生物藥劑學(xué)第五章-藥物的代謝

第五章藥物代謝

DrugMetabolism學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握藥物代謝相關(guān)的基本概念、主要代謝過程2、掌握影響藥物代謝的主要因素3、熟悉藥物代謝酶的分類和性質(zhì)4、了解藥物代謝機(jī)制以及藥物代謝酶的基本研究方法5、了解運(yùn)用藥物代謝進(jìn)行制劑設(shè)計(jì)的基本思路第一節(jié)概述藥物代謝：藥物被機(jī)體吸收后，在體內(nèi)各種酶以及液體環(huán)境作用下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)可發(fā)生改變，這一過程為藥物代謝，又稱生物轉(zhuǎn)化。代謝部位：肝臟、腸、腎、肺、血液、皮膚等一、藥物代謝I相代謝：藥物分子上引入新的基團(tuán)或除去原有小基團(tuán)的官能團(tuán)反應(yīng)，包括氧化、還原和水解等反應(yīng)。脂溶性藥物生成極性基團(tuán)II相代謝：藥物或I相代謝產(chǎn)物與體內(nèi)某些內(nèi)源性小分子結(jié)合的反應(yīng)，也稱為結(jié)合反應(yīng)，如葡萄糖醛酸結(jié)合、磺酸化、甲基化、乙酰化、谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)等。

極性基團(tuán)＋體內(nèi)內(nèi)源性物質(zhì)結(jié)合物一、藥物代謝二、首過效應(yīng)（firstpasteffect）首過效應(yīng)：在吸收過程中，藥物在消化道和肝臟中發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化作用，使部分藥物被代謝，最終進(jìn)入體循環(huán)的原型藥物量減少的現(xiàn)象。三、肝提取率和肝清除率肝提取率：藥物通過肝臟從門靜脈中被清除的分?jǐn)?shù)CA：進(jìn)入肝臟的血中藥物濃度CV：流出肝臟的血中藥物濃度ER：0~1ER高的藥物，受肝血流量影響大；ER低的藥物，則受血漿蛋白結(jié)合率影響大。四、藥物代謝的作用代謝的臨床意義代謝使藥物失活，如普魯卡因→水解成無效物代謝使藥物活性

，如氯丙嗪→去甲氯丙嗪代謝使藥物活性

，如非拉西丁→對乙酰氨基酚代謝使藥理作用激活，如前體藥物→活性成分代謝產(chǎn)生毒性代謝物，如異煙肼→乙酰肼第二節(jié)藥物的I相代謝部位：主要在肝臟，其它如胃腸、肺、皮膚、腎主要存在于細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微粒體、胞液、溶酶體以及核膜和胞漿膜中；微粒體酶系：主要存在于肝臟藥物的I相代謝中最常見的反應(yīng)有氧化、還原和水解等。第二節(jié)、藥物的I相代謝一、氧化反應(yīng)（一）氧化酶及其組織分布CYP450（cytochromeP450），CYP450依賴的混合功能氧化酶，膜結(jié)合蛋白，存在于很多生物體內(nèi)氨基酸同源性>40%同一家族，如CYP3氨基酸同源性>55%同一亞家族，如CYP3A每一個(gè)亞家族的單個(gè)形式的CYP450酶，如CYP3A4一、氧化反應(yīng)（一）氧化酶及其組織分布黃素單加氧酶（FMOs）人類：FMO1-5成人肝臟：FMO3和FMO5成人腎和肺：FMO1和FMO2表達(dá)高胎兒肝臟：FMO1和FMO5底物：含氮、硫、硒和其他親核雜原子的藥物的氧化一、氧化反應(yīng)（一）氧化酶及其組織分布單胺氧化酶（MAO）：是機(jī)體參與胺類物質(zhì)代謝的主要酶類，其底物主要為單胺類藥物。MAO-A：Catecholamine(兒茶酚胺)

,tyramine(絡(luò)氨)

