药效动力学章

第八章 药效动力学&药物毒性评估,一、受体与药物作用 （一）受体学说 （二）药效与受体 （三）受体类型 （四）药物作用机制二、受体动力学激动剂三、受体动力学拮抗剂四、药物的基本作用五、药物剂量与效应关系 量效关系六、新药毒性评估（安全性评价） （一）急性毒性 （二）不良反应 （三）对生物制品的特殊要求,一、受体与药物作用,受体(receptor) 是对生物活性物质具有识别能力并可与之选择性结合，并通过中间信号转导与放大系统触发生理、生化反应或药理效应的生物大分子蛋白质。大多分布于细胞膜上，胞浆和核内也有。,受体只有与药物结合才能被激活并产生效应，而效应的强度与被占领受体的数量成正比, 药物与受体的相互作用是可逆的；被占领的受体数目增多时, 药物效应增强, 当全部受体被占领时, 出现最大效应(Emax)。,药物接近受体，诱导受体构象改变，使与药物结构紧密“契合”并结合。 受体存在激活态和静息态。 药物作用与药物分子和受体结合分离 的速率有关。,1、离子通道受体： a. 配体门控离子通道型受体； b. 电压依赖型离子通道受体。2 G蛋白偶联受体 (GPCR): 最多。3具有酪氨酸激酶活性的受体。4细胞内受体（胞浆，核内）。,离子通道型受体存在于快速反应细胞膜上，由单一肽链形成亚单位，并由45个亚单位组成穿越细胞膜的离子通道。该类受体激动时离子通道开放，细胞膜去极化或超级化，引起兴奋或抑制效应。 能与受体特异性结合的生物活性分子称配体（ ligand ）。,配体：Ach、GABA、兴奋性氨基酸(甘氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸）。N-Ach受体、GABA 受体等属配体门控型离子通道受体。Na、K、Ca离子通道是电压依赖型受体。,一类由GTP-结合调节蛋白(简称G蛋白)组成 的受体超家族，可将配体信号传送至效应器 蛋白，产生生物效应。 GPCR的第二信使是cAMP, IP3，DG 。 两类G蛋白： Gs：激活AC， cAMP Gi： 抑制AC，cAMP,受体、受体、 D受体、5-HT受体、M受体、阿片受体、嘌呤受体等属GPCR。,Diversity of GPCR Signal Transduction Pathways,配体：生长因子。如：胰岛素（insulin）；胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor); 表皮生长因子(epidermal growth factor, EGF);血小板生长因子(platelet-derived growth factor, PDGF);转化生长因子(transforming growth factor-, TGF-)；淋巴因子等。,配体与细胞外段结合 构型改变 酪氨酸激酶活化 残基磷酸化 激活细胞内蛋白激酶 DNA、RNA合成 新蛋白合成 产生生物学效应,胞浆受体配体：甾体激素（皮质激素，雌激素，睾酮）核内受体配体：vitamin A、 D3，甲状腺激素（T3）。,Intracellular Mechanism: Steroid,Effect,1.蛋白质、糖蛋白，糖脂； 2.通常位于细胞膜内。胞浆、核内也有； 3.分子量为45200Kd，常由亚基组成； 4.常常被糖基化； 5. 受体与药物可逆结合且有立体选择性： 特异性；可逆性；,6. 非绝对专一性结合导致一种药物可结合 到数种受体： 阿托品：M受体拮抗剂；N1受体。 肾上腺素：、受体激动剂 1受体激动: 心肌收缩，升压； 2受体激动: 骨骼肌和血管舒张，降压。 普奈洛尔： 1、2阻滞剂； 抑制1受体：治疗心律失常，高血压等。 抑制2受体：抑制支气管平滑肌2受体， 诱发哮喘。 拉贝洛尔： 、受体阻滞剂。,7.专一结合产生向细胞内的信号转导 细胞内信号：第二信使 cAMP(cyclic adenosine-3,5- monophosphate) cAMP激活蛋白激酶A(PKA)使胞内许多蛋白酶磷酸化而活化。 cAMP被PDE水解为5-AMP后灭活。 cGMP (cyclic guanosine-3,5- monophosphate) cGMP作用与cAMP相反，使心脏抑制、 血管舒张、肠腺分泌等。cGMP可激活PKG PKC引起各种效应。cGMP也被PDE灭活。