徐明朝

白藜芦醇及其生物利用度-大连医科大学学报

大连医科大学学报,2018,40(3)：193-197,204.
doi:10.11724/jdmu.2018.03.01
第一作者简介：舒晓宏，大连医科大学药学院教授，博士生导师。研究方向：天然药物研发及肿瘤分子药理学。E-mail:xiaohong_shu@dmu.edu.cn
摘要
白藜芦醇为存在于葡萄等多种植物中的天然多酚类化合物，由于具有良好的生物活性而受到广泛关注。但白藜芦醇水溶性低，代谢迅速，生物利用度低而影响了白藜芦醇的发展应用。本文结合白藜芦醇的代谢特点，从协同给药、前体药物设计和制剂改良等角度对白藜芦醇的生物利用度研究现状进行探讨，以期为白藜芦醇生物利用度的提高提供参考。
白藜芦醇 (resveratrol)，天然多酚类化合物，最初被认为是植物在生长过程中受到外界刺激或病菌感染而产生的一种植物抗毒素 (phytoalexin)，存在于葡萄、石榴、花生、桑椹、蓝莓和藜芦等多种植物中[1]。早在1940年，日本科学家Takaota 即从白藜芦(Veratrum grandiflorum Loes. Fil.)的根部分离得到白藜芦醇[2]，但其为世人所熟知则源于“法国悖论”，即法国人高脂肪、高热量饮食习惯与其低心血管疾病发病率的相悖现象[3]。1997年Jang课题组在Science上首次报道了白藜芦醇的肿瘤预防活性及其分子机制[4]，从而引起了整个学术界的广泛关注，并进行了诸多有益的探索[5-10]。目前(截至2018年4月15日)Pubmed检索到以resveratrol为主题词的研究文献有10538篇(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/)，美国NIH政府网站上目前以resveratrol为研究对象的临床试验137项(https://clinicaltrials.gov/)。尽管白藜芦醇极低的生物利用度常常导致其生物活性的不确定性[11]，并引起人们对其药用价值的质疑，但大量实验数据显示白藜芦醇具有多种有益的药理活性[5-10]，如Nature、Science上诸多关于其延缓衰老、心血管预防及抗肿瘤等方面的报道[4,6-7]。本课题组研究发现白藜芦醇虽然不具备广谱的抗肿瘤活性，但其对某些肿瘤细胞呈现明显的抑制作用及治疗剂量下良好的生物安全性[12-15]。因此，如何提高白藜芦醇生物利用度进而充分发挥其药理活性成为学术界关注的热点，本文就白藜芦醇及其生物利用度的研究现状进行述评。1 白藜芦醇的代谢特点
药物在体内代谢一般要经历 I 相和II相 2 个时相反应，是药物从体内消除的主要途径之一，多数药物代谢后药理活性减弱或消失(即失活),少数可被活化产生活性代谢产物而发挥药理活性。生物利用度是研究药物代谢的关键性因素之一，制剂中药物被吸收进入人体循环的速度与程度，是评价药物优劣的重要指标。