底物：兒茶酚胺和含有羥基的胺類物質(zhì)部位：主要存在于腎上腺素神經(jīng)元內(nèi)MAO-A：代謝不含羥基的胺類物質(zhì)部位：主要存在于5-羥色胺能神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型1、側(cè)鏈烷基氧化反應(yīng)：P450的催化下，烴基發(fā)生羥基化；若烴基是處于羰基的α位、芐位及烯丙位，那么羥基化產(chǎn)物在脫氫酶作用下，生成醛或酮，進(jìn)一步在醛脫氫酶作用下生成羧酸。甲苯磺丁脲-降糖藥一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型1、側(cè)鏈烷基氧化反應(yīng)：ω氧化芐位氧化ω-1氧化布洛芬一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型2、醛（酮）基氧化反應(yīng)：-CHO可被氧化成-COOH一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型3、氮原子的氧化反應(yīng)：N-氧化反應(yīng)：伯胺、仲胺和酰胺生成羥胺衍生物氨苯砜一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型4、硫原子的氧化反應(yīng)：黃素單加氧酶催化下，S-氧化，生成亞砜，進(jìn)一步生成砜硫利達(dá)嗪抗精神失常藥美索達(dá)嗪奧西舒侖免疫抑制劑一、氧化反應(yīng)（二）氧化反應(yīng)類型5、氧原子的氧化反應(yīng)：

醚在微粒體混合功能酶催化下，α-碳原子氧化成羥基，脫去烴基可待因鎮(zhèn)咳、鎮(zhèn)痛嗎啡二、還原反應(yīng)（一）還原酶及其組織分布主要針對藥物結(jié)構(gòu)中的羰基、羥基、硝基和偶氮等功能基團(tuán)；主要酶：還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（FADH）和CYP450酶；分布：肝臟、腎臟、肺、消化系統(tǒng)以及大腦的表達(dá)量較高。二、還原反應(yīng)（二）還原反應(yīng)類型1、CYP450參與的還原反應(yīng)（1）脫鹵還原反應(yīng)：鹵原子脫去生成相應(yīng)的鹵代烴，或由氫原子取代：氟烷麻醉劑二、還原反應(yīng)（二）還原反應(yīng)類型1、CYP450參與的還原反應(yīng)（2）硝基還原反應(yīng)：CYP450可將結(jié)構(gòu)中的硝基還原成氨基氯霉素二、還原反應(yīng)（二）還原反應(yīng)類型2、醛-酮還原酶（AKRs）的還原反應(yīng)：以NADP(H)為輔助因子醋磺己脲降血糖三、水解反應(yīng)（一）水解酶及其組織分布作用：酯鍵、酰胺和酰肼變?yōu)轸人?、環(huán)氧水解酶（EHs）（1）微粒體型EH(MEH)：烯烴、芳烴及多環(huán)芳烴的氧化肝臟、小腸、腎臟和肺是其對外源性物質(zhì)催化水解的主要場所（2）可溶性EH(SEH)：特異性底物-反式二苯乙烯肝細(xì)胞、內(nèi)分泌系統(tǒng)、腎臟和淋巴結(jié)組織三、水解反應(yīng)（二）水解反應(yīng)類型1、酯類藥物水解：生成相應(yīng)的酸和醇普魯卡因局麻藥三、水解反應(yīng)（二）水解反應(yīng)類型2、酰胺類藥物水解：生成相應(yīng)的羧基和氨基中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性利多卡因局麻藥三、水解反應(yīng)（二）水解反應(yīng)類型3、芳烴類藥物：生成相應(yīng)的多酚或醌類化合物三、水解反應(yīng)（二）水解反應(yīng)類型4、烯烴類藥物：生成環(huán)氧化合物，繼續(xù)水解成醇類化合物環(huán)氧化合物二羥基化合物卡馬西平抗驚厥藥10,11-二羥基卡馬西平第三節(jié)藥物的II相代謝原型藥物或I相反應(yīng)生成的代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)和體內(nèi)某些內(nèi)源性物質(zhì)結(jié)合生成各種結(jié)合物的過程稱為II相代謝，也稱為結(jié)合反應(yīng)。參與的代謝酶統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)移酶第三節(jié)、藥物的I相代謝一、葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)（一）組織分布：葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶（UGTs）分為：UGT1，UGT2，UGT3和UGT8UGT1：分類和膽紅素的代謝UGT2：參與類固醇的代謝分布：肝臟、腎臟、小腸一、葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)反應(yīng)類型：葡萄糖醛酸活性產(chǎn)物在肝臟轉(zhuǎn)移酶的作用下與羥基、羧基、氨基、巰基發(fā)生親核取代反應(yīng)，形成O-、N-、S-葡萄糖醛酸苷結(jié)合物尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）+對乙酰氨基酚布洛芬對氨基水楊酸葡萄糖醛酸二、硫酸化結(jié)合反應(yīng)轉(zhuǎn)移酶：磺基轉(zhuǎn)移酶(Sulfotransferase，SULT)SULT1：主要參與酚類物質(zhì)的反應(yīng)，在肝臟SULT1A1：參與某些有毒化學(xué)物質(zhì)酯化催化雌激素及其代謝產(chǎn)物磺酸化代謝SULT1：主要參與類固醇的反應(yīng)，分布與腎上腺皮質(zhì)、肝臟及腎臟硫酸結(jié)合反應(yīng)：硫酸與含酚羥基、羥基、N-羥基及芳香胺結(jié)合磺酸活化后生成輔酶3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸酯（PAPS）PAPS+沙丁胺醇哮喘

