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20世纪50至60年代，临床医学、药剂学、药理学、毒理学、生物化学等学科的发展对体内药物分析提出了迫切需求，加之体内药物分析检测手段和计算机数据处理技术的进步，因而促进了药代动力学的形成和发展。药物代谢动力学（pharmacokinetic），又称为药代动力学，是定量研究药物在生物体内吸收、分布、代谢和排泄规律，并运用数学原理和方法阐述血药浓度随时间变化规律的一门学科。
多数情况下，药物必须透过生物膜进入体循环才能发挥全身治疗作用。吸收（absorption）是指药物从用药部位进入体循环的过程。药物从体循环向各组织、器官或体液转运的过程称为分布（distribution）。药物进入体循环后在体内酶系统的作用下结构发生转变的过程称为代谢（metabolism）。药物及其代谢物排出体外的过程称为排泄（excretion）。
苗药药代动力学是在苗医药理论指导下，研究苗药有效成分及其组成在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄（即体内ADME）的动态变化规律，是苗药药效物质基础和作用机制阐明的重要研究内容。近年来，随着苗药研究思路、技术和方法的进步，研究者对苗药开展了广泛而深入的药代动力学研究，取得了显著的进展。近十年来贵州医科大学民族药与中药开发应用教育部工程研究中心及贵州省药物制剂重点实验室的研究团队在国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、贵州省科技支撑计划等相关科技项目的资助下，立足于贵州特色中药民族药优势资源，以10个贵州特色苗族习用药材头花蓼、杜仲、荭草、隔山消、白及、羊耳菊、天麻、黑骨藤、红禾麻、云实皮为研究对象，开展了对其的药代动力学、质量控制及新药研发等方面的研究，填补了相关药材药代动力学和体内过程、质量控制研究方面的空白，解决了相关药材药效物质基础及体内过程不清楚、药材质量控制技术手段落后等制约贵州民族医药产业可持续、高质量发展的瓶颈问题，丰富了贵州传统特色民族药的现代科学研究内涵。
口服用药是中药、民族药治疗的主要手段。吸收是药物进入体内的首要环节，是影响药效的关键，对其的研究可以为药物分布、代谢和排泄研究奠定基础。现代研究证实，药物口服后透过胃肠道上皮细胞进入血流，随体循环系统分布到各组织器官或靶点，并在达到一定的血药浓度时才能发挥疗效，因此口服给药的胃肠道吸收是药物产生疗效的重要前提。基于此，药学学者提出“只有吸收入血的成分才可能是药效成分”，因此吸收机制研究对揭开中药民族药体内过程这一“黑箱”至关重要。影响药物吸收的因素主要有药物的溶解性、渗透性、化学结构、肠内酶及其细胞对药物的代谢和屏障作用等。运用现代药物分析方法研究口服药物的吸收情况，可以获得吸收机制、有效吸收部位、吸收动力学、影响吸收的因素等信息。尤其对于口服生物利用度较低的药物，研究影响其吸收的因素对于改善药物的吸收性质、提高药物的临床疗效具有重要的意义。
小肠因其黏膜表面具有褶皱结构和小肠绒毛使其具有较大的表面积，同时小肠绒毛中有丰富的毛细血管和毛细淋巴管，因此是药物吸收的主要部位，也是药物转运的特异性部位。所以研究药物在肠道吸收的特征具有重要意义。目前，药物口服吸收的研究方法种类很多，主要有体外法、在体法和体内法，其有各自特点和适用范围。其中体外法是分离动物肠黏膜/肠段，或选择细胞模型进行肠吸收研究。该方法脱离整体动物、操作简单、实验周期短，可用于药物早期高通量筛选和对肠道吸收机制的研究。在体法是在整体动物基础上既保证了血液、淋巴液的供应及肠道神经、内分泌状态的完好，又可降低内容物的干扰因素，具有与体内条件接近、实验设备简单、与人体吸收指标相关性好等优点，但也存在实验动物个体差异较大的问题。体内法是以整体动物为研究对象，由于综合影响因素较大，不适用于研究药物的吸收机制，主要用于研究机体整体对药物的综合作用结果。值得注意的是，上述方法并不是替代与被替代的关系，应利用其各自优势取长补短，相辅相成，不断完善对口服制剂肠吸收特性的评价。
1.Caco-2细胞模型法 Caco-2细胞模型法最初由Hidalgo等在1989年提出。Caco-2细胞来源于人结肠腺癌细胞，其可在培养条件下形成极性单细胞层，具有微绒毛，以及紧密连接等类似于人体小肠上皮细胞刷状缘侧的分化特征。药物透过单细胞层的体外过程与口服药物在肠道的吸收过程有良好的相关性，因而Caco-2细胞模型被广泛用于研究。在新药开发的早期阶段，Caco-2模型为目前国内外公认的研究药物肠吸收的较理想的体外模型。其主要有以下几方面优点：①同时测定药物摄取和跨膜转运；②Caco-2细胞内具有药物代谢酶，可以在代谢状况下测定药物的跨膜转运；③同源性好，生命力强，可用于区分肠腔内不同吸收途径的差别，判断药物吸收的方式，求出药物吸收的动力学参数。但是Caco-2细胞模型也有一定的缺点，如缺少肠壁的黏液层，缺少细胞异质性，缺少部分代谢酶，屏障特性与小肠上皮细胞有一定差异等。
