地塞米松.葡聚糖的合成及其肠内容物中的转释特性
作者：周四元 梅其炳 赵德化
单位：周四元(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)；梅其炳(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)；赵德化(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)
关键词：多糖；地塞米松；前体药
第四军医大学学报000434 摘 要:目的 探讨地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量5×105)作为结肠定位 地 塞米松前体药物的可能性. 方法 以琥珀酸酐为交联剂，合成地塞米松前体药 物 . 将前体药物与大鼠胃肠道不同部位内容物一起孵育，检测地塞米松的释放情况. 结 果 经高效液相色谱(HPLC)分析，100 mg所合成的前体药物中载有地塞米松9.2 mg . 在160 min的孵育时间内，前体药物在大鼠结肠及盲肠内容物中释放出地塞米松的量是其在 小肠近端及小肠远端内容物中释放量的2.7倍，在胃内容物中无地塞米松的释放. 结论 地塞米松前体药物能 在盲肠、结 肠内容物中特异地释放出地塞米松，因此地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量5×105) 可以作为结肠定位地塞米松前体药物，有选择性地将地塞米松运送到结肠.
, 百拇医药
中图号:R914.5 文献标识码:A
文章编号：1000-2790(2000)04-0499-03
Synthesis and delivery characteristics of colon-specific dexamethasone prodrug
ZHOU Si-Yuan, MEI Qi-Bing, ZHAO De-Hua
(Department of Pharmacology, Faculty of Preclinical Medicine, Fourth Military Me dical University, Xi'an 710033, China)
Abstract: AIM To discuss the possibility of using dexameth asone.dextran (average molecular mass 500,000) as a colon-specific dexamethas one prodrug. METHODS Dexamethasone.dextran conjugate was synthesiz ed by using succinate as a cross-linker. The release of dexamethasone was deter mined after incubating at 37℃ the prodrug with contents from different parts of gastrointestinal(GI) tract of rats. RESULTS By HPLC analy sis, it was found that dexa methasone.dextran contained 9.2 mg dexamethasone per 100 mg dextran conjugate. D uring the 160-minute incubation, the concentration of dexamethasone released in contents of colo n and cecum was 2.7 times of that released in contents of proximal small intesti nes and distal small intestines. But, there was no dexamethasone released in con tent of stomach. CONCLUSION Dexamethasone.dextran (average mol ecular mass 500 000) conjugate can be used as a colon-specific dexamethasone pr odrug and can selectively deliver dexamethasone to the colon.
, 百拇医药
Keywords:dextran; dexamethasone; prodrug
0 引言
口服结肠定位给药系统是一种药物转释系统，它是近十几年发展起来的新的 研究 领域. 口服结肠定位给药系统是通过药物传递技术，使药物口服后在上消化道不释放，到达 人体回盲部后开始崩解或蚀解并释放出药物，使药物在人体大肠发挥局部或全身治疗作用. 它有两个主要优点：①治疗局部疾病如克罗恩病、溃疡性结肠炎、结肠癌时，可降低药 物剂量，减少吸收，达到减轻副作用、提高疗效的目的[1，2]. ②提高在上消 化道吸收 不良药物的生物利用度. 为了探讨这类药物的制备方法及其在消化道的转释特点，我们合成 了地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量为5×105)连接物，并对其在大鼠胃肠道内容物 中药物的释放做了研究.
1 材料和方法
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1.1 材料 地塞米松、强的松龙(天津药业工司生产，批号98-8-2)；葡聚糖 (平均相对分子质量为5×105)、4-二甲氨基吡啶(4-DMAP)均从Sigma公司购买，琥珀 酸酐(分析纯)，二甲基亚砜(DMSO)(分析纯)，乙腈(色谱纯，天津试剂公司). 动物 ：SD大鼠，本校实验动物中心提供，体质量(200±10)g ，雌雄兼用. 主要仪器高效液相 色谱仪(贝克曼公司)，旋转蒸发仪.
1.2 方法
1.2.1 结肠定位地塞米松前体药物的合成 合成路线如Fig 1所示，合成步 骤参考Mclead等[3]方法.