, 三磷酸肌醇脂IP3 (phosphatidyl inositol)、 二脂酰甘油DG (diacyl glycerol ) 1、H1、5-HT1、M1、M3等受体通过三磷酸肌醇脂起作用。 钙离子(calcium ion) 激活PKC等激酶。,8. 信号产生强度依赖于受体占有率，信号在胞内被放大；9. 通过作用于受体，药物可增强、减弱或阻滞信号的产生或传递；10. 作用于受体的药物是受体调节剂，不赋予细胞、组织新的特性；,11. 受体具有识别与转导特性； 一种受体可有数种亚型，并分别分布于 不同组织器官； 12. 可饱和性是由于数量有限： 可饱和性决定了最大效应有限。 13. 配体（ligand）：识别并结合到受体。 a)内源性配体：激素、神经递质、血管活性 物质； b)外源性配体：药物、毒物。,14、受体(数量)可被上调或下调：up-regulated or down-regulated。 受体数量(密度)升高10%，药效增强100%。 受体上调（增敏作用）： 长期使用拮抗剂，引起受体数量(密度) 升高。对激动剂敏感性增强。 -阻滞剂普奈洛尔：rebound； thyroid hormone：受体增敏 。,受体下调（脱敏作用）： 长期使用激动剂，引起受体数量（密度）下降。对激动剂敏感性也下降。 LDopa治疗帕金森氏病； 异丙肾上腺素治疗哮喘； Heroin.,受体（与药物相互作用）性质小结：,敏感性(sensitivity) 特异性 (specificity) 可饱和性(saturability) 可逆性(reversibility)可调性(regulable) 多样性(multiple-variation),（四）药物作用机制： 药物作用机制(mechanisms of action) 或称药物作用原理(principle of action)是 研究药物如何与机体细胞结合而发挥作用 的机理，即药理效应是如何产生的。,一、非特异性药物作用机制: 极少数药物 与药物理化性质有关。 1、渗透压作用：甘露醇的脱水作用，治疗 脑水肿，促进尿液排泄。 2、脂溶作用：全身麻醉药的麻醉作用。 3、抗酸剂 ：如抗酸药中和胃酸。 4、重金属络合剂：二巯基丙醇络合汞、砷 等重金属离子而解毒。,二、特异性药物作用机制: enzymes (numerous) 酶 transporters (numerous)转运蛋白 ion channels (numerous)离子通道 receptors (very many)受体 structural proteins (very few)结构蛋白 hormones (few)激素,1、干扰或参与代谢过程： 对酶的影响：多数药物能抑制酶的活性，是酶抑制剂。 新斯的明竞争性抑制胆碱酯酶; 奥美拉唑不可逆抑制胃H+,K+-ATP酶； 降纤酶、尿激酶、蚓激酶、胃蛋白酶本身就是酶。,参与或干扰细胞代谢：伪品掺入也称抗代谢药，如5-氟尿嘧啶结构与尿嘧啶相似，掺入癌细胞DNA及RNA中干扰蛋白合成而发挥抗癌作用。 影响核酸代谢：许多抗癌药通过干扰癌细胞DNA或RNA合成发挥疗效。 许多抗生素（包括喹诺酮类）也是作用于细菌核酸代谢发挥抑菌或杀菌效应。,2、影响生物膜的功能：如作用于细胞膜上离子通道的抗心律失常药通过影响Na 、Ca2或K的跨膜转运而发挥作用。3、影响体内活性物质：乙酰水扬酸通过抑制前列腺素合成而发挥解热、镇痛和抗炎作用。4、影响递质释放或激素分泌：如麻黄碱促进末梢释放去甲肾上腺素(NA)舒张支气管平滑肌而镇咳、抗哮喘。,5、影响生理物质转运：主动转运需要载体参与，干扰这一环节可产生药理效应。如利尿药抑制肾小管Na-K 、Na-H交换而发挥排钠利尿作用。 6、影响免疫机制：免疫血清、疫苗，免疫增强药及免疫抑制药。 7、影响受体功能： -阻滞剂, H2-阻滞剂等等。,二、受体动力学-激动剂 （Receptor dynamismagonist）,（1）亲和力药物与受体结合的能力。 亲和力用药物-受体复合物的解离常数KD的负对数pD2来表示： pD2 = logKD,1药物与受体结合：,*KD为引起50%最大效应时（50%受体被占领）的药物浓度。 （2）内在活性药物与受体结合后产生效应的能力。,KD或pD2：表示亲和力， KD或pD2：表示亲和力。