口服给药因其相对安全且易于被患者接受,是中药制剂最常见的临床给药途径。小肠是药物吸收的主要场所,同时也是药物吸收的主要屏障。口服给药后,大多数药物需通过被动扩散或载体介导的主动转运等方式透过小肠细胞的细胞膜,才能到达全身血液循环。在新药开发的早期阶段对药物的肠吸收性能进行评价,有利于提高研发成功率。现阶段的药物肠吸收性能评价主要有动物、细胞模型等方法,然而药物吸收的复杂性及常规模型的局限性,使得新药开发的进程受到影响。针对上述问题,本文将数学模型和计算机模拟研究引入药物肠吸收预测研究中,与常规实验模型相互验证相互补充,旨在建立简便高效的中药成分肠吸收预测模型,为新药开发的吸收环节提供更多方法支撑。为此,本文主要开展了以下几方面工作:(一)中药成分肠吸收性能QSPR研究本部分将定量结构性质关系(Quantitative structure-property relationship,QSPR)应用于药物吸收预测模型的建立中,针对48个中药成分,筛选出对吸收率影响较大的12个结构描述符,分别构建了最优MLR和PLS模型,并对模型的估计能力、稳定性及预测能力进行了验证,对各化合物依据QSPR建模后筛选出的描述符进行了聚类分析。结果表明:本文建立的最优模型均符合Golbrailch-Tropsha等相关标准,两种模型对所选药物和外部测试集的预测能力均较好,但在实际应用时PLS要优于MLR模型。所得描述符中热力学描述符(包括生成热和分子疏水性)、结构描述符(包括氢键给体数目和可旋转键数)以及空间立体效应(包括椭球体积、空间主惯性矩和回旋半径等)这三类描述符对吸收率的影响较为重要。聚类分析得出吸收率较大的一类化合物与七个描述符的大小密切相关,其中有三个描述符是影响药物吸收率大小的关键参数。本文建立的QSPR模型性能良好,能简单直接地对药物的吸收情况进行初步地预测,各化合物可依据关键描述符进行聚类。该方法相对简单、绿色和经济,在药物研发上有一定的实际使用意义和普遍利用的可行性。(二)基于小肠上皮细胞膜模型的药物透膜吸收机理研究本部分将分子动力学模拟应用于小肠上皮细胞膜的搭建及药物透膜吸收预测的评价及机理解析中,搭建接近于真实比例的小肠上皮细胞膜体系,并考察温度水分等因素的改变对膜性质的影响,优化环境参数;分别模拟不同模型药物自由扩散进入和牵引药物透膜的过程,以药物分子透膜过程中的自由能变化等参数来表征药物的自由扩散速率和透膜能力大小,并对不同模型中表征吸收率的各参数进行相关性分析。结果表明:所选环境参数下膜状态良好,有利于后续的药物透膜吸收研究;模型药物的自由扩散表征和透膜自由能势垒反映的各模型药物透膜能力趋势相同,可共同表征药物的吸收率大小;药物透膜能垒的大小和QSPR模型的预测结果有较好的相关性,药物在纯脂质膜中的透膜能垒越小,药物渗透性越好。相关性分析结果初步证明了 Caco-2单层模型、QSPR模型与分子动力学模型在药物吸收环节研究中较好的预测能力。各模型之间药物的透膜吸收过程可相互补充相互验证,共同为药物的吸收预测提供依据。(三)药物与P-gp相互作用研究本部分针对部分药物会受到P糖蛋白(P-glycolprotein,P-gp)的外排作用而限制其肠吸收的问题,开展了药物与P-gp之间相互作用研究。将P-gp嵌入脂质膜体系中,评价了嵌入蛋白后体系的稳定性;对药物与蛋白之间的距离进行了表征,以观察药物在蛋白孔腔的运动趋势;为了进一步分析蛋白对药物的外排作用,分别比较P-gp嵌入磷脂双层膜和细胞质溶液中的情况下,药物透过P-gp的过程中自由能势能面的变化。结果表明:脂质膜嵌入蛋白后,一定程度上扰乱了脂质分子的排布;部分药物对蛋白结构和特定脂质分子的结构变化影响较为明显,初步判断与其作为底物有一定联系,而药物与蛋白残基之间距离的变化也同样印证了这一结论;通过自由能势能面的变化趋势,对各药物的差异性进行了分析。本部分研究为P-gp底物的鉴别及药物与蛋白相互作用研究提供了借鉴。综上所述,本文将QSPR和分子动力学模拟应用于中药成分肠吸收预测方法研究,构建了 QSPR吸收率预测模型,从模拟层面对吸收率进行了相关参数表征,拓展了中药成分肠吸收研究手段,为口服药物肠吸收的体外预测提供新思路。