图 1 地塞米松前体药物的合成路线
Fig 1 Synthetic route of dexamethasone.dextran conjugate
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1.2.2 前体药在碱性溶液中的水解动力学 称取2 mg前体药物溶于0.1 mol.L-1 NaOH 8 mL中，水解5,10,15,20,30,40,50 min ，取1 mL水解液用1 mol .L-1HCl调至中性，用HPLC流动相溶液稀释到4 mL，HPLC测定地塞米松浓度(参照Mcl ead等[3]方法进行).
1.2.3 前体药载药量的测定 称取1.0 mg前体药物溶于0.1 mol .L-1 NaOH 2 mL中，水解15 min ，然后取1 mL水解液用1 mol .L-1 HCl调至中性，用HPLC流 动相溶液稀释到4 mL，HPLC测定地塞米松浓度. 计算出100 mg前体药物载有地塞米松的量.
1.2.4 大鼠胃肠道内容物稀释液的制备及其与前体药物的孵育 大鼠断头处 死 ，立即取胃、小肠近端、小肠远端、盲肠、结肠内容物，胃内容物用4℃ 0.1 mol.L-1 pH=4.4 NaAc-HAc缓冲液制成100 g .L-1匀浆液，其余内容物均用4℃ 0.1 mol .L-1 pH=6.8 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液制成100 g.L-1匀浆液. 取5只试管分别加入胃、小肠近端、小肠远端、盲肠、结 肠内容物稀释液2 mL，然后向每个试管中加入4 mg地塞米松前体药，摇匀，于37℃水浴中孵 育30,60,90,120,160 min，取孵育液200 μL加入到含有4℃饱和NaCl溶液200 μL,60 mL.L -1 H3PO4溶液60 μL及4 mg.L-1强的松龙200 μL(内标)的试管中，摇 匀，加入2.5 mL甲基叔丁醚∶戊烷=6∶4的混合液，混匀器振荡30 s，然后离心3 min，取2 mL有机相溶液加入到尖底试管中，放置在通风橱中挥干. 残留物用50 μL甲醇溶解，20 μL 用于高效液相色谱分析.
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2 结果
2.1 前体药的合成 按Fig 1的路线进行合成. 合成地塞米松琥珀酸半酯的收率 为78%，所合成的地塞米松琥珀酸半酯的熔点为208～213℃，文献值为209～21 3℃[3]. 地塞米松.葡聚糖的收率为90%，经HPLC分析，连接物中99.5%以上的地塞 米松是通过共价键形式与葡聚糖连接的.
2.2 前体药的碱性水解动力学及载药量 在0.1 mol.L-1NaOH溶液中，前 体 药水解的速度很快，水解反应在10 min内就可完成. 经HPLC测定，每100 mg连接物中载有地 塞米松9.2 mg.
图 2 孵育过程中地塞米松在大鼠胃肠道内容物中的释放
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Fig 2 Release of dexamethasone during incubation of dexamethasone-dextran in r at GI tract contents
2.3 地塞米松在大鼠胃肠道不同部位内容物中的释放 表明，在胃内 容 物孵育液中无地塞米松释放,其余部位内容物孵育液中均有地塞米松释放，释放量随孵育时 间的延长而增大，并且在各内容物中释放出地塞米松的速度和总量不同，其中在结肠内容物 中释放出地塞米松的量最多(Fig 2).
3 讨论
3.1 前体药的合成 由于地塞米松分子上无羧基，不能直接与葡聚糖连 接，因此 ，必须选用合适的交联剂连接地塞米松与葡聚糖. 我们选用琥珀酸酐为交联剂，分两步合 成前体药. 第一步所采用 的合成地塞米松琥珀酸半酯的方法具有条件温和、反应速度快及 收率高的特点，但是有3点需要注意：①这一反应体系要求无水. 因为水可以使琥珀酸酐 水解为琥珀酸，使反应在设定的条件下难以进行; ②合成的收率直接受催化剂与地塞米 松之间的摩尔比影响，催化剂与地塞米松之间的摩尔比应控制在1～1.3之间; ③实 验还证明，除尽丙酮的反应混合物可在220 mL.L-1的乙醇溶液中进行结晶，地塞米 松琥珀酸半酯为 白色针状晶体. 在合成反应的第二步中，采用羰基二咪唑为催化剂，该化合物在空气中遇潮 极易分解，因此称取和加入羰基二咪唑的速度要快.
