含α，β-不饱和羰基的中药有效成分“穿心莲内酯”和“酸浆苦素A”磺酸化代谢的发生机制及种属差异研究

Compounds possessing α, β-unsaturated carbonyl moiety are widely distributed in herbs. In our previous studies, a rare metabolic pathway, sulfonation metabolism was revealed during the metabolism study of andrographolide and physalin A, which possess α, β-unsaturated carbonyl moiety. Our results demonstrated that there may be species difference of sulfonation metabolic process between human and rat. Information about the mechanism of sulfonation metabolism was still not clearly reported. Based on the knowledge of drug metabolism, two possible mechanisms were raised up. Pathway A involved the addition of the mercapto group of cysteine or glutathione was added to the double bond and subsequent cleavage of the C–S bond (catalysed by C–S lyase) and oxidation of –SH to −SO3. Pathway B was that −SO3 was derived directly from −SO4 in rat intestine or rat chow and added nucleophilically to the double bond non-enzymatically. Sulfonation metabolism was conducted catalyzed by drug metabolic enzymes or intestinal flora. In the study, the detailed in vitro and in vivo sulfonation metabolism of andrographolide and physalin A will be conducted to elucidate the mechanism of sulfonation metabolism and ascertain the species difference of sulfonation metabolism and the pharmacokinetics of sulfonated metabolites. This study will provide a scientific template for the metabolism study of TCM constituents possessing α, β-unsaturated carbonyl moiety during the pharmacokinetic study. Meanwhile, this study will provide scientific basis for the pharmacokinetic studies of Traditional Chinese Medicine with complex components.

含有α，β-不饱和羰基的化学成分广泛存在于中草药中。申请人前期在含有此类官能团的中药有效成分穿心莲内酯和酸浆苦素A的代谢研究中发现了一种罕见的磺酸化代谢途径，且体内磺酸化代谢产物检测结果提示其可能存在种属差异。国内外关于磺酸化代谢的发生机制研究尚不明确。申请人提出了磺酸化代谢的可能发生机制：①体内半胱氨酸或（和）谷胱甘肽中的巯基在代谢酶作用下与羰基发生反应后，巯基供体的C-S键断裂，巯基氧化生成磺酸化代谢产物。②半胱氨酸、谷胱甘肽或硫酸盐在肠道菌群作用下转化为亚硫酸盐，与羰基发生加成反应，形成磺酸化代谢产物。本项目拟通过对具有不同类型α，β-不饱和羰基官能团的穿心莲内酯和酸浆苦素A的磺酸化代谢研究，阐明其发生机制；对比不同种属体内磺酸化代谢及药动学特征明确可能存在的种属差异，为含有α，β-不饱和羰基的中药成分药代动力学研究提供依据和参考，同时为成分复杂的中药药代动力学研究奠定基础。

研究背景：含有α，β-不饱和羰基的中药有效成分可发生磺酸化代谢，但是磺酸化代谢的发生机制与种属差异尚不明确，因此，本项目对代表性成分“穿心莲内酯”和“酸浆苦素A”的磺酸化代谢进行了系统的研究，明确磺酸化代谢的发生机制及种属差异。.研究内容：为明确磺酸化代谢的发生部位与机制，本项目对穿心莲内酯和酸浆苦素A进行系统的体内外代谢研究。同时，考察大鼠、家兔、比格犬、健康受试者等不同种属给予穿心莲内酯与酸浆苦素A后是否会发生磺酸化代谢以及磺酸化代谢产物量的多少，明确种属差异。.研究结果：α，β-不饱和羰基与内源性亚硫酸盐的非酶促加成反应是磺酸化代谢发生的主要机制。磺酸化代谢发生的主要部位是肠道，实验动物肠内容物中存在的大量的内源性亚硫酸盐是磺酸化代谢的硫元素底物供体。不同的含α，β-不饱和羰基的中药成分发生磺酸化代谢的难易程度相差较大。以穿心莲内酯和酸浆苦素A为例，穿心莲内酯较易发生磺酸化代谢，在实验动物体内可检测到大量的磺酸化代谢产物；酸浆苦素A的磺酸化代谢发生程度较低，在大鼠和家兔体内仅能检测到微量的磺酸化代谢产物。含α，β-不饱和羰基中药成分的磺酸化代谢存在明显的种属差异。穿心莲内酯在大鼠、小鼠、家兔、比格犬体内均可发生磺酸化代谢，且磺酸化代谢产物的暴露量远大于穿心莲内酯的暴露量；但是在健康受试者体内，仅在个别受试者的粪便样品中检测到痕量的磺酸化代谢产物，血浆中可检测到原型成分，未检测到磺酸化代谢产物（检测定量下限为1.00 ng/mL）。进一步的研究显示，健康受试者粪便中的亚硫酸盐含量极低（低于20 μg/g），缺少磺酸化非酶促反应的硫元素底物供体可能是健康受试者体内穿心莲内酯的磺酸化代谢较难发生的主要原因。.科学意义：本项目明确了磺酸化代谢的发生机制与种属差异。研究结果提示在含有α，β-不饱和羰基的中药有效成分的非临床研究过程中，需重点关注由于磺酸化代谢所引起的药动学种属差异。