白藜芦醇生物利用度低、代谢迅速，Asensi 等[16]研究发现无论口服给药还是静脉注射，白藜芦醇在动物血浆中的达峰时间均不到 5 min。健康男性受试者口服葡萄提取物，药代动力学研究显示白藜芦醇口服吸收率高达 75%，但生物利用度不足1%[17]，其主要原因是白藜芦醇在人体内发生了广泛的II相代谢反应，生成葡萄糖醛酸苷和硫酸酯类结合物，导致血液中只能检测到微量白藜芦醇原型药物[11-18]。为了提高白藜芦醇的生物利用度，Boocock等[19]在I期临床试验中给健康志愿者单剂量口服白藜芦醇(0.5, 1, 2.5或5 g)，其峰浓度 (Cmax) 分别为72.6, 117.0, 268.0和538.8 ng/mL，达峰时间 (Tmax) 依次为0.833, 0.759, 1.375和1.500 h，药物浓度—时间曲线下面积 (AUC) 分别为223.7胭脂斩, 544.8, 786.5和1319 ng×h/mL，虽然增加给药剂量能够提高血液中白藜芦醇的Cmax538.8 ng/mL (2.4 μmol/L)，但体外实验显示白藜芦醇发挥抗肿瘤作用至少要5 μmol/L以上，上述结果提示单纯依靠增加给药剂量不足以发挥白藜芦醇的药理活性。因此，我们将结合白藜芦醇的代谢特点进一步探讨如何提高白藜芦醇的生物利用度。2 提高白藜芦醇生物利用度的策略2.1 协同给药提高生物利用度
白藜芦醇在体内代谢，易发生II相反应，大部分被葡萄糖醛酸化和硫酸酯化[18-20]，从而影响其生物活性。有研究发现胡椒碱、槲皮素等与白藜芦醇协同使用可以抑制代谢酶活性而提高白藜芦醇的生物利用度[21-26]。已有研究显示胡椒碱可以抑制葡萄糖醛酸转移酶的活性而减少药物葡萄糖醛酸化，从而提高白藜芦醇生物利用度[21-22]。Johnson等[23]灌胃给药C57BL/6小鼠白藜芦醇(100 mg/kg)及白藜芦醇 (100 mg/kg)/胡椒碱 (10 mg/kg) 混合物，采用LC/MS检测白藜芦醇的药代动力学参数，结果发现胡椒碱可明显改善白藜芦醇的动力学参数，与白藜芦醇单独给药相比，白藜芦醇/胡椒碱联合给药可使Cmax增加至1544%，AUC增加至229%，胡椒碱能明显抑制白藜芦醇的葡萄糖醛酸化，从而增强白藜芦醇的生物利用度。但Wightman等[27]在人体试验中发现，虽然胡椒碱可以促进白藜芦醇对脑血流量的影响卡拉肖克·玲，但认为其并没有改变白藜芦醇的生物利用度，甚至在静脉血中未检测到白藜芦醇原型形式。Boocock等[19]在I期临床试验中发现，人体服用不同剂量的白藜芦醇，其Cmax及AUC的Tmax均不同，志愿者单剂量口服0.5 g，白藜芦醇Tmax为0.833 h (约50 min)，而Wightman等[27]给药剂量为0.25 g，血样采集时间分别为服用白藜芦醇后45东航e学网, 90和120 min，文中未体现出研究者对白藜芦醇代谢动力学参数进行系统测定，因而可能影响其生物利用度评估的科学性。胡椒碱与白藜芦醇联合用药从而提高白藜芦醇生物活性亦被其他学者所报道，研究发现胡椒碱可以增强白藜芦醇的抗抑郁作用[28]，以及提高白藜芦醇对肿瘤细胞的放射敏感性[29]肥猪满圈 。此外，还有大量文献报道槲皮素、姜黄素等多酚类化合物与白藜芦醇联合应用亦可抑制相关代谢酶的活性，从而提高白藜芦醇的生物利用度及药理活性[24-26]。2.2 设计前体药物提高生物利用度
