通过UHPLC-Q-exactive orbitrap质谱仪鉴定大鼠体内byakangelicin代谢物

《Journal of Chromatography B》：Identification of byakangelicin metabolites in rats via the UHPLC-Q-exactive orbitrap mass spectrometer

代谢产物鉴定与代谢途径分析。通过UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS技术，在 Sprague-Dawley大鼠中检测到46种白当归素代谢物，主要涉及羟基化（M13/M18/M21）、脱氢基化（M12/M20/M31/M43）、甲基化/脱甲基化（M2/M4/M5/M10）及葡萄糖醛酸化（M3/M7/M24/M25）等反应，揭示肝脏和肾脏为代谢核心器官，代谢产物在血浆和各组织中分布差异显著，为中药现代化和靶向给药提供理论依据。

　　这项研究聚焦于由当归（*Angelica dahurica*）根部提取的化合物白当归内酯（Byakangelicin）在大鼠体内的代谢特征。白当归内酯是一种呋喃香豆素类化合物，广泛存在于传统中药中，其药理活性已被广泛报道，包括抗炎、镇痛、抗痉挛、抗肿瘤以及保护肝脏等作用。然而，尽管已有大量研究关注其药理效果，关于其代谢产物及其在体内的代谢路径，尤其是其在不同组织中的分布情况，仍缺乏系统的探讨。因此，本研究通过采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS）技术，全面分析了白当归内酯在大鼠体内的代谢产物，为后续药物动力学研究、药理机制探索及新药开发提供了重要的参考。

研究采用UHPLC-Q-Exactive Orbitrap MS技术，结合高分辨率提取离子色谱图（HREIC）和质谱碎片离子信息，对白当归内酯的代谢产物进行了系统识别。通过比较准确质量、诊断碎片离子和保留时间，成功鉴定了46种代谢产物。这些代谢产物主要来源于白当归内酯的多种代谢途径，包括羟基化、脱羟基化、甲基化、脱甲基化、还原、葡萄糖醛酸化、甘氨酸结合以及半胱氨酸结合等。这一发现不仅揭示了白当归内酯在体内的代谢多样性，也为理解其药理活性的潜在机制提供了重要线索。

在实验设计方面，研究选取了20只7周龄、体重在220–250克之间的雄性Sprague-Dawley大鼠，作为研究对象。实验过程中，大鼠被随机分为对照组和给药组，给药组以100毫克/千克的剂量接受白当归内酯悬浮液的口服给药，而对照组则接受相同体积的生理盐水。为了保证实验的准确性，大鼠在实验前进行了为期一周的适应期，并在恒定的环境条件下饲养，包括温度（22–24°C）和相对湿度（55–65%）。在给药后，分别在0.5、1、2、4、6、8、10、12小时的时间点采集血液样本，并在深度麻醉下进行处死，获取心脏、肝脏、脾脏、肺脏、肾脏和大脑等组织样本。所有样本均被迅速冷冻保存，以防止代谢产物的进一步变化。

在样本处理过程中，研究采用了蛋白沉淀法，以提高代谢产物的回收率。血液样本在采集后，被加入肝素抗凝剂，并在4000转/分钟的条件下离心20分钟，以获得血浆样本。血浆样本在?80°C环境中保存，并在后续实验中进行处理。处理步骤包括将血浆样本与甲醇混合，以沉淀蛋白质，随后通过离心和氮气干燥等步骤进行纯化。而组织样本则在冰浴条件下进行匀浆处理，再通过离心和甲醇提取等步骤获得代谢产物。这一处理流程确保了代谢产物的稳定性和完整性，为后续分析奠定了基础。

在分析技术方面，研究使用了Q-Exactive Focus Orbitrap质谱仪和Thermo Scientific Dionex Ultimate 3000 RS液相色谱系统，实现了对代谢产物的高分辨率分析。色谱柱采用Waters ACQUITY UPLC BEH C18柱，柱温控制在40°C，流速为0.3毫升/分钟。通过优化的梯度洗脱程序，成功分离了白当归内酯及其代谢产物。质谱分析采用正离子模式进行，通过全扫描（Full Scan MS）和数据依赖性二级质谱（dd-MS2）扫描，获取了代谢产物的详细信息。高分辨率质谱数据结合质谱碎片离子信息，使得研究团队能够准确识别46种代谢产物，并进一步推测其代谢路径。