, 百拇医药
3.2 前体药的碱性水解及载药量的测定 地塞米松与多糖之 间是通过酯键连接的. 为了准确测定前体药的载药量，就必须先了解前体药在碱性溶液中的水解动力学. 前体药在 0.1 mol.L-1 NaOH溶液中只需要10 min就能够完全水解，水解时间超过20 min后所 测地塞米 松的含量呈下降趋势，这可能与地塞米松在强碱性溶液中不稳定有关. 鉴于此种情况，在测 定前体药物的载药量时只需水解15 min.
3.3 前体药的结肠定位释放特性 在前体药物中地塞米松和葡聚糖以酯键连 接；当这种酯键遭到破坏时，地塞米松便从前体药物中释放出来. 据Hanninen等[4] 报道，羧酸酯 酶对酯键有破坏作用，并多分布于胃肠道的上部；若使前体药物在结肠定位释放，就必须避 免或者减少胃肠道上部的羧酸酯酶对它的作用，使药物不在胃肠道上部释放. Fig 2表明在 整 个160 min的孵育过程中，前体药物在结肠内容物中释放出的地塞米松的量最多(在结肠及 盲 肠内容物中释放出的总量是在小肠近端及小肠远端中释放出的总量的2.7倍). 这可能是由 于葡聚糖保护了前体药中的酯键，使其免受胃肠道上部羧酸酯酶的作用而导致的. 在胃肠道 下部，虽然羧酸酯酶的分布较少，但是细菌的数量较多[5]，地塞米松前体药可以 在这些细 菌的作用下释放出地塞米松. 另外，药物在某一部位释放的多少，并非仅由药物在该部位释 放的速度决定，还取决于药物在该部位停留的时间. 在人体中，内容物通过小肠的时间一般 为2～3 h[6]，通过结肠的时间为13～68 h[7]. 由此可见，口服前体 药后，地塞米松将大 量地集中在结肠释放. 综上所述，地塞米松-葡聚糖(平均相对分子质量5×105万)可以 作为结 肠定位地塞米松前体药物，将地塞米松选择性地运送到结肠. 这种前体药物有可能成为一种 应用前景良好的结肠炎治疗药物.
, 百拇医药
作者简介：周四元(1967-)，男(汉族)，陕西省西安市人. 博士研究 生(导师赵德化)，已发表论文11篇. Tel.(029)3374555 Email. pharm1@fmmu.edu.cn
参考文献:
[1] Richard NF, Barbara H, Lonnie RE et al. Colonic deliver y of dexamet hasone from a prodrug accelerates healing of colitis in rats without adrenal sup pression[J]. Gastroenterology, 1995;108(6):1688-1699.
[2] Friend DR. Review article:Issues on oral administration of locall y acting glucocorticosteriods for treatment of inflammatory bowel disease[J]. Aliment Pharmacol Ther, 1998;12(7):591-603.
, 百拇医药
[3] Mclead AD, Friend DR, Tozer TN. Synthesis and chemical stability of glucocorticoid-dextran esters:Potential prodrugs for colon-specific delive ry[J]. Inter J Pharm, 1993;92(2): 105-114.
[4] Hanninen O, Lindstrom-Sppa P, Pelkonen K. Role of gut in xenobi otic metabolism[J]. Arch Toxico, 1987;60(1): 34-36.
[5] Williams-Smiths.H Observations on the flora of the alimentary tr act of animals and factors affecting its composition[J]. J Phathol Bacteriol , 1965;89(2):95-122.
[6] Davis SS, Hardy JG, Fara JW. Transit of pharmaceutical dosage for ms through the small intestine[J]. Gut, 1986;27(8):886-892.
[7] Hardy JG,Wilson CG, Wood E. Drug delivery to the proximal colon[J ]. J Pharmacol, 1985;37(12):847-877.
