差異,很可能與不同種屬肝臟中與補(bǔ)骨脂酚代謝相關(guān)的CYP酶的分布及相對豐度的差異有關(guān)。在細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)中觀察到,犬肝微粒體對補(bǔ)骨脂酚細(xì)胞毒性的降低作用與人和大鼠相比有一定的差異,這一差異不僅與補(bǔ)骨脂酚在不同種屬肝微粒體的代謝動(dòng)力學(xué)的差異有關(guān),也可能與犬肝中與補(bǔ)骨脂酚減毒相關(guān)藥酶的分布差異相關(guān)。補(bǔ)骨脂酚的轉(zhuǎn)化途徑和代謝動(dòng)力學(xué)的種屬差異以及對腎毒性的可能影響有必要在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步研究。
綜上所述,肝微粒體能明顯降低補(bǔ)骨脂酚的HK-2細(xì)胞毒性,并與肝臟CYP酶介導(dǎo)的代謝相關(guān)。補(bǔ)骨脂酚的肝代謝動(dòng)力學(xué)存在一定的種屬差異,大鼠與人有較大差異,而比格犬與人相對接近,但對高濃度補(bǔ)骨脂酚細(xì)胞毒性的降低作用犬和人之間存在一定的差異。因此,在補(bǔ)骨脂酚毒性實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物選擇以及將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果外推至人時(shí)應(yīng)考慮到人和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之間的種屬差異性。
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