,激动药 拮抗药 部分激动 (Agonist) （Antagonist） (拮抗)药 亲和力 + + +内在活性 + +,2药物分类:,激动药：能激活受体的配体，与受体有较 强的亲和力和较强的内在活性(效应力)。部分激动药：与受体有较强的亲和力和较 弱的内在活性的配体。 部分激动药具有激动药与拮抗药双重特性。拮抗药：能阻断、拮抗受体活性的配体，与受体有较强的亲和力，但无内在活性。,D+R DR E RT=R+DR 代入,3、受体与药物的相互作用:,整理得：D = 0，E = 0； D KD， E = Emax,KD = D,时, E=50%Emax,*所以，KD为引起50%最大效应时（50% 受体被占领）的药物浓度(ED50)。,Inhibitions of cardiac muscle contractility：Agonist 1 is 100-fold more potent than agonist 2,三、受体动力学拮抗剂 （Receptor dynamismantagonist）,竞争性拮抗药(competitive antagonist)：与激动药结构相似 (但无内在活性)，因此可竞争结合受体同一部位的拮抗药。激动药的量效反应曲线被竞争性拮抗药平行右移。如果增加激动药浓度，仍可达到Emax。,（一）三种类型拮抗药：,Molecular mechanisms of Agonist/Antagonist-receptor interaction,竞争性拮抗剂的存在，使激动剂对受体的亲和力下降，即KD值增大。,Competitive Antagonist,Fixed antagonistwith varyingagonist： 曲线平行右移； Emax不变； KD值增大。,非竞争性拮抗药(noncompetitive antagonist) 与受体结合牢固或与受体结合后能改变效应器官的反应性，使激动药的量-效曲线下抑，即最大效应Emax降低。非竞争性拮抗剂使实际有效受体数减少。但对未结合受体无影响。,Non-competitive Antagonist,3 differentantagonist, each withvarying agonist：Emax下降；KD值不变。,激动剂效应,部分拮抗药（partial antagonist）在激动药浓度较低时与激动药产生协同作用(与剩余受体结合产生效应); 在激动药浓度较高时则产生拮抗作用（与受体结合后产生的效应低于激动药）。,竞争性拮抗药： 激动药Emax不变； 激动药量效曲线平行右移； KD值增大, 即:达50% Emax的激动剂浓度升高。,（二）拮抗药动力学特点小结：,非竞争性拮抗药： Emax下降； 量效曲线下移； KD值不变, 即： 达50% Emax的激动剂浓度不变。,四、药物的基本作用,药效学：药物对机体及病原体的作用与影响。包括药物的作用及作用机理、药物的不良反应，影响药物作用的因素等。 （1）观测生理机能的改变 如新药对中枢神经系统产生兴奋还是抑制；对心肌收缩力是加强还是减弱。,（2）测定生化指标的变化 如血糖、电解质；生理活性物质，如血管紧张素、前列腺素、环核苷酸浓度的改变等。 （3）观察组织形态学变化 如血细胞大小和数量、甲状腺大小、肿瘤大小、肾上腺皮质萎缩及组织病理学评价等。,药物作用 与 药理效应 （ drug action ） （ pharmacological effect ） 肾上腺素 血压上升 肾上腺素 激动血管平滑肌受体（作用） 血管平滑肌收缩 血压上升 （效应）,药物作用：指药物对机体细胞的初始作用。 药理效应：机体器官原有生理功能水平的 改变，是药物作用的结果。,凝血药： 加强凝血过程, 减弱抗凝系统； 利尿剂： 抑制肾小管H2O、Na+重吸收。,药物作用的特异性取决于物理、化学反应的专一性，而反应的专一性又取决于药物的化学结构，这就是构效关系。,构效关系 （structureactivity relationship）,药物作用的选择性： 在一定的剂量下，药物对不同的组织器官 作用的差异性。 选择性（特异性）： 1、阿托品：抗M受体作用，选择性不高，副作用多； 2、雷尼替丁：H2阻滞剂，选择性高，副作用少； 3、奥美拉唑：质子泵抑制剂，选择性高，副作用少。,五、药物剂量与效应关系 量效关系（Dose-effect relationship）,药理效应与剂量在一定范围内随剂量或浓度的增加而增加的规律性变化。 