Caco-2细胞模型能够在细胞水平提供关于药物分子通过小肠黏膜的吸收、代谢、转运的信息，较之以往的体外及在体肠吸收模型更适合药物吸收进入黏膜细胞的研究。同时，它提供了关于治疗药物可能引起的黏膜毒性的信息，以及药物结构转运方面的信息。中药成分复杂多样，其中绝大多数成分需肠道吸收后才能产生药效，直接加入体外细胞培养体系中易受到中药中“杂质”（非吸收成分）等因素的影响，而此细胞模型又具有体外过程与（体内）口服药物在肠道吸收良好相关性的特点，因此以Caco-2细胞模型作为体外药效研究的“药筛”，通过“药筛”将中药中大量不能被吸收的杂质成分在进行体外实验前先行“筛”去，可增加体外实验与体内实验的相关性。
本课题组应用Caco-2细胞模型研究了白及、头花蓼等多种苗药的双向转运情况，通过考察时间、药物浓度及抑制剂等影响因素，计算其表观渗透系数，研究药物的吸收机制。
2.外翻肠囊模型法 外翻肠囊模型法由Wilson和Wiseman于1954年创建，最早用于研究葡萄糖和氨基酸在肠道的代谢与转运，后经过改进，目前成为较为常用的体外肠吸收生物模型，是一种能够快速反映药物吸收行为的体外方法。其具体操作方法：将禁食过夜的大鼠麻醉，置于37℃水浴锅上保持恒温。取出实验所需肠段，一端注入生理盐水，快速排空肠内容物，用玻璃棒快速翻转，黏膜侧朝外，浆膜侧朝内。一端结扎，另一端接取样装置，制成肠囊，注入一定体积营养液于肠囊内并将肠囊置于含药营养液的麦氏浴管中，37℃孵育。通入5% CO 2 和95% O 2 ，定时取样，分析测定不同时间灌注液中药物含量，来评价药物透过肠黏膜的速度和程度。
由于该模型是离体实验操作，必须保证肠细胞在实验过程中具有活性，因此实验中需要注意以下事项：①小肠取出翻转到连接装置制成肠囊的时间控制在15分钟以内；②实验时应避免污染和有毒有害因素影响肠段的正常生理环境；③灌注液和药液要与肠道正常的生理环境相似，可选用K-R液或者Tyrode液；④培养温度需与大鼠体温一致，pH值变化不宜太大，尽量避免肠黏膜ATP酶将盐溶液酸化；⑤实验中须保持通入高浓度氧气且实验时间不宜过长，一般2小时为宜；⑥相关研究表明，肠黏膜形态会随时间延长，边缘逐渐受到破坏，肠细胞逐渐失活，因此需采用乳酸脱氢酶法测定肠细胞活力，以保证实验数据的可靠性。
外翻肠囊模型的优点是操作简单，快速易行，重现性好。在肠外翻模型中测定的是药物从肠黏膜侧到浆膜侧的透过量，可直接反映药物在肠黏膜细胞层中的转运过程，吸收结果与人的吸收水平较为接近。但该模型为体外实验，无法真实模拟体内环境，不能体现肠液、胆汁、胰液等内分泌液体对药物的影响；且该方法在肠组织外翻操作时易造成形态学损伤，影响肠黏膜对药物的吸收，并受渗透压、pH等环境因素的影响较大。虽然存在上述缺点和局限性，但该模型依旧是快速评价药物吸收机制的一种常用方法。
本课题组采用大鼠在体循环肠灌流、肠外翻模型，研究了羊耳菊中东莨菪苷等9种成分的肠道吸收特征，表明羊耳菊中9种成分在小肠均有吸收，但各成分的吸收速率、最佳吸收部位及吸收机制不尽相同，提示小肠对羊耳菊提取物中各成分的吸收具有选择性。
3.在体单向肠灌流模型法 在体单向肠灌流技术最初是由Curran和Solomon于1957年研究在体肠道吸收时创立的，该模型的优点是不仅操作简便，而且是在不切断血管和神经的条件下进行，既保证了肠道神经及内分泌输入的完好无损，同时也保证了血液及淋巴液的供应，更接近体内状态，是最常用的肠吸收研究实验方法之一。
其主要操作步骤：选用禁食过夜（自由饮水）的大鼠雌雄各半，随机分组后，麻醉固定，保持体温。腹腔开口，小心分离出实验肠段，用硅胶软管插入实验肠段两端，一端与蠕动泵相连，另一端收集灌流液。用蠕动泵将药液以一定速度灌入肠腔，定期测定药液和收集的灌流液的药物浓度，计算药物的膜表观渗透系数（ P app ）和吸收速率常数（ K a ），以此来判断药物在不同肠段的吸收特征。实验中有以下注意事项：①在灌流之前需要矫正蠕动泵的流速，其理论值和实际值往往有差别；②大鼠麻醉时应注意麻醉剂用量，以使大鼠保持良好的麻醉状态；若中途大鼠恢复意识，应注意及时补充麻醉剂；③肠灌流时应注意大鼠肠道的摆放应尽量避免有死角出现，否则药液无法匀速流出，会影响实验结果；④实验过程中要时刻注意大鼠肠管外壁的温度和湿度，用生理盐水浸渍的纱布覆盖于肠组织表面保持创口湿润，否则易干涩影响其生物活性。