醇和羥胺類藥物代謝生成的硫酸酯是很好的離去基團(tuán)，具有較高的親電性，造成肝臟毒性。二、硫酸化結(jié)合反應(yīng)三、甲基化結(jié)合反應(yīng)（一）酶及組織分布兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要表達(dá)膜結(jié)核型酶(MB-COMT)在外周以可溶型(S-COMT)為主巰嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶(TPMT)：是多個(gè)嘌呤類藥物代謝過程中的代謝酶。具有遺傳多樣性三、甲基化結(jié)合反應(yīng)甲基化結(jié)合反應(yīng)：甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，在含氮、氧、硫上上甲基腎上腺素可發(fā)生甲基化反應(yīng)的藥物較少四、乙?；Y(jié)合反應(yīng)N-乙酰化轉(zhuǎn)移酶（NAT）是機(jī)體催化體內(nèi)含氮物質(zhì)使其發(fā)生乙?；拿赶捣诸悾篘AT1，NAT2，NAT3NAT還參與芳香胺物質(zhì)形成加合物的反應(yīng)，此反應(yīng)導(dǎo)致一些致癌物質(zhì)的形成。四、乙酰基結(jié)合反應(yīng)乙?；Y(jié)合反應(yīng)：將乙?；D(zhuǎn)移到氨基或羥基上異煙肼抗結(jié)核N-乙酰異煙肼乙?；菢O性變小的反應(yīng)，不能促進(jìn)藥物經(jīng)腎排泄五、谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)是一種球狀二聚體蛋白催化機(jī)體內(nèi)某些內(nèi)源性及外源性物質(zhì)后易于排泄作為結(jié)合蛋白，以較高親和力結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)多種疏水性化合物。五、谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)谷胱甘肽結(jié)合反應(yīng)：谷胱甘肽的巰基與親電基團(tuán)（硝基、鹵素的芳基）結(jié)合谷胱甘肽（GSH）Glu-Cys-Gly親電基團(tuán)第四節(jié)影響藥物代謝的因素一、生理因素（一）種屬：對于用一種藥物，在不同物種間的代謝存在差異CYP3A4：具有可調(diào)節(jié)的活性部位，主要通過疏水基團(tuán)相互作用與底物鍵合，其底物幾乎包括所有親脂性藥物。不同種屬之間明顯一致。大鼠體內(nèi)：CYP3A2雌性的酶活性高于雄性。一、生理因素CYP2D：種屬間明顯一致主要清除芳香基烷胺基清除率高容易飽和大鼠體內(nèi)的反應(yīng)遠(yuǎn)大于其他種屬主要酶為CYP2D6CYP2D：一、生理因素CYP2C：種屬差異較大狗體內(nèi)缺乏相關(guān)酶：甲苯磺丁脲、非甾體抗炎藥不能進(jìn)行羥基化代謝II相代謝反應(yīng)涉及的代謝途徑的數(shù)目少于I相代謝，種屬差異表達(dá)更為明顯（二）個(gè)體差異和種族差異：主要因素是遺傳多態(tài)性根據(jù)其代謝快慢的不同，可分為超快代謝型(UM)、快代謝型(EM)、中間代謝型(IM)和慢代謝型(PM)，通常慢代謝型發(fā)生藥物不良反應(yīng)較多。日本25%CYP2C19PM，中國13.6%，白種人2%白種人7%CYP2D6SM，日本0.7%一、生理因素（三）年齡：新生兒的藥物代謝酶系統(tǒng)不完全，用藥時(shí)，不僅藥效強(qiáng)，而且容易產(chǎn)生毒性；老人代謝減慢：代謝酶活性降低或由于內(nèi)源性輔助因子的減少所致；肝臟血流量僅為年輕人的40-50%；功能性肝細(xì)胞減少。藥物兒童（0-7歲）半衰期（h）成人半衰期（h）青霉素G3.20.5氨芐青霉素4.01-1.5甲氧芐青霉素3.30.5羧芐青霉素5-61-1.5卡那霉素B5-5.73-5慶大霉素5.02-3一、生理因素（四）性別和妊娠性別：主要受激素的調(diào)控，一般情況下，雄性大鼠的代謝活性比雌性大鼠高妊娠：血中胎及激素水平的變化會影響藥物的代謝，對CYP450酶的活性有增強(qiáng)也有減弱。一、生理因素二、病理因素（一）肝臟疾病：肝臟是藥物代謝的主要器官，肝臟發(fā)生病變會導(dǎo)致其生物轉(zhuǎn)化能力下降。對CYP1A、CYP2C19、CYP3A的含量和活性影響較大；對CYP2D6，CYP2C9、

