植物药在治疗感染性结石实验研究中的思路.doc

1、植物药在治疗感染性结石实验研究中的思路【摘要】 对感染性结石，外科治疗残石率及并发症多，西药治疗周期长、药物毒副作用较大。现代植物药以及更广泛意义上的天然药物是全球“绿色”浪潮的组成部分，对感染性结石的治疗有一定的选择价值。在感染性结石的实验研究中，控制尿路感染、促使尿液酸化和抑制脲酶产氨是植物药研究的靶向。针对研究的靶向，筛选出能够抗感染、酸化尿液和抑制脲酶的植物药,在构建感染性结石体内外模型的基础上，研究现代植物药针对感染性结石的药理作用及有效成分。 【关键词】 植物药; 感染性结石; 文献综述感染性结石是尿路结石中常见的一种类型，成分为六水磷酸铵镁和碳酸磷灰石，约占泌尿系结石的 5%15

2、%1-5。感染性结石复发率高，外科治疗残石率及并发症多，而西药治疗周期长、药物毒副作用较大，患者的依从性差1。临床上一直希望能够找到一种对感染性结石疗效理想且能长期使用，同时又能避免严重不良反应的疗法。现代植物药以及更广泛意义上的天然药物是全球“绿色”浪潮的组成部分，能为感染性结石的研究提供较好的选择。然而，植物药要在真正意义上用于临床感染性结石的治疗，还需要坚实的实验研究。在欧洲、巴西、印度和美国等国，应用现代科学技术研究植物药治疗尿路结石的有效成分和药理作用取得了一定成果，如珠子草、偃麦草、硬毛治疝草和尿石通等的研究6。然而，现代植物药在我国感染性结石的实验研究方面还很不足。感染性结石形成

3、的先决条件是脲酶阳性细菌引起的持续性尿路感染5-6;必要条件是脲酶将尿中的尿素分解为氨和二氧化碳(CO2)，进而形成铵离子，同时使尿液呈碱性。因此控制尿路感染、促使尿液酸化和抑制脲酶产氨是植物药研究的靶向。针对研究的靶向，筛选出能够抗感染、酸化尿液和抑制脲酶的植物药，其基础研究的模式在于构建感染性结石体内外模型、研究植物药针对感染性结石的药理作用以及有效成分。为了研究现代植物药对感染性结石形成的抑制作用，必须在体内外复制出感染性结石形成的模型。感染性结石成石的危险因素主要为铵和 pH 值。可以使用 Griffith 法配制人工尿液，将稀释后的奇异变形杆菌液接种于人工尿液中，奇异变形杆菌将人工尿

4、中的尿素分解为氨和CO2，氨水可增加尿 pH 值，铵与尿中的镁和磷酸根结合成磷酸铵镁;在碱性尿液中，钙和磷酸根合成磷灰石，并与来自尿素的 CO2 结合成碳酸磷灰石，当这些成石物质达到过饱和时，结晶也将迅速形成，呈高度过饱和而析出。由此可以建立实验结石的体外模型7-10。从研究角度粗选出能够抗感染、酸化尿液和抑制脲酶的植物药，分别于造模同时(预防实验)及造模后(治疗实验)给予粗选的植物药，观察不同浓度植物药的提取液对人工尿液 pH 值、磷酸根离子浓度、铵离子浓度、镁离子浓度、磷酸铵镁结晶生成量以及细菌浓度随时间变化的影响。有不少学者对感染性结石的体内模型进行了研究，如模拟人类感染石分离制备奇异变

5、形杆菌悬浮液，用灭菌金属片蘸取菌液后植入大鼠膀胱，6 d 即可形成磷酸镁铵结石;用葡萄球菌悬浮液注入狗膀胱，亦可在 2025 周内形成磷酸镁铵结石9-10。在感染性结石造模的前后不同时期，给予粗选的植物药，通过实验观察植物药对动物感染性结石形成的抑制作用。感染性结石的药物治疗有控制尿路感染、促使尿液酸化和抑制脲酶产氨三大环节1，目的是预防结石复发和促使残石溶解。因此植物药针对感染性结石的药理作用研究应从这些方面开展。对现代植物药用不同极性溶剂进行萃取，从体外抑菌实验、抗细菌黏附实验、酸化尿液实验及抗脲酶实验检测各部位的药效，可进一步探讨植物药提取液发挥药理作用可能的有效部位。植物药中天然化合物