该模型的优势：①操作简便，已成为美国FDA认可的研究药物吸收的模型之一，应用广泛；②保证肠道神经的完整性及体液的供应，接近动物体内的真实吸收情况；③测得的吸收速率等指标与人体的体内吸收具有一定的相关性。但该模型也存在一定缺陷：①胆汁进入十二指肠会对肠中药物成分的吸收产生影响，需将胆汁引流或胆管结扎；②灌流管路对药物成分易产生物理吸附，在实验前需对灌流管路进行饱和；③灌流液需要较高的溶解度，极性小的药物如环烯醚萜类需要加入吐温-80、CMC-Na等助溶剂，若助溶剂用量不规范易造成溶血等副反应；④肠道会对灌流液中的水分吸收、排泄，应采用重量法进行校正；⑤不易计算药物吸收率。总之，在体单向肠灌流法应用较为广泛，适用于多数药物肠道吸收的研究。
4.在体循环肠灌流模型法 在体循环肠灌流技术是Csaky和Thale于1960年首先提出的，其模型方法与单向灌流相近，都在整体动物上进行实验。本法在单向灌流法的基础上，在大鼠麻醉后，不切断胃肠道血管及神经，于实验肠段两端插入硅胶管，上端软管与蠕动泵相连，下端软管与药液相连，形成回路，使药液在肠腔内循环灌流。与单向灌流法相比，本法的不同之处在于药物灌流液是重复从小肠段灌进→流出→再灌进→再流出，直至实验结束。通常流速调节为2～5mL/min。实验中可于不同时间分段收集含药灌流液，循环2～6小时后，终止实验。该模型从灌流液中药物的剩余药量来评价药物的吸收速率和吸收量，可以从器官水平研究药物在不同浓度、pH值、胆汁及P-gp抑制剂存在的条件下在不同肠段的吸收特征。相较于单向灌流，循环灌流模型灌流时间长，灌流速度较大，对于在肠道吸收量小的药物，不容易出现负值，实验结果也相对较稳定。
在体循环肠灌流模型是研究中药吸收的一种简便快捷、准确可行的模型，其是通过测定药物经过肠段后从灌流液消失的量来评价药物的吸收速率和吸收量，现已广泛用于药物吸收的研究。此模型具有以下优点：①易通过控制或改变实验条件来观察药物在肠段中的消除过程和影响因素；②不切断血管及神经，测得的吸收速率等指标比离体法更接近机体内的真实吸收；③保证了胃肠道内容物中酶的活性及内分泌输入的完好无损，因而可提高组织存活率和增加取样点；④能避免胃内容物、消化道固有运动等的生理影响，能较真实地反映药物的肠道吸收情况；⑤既可用作药物吸收研究，亦可用作药物稳定性研究。该模型仍存在一些不足之处，如由于在体循环肠灌流实验时间过长，灌流流速较快，可能会对肠道黏膜造成损伤，从而导致药物吸收增大，降低实验的准确性。当药物溶解度较高，且渗透量相对于药物初始浓度较低时，可采用循环肠灌流模型。
许多中药有效成分不能或很少直接吸收入血，导致其生物利用度低，但也有很多有效成分的生物利用度低的问题不是因为吸收而是代谢。应用在体肠灌流模型，结合其他模型研究中药有效成分的胃肠道转运机制对理解中医药的科学内涵具有重要作用，也是中医药现代化中的一个基本科学问题。
本课题组利用在体循环肠灌流模型，采用专属性强、灵敏度高的UPLC-QTOF/MS、UPLC-MS/MS等技术手段，研究了白及、红禾麻、荭草、隔山消等苗药的肠吸收动力学，并结合病理动物模型，模拟药物吸收的特定部位受疾病状态及胆汁对主要成分的吸收的影响等，全面评价了上述苗药多成分的肠吸收特征。
5.体内法 除了体外法和在体法外，还可用体内法进行药动学研究。体内法是以整体动物为研究对象，口服给药后在不同时间点采集生物样本（如血液、尿液）分析测定其药物浓度，并以血药浓度或尿中原型药物排泄量建立药动学模型，求算达峰浓度（ C max ）、达峰时间（ t max ）、药时曲线下面积（ AUC ）等药动学参数来评价药物吸收的速度和程度。这些药动学参数不仅反映药物的吸收特征，也是药物在体内的ADME过程的综合反映。另外，利用 AUC 可以计算吸收速率常数与平均吸收时间，它们可以评价药物及其制剂的吸收特征。
体内法采用整体动物进行实验，能真实地反映药物口服后的体内吸收情况，但也存在以下缺点：①综合了物理、化学、生理、剂型等众多因素的结果，不能特异性地反映肠道对药物的吸收作用，具体吸收机制不能完全阐述明确；②实验周期长、操作相对烦琐、影响因素较多、动物个体差异较大，这些都会影响实验结果的判断；③由于某些疾病可能影响肠道的吸收和代谢，故应慎重考虑是选择病理模型还是正常动物模型进行吸收研究。鉴于上述原因，体内法较少应用于药物吸收机制的研究，一般用于研究药物体内药动学特征。
肠吸收模型对于阐明药物在体内的吸收机制和药动学有积极的作用，也可为研发新药、新剂型选择提供理论依据和指导。研究药物吸收机制的方法有很多，目前没有哪种模型的方法适合所有药物。对于不同模型，需要研究者充分了解各模型存在的优缺点，综合考虑体外、在体和体内几种方法的模型，合理选择，才有助于提高工作效率，获取最具参考价值的实验数据，也才能更客观、准确地反映药物在体内的吸收情况。
药物代谢又称生物转化，是药物在体内多种药物代谢酶的作用下，发生化学结构改变的过程，是机体对药物进行处置的一个不可或缺的重要环节。药物在体内的生物转化主要有两个步骤：第一步代谢反应称为Ⅰ相反应，是药物经氧化、还原或水解后连接某些基团（羟基、氨基、硝基和羧基等），使得药物极性和亲水性增强；第二步代谢反应称为Ⅱ相反应，是指原型药物或与Ⅰ相反应生成的代谢产物和体内某些内源性物质（葡萄糖醛酸、硫酸、甘氨酸、谷胱甘肽等）结合或经甲基化、乙酰化反应，生成极性大、水溶性高的药物代谢产物，使之容易经尿液、胆汁排出体外。