CYP2E1的影響較?。淮x受肝功能影響較大的藥物：苯巴比妥、鎮(zhèn)痛藥、β-受體阻斷藥等二、病理因素（二）非肝臟疾病：有些疾病中體內(nèi)INF-α和IL-6血漿濃度與CYP2C19、CYP1A2的活性負(fù)相關(guān)。細(xì)胞活素類物質(zhì)的產(chǎn)生以及轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控CYPs表達(dá)酶活性下降。三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）MDDI是指兩種或兩種以上藥物在同時(shí)或前后序貫用藥時(shí)，在代謝環(huán)節(jié)發(fā)生的相互作用；可分為酶誘導(dǎo)和酶抑制作用（1）誘導(dǎo)作用：許多藥物可促進(jìn)自身或其他藥物的代謝，這種現(xiàn)象稱為酶誘導(dǎo)作用，這些藥物稱為酶誘導(dǎo)劑常見的有巴比妥類和甲基膽蒽類三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）誘導(dǎo)作用機(jī)制：mRNA或酶的穩(wěn)定性和基因轉(zhuǎn)錄增加與核受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄有關(guān)PXR配體激活的CYP3A4誘導(dǎo)機(jī)制細(xì)胞核ER6RXRPXRRXRPXRPXR配體細(xì)胞質(zhì)CYP3A4mRNA轉(zhuǎn)錄增加CYP3A4表達(dá)三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）（二）抑制作用：使其它藥物代謝減慢，作用時(shí)間延長，導(dǎo)致藥理活性或毒副作用增強(qiáng)。不可逆抑制：炔雌醇、炔諾酮、螺內(nèi)酯、三氟乙烯醚、司可巴比妥、烯丙基丙乙烯脲、乙氯戊烯炔醇、二硫化碳和丙基硫脲嘧啶等可逆抑制：SKF-525A、環(huán)己巴比妥、非那西汀等四、其它因素（一）劑型因素：主要與是否有首過效應(yīng)有關(guān)，而藥物代謝飽和是與劑量有關(guān)。（二）飲食：飲食對藥物代謝的影響主要取決于食物中糖、蛋白質(zhì)、脂肪、微量元素和維生素等營養(yǎng)成分。（三）環(huán)境：環(huán)境中的放射性物質(zhì)、重金屬、工業(yè)污染物、殺蟲劑和除草劑等都可影響藥物代謝。第五節(jié)藥物代謝的研究方法第五節(jié)藥物代謝的研究方法研究主要包括：代謝途徑的推斷、代謝產(chǎn)物的分離鑒定、代謝速度和程度、參與的藥物代謝酶、以及藥物對代謝酶的誘導(dǎo)或抑制作用等包括體內(nèi)和體外方法一、體外法特點(diǎn)：可排除干擾，直接觀察到代謝酶對底物的選擇性代謝，為體內(nèi)代謝研究提供重要的線索和依據(jù)對利于體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化率低且缺乏靈敏檢測手段的藥物檢測快速簡便，適合于大批量藥物篩選減少樣品和實(shí)驗(yàn)動物數(shù)，降低研究費(fèi)用。