前体药物 (pro-drug)，可增加药物稳定性和靶向性，改善药代动力学参数，延长药物作用时间，从而提高药物的生物利用度。白藜芦醇在体内代谢迅速，易被硫酸酯化和葡萄糖醛酸化，导致生物利用度降低。因而，有学者将白藜芦醇醚化或乙酰化制成前体药物，进入体内代谢水解为白藜芦醇后发挥其药理活性[30-34]。有研究者将白藜芦醇制备成前体药物3,4’,5-三乙酰氧基二苯乙烯(乙酰化白藜芦醇)，3,5,4’-位点由于乙酰化而避免了硫酸酯化和葡萄糖醛酸化反应，从而提高了其生物利用度。Liang等[32]给大鼠灌胃乙酰化白藜芦醇 (155 mg/kg) 较等摩尔浓度的白藜芦醇 (100 mg/kg)，其药代动力学参数发生明显改善，其中半衰期 (t1/2) 从 (118.0 ± 20.31) min延长至 (394.7 ± 43.6) min，AUC从 (320.0 ± 42.85) mg×min/L提高至 (558.5 ± 58.9) mg×min/L侣皓喆 。大鼠给药天然产物 3,5-二甲氧基-4’-羟基二苯乙烯 (紫檀芪)，虽然结构中只有3,5-OH被醚化保护，但灌胃给药后紫檀芪较白藜芦醇葡萄糖醛酸化率降低，紫檀芪血药浓度及生物利用度较等摩尔浓度给药的白藜芦醇均有显著提高[33]。还有研究将白藜芦醇键合甲氧基团后制备成3,5,4’-三甲氧基二苯乙烯后，其代谢稳定性增强，并呈现更强的抗病毒及抗癌等药理活性[34-36]。因此前体药物的设计将成为改善白藜芦醇生物利用度、提高其药理活性的有效途径之一。2.3 改良制剂提高生物利用度
在大量的实验室和临床研究中，白藜芦醇的主要给药方式是将其粉末直接装入胶囊，或溶解在乙醇、丙烯甘油、玉米油等不同的介质中[37-38]。但研究发现粉末状白藜芦醇溶解吸收性较差，而溶解性较好的介质如乙醇、丙烯甘油等又存在明显的溶剂作用[39]。因此，近年来关于白藜芦醇的制剂研究引起越来越多的关注，以期改善白藜芦醇的药代动力学参数及制剂安全性，提高药物的生物利用度和靶向性。
2.3.1 增加稳定性及结构保护
白藜芦醇属于光敏性化合物，在日光及紫外线照射下易形成顺式异构体而降低活性[40]。Shi等[41]首次成功使用酵母胶囊封装白藜芦醇，光解作用明显降低，氧自由基清除作用增加，且在潮湿和强光应激环境下稳定性显著提高。同时在不含胃蛋白酶的胃酸(pH 1.2)检测白藜芦醇释放的体外实验中，检测到90 min内高达90%释放度，有效地提高了白藜芦醇的稳定性和生物利用度。除酵母外，Sanna等[42]采用壳聚糖 (CS) 与聚乳酸-羟基乙酸共聚物 (PLGA)为介质制成白藜芦醇微胶囊，并模仿胃液环境监控白藜芦醇的释放度以及不同储存条件下的稳定性，检测发现该微囊6个月时稳定性依旧良好，CS/PLGA微囊可控释并保持白藜芦醇稳定性。
2.3.2 提高水溶性
白藜芦醇水溶性极低，影响了其在体内的生物利用度。环糊精 (cyclodextrin, CD) 能有效地增加一些水溶性不好药物的溶解度，并且环糊精是一类环状低聚糖，主要由葡萄糖组成，具有极好的安全性且易被人体吸收，因而在制药业上受到高度关注。文献报道α-, β- 和γ-CD均可与白藜芦醇形成1∶1包合物，能显著提高白藜芦醇的水溶性[43-44]。羟丙基-β-CD与白藜芦醇形成的包合物水溶性明显增强，通过荧光素探针标记评估包合物的抗氧化能力，发现包合物提高了荧光衰退曲线下面积 (net AUC) 至饱和水平，抗氧化能力几乎增加了一倍[45]。白藜芦醇的抗氧化能力依赖于白藜芦醇与羟丙基-β-CD包合物的形成，其中环糊精作为游离白藜芦醇剂量调控存储池，保护白藜芦醇以防止其被自由基快速氧化，从而最大限度地延长了白藜芦醇的抗氧化活性[45]。