收稿日期：1999-07-12； 修回日期：1999-11-08, 百拇医药
单位：周四元(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)；梅其炳(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)；赵德化(第四军医大学基础部药理学教研室, 陕西 西安 710033)
关键词：多糖；地塞米松；前体药
第四军医大学学报000434 摘 要:目的 探讨地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量5×105)作为结肠定位 地 塞米松前体药物的可能性. 方法 以琥珀酸酐为交联剂，合成地塞米松前体药 物 . 将前体药物与大鼠胃肠道不同部位内容物一起孵育，检测地塞米松的释放情况. 结 果 经高效液相色谱(HPLC)分析，100 mg所合成的前体药物中载有地塞米松9.2 mg . 在160 min的孵育时间内，前体药物在大鼠结肠及盲肠内容物中释放出地塞米松的量是其在 小肠近端及小肠远端内容物中释放量的2.7倍，在胃内容物中无地塞米松的释放. 结论 地塞米松前体药物能 在盲肠、结 肠内容物中特异地释放出地塞米松，因此地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量5×105) 可以作为结肠定位地塞米松前体药物，有选择性地将地塞米松运送到结肠.
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中图号:R914.5 文献标识码:A
文章编号：1000-2790(2000)04-0499-03
Synthesis and delivery characteristics of colon-specific dexamethasone prodrug
ZHOU Si-Yuan, MEI Qi-Bing, ZHAO De-Hua
(Department of Pharmacology, Faculty of Preclinical Medicine, Fourth Military Me dical University, Xi'an 710033, China)
Abstract: AIM To discuss the possibility of using dexameth asone.dextran (average molecular mass 500,000) as a colon-specific dexamethas one prodrug. METHODS Dexamethasone.dextran conjugate was synthesiz ed by using succinate as a cross-linker. The release of dexamethasone was deter mined after incubating at 37℃ the prodrug with contents from different parts of gastrointestinal(GI) tract of rats. RESULTS By HPLC analy sis, it was found that dexa methasone.dextran contained 9.2 mg dexamethasone per 100 mg dextran conjugate. D uring the 160-minute incubation, the concentration of dexamethasone released in contents of colo n and cecum was 2.7 times of that released in contents of proximal small intesti nes and distal small intestines. But, there was no dexamethasone released in con tent of stomach. CONCLUSION Dexamethasone.dextran (average mol ecular mass 500 000) conjugate can be used as a colon-specific dexamethasone pr odrug and can selectively deliver dexamethasone to the colon.
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Keywords:dextran; dexamethasone; prodrug
0 引言
口服结肠定位给药系统是一种药物转释系统，它是近十几年发展起来的新的 研究 领域. 口服结肠定位给药系统是通过药物传递技术，使药物口服后在上消化道不释放，到达 人体回盲部后开始崩解或蚀解并释放出药物，使药物在人体大肠发挥局部或全身治疗作用. 它有两个主要优点：①治疗局部疾病如克罗恩病、溃疡性结肠炎、结肠癌时，可降低药 物剂量，减少吸收，达到减轻副作用、提高疗效的目的[1，2]. ②提高在上消 化道吸收 不良药物的生物利用度. 为了探讨这类药物的制备方法及其在消化道的转释特点，我们合成 了地塞米松.葡聚糖(平均相对分子质量为5×105)连接物，并对其在大鼠胃肠道内容物 中药物的释放做了研究.
1 材料和方法
, 百拇医药
1.1 材料 地塞米松、强的松龙(天津药业工司生产，批号98-8-2)；葡聚糖 (平均相对分子质量为5×105)、4-二甲氨基吡啶(4-DMAP)均从Sigma公司购买，琥珀 酸酐(分析纯)，二甲基亚砜(DMSO)(分析纯)，乙腈(色谱纯，天津试剂公司). 动物 ：SD大鼠，本校实验动物中心提供，体质量(200±10)g ，雌雄兼用. 主要仪器高效液相 色谱仪(贝克曼公司)，旋转蒸发仪.
1.2 方法
1.2.1 结肠定位地塞米松前体药物的合成 合成路线如Fig 1所示，合成步 骤参考Mclead等[3]方法.