研究发现，白当归内酯的代谢过程主要包括两个阶段：第一阶段（Phase I）和第二阶段（Phase II）。Phase I代谢主要涉及白当归内酯分子中官能团的氧化、还原和水解反应，这些反应通常由肝脏中的酶系统（如细胞色素P450酶系统）催化。Phase II代谢则是在Phase I代谢产物的基础上，通过与体内极性分子（如葡萄糖醛酸、甘氨酸和半胱氨酸）结合，形成更极性和水溶性的代谢产物。Phase I和Phase II代谢产物的形成不仅影响了药物的活性，还决定了其在体内的分布和排泄路径。

通过对代谢产物的进一步分析，研究团队发现，白当归内酯的代谢产物主要分布在肝脏和肾脏，这两个器官作为主要的代谢和排泄器官，其高浓度的代谢产物表明了药物在体内的快速分布和广泛代谢。相比之下，代谢产物在心脏、脾脏和大脑中的分布较少，这可能与其对血脑屏障的渗透性较低有关。此外，某些代谢产物仅在特定组织中检测到，如半胱氨酸结合产物主要富集于肝脏，而甘氨酸结合产物则在肝脏和肾脏中广泛存在。这种组织特异性可能与特定的转移酶活性有关，表明白当归内酯的代谢过程在不同组织中具有不同的特征。

值得注意的是，研究团队还对白当归内酯的代谢路径进行了系统总结。例如，羟基化代谢产物（如M13、M18、M21）和还原代谢产物（如M15、M45）在多个组织中被检测到，说明这些代谢产物具有较广的分布范围。而葡萄糖醛酸化产物（如M1、M8、M41、M42、M44）和甘氨酸结合产物（如M41、M42、M44）则主要富集于肝脏和肾脏，这与它们的极性和水溶性密切相关。此外，研究还发现，某些代谢产物（如M23、M32）可能涉及更复杂的氧化反应，为白当归内酯的生物转化过程提供了新的视角。

从药理学角度来看，白当归内酯的代谢产物可能与其原药具有相似或不同的活性。例如，研究发现，某些代谢产物通过抑制NF-κB通路和减少促炎性细胞因子的产生，表现出显著的抗炎效果。此外，一些代谢产物可能通过调控SHP1/JAK2/STAT3通路，抑制乳腺癌细胞的生长和迁移。这些发现不仅揭示了白当归内酯在体内的代谢多样性，还为理解其药理机制提供了重要依据。

从药物开发的角度来看，了解白当归内酯的代谢路径和产物分布，对于优化药物制剂、提高药物的生物利用度和减少毒性具有重要意义。例如，研究发现，某些代谢产物可能具有更高的水溶性和更低的脂溶性，从而更容易被排出体外。这为药物的体内代谢研究提供了重要的理论支持，同时也为开发更安全、有效的药物提供了实验依据。

此外，研究还指出，白当归内酯的代谢产物可能涉及不同的生物活性，如某些代谢产物可能具有更强的抗炎或抗肿瘤作用。这种代谢产物的多样性提示，药物的活性可能不仅来源于其原药，还可能来源于其代谢产物。因此，进一步研究白当归内酯的代谢产物及其对药理活性的影响，将有助于更全面地理解其作用机制。

研究团队还强调，未来的工作将包括建立一个经过全面验证的定量方法，以更精确地评估白当归内酯及其主要代谢产物的药代动力学和组织分布情况。这一方法将有助于进一步优化药物的给药方案，提高药物的疗效并减少副作用。

综上所述，本研究通过系统的代谢分析，揭示了白当归内酯在大鼠体内的代谢特征和路径。研究不仅为白当归内酯的药理机制提供了新的见解，也为传统中药成分的现代研究和开发提供了重要的理论依据。随着对白当归内酯代谢研究的深入，未来有望开发出更安全、有效的药物，进一步推动中药现代化进程。