药物经体内代谢的结果主要有两种：其一为失活，即具有药理作用的药物转化为无药理活性的药物；其二为活化，即无药理活性的药物转化为具有药理作用或药理毒性的代谢物，或代谢物仍保持与原药相同的药理活性。药物代谢是影响药物发挥作用及产生活性或毒性的重要因素之一，其在很大程度上决定了大多数药物的药动学特征及生物利用度，同时也会影响药物用药的安全性。FDA要求新的化学实体作为新药上市时不仅要明确其体内代谢动力学特征，而且必须明确其代谢产物。了解药物各成分代谢的体内过程，对新药的研发和临床合理使用具有重要的指导意义。因此，对药物的代谢进行研究是安全、有效、合理用药的前提，其对于研究药物作用机制、药效与毒性、药物相互作用及合理用药等均有重要意义。
中药、民族药由于成分复杂、有效成分与毒性成分不清楚，以及多靶点作用等原因导致其现代化研究推进困难。在实际研究工作中有许多中药、民族药未能在血液中检测出原型药物成分，但药效十分显著，因而推测其可能是经体内生物转化后产生的代谢产物发挥了治疗作用。由此可见，中药、民族药的体内代谢研究是中药药效物质研究的重要内容。通过代谢研究，可以明确中药吸收进入体内的成分及其存在形式，进而阐明其代谢途径和机制，从而初步明确其药效物质。药物代谢的研究方法分为体内法和体外法，二者相辅相成。与体内代谢研究相比，体外代谢研究可排除体内诸多干扰因素，而直接研究代谢酶对底物的选择性，具有快速简便的特点，为体内代谢整体实验研究提供可靠的理论依据。因此，应在体外代谢研究的基础上进一步开展体内代谢研究，从而科学评价药物的代谢特征和规律。
1.体外代谢研究
（1）肝微粒体法 肝脏是药物代谢的主要器官。肝微粒体酶又称为肝药酶，包括了Ⅰ相和Ⅱ相代谢酶，为促进药物生物转化的主要酶系统。细胞色素P450（CYP450）酶系是肝微粒体混合功能氧化酶系的主要成分。CYP450是一组由许多同工酶组成的超基因家族，主要有CYP1、CYP2、CYP3三个家族。其中CYP3A4是最重要的药物代谢酶，其介导了50%的药物代谢反应，在药物的肝脏首过效应及药物的生物体生物利用度上占有举足轻重的地位。
肝微粒体是目前应用最广泛的体外代谢模型。通常采用差速离心法从肝脏中提取微粒体。肝组织匀浆后通过先高速（2000×g）后超速（100000×g）的差速离心法抽取肝微粒体成分，再用适当缓冲液悬浮，加入还原型辅酶Ⅱ（NADPH）再生系统后用于代谢研究。代谢反应需要在体外模拟生理温度及生理环境下进行，并对原型药及代谢产物进行测定。
肝微粒体法进行代谢研究的优点是制备简便，代谢过程快，孵育条件易优化，具有公认的亚酶底物、抑制剂，结果重现性好，因此主要用于药物体外代谢途径研究和预测药物在体内的代谢清除特征。一般通过测定药物体外代谢酶促动力学获得酶促反应最大速度（ V max ）和米氏常数（ K m ），运用合理的药代动力学模型来推断体内药物的代谢清除特征。同时，该方法可用于对药酶的抑制等方面的研究，根据代谢转化的特点，可有目的进行诱导，影响其酶的亚型，使其对底物的代谢选择性更强、转化率更高，因而在实际工作中的应用较为普及。但该方法也存在明显缺点：①由于制备过程完整的结构遭到破坏，在体外孵育体系中易导致非特异性反应；②缺少代谢所需要的完整的酶反应体系，需要加入适量的辅助因子，如NADPH；③由于外侧细胞膜的去除导致转运蛋白和某些代谢酶的丢失，与体内情况的一致性方面存在不足，特别是对于研究肠道代谢的影响较大。由于存在上述不足，因而其实验结果用于预测体内情况仍需进一步的确证。
本课题组建立的大鼠和人肝微粒体体外孵育体系，采用混合探针底物，并以UPLC-MS/MS技术检测各探针底物或代谢物，研究荭草、羊耳菊、白及等不同种属苗药体外CYP代谢酶的酶促动力学情况。结果表明，上述苗药对肝药酶具有不同程度的抑制作用，各自的体外代谢特征具有较为明显的差异性。
（2）基因重组代谢酶系模型 利用基因工程及细胞工程，将调控CYP450或其他代谢酶的表达基因、质粒体整合到哺乳动物细胞、大肠杆菌或昆虫细胞中，经细胞培养表达高水平的代谢酶，再经分离纯化获得高纯度的单一代谢同工酶。目前，已应用基因重组P450酶系模型研究药物的体外代谢途径、药物代谢产物的生成及药物的体外清除率等。同时，该模型在确定诱导药物代谢的酶亚型及研究药物-药物间相互作用方面具有独特的优势，可对参与代谢的CYP450各个亚型的作用进行评估，并且可对其代谢的主要动力学性质进行初步的探讨，因而已进一步渗透到药物代谢研究的各个领域。