图 1 地塞米松前体药物的合成路线
Fig 1 Synthetic route of dexamethasone.dextran conjugate
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1.2.2 前体药在碱性溶液中的水解动力学 称取2 mg前体药物溶于0.1 mol.L-1 NaOH 8 mL中，水解5,10,15,20,30,40,50 min ，取1 mL水解液用1 mol .L-1HCl调至中性，用HPLC流动相溶液稀释到4 mL，HPLC测定地塞米松浓度(参照Mcl ead等[3]方法进行).
1.2.3 前体药载药量的测定 称取1.0 mg前体药物溶于0.1 mol .L-1 NaOH 2 mL中，水解15 min ，然后取1 mL水解液用1 mol .L-1 HCl调至中性，用HPLC流 动相溶液稀释到4 mL，HPLC测定地塞米松浓度. 计算出100 mg前体药物载有地塞米松的量.
1.2.4 大鼠胃肠道内容物稀释液的制备及其与前体药物的孵育 大鼠断头处 死 ，立即取胃、小肠近端、小肠远端、盲肠、结肠内容物，胃内容物用4℃ 0.1 mol.L-1 pH=4.4 NaAc-HAc缓冲液制成100 g .L-1匀浆液，其余内容物均用4℃ 0.1 mol .L-1 pH=6.8 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液制成100 g.L-1匀浆液. 取5只试管分别加入胃、小肠近端、小肠远端、盲肠、结 肠内容物稀释液2 mL，然后向每个试管中加入4 mg地塞米松前体药，摇匀，于37℃水浴中孵 育30,60,90,120,160 min，取孵育液200 μL加入到含有4℃饱和NaCl溶液200 μL,60 mL.L -1 H3PO4溶液60 μL及4 mg.L-1强的松龙200 μL(内标)的试管中，摇 匀，加入2.5 mL甲基叔丁醚∶戊烷=6∶4的混合液，混匀器振荡30 s，然后离心3 min，取2 mL有机相溶液加入到尖底试管中，放置在通风橱中挥干. 残留物用50 μL甲醇溶解，20 μL 用于高效液相色谱分析.
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2 结果
2.1 前体药的合成 按Fig 1的路线进行合成. 合成地塞米松琥珀酸半酯的收率 为78%，所合成的地塞米松琥珀酸半酯的熔点为208～213℃，文献值为209～21 3℃[3]. 地塞米松.葡聚糖的收率为90%，经HPLC分析，连接物中99.5%以上的地塞 米松是通过共价键形式与葡聚糖连接的.
2.2 前体药的碱性水解动力学及载药量 在0.1 mol.L-1NaOH溶液中，前 体 药水解的速度很快，水解反应在10 min内就可完成. 经HPLC测定，每100 mg连接物中载有地 塞米松9.2 mg.
图 2 孵育过程中地塞米松在大鼠胃肠道内容物中的释放
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Fig 2 Release of dexamethasone during incubation of dexamethasone-dextran in r at GI tract contents
2.3 地塞米松在大鼠胃肠道不同部位内容物中的释放 表明，在胃内 容 物孵育液中无地塞米松释放,其余部位内容物孵育液中均有地塞米松释放，释放量随孵育时 间的延长而增大，并且在各内容物中释放出地塞米松的速度和总量不同，其中在结肠内容物 中释放出地塞米松的量最多(Fig 2).
3 讨论
3.1 前体药的合成 由于地塞米松分子上无羧基，不能直接与葡聚糖连 接，因此 ，必须选用合适的交联剂连接地塞米松与葡聚糖. 我们选用琥珀酸酐为交联剂，分两步合 成前体药. 第一步所采用 的合成地塞米松琥珀酸半酯的方法具有条件温和、反应速度快及 收率高的特点，但是有3点需要注意：①这一反应体系要求无水. 因为水可以使琥珀酸酐 水解为琥珀酸，使反应在设定的条件下难以进行; ②合成的收率直接受催化剂与地塞米 松之间的摩尔比影响，催化剂与地塞米松之间的摩尔比应控制在1～1.3之间; ③实 验还证明，除尽丙酮的反应混合物可在220 mL.L-1的乙醇溶液中进行结晶，地塞米 松琥珀酸半酯为 白色针状晶体. 在合成反应的第二步中，采用羰基二咪唑为催化剂，该化合物在空气中遇潮 极易分解，因此称取和加入羰基二咪唑的速度要快.
