药物代谢研究的意义与应用.ppt

药物代谢研究的意义与应用 自从人类开始使用药物治疗疾病 药物的体内过程就一直是药物研究的焦点问题 而药物代谢则被认为是影响药物作用的最重要的因素之一 药物在体内发挥药理活性后大多经代谢排出体外 通过生物转化的药物药效降低或消失 而极性增加 更容易清除 对药物代谢的途径及稳定性 参与代谢的酶及动力学参数以及由代谢引起的药物相互作用等问题的研究是寻找高效低毒药物的必要条件 在过去的20年里 关于药物代谢的研究有了显著的进步 现在它已经作为一门独立的学科贯穿于新药开发的始终 从活性化合物的筛选到动物模型的建立以及整个临床研究都围绕它来进行 不仅如此 由于大多数药物是在体内进行生物转化 它们的浓度和清除速率都取决于代谢活性 缺乏对药物体内代谢的认识将导致治疗失败 毒副反应增加甚至死亡 近年来随着各种分析手段和新技术的出现 对药物代谢的研究已经深入到分子水平 现就药物代谢的过程和意义以及研究技术等给大家做一简单的介绍 1药物代谢的基本过程与作用 药物代谢广义上包括药物的吸收 分布 代谢和排泄过程 狭义则是指药物的化学结构改变 即药物的生物转化 它是药物从体内消除的主要方式之一 药物在体内的生物转化主要有2个步骤 第一步代谢反应称为 相反应 药物经氧化 还原或水解后连接某些基团 OH NH2 SH CO2H等 使得药物极性和亲水性增强 第二步反应称为 相代谢反应 药物与一些大分子内源性物质 如葡萄糖醛酸 甘氨酸 硫酸等 结合或经甲基化 乙酰化后排出体外 药物一般先经 相反应再发生 相反应 但有时也可以反过来 肝脏是药物代谢的主要器官 但也有部分药物代谢在肺 肾脏 血浆 皮肤 胃肠道和其他组织器官中进行 有些药物在肝内及肝外均有代谢 如氨基比林 红霉素 环磷酰胺和阿糖胞苷等 而有些药物的部分代谢过程仅在肝外的特定组织中进行 如维生素D3的1位羟化仅在肾脏进行由于外源性物质种类繁多 因此催化药物代谢的酶亦有所不同 有着各自特异性的底物 近半个世纪的研究发现 催化 相反应的酶主要有细胞色素P450酶系 CYP450 含黄素的单氧化酶 FMO 单胺氧化酶 MAO 荧光氨基脲敏感的胺氧化酶 SSAO 乙醇脱氢酶 乙醛脱氢酶 黄嘌呤氧化酶等 主要分布在细胞内质网 相代谢反应的催化酶包括UDP 葡萄糖醛酸转移酶 UGT 谷光甘肽S 转移酶 GST 酪氨酸硫化转移酶 ST N 乙酰转移酶 NAT 及多种甲基转移酶 主要分布在细胞质 其中CYP450是人体内最重要的代谢酶 目前已发现500多种CYP450同工异构酶 但根据其在肝脏内的分布及对药物的作用 只有少数几种同工酶参与大多数药物的代谢 如CYP1A CYP2A6 YP2B6 CYP2C CYP2D6 CYP2E1 CYP3A 其中CYP3A家族是肝脏内含量最多的代谢酶 同时还分布在胎盘 子宫 肾脏和肺部等器官 参与近50 药物的体内代谢 药物经代谢后其作用一般会降低或完全消失 但也有一些药物经代谢后药理作用或毒性 包括致突变 致癌 致畸作用 反而增强 某些前体药物 如左旋多巴 依那普利 阿德福韦酯 泰诺福韦 缬更昔洛韦 奥美沙坦酯 帕瑞昔布等需要在体内经生物转化后才能发挥药理作用 2研究药物代谢的意义 2 1了解药物的体内过程预测人体内代谢特征进行药物代谢的研究可以了解药物的代谢途径及参与药物生物转化的酶 所产生的代谢物是否具有药理活性和毒性且药物对代谢酶是否有抑制或诱导作用 从而预测药物在人体内的代谢特征 及可能影响药物性质的理化 基因 病理因素 为正确的筛选新药及合理应用提供理论依据 若对药物的体内代谢及其可能的相互作用没有详尽的了解可能导致治疗失败 发生毒副反应甚至患者死亡 由于药物代谢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 对其进行透彻的研究是安全 有效 合理用药的前提 2 2研究药物相互作用的机制药物在体内相互作用包括药效学相互作用及药动学相互作用 大多数情况下 选择联合用药是为了利用其药效学的协同作用或减少副作用 