基因重组CYP450酶系具有分子水平的优势，在药酶诱导特异性和选择性研究上优于其他的体外方法，适合研究代谢领域微观化和细节化的问题，可快速鉴别对药物代谢贡献较大的酶亚型，并可为药物与酶在结合位点的相互作用研究提供更多的信息，有助于高通量筛选分析及选择性代谢产物的鉴定。但该技术仍存在一些不足之处，包括：①成本较高；②由于各个同工酶在肝微粒体和肝脏中丰度的差别很大，应用纯酶在同一蛋白水平上进行实验获得的各同工酶代谢程度不能代表各酶在体外肝微粒体或体内肝脏的代谢程度；③体外重组酶的实验条件与CYP450所在的体内环境存在很大的差别，故单独应用该模型的实验相对较少。
（3）肝细胞模型 肝细胞模型是通过制备的肝细胞用培养基稀释成一定浓度并接种后，辅以氧化还原型辅酶，置于带有摇床的CO 2 孵箱中孵育，在模拟生理温度和生理条件下进行代谢研究。原代肝细胞是目前最被认可且被FDA认定的预测药物对CYP450酶的潜在诱导效应的有效工具。目前，应用最多的肝细胞分离技术是Seglen两步灌流法。肝细胞培养方法最常见的是三明治构型原代肝细胞培养。HepG2人肝癌细胞株在形态学上与新鲜的肝细胞具有高度的相似性，尤其体现在代谢酶、转运体和核受体表达上，是一个比较可靠的原代肝细胞替代品，目前常用于药物代谢研究。
肝细胞模型较好地保持了完整细胞的功能，维持了药物代谢Ⅰ相酶和Ⅱ相酶的代谢活性及有关生理辅助因子的浓度，在短时间内基本保持了体内的代谢酶水平，与正常生理状况接近。肝细胞模型在药物代谢途径和消除速率方面与体内具有一定的相关性，可在细胞水平上提供吸收、代谢、转运等综合信息，主要用于研究药物对CYP450酶的诱导和抑制作用，以及研究P450的表达、判断药物的代谢途径和清除率等诸多方面，为药物安全性评价、临床合理用药等提供理想的体外模型和分析手段。该方法的不足之处是：①肝细胞制备技术较复杂；②在细胞培养过程中，部分CYP450难以表达；③体外肝细胞活性仅能维持4小时，不利于储存和反复使用；④丧失了一定的细胞间联系和正常的空间结构。
（4）肠道菌群代谢模型 肠道是口服药物的必经通道。肠道中不仅存在着影响药物吸收的转运体，还含有许多与药物代谢相关的酶，包括消化道上皮细胞存在的结合酶和消化道菌丛产生的酶，这些酶不同程度地影响着药物在体内的存在形式、吸收过程等。因此，肠道对药物的有关代谢作用日益受到重视，其研究方法也在不断改进。
人体肠道寄居着数量庞大、种类繁多的以细菌为主的微生物，其直接参与人体生长发育、营养吸收、生物屏障、免疫调节等诸多方面，统称为肠道菌群（Intestinal flora）。肠道是一个庞大而富有活力的细菌菌群的栖息地。人类肠道中约有100兆个细菌，其中99%以上为厌氧菌，共同构成了肠道的微生物环境。肠道中拟杆菌属、消化链球菌属、螺菌属等专性厌氧菌和乳酸菌及双歧杆菌占优势。肠道细菌可以产生各种代谢酶，主要有水解酶、氧化还原酶、裂解酶和转移酶等。人体的肠道菌群分布特征与大鼠比较相似，其在人的胃、十二指肠、空肠、回肠上部细菌稀少，远端结肠细菌较多。
药物口服进入体内后，与大量肠道菌群接触，使得药物在到达肝脏之前就已经发生了生物转化。目前，中药有效成分的肠道菌群代谢转化研究逐渐已成为受国际关注的课题。研究中药口服后与肠内菌群的相互作用，探讨药物在消化道中生物转化的一般规律，对揭示中药复杂体系在生物体内的转化过程尤为重要，可为中药药效物质基础研究提供依据。
肠道菌群代谢模型最常用的方法是粪便体外温孵法，即将含有肠道菌群的人、大鼠或者其他动物的新鲜粪便与药物共同在37℃厌氧条件下孵育，采用现代分析技术检测药物原型成分及代谢产物，用以分析药物在肠道菌群中的代谢规律和代谢途径。肠道菌群中占99%以上的厌氧菌对黄酮类化合物的转化起到决定性作用，在其生长代谢过程中会产生许多酶。黄酮类化合物在酶的作用下降解，可发生水解、还原、去羟基等反应，转化成相应的酚酸。肠道细菌对黄酮类化合物的代谢作用可以改善其水溶性，从而影响黄酮类化合物的生物利用度。
2.体内代谢研究
（1）模式生物斑马鱼代谢模型 斑马鱼（zebra fish）作为一种模式生物，由于个体小、易于饲养、发育快速、性成熟期短、繁殖力强、胚胎在母体外发育并且透明、易于观察和操作，已经被广泛用于药物研发的各个过程中，包括药物作用靶点的确立、药物筛选、先导化合物的优化、疾病造模和毒理学等方面。
在生物学上，斑马鱼和人类有一定的相似性，都具有独立的如脑、肝、胰、肾、肠、骨、心脏、肌肉等组织器官，以及神经中枢系统、血液、视觉系统等。大多数人类基因和斑马鱼基因直系同源。斑马鱼的全基因组测序已经完成，其基因与人类基因的相似度达到87%，在蛋白质水平上，关键部位的同源性几乎是100%，而且与人类器官在结构、生理、分子水平等方面具有较高的相似性。根据斑马鱼的基因特点及生理特点，可将其作为一个理想的模式生物代谢模型用于药物代谢研究。