6、的化学特性可分成弱极性、中等极性和强极性 3 种，溶剂体系也可分成弱、中等和强极性溶剂体系。溶剂极性不同，提取植物中的化学成分也不同，得到的提取物的生物活性有很大差异。植物活性成分中，有的亲水基团多、极性大而表现出较强的亲水性，有的亲水基团少、极性小而表现出较强的亲脂性。常用溶剂的极性强弱顺序可大致表示如下:石油醚氯仿乙酸乙酯乙醇正丁醇水。石油醚提取的物质多为脂溶性大的化合物，如油脂和蜡、叶绿素、挥发油以及植物固醇、三菇等中性物质;乙酸乙酯可萃取出游离生物碱、有机酸、及其黄酮等中等极性化合物;乙醇和正丁醇可提取出苷类、生物碱盐以及鞣质等极性化合物;水可提出氨基酸、糖类、无机盐等水溶性成分。研究

7、植物药针对感染性结石的药理作用之一是判断植物药是否具有抑制细菌致病能力的作用。感染性结石中最常见的致病菌是奇异变形杆菌。奇异变形杆菌是仅次于大肠埃希菌的泌尿系感染的主要病原菌，通过定植因子对尿路上皮进行侵袭。细菌或细菌某一成分既能吸附于疏水物质如疏水胶、碳氢化合物等,又能黏附于上皮细胞,这种黏附可被外缘性非特异性疏水或亲水物质所阻断。外缘性非特异性疏水或亲水物质可以作为我们研究植物药抗细菌黏附的重点。有些植物药的正丁醇部位和水部位提取物为生物碱，它们具有强极性和很好的亲水性，可以吸附于上皮细胞表面存在的疏水结合区，与疏水物质如疏水胶结合，竞争性阻断奇异变形杆菌吸附于靶细胞表面，同时，生物碱可以

8、破坏奇异变形杆菌表面的黏液层，使得奇异变形杆菌的黏性下降。植物药提取物中的中等极性化合物有可能直接影响奇异变形杆菌和靶细胞表面的自由能，降低奇异变形杆菌的疏水势能，从而减弱奇异变形杆菌的黏附能力。研究植物药针对感染性结石的药理作用之二是判断植物药是否具有酸化尿液的作用。感染性结石患者尿液酸化的目标位是 pH 值 6.2，在此 pH 点，有利于溶解残石和防止新结石形成1，同时亦可强化抗生素的杀菌效果。最初尿液酸化的研究针对含酒精和蔗糖的植物进行，尤其是对蔗糖的研究。蔗糖具有酸化尿液作用，但伴随着体液缓冲对的变化，对体内代谢可产生影响，最大的缺陷在于不能持继尿液酸化。临床上一直希望能够找到一种理想

9、的能长期使用，同时又能避免严重不良反应的酸化尿液的方法。大部分水果的有机酸多在体内被完全氧化代谢，并不使尿液酸化。但有 3 种水果例外，就是梅、李和蔓越莓11-14。蔓越莓是美洲特产，所以国外将其作为酸化尿液的主要研究对象，应用其尿液酸化的作用，作为抗生素疗法的序贯替代。梅、李是我国多产的水果，在我国可将梅、李作为酸化尿液的研究对象。研究植物药针对感染性结石的药理作用之三是判断植物药是否具有抑制脲酶产氨的作用。奇异变形杆菌的生物学特性之一是可以产生具有极高活性的脲酶。脲酶是一种含有镍离子的金属酶，它可将尿素迅速分解成 CO2 和氨，从而使尿液呈碱性。英国人 Ahmad 是第一个用植物药来研究天

10、然脲酶抑制剂的研究者，他从大戟属植物 Euphorbia decipiens干燥根中应用氯仿 丙酮分离得到二萜酯化合物，这种天然化合物具有抑制脲酶的作用。此后，一些研究者发现，金合欢属(Acacia)、桉树属(Eucalyptus)、桑椹(mulberry)、日本扇尾柳(Japanese Fantail Willow)和木兰(magndia)提取物中的生物活性成分具有抑制脲酶的作用12-14。通过基础研究筛选出能够抗感染、酸化尿液和抑制脲酶的植物药后，还需对植物药的有效成分进行进一步分析。对植物药效成分的鉴定首先要有它的理化常数及其波谱数据或标准品作为对照;找到有效的先导化合物，然后进行修饰确