一、體外法（一）離體肝灌流法：是利用離體的新鮮肝臟做實(shí)驗(yàn)，在一定程度上保留了肝細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的完整性，同時(shí)又能排除其他臟器的干擾，動態(tài)地監(jiān)測肝臟對藥物的處置。（二）肝細(xì)胞培養(yǎng)法：通過制備的肝細(xì)胞輔以氧化還原型輔酶，在模擬生理?xiàng)l件下進(jìn)行生化反應(yīng)。HepG2表達(dá)部分代謝酶，但不完整，HepaRG比較可靠的肝細(xì)胞替代品。一、體外法（三）過表達(dá)特定酶亞型的細(xì)胞系：利用基因轉(zhuǎn)染技術(shù)構(gòu)建表達(dá)特定代謝酶的細(xì)胞系具有專一性強(qiáng)、便于高通量篩選的優(yōu)點(diǎn)，可以排除其他代謝酶等因素干擾。（四）肝細(xì)胞培養(yǎng)法：是指將新鮮肝組織用切片機(jī)切成一定厚度的切片，實(shí)驗(yàn)時(shí)與藥物共同孵育的方法。一、體外法（五）亞細(xì)胞片段法：是把組織的勻漿液采用差速離心法而制得。該法易于操作，重現(xiàn)性好，特別適用于藥物研究早期階段的代謝研究與高通量篩選，包括肝微粒體法和S9片段法。（六）重組代謝酶：是利用基因工程及細(xì)胞工程將調(diào)控代謝酶表達(dá)的基因整合到大腸桿菌或昆蟲細(xì)胞，經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)，表達(dá)高水平的代謝酶，然后經(jīng)過分離純化得到純度較高的單一代謝同工酶。一、體內(nèi)法（一）藥物探針法：有些藥物某一種同工酶代謝，則其清除率可作為該同工酶的活性指標(biāo)。（二）體內(nèi)指標(biāo)法：利用某些內(nèi)源性物質(zhì)及其代謝的水平變化，來反應(yīng)某些藥物代謝酶或代謝途徑的變化。（三）基因敲除動物：利用基因敲除技術(shù)構(gòu)建的代謝酶基因敲除動物為藥物代謝研究提供了一個(gè)與人體環(huán)境近似而又基于整體動物水平的高通量篩選模型。第六節(jié)藥物代謝在合理用藥及新藥研發(fā)中的應(yīng)用第六節(jié)藥物代謝在合理用藥及新藥研發(fā)中的應(yīng)用

在新藥研發(fā)中使用其方法可以開始篩選出代謝穩(wěn)定，具有多種清除途徑，相互作用低的化合物，加快新藥研發(fā)過程。探索代謝的規(guī)律，提高藥物生物利用度和藥效，避免和降低藥物的毒副作用。一、個(gè)體化用藥和藥物毒性的預(yù)測（一）藥物代謝酶與個(gè)體化用藥：藥物代謝酶的多態(tài)性包括I相代謝酶和II相代謝酶，這些酶編碼基因的多態(tài)性通常會導(dǎo)致酶的活性下降，喪失或增強(qiáng)。一、個(gè)體化用藥和藥物毒性的預(yù)測（二）基于代謝的藥物毒性預(yù)測：臨床前動物實(shí)驗(yàn)中研究動物和人之間的代謝方式，途徑及毒性差異，盡可能選擇與人代謝相近的實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行研究。一、個(gè)體化用藥和藥