目前，人们对于斑马鱼中大部分药物代谢酶基因的表达的研究比较清楚。斑马鱼有CYP450、尿苷二磷酸-葡萄糖基转移酶（UGT）等多种药物代谢酶，以及核受体如孕烷X受体（PXR）、芳香烃受体（AHR）等的表达。CYP和UGT家族中所有基因的表达情况都已阐明。在药物代谢方面，斑马鱼不仅具有上述作为模式动物的一般优点，同时作为体内模型，克服了在体动物实验强度大，样本处理分析困难等缺陷。相比于体外模型，它最大限度保留了在体动物代谢的系统性，其实验结果更具有预测性。
模式生物斑马鱼代谢模型的给药和取样方法与哺乳动物不同。斑马鱼体积太小，口服给药困难，可将药物溶解于斑马鱼所生活的水中。斑马鱼会自主连续地从溶液中吸收药物，药物代谢物也会随着斑马鱼的排泄物被连续地排到水中，进而可通过分析水中的成分变化来掌握药物的部分代谢信息。此外，对整体鱼内成分的分析也能掌握药物在鱼体内的变化情况。因此通过分析药物在斑马鱼体内及体外的变化规律即可较为全面地反映斑马鱼对药物的代谢情况，方法简单可行。
本课题组进行了头花蓼中3种成分在模式生物斑马鱼中的代谢研究，发现3种黄酮类（槲皮素、槲皮苷、金丝桃苷）成分均能在斑马鱼体外药液及体内发生代谢转化。这与头花蓼在大鼠体内的代谢情况基本一致，说明模式生物斑马鱼代谢模型应用于中药、民族药代谢研究的可适应性及合理性。这也有望为中药、民族药复杂体系的代谢研究提供一种简单、高效、系统、模式的新方法。
（2）哺乳动物体内代谢 体内药物代谢研究以大鼠、Beagle犬、家兔等为研究对象，令其口服（或静脉注射等其他给药途径）药物，并在既定时间内，通过收集血液、尿、粪便、胆汁等生理体液和排泄物，以及取出心、肝、脾、胃、肺、肾等进行分析，研究药物在各个部位的代谢过程，分离鉴定其中的代谢产物，包括代谢产物的结构，代谢产物在不同时间内的含量，从而研究代谢产物在体内过程的动态变化，分析药物在动物体内的生物转化规律。此法能全面反映药物代谢的体内整体特征。由于机体成分复杂，加之许多药物在体内代谢，经过一定的生物转化后，其代谢产物的含量较低，更增加了分析检测的难度。
近年来，利用基因敲除（gene knock-out）技术构建的代谢酶基因敲除动物为药物代谢研究提供了一个与人体内环境近似而又基于整体动物水平的高通量筛选模型。目前，已有多种CYP450基因敲除整体动物模型成功构建，并用于在特定CYP亚型基因缺失条件下动物对药物的代谢研究。例如，研究对乙酰氨基酚在CYP2E1基因敲除小鼠和野生型小鼠体内的代谢行为时，发现对乙酰氨基酚的肝毒性很可能是由于CYP2E1在肝脏中形成的活性代谢物所致的。尽管基因敲除动物在药物代谢研究中发挥着重要作用，但目前也存在着建模周期长、转人外源基因的随机性大、传代难而无法大规模生产、供货渠道单一且价格昂贵等问题，使其应用受到了限制。
3.代谢产物鉴定技术 现代分析技术发展迅速，为药物及其代谢产物的分析提供了有力手段。液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术凭借其简便、快速的特点成为代谢物分析中最常用的手段。近年来，随着高分辨质谱技术的发展，其灵敏度与分辨率均得到极大提升。如四极杆-线性离子阱（Q-Trap）、四极杆-飞行时间（Q-TOF）、四极杆-静电场轨道阱（Q-Orbitrap）、傅里叶变换离子回旋共振（FT-ICR）等高分辨质谱具有全扫描、高通量、非靶向的分析特点，极大地提高了化合物的定性分析能力，在药物代谢产物分析和鉴定中的应用越来越广泛。
液质联用技术在药物代谢中的应用体现在两个方面，分别为药物代谢产物LC-MS数据采集方法和药物代谢产物数据处理方法。针对复杂的生物样本，对于可预测或已知生物转化反应的代谢产物，可采用中性丢失、前体离子和多反应监测（MRM）等扫描方式，或利用提取离子流图（EIC）方法等，靶向分析代谢产物。但由于大量内源性成分的干扰及目标成分含量低，上述代谢产物鉴定策略存在较大的局限性。随着相关仪器及软件的更新，针对此问题已有较多的解决方案，如代谢物预测软件、质量亏损过滤（MDF）、非靶标代谢组学等不同的方法，且均有其各自的特点和适用范围。
（1）基于代谢产物预测软件鉴定代谢产物 目前应用的代谢产物预测软件版本较多。代谢产物预测软件基于化合物在生物体内的转化规则，通过输入原型化合物分子式或结构式，预测可能的代谢物信息（包括可能的代谢路径、代谢产物分子式、结构式、分子质量等），构建代谢产物前体离子列表，并结合靶向的二级质谱数据，推测代谢产物信息。
例如，布鲁克·道尔顿公司研发的Metabolite Tools TM 分析平台，包括Metabolite Predict（代谢产物预测）和Metabolite Detect（代谢产物检测）两部分功能。已知原型结构式时，Metabolite Tools TM 可以预测筛查可能的副产物和代谢产物；若不知道原型结构或不确定可能的反应或者代谢过程时，其可以通过差异分析找到可能的反应或者代谢产物，并对其进行定性分析。