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3.2 前体药的碱性水解及载药量的测定 地塞米松与多糖之 间是通过酯键连接的. 为了准确测定前体药的载药量，就必须先了解前体药在碱性溶液中的水解动力学. 前体药在 0.1 mol.L-1 NaOH溶液中只需要10 min就能够完全水解，水解时间超过20 min后所 测地塞米 松的含量呈下降趋势，这可能与地塞米松在强碱性溶液中不稳定有关. 鉴于此种情况，在测 定前体药物的载药量时只需水解15 min.
3.3 前体药的结肠定位释放特性 在前体药物中地塞米松和葡聚糖以酯键连 接；当这种酯键遭到破坏时，地塞米松便从前体药物中释放出来. 据Hanninen等[4] 报道，羧酸酯 酶对酯键有破坏作用，并多分布于胃肠道的上部；若使前体药物在结肠定位释放，就必须避 免或者减少胃肠道上部的羧酸酯酶对它的作用，使药物不在胃肠道上部释放. Fig 2表明在 整 个160 min的孵育过程中，前体药物在结肠内容物中释放出的地塞米松的量最多(在结肠及 盲 肠内容物中释放出的总量是在小肠近端及小肠远端中释放出的总量的2.7倍). 这可能是由 于葡聚糖保护了前体药中的酯键，使其免受胃肠道上部羧酸酯酶的作用而导致的. 在胃肠道 下部，虽然羧酸酯酶的分布较少，但是细菌的数量较多[5]，地塞米松前体药可以 在这些细 菌的作用下释放出地塞米松. 另外，药物在某一部位释放的多少，并非仅由药物在该部位释 放的速度决定，还取决于药物在该部位停留的时间. 在人体中，内容物通过小肠的时间一般 为2～3 h[6]，通过结肠的时间为13～68 h[7]. 由此可见，口服前体 药后，地塞米松将大 量地集中在结肠释放. 综上所述，地塞米松-葡聚糖(平均相对分子质量5×105万)可以 作为结 肠定位地塞米松前体药物，将地塞米松选择性地运送到结肠. 这种前体药物有可能成为一种 应用前景良好的结肠炎治疗药物.
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作者简介：周四元(1967-)，男(汉族)，陕西省西安市人. 博士研究 生(导师赵德化)，已发表论文11篇. Tel.(029)3374555 Email. pharm1@fmmu.edu.cn
参考文献:
[1] Richard NF, Barbara H, Lonnie RE et al. Colonic deliver y of dexamet hasone from a prodrug accelerates healing of colitis in rats without adrenal sup pression[J]. Gastroenterology, 1995;108(6):1688-1699.
[2] Friend DR. Review article:Issues on oral administration of locall y acting glucocorticosteriods for treatment of inflammatory bowel disease[J]. Aliment Pharmacol Ther, 1998;12(7):591-603.
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[3] Mclead AD, Friend DR, Tozer TN. Synthesis and chemical stability of glucocorticoid-dextran esters:Potential prodrugs for colon-specific delive ry[J]. Inter J Pharm, 1993;92(2): 105-114.
[4] Hanninen O, Lindstrom-Sppa P, Pelkonen K. Role of gut in xenobi otic metabolism[J]. Arch Toxico, 1987;60(1): 34-36.
[5] Williams-Smiths.H Observations on the flora of the alimentary tr act of animals and factors affecting its composition[J]. J Phathol Bacteriol , 1965;89(2):95-122.
[6] Davis SS, Hardy JG, Fara JW. Transit of pharmaceutical dosage for ms through the small intestine[J]. Gut, 1986;27(8):886-892.
[7] Hardy JG,Wilson CG, Wood E. Drug delivery to the proximal colon[J ]. J Pharmacol, 1985;37(12):847-877.
收稿日期：1999-07-12； 修回日期：1999-11-08, 百拇医药