11、定候选化合物,从高度集中的有效成分部位提取制成制剂。随着组合化学、理想药物设计以及高通量药物筛选等先进的植物药开发技术的发展，以及现代分离分析仪器如气相色谱、液相色谱、逆流色谱、电泳技术等分离分析仪器的发展和应用,植物药有效成分的研究跃上了一个新的高度。现代色谱与波谱技术的迅速发展,使得在寻找生物活性成分时,生物测试与化学成分的分析可以同时进行。测试植物提取物的特征结构，建立其指纹图谱，利用 X 射线衍射法，测定有活性的分子结构，可以研究其构效关系。复杂部位中有效成分的化学分析可以通过色谱与波谱技术获得,再通过天然产物的化学数据库检索来确认未知或已知的有效化合物,作进一步提取分离及生物验证15

12、。从现代植物化学角度建立植物药的化学指纹是研究植物药的药效学和药代动力学的基础,但药物进入体内后,其化学成分将产生系列变化,因此需建立植物化学、药效学、药代动力学的三维研究体系，鉴别植物药的有效成分和分析指纹图谱变化,从而研究有效部位和药代指纹的一致性和差异性15-17。近年来，飞速发展的系统生物学,尤其是代谢组学的高通量、整体性的研究技术和研究思路,为植物药对感染性结石有效活性物质及其代谢产物的药代动力学分析提供了新思路和新方法。应用化学指纹和代谢指纹图谱追踪发挥药效作用的化学成分及其变化规律,则会进一步推进对现代植物药的药效和整体的研究。现代植物药对感染性结石具有潜在的应用前景，它不仅能够

13、酸化尿液，而且可能兼有控制尿路感染和抑制脲酶产氨的潜力，有可能成为现有感染性结石药物疗法的补充或替代。【参考文献】1 孙西钊,吕建林,叶章群.泌尿系感染性结石的病因和诊治J.中华泌尿外科杂志,2010,31(2):141143.2 孙西钊,贺雷,叶章群.正确区分不同性质的尿路结石J.临床泌尿外科杂志,2009,24(2):8586.3 BICHLER K H, EIPPER E, NABER K, et al. Urinary infection stonesJ. Int J Antimicrob Agents, 2002,19:488498.4 HEALY K A, OGAN K. Path

14、physiology and management of infectious staghorn calculiJ. Urol Clin North Am, 2007,34:363474.5 RAHMAN N U, MENG M V. Infections and urinary stone diseaseJ. Curr Pharm, 2003,9:975981.6 张志伟,孙西钊.植物药预防尿路结石J.东南大学学报:医学版, 2005,24(3):118121.7 SATOH M, MUNAKATA K, KITOH K, et al. A newly designed model for

15、infectioninduced bladder stone formation in the ratJ. J Urol, 1984,132:12471249.8 NICKEL J C, OLSONO M, MCLEAN R J, et al. An ecological study of infected urinary stone genesis in an animal modelJ. Br J Urol, 1987,59:110.9 JOHNSON D E, LOCKATELL C V. Rat models of short and longterm foreign body in

16、the urinary bladder: analogies to the bladder segment of urinary cathetersJ. Lab Anim Sci, 1991,41:451455.10 JONES B D, LOCKATELL C V, JOHNSON D E, et al. Construction of a ureasenegative mutant of Proteus mirabilis: analysis of virulence in a rat model of ascending urinary tract infectionJ. Infect

17、Immun, 1990,58:11201123.11 GUPTA K, CHOU MY, HOWELL A, et al. Cranberry products inhibit adherence of pfimbriated Escherichia coli to primary cultured bladder and vaginal epithelial cellsJ. J Urol, 2007,177:23572360.12 AHMAD B, KHAN H, BASHIR S, et al. Inhibition activities of Colchicum luteum baker

18、 on lipoxygenase and other enzymesJ. J Enzyme Inhib Med Chem, 2006,21:449452.13 TSAI C H, CHANG R C, CHIOU J F, et al. Improved superoxidegenerating system suitable for the assessment of the superoxidescavenging ability of aqueous extracts of food constituents using ultraweak chemiluminescenceJ. J A

19、gric Food Chem, 2003,51:5862.14 TSAI C H, STERN A, CHIOU J F, et al. Rapid and specific detection of hydroxyl radical using an ultraweak chemiluminescence analyzer and a lowlevel chemiluminescence emitter: application to hydroxyl radicalscavenging ability of aqueous extracts of food constituentsJ. J Agric Food Chem, 2001,49:21372141.15 唐健元,黄芳华,朱飞鹏,等.从美国植物药批准案例看数据管理和生物统计分析J.中国中西医结合杂志,2009,29(11):10351037.16 李红珠,郑军.欧美植物药市场给中药走出国门的启示J.中国医药情报,2002,8(2):481.17 宋晓亭，胡惠平，安红梅.数字化色谱指纹谱技术描述中药复方专利技术特征中若干问题的讨论J.世界科学技术,2005,73:8283.