Metabolite Predict含有Metabolite Rules（代谢途径库）。此数据库基本包含了哺乳动物所有可能的代谢反应，可以根据药物中原型成分的结构特征及其在体内可能发生的代谢变化，选择相应的代谢途径，由此Metabolite Predict则会预测出庞大的代谢产物Masslist。
Metabolite Detect可根据样品图谱及空白图谱之间各色谱峰的差异，生成两者的差异图谱。差异图谱中即为扣除空白样品中机制背景干扰的代谢产物色谱峰。再将Metabolite Predict生成的Masslist导入Metabolite Detect中，与差异图谱进行匹配，通过差异分析并结合MDF技术寻找到可能的代谢产物并对其进行定性。
（2）质量亏损过滤方法 质量亏损过滤（MDF）技术是一种用于代谢数据处理的技术。它能将LC-MS采集的高分辨数据和预先设定的代谢产物的质量亏损数据通过软件处理来推测目标代谢物。MDF能在液质联用数据的基础上有效地获取代谢产物信息，扣除复杂生物样品的基质背景干扰。此技术在国内外广泛应用于药物代谢的研究中。
MDF指化合物或某一元素的精确质量数与其最接近的整数值之间的差异。有研究表明，代谢产物与其原型药物的精确质量数小数部分变化范围不大，可以根据原型药物精确质量数来预测代谢产物的质量亏损范围。MDF即根据母体药物与核心亚结构的质量亏损，选定MDF模板分子及设定MDF过滤窗口，在MS全扫描数据中集中提取代谢产物离子，剔除大量非目标化学成分的MS信号，保留相关成分及代谢产物的数据集，从而在复杂生物基质中快速挖掘出可能的代谢产物，以达到净化谱图和筛选、鉴定目标成分的目的。另外，通过基于背景减法的MDF，即与基峰色谱图对比搜寻外源性成分，能够对痕量成分进行识别和筛选。此方法可以大大降低背景的干扰，省时、高效，但不宜用于母体结构发生改变的代谢产物的鉴别。
MDF技术可以通过设定质量亏损范围，从复杂背景中筛选出代谢物或中药结构类似物，操作简便。随着多种优化技术的出现，将MDF技术与提取离子流图（EIC）、特征子离子过滤分析（PIF）、中性丢失过滤（NLF）、同位素过滤（IPF）、诊断碎片离子（DFI）等数据挖掘技术整合，串联或并联使用，可增加复杂生物基质样品中微量代谢物检测的灵敏度和选择性。
（3）非靶标代谢组学在代谢产物分析中的应用 非靶标代谢组学是代谢组学研究中常用的方法。区别于靶标代谢组学，非靶标代谢组学是通过高通量、无差别模式，从全局分析的角度将样本中所有的代谢物识别出来，全面寻找有差异的代谢物，用于筛选疾病的生物标志物。多元统计分析软件 SIMCA-P 常用于非靶标代谢组学中的数据分析。
非靶标代谢组学基于化学模式识别方法，主要有无监督的主成分分析（PCA）、有监督的偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）。其中，PCA 能够反映组间离散程度。而PLS-DA在加入分组信息后，可减少或消除组内差异，强化组间差异。利用OPLS-DA方法能够有效筛选组间差异成分，以S-Plots图中的变量投影重要性指标（VIP）作为衡量差异成分的标准（一般VIP值＞1），再筛选对照组样本中没有，而实验组中含量较高的离子即为潜在的中药入血原型及其代谢产物。结合中性丢失、特征碎片与质量亏损过滤等数据处理方法，可快速、准确地鉴定中药代谢产物。由于中药成分及其代谢产物的复杂性，多种方式结合的代谢产物鉴定策略可极大地提高鉴定效率及准确率。
药代动力学（pharmacokinetics）简称药动学，是应用动力学（kinetics）原理与数学处理方法，研究药物体内过程动态变化规律的一门学科。该学科致力于研究和建立机体内不同部位药物浓度与时间之间的函数关系，阐明药物在体内量变的规律，为新药、新剂型、新型递药系统的研发，以及药物的临床合理应用提供科学依据。
中药药动学是在中医药理论指导下研究中药在体内动态变化的过程和规律，并将研究结果用数学方程和相关药动学参数来表达，以阐明药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，具有整体、综合、动态和定量的特点。由于中药化学成分复杂、活性成分不明确、血药浓度低、单个活性成分的药动学参数难以完整表达中药的整体性体内过程特征，使其药动学的研究相对复杂，因而要想全面阐明中药药动学的规律难度很大。
当前中药药动学研究方法主要分为两大类：一类是针对有效成分明确、可定量分析方法测定的中药，即血药浓度法；另一类是针对成分复杂、有效成分不明或缺乏微量定量检测方法的中药及其制剂，主要以生物效应法为研究手段，包括药理效应法、药物累积法和微生物法等检测方法。