此外，自乳化药物传递系统 (self-emulsifying drug delivery systems，SEDDS)， 对于亲脂性和难溶性药物是一个非常有希望的新型载体系统。Bolko等[46]将白藜芦醇采用SEDDS系统乳化至微米甚至纳米水平，其水溶性提高23倍。同时Singh等[47]亦发现，SEDDS可使白藜芦醇溶解度显著提高，AUC亦增加3.29倍，进而使白藜芦醇生物利用度显著提高。
2.3.3 靶向定位
靶向给药系统 (targeting drug delivery system, TDDS)，是通过载体使药物选择性的浓集于病变的靶部位。靶向制剂一般应具备定位、浓集、控释及无毒可生物降解等基本要素，由于靶向制剂可以提高药效、降低毒性，因此日益受到国内外学者的广泛关注。目前靶向制剂改良研究主要集中在纳米材料、脂质体、钙和锌-果胶粒和双层超细纤维等。Shao等[47]通过纳米沉淀的方法，以甲氧基聚乙二醇-聚己内酯作为载体，将白藜芦醇直接包埋于生物可降解的疏水性纳米颗粒内核周华瑞 ，可达到给药后前5 h释放总药量50%，后续达到匀速持续释放的作用。在对角质细胞瘤的研究中，该制剂显示显著的细胞膜通透性，因而相较于游离白藜芦醇具有更显著的抗肿瘤效果。
同样，利用脂质体作为白藜芦醇的包合载体同样得到了一定的发展，主要有靶向脂质体、声学活性脂质球(acoustically active lipospheres，AALs)等材料邹开云 。研究通过与靶分子或抗体的共轭结合，从而使脂质体对表达特异受体或抗原的细胞主动靶向结合。目前已有研究报道采用地喹氯铵聚乙二醇-二硬脂酰磷脂酰乙醇胺修饰的白藜芦醇脂质体，该脂质体具有靶向线粒体的功能，且可被耐药肺癌细胞选择性摄取，因而可明显减少线粒体的去极化，从而诱导肺癌细胞凋亡[48]。
将脂质和纳米技术相结合制成如脂核纳米囊 (lipid-core nanocapsules)、固体脂质纳米粒 (solid lipid nanoparticles, SLNs) 同样显示独特优势。Frozza等[49]通过界面聚合物沉积法制成的白藜芦醇纳米囊包封率可达99.9%，室温下稳定时间可达3个月。体内实验发现灌胃或腹腔注射该制剂后，均能明显改善白藜芦醇在大鼠肝、肾、脑中的分布，白藜芦醇脂核纳米囊显著降低白藜芦醇的释放速度，且相较于游离白藜芦醇，对胃肠道的刺激能降低6～9倍。
为避免白藜芦醇在上胃肠消化道中体内被迅速吸收和代谢，Das 等[50]采用钙和锌-果胶粒，其对白藜芦醇具有高达98%的包合度，且该制剂在4 ℃或室温储存时间均可达6个月，显著提高了白藜芦醇的稳定性。同时该制剂优化了白藜芦醇的结肠靶位运送作用，在模拟胃液中钙-果胶粒对白藜芦醇的包封率可达97%，而在结肠模拟环境中的释放度高于80%。由于钙-果胶粒在体内实验研究中并未显示结肠特定性释放，因此通过采用直径为950 μmol/L锌-果胶粒的优化使白藜芦醇的包封率提高到94%～98%，且大鼠体内实验均证实该制剂良好的结肠定位效果，该制剂良好的靶向性将为结肠的临床治疗提供指导[51]。3 小 结
白藜芦醇的多种药理活性已显示出其良好的开发潜力，但由于其水溶性低、体内代谢迅速，生物利用度低而影响了白藜芦醇的发展应用。本研究结合白藜芦醇的代谢特点，从协同给药、前体药物设计和制剂改良等角度对白藜芦醇的生物利用度研究现状进行探讨，以期为白藜芦醇生物利用度的提高提供参考，进而促进其从基础研究到临床转化的应用。
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