浓度效应关系：药理效应与血药浓度的关系较为密切，药理学研究常用。,（一）量效关系：,药理效应为纵坐标，药物剂量或浓度为横坐标做图得量效曲线。 药效（E）对剂量（D或C）作图得双曲线，对 logC 作图呈对称的S型曲线。 一般，E在20%80%之间与 logC 呈直线关系。,（二）量效曲线(dose-effect curve)：,量效曲线,量效关系研究药物: 起效剂量（Onset） 持续时间（Duration） 作用强度（Intensity）,从量效曲线可获得：阈剂量：亦称最小有效量（minimum effective dose)，药物产生最小效应的剂量。效能(efficacy)：药物产生最大效应的能力。 效价(potency)：引起等效反应的药物相对浓度 或剂量。 半数有效量ED50半数致死量LD50,Abnormal posture in mouse given morphine,Dose-frequency relationship,（1）量反应：药理效应强弱有的是连续增减的量变，如血压升降、平滑肌舒缩等，可用具体数量或最大反应的百分率表示。（2）质反应：有些药理效应只能用全或无，阳性或阴性表示, 如死亡与生存、抽搐与不抽搐等，必需用多个动物或多个实验标本以阳性率表示。,（三）药物效应类型：,量反应（Graded representation）,Antitumour activity of ZD1839 against human tumours in nude mice,* partial regression seen at 100 and 150 mg/kg# tumour/control x 100,100,80,60,40,20,0,0,50,75,100,150,Increase in tumour mass#,ZD1839 (mg/kg),A431* (vulval)LX-1 (SCL)A549 (NSCL)SK-LC-16 (NSCL)TSU-PR1 (prostate)PC-3 (prostate),Sirotnak FM et al. Clin CancerRes 2000; 6: 4885-4892,Survival after post-exposure treatment of inhalational anthrax,Frielander AM et al. Postexposure prophylaxis against experimental inhalation anthrax. J Infec Dis 1993,质反应（qualitative response）：,六、新药毒性评估（安全性研究与评价）,动物安全性研究试验: 在GLP实验室进行在临床研究之前, 必须按照SFDA、ICH、FDA制定的法规(良好实验室规范good laboratory practice, GLP)对药物在动物研究中得到的药代动力学, 药效动力学和毒理学性质进行评定并形成文件。包括：一般药理(安全药理)、 急性毒性 (acute toxication)、 长期毒性 (chronic toxication)、 特殊毒性：三致试验（致癌、致畸、致突变)；免疫毒性和依赖性试验。,（一） LD50急性毒性 LD50的定义: 半数致死量(LD50)是使一组受试动物死亡50%的剂量。观察：14 d；死亡率；活动、毛发、行为、排泄等。 使用两种以上动物(其中一种为非啮齿类), 采用一种以上用药途径、5个剂量来确定。LD50在安全性评价中的意义 ：近年认识到，评估药物对人体的毒性时, LD50或 LD90并非必要, 因为仅根据LD50一项指标没有多少预估价值。除非与除死亡之外的长期毒性试验资料结合起来才有意义。,凡不符合用药目的且为病人带来病痛或危害的反应为药物不良反应(adverse drug reaction, ADR) ，是药源性疾病。包括： 1副作用(side action) 2毒性反应 (toxic reaction) 3后遗效应(after effect) 4停药反应(withdrawal reaction) 5变态反应(allergic reaction) 6. 特异质反应(idiosyncrasy),（二）药物不良反应,在治疗剂量下，药物产生的与治疗目的无关的其他效应。 抗生素：肝肾损伤，腹泻；抗组胺药：嗜睡；非甾体抗