1.血药浓度法 作为经典的药动学研究方法，血药浓度法能够认知药理作用强度的变化规律，探讨药物的分布、生物利用度、生物转化和排泄途径等药动学研究的关键问题。血药浓度法是在测定给药后一定时间内，血、尿或其他体液、组织中的药物有效成分原型或代谢物浓度，并根据药物浓度-时间的曲线和数据，使用3P87/3P97、DAS、WinNonlin等相关软件确定药动学模型，计算药动学参数，包括 t 1/2 （消除半衰期）、 V （表观分布容积）、 AUC （血药浓度-时间曲线下面积）、 CL （清除率）、 C max （峰浓度）和 t max （达峰时间）等，以反映药物体内过程的规律。另外，提供统计矩参数，如 MRT （平均滞留时间）、 AUC 0→t 和 AUC 0→∞ 等，对于描述药物药代动力学特征也是有意义的。
因药物在体内会发生生物转化，在血浆或血清中药物的浓度低，干扰因素多，测定结果的差异大，因此采样点的确定对药动学研究结果有重大影响。若采样点过少或选择不当，得到的血药浓度-时间曲线可能与药物在体内的真实情况有较大差异。为获得给药后的一个完整的血药浓度-时间曲线，采样时间点的设计应兼顾药物的吸收相、平衡相（峰浓度附近）和消除相。一般在吸收相至少需要设计2～3个采样点；对于吸收快的血管外给药的药物，应尽量避免第一个点是峰浓度（ C max ）；在 C max 附近至少需要3个采样点；消除相需要4～6个采样点。整个采样时间至少应持续3～5个半衰期，或持续到血药浓度为 C max 的1/10～1/20。建议进行充分的预试验，以确定最佳采样点。
中药产生的效应具有多成分、多靶点效应的特点，通过各有效成分相同或不同的作用机制，产生协同或拮抗的最终疗效。仅仅以单一成分在体内的药代动力学特征来说明中药的药代动力学过程及体内药物效应具有很大的片面性。有学者提出了“中药多组分整合药代动力学”的概念，其认为根据血药浓度-时间曲线下面积（ AUC ）值自定义各组分血药浓度权重系数，运用数学模型进行多成分整合，从而整合血药浓度-时间曲线获得中药整体药动学参数。中药整合药代动力学的模型建立可获得能够最大限度表征复方整体行为的药代动力学参数，从而表征中药整体的处置规律。但这个方法所得的参数与整体药效关联度不够，只用于反映药物成分在体内的存留特征。这种方法适用于结构类似、药代动力学特征相似的有效部位研究，而对于结构类型差异较大、药代特征差异较大的混合物，整合参数只具有数学意义，而且整合后 AUC 和 C max 会低于各成分原始值，在安全性研究时，对药代研究结果要谨慎对待。
本课题组采用UPLC-MS/MS技术，测定了微透析样品中3- O -咖啡酰基奎宁酸等3个指标成分的血药浓度，研究测定了水荭花中原儿茶酸、山柰素-鼠李糖苷、檞皮苷的血药浓度。该实验方法特异、快速、准确灵敏，适用于药动学研究，并获得了相应房室模型信息及生物利用度参数。
2.生物效应法 生物效应法是研究中药药动学的常用方法，是针对成分尚不明确的中药及其复方，根据药效或毒性反应来进行药动学研究，测定其浓度-效应曲线和浓度-时间曲线，并通过计算药效或毒性成分的药动学参数，来真实反映药物体内的整体作用。该方法体现了中药的整体观思想，对评价中药的内在质量和指导临床用药更具有现实意义。生物效应法主要有药理效应法、药物累积法、微生物指标法，但存在重现性、可比性较差，无法阐明脏器分布、代谢途径等局限性。
药理效应法是根据中药的功能、主治和药理作用，选择灵敏度高、重复性好的药效指标，测定给药后不同时间点的药理效应，以此研究其在体内的药代动力学过程。就大多数药物而言，其药理效应与血药浓度之间呈平行关系，故应先选择适当的药理效应作为观测指标。由于某些药理指标能定量、可逆地反映药物在体内的动态变化，通过量-效关系和时-效关系转换为时-量关系，即可求出药动学参数。但因中药化学成分复杂，并具有多靶点、多效应的特点，仅采用单一药理效应作为指标并不能代表中药整体的药代动力学特征；且由于生物的差异性，以及所选药效指标的不同，所测得的药代动力学参数差异较大。
药物累积法，又称为毒理效应法，此法是将药代动力学多点测定的原理与动物累积死亡率测定药物蓄积性的方法相结合，按不同时间间隔对多组动物重复给药，求出不同时间点生存百分率的动态变化，以此计算药代动力学参数。这实际上也是将体存量、时间和毒效进行三维转换而测定时-量关系。此法观察指标明确、实验操作简便，但也存在一定局限性。以动物死亡率为指标，体内药代动力学过程不一定与药效平行，给药剂量、给药途径及观察指标并不等同于临床给药。此法比较适用于毒性较大的中药及其复方制剂，或是药理效应和毒理效应是同一组分的中药的药代动力学研究。
微生物指标法，又称为琼脂扩散法，是根据抗菌药物在含有实验菌株的琼脂平板中扩散，对细菌产生抑菌环。在一定浓度范围内，其抑菌环直径大小与药物浓度呈线性关系，从而可以推算出生物样品的浓度，并计算药代动力学参数。此法操作简单易行、指标明确、重复性好，但特异性不高。如存在抗菌活性的代谢物、机体内外抗菌效应作用机制的差异、细菌选择的得当与否等在一定程度上都会影响药代动力学参数的准确性。另外，中药干扰因素较多，体内有效成分浓度很难达到抑菌浓度，并且容易产生交叉感染，故此法仅适用于有抗菌活性的中药及其复方制剂。