但却往往伴有吸收 分布 代谢 清除环节药动学的相互作用 这其中 代谢酶的诱导和抑制对药物作用的影响最为显著 约占到药动学相互作用的40 药物代谢过程的相互作用对药效和毒副反应的影响很大 须从多个方面综合考虑 如药物与酶发生作用的性质 抑制或诱导作用的强弱 药物经此酶代谢的程度 治疗指数高低 代谢产物的活性等 以确保用药的安全和有效 2 2 1酶诱导重复给药可使CYP450数量 合成增加或降解减少 和活性增加 这种诱导作用将导致代谢产物增加 肝脏生物转化增加 药物半衰期缩短 药效减弱及产生耐性 当多种药物合用时 若其中有药物可诱导参与其代谢的酶 不但使其他药物代谢加快 也妨碍母药发挥药理活性使药物疗效降低 故应考虑适当增加给药剂量 如利福平对CYP3A4的诱导分别使沙奎那韦和利托那韦AUC下降80 和35 对同时服用口服避孕药的妇女 乙炔雌二醇或炔诺酮的生物利用度下42 需要指出的是酶诱导剂不仅可促进其他药物代谢 同时也可加速自身的代谢 因此连续应用这类酶诱导剂药物时 可导致其临床疗效逐渐降低 这也是药物产生耐受性的原因之一 如苯巴比妥就是一个自身诱导剂 作为安眠药使用时 开始几天疗效好 但连续使用后 由于其诱导了体内代谢酶的活性 使以后服用的药物代谢速度明显加快 因而疗效逐渐降低甚至无效 对于此类药物的应用应从小剂量开始 并随着其半衰期缩短逐渐增加剂量 同理 若代谢诱导作用消失后 药物剂量也应随之减少 2 2 2酶抑制代谢酶抑制引起的药物相互作用最为重要 它可导致血药浓度增加 药效及相应的毒副反应增加 如氟西汀与CYP2D6结合抑制其对另一抗抑郁药地昔帕明的代谢 同服地昔帕明和氟西汀后 地昔帕明的峰浓度提高了4倍 停用氟西汀后其活性代谢产物去甲氟西汀使地昔帕明的血药浓度在3周内保持明显升高 文献报道抗真菌药特比萘芬为CYP2D6的抑制剂 与 2受体阻断剂 如普萘洛尔 合用时应注意由于代谢减慢而导致的心动过缓 但同时 我们也可以利用代谢酶的抑制剂提高药物的疗效 如洛品那韦常与CYP3A4抑制剂利托那韦一起使用 以增加其在免疫缺陷患者体内的血药浓度 酶的抑制程度取决于抑制剂的剂量及与酶结合的能力 如50mg曲舍林为CYP2D6的中等抑制剂 而剂量200mg时为强效抑制剂 药物对CYP酶的抑制包括 竞争性抑制 mutualcompetitiveinhibition 通常发生在2种药物都是同一个酶的底物时 作用机制基础上的抑制 mecha nism basedinhibition 也叫自杀性抑制 如红霉素等大环内酯类抗生素在肝脏经CYP3A4代谢 脱去氨基糖分子中叔胺基的N 甲基 代谢物与酶分子中血红蛋白亚铁形成亚硝基复合物 从而使酶失活 非选择性抑制 nonselectiveinhibition 指药物对多个CYP亚族酶都有抑制作用 如西米替丁咪唑环上的N与CYP亚铁血红素部分配体非选择性结合 引起酶活性障碍 由于每个CYP都有这个配位 因此西米替丁对所有的CYP都有影响 但主要是影响CYP3A4 其次是CYP2D6 另外酮康唑 咪康唑 伊曲康唑 克霉唑中的杂环氮原子与CYP血红蛋白中的铁原子结合 从而非选择性抑制酶活性 2 2从代谢产物中发现和寻找新药有些药物的代谢产物药效高于母药 可直接合成该代谢产物作为药用 如抗过敏药氯雷他定 loratadine 经消化道吸收后很快脱去乙氧羰基侧链降解为H1受体活性更强的地洛他定 desloratadine 有些药物分子某些基团易受代谢影响而使分子失去活性 以该代谢物为模型化合物 将某些基团加以保护 也能获得强效药物 不仅如此 由于这些活性代谢物通常与 相酶结合 与原型药物相比可能安全性更高 因此可作为候选药物的一个来源 如扑热息痛是非那西丁的O 脱乙基代谢物 但扑热息痛较非那西丁作用更强 且不导致高铁血红蛋白血症及溶血性贫血 扑热息痛在体内主要发生葡萄糖醛酸化反应 在临床规定的用量范围内是很安全的 药物代谢可改变药物的某些药理活性 非镇静类抗组胺药特非那定阻碍心脏钾离子通道有时可导致严重的心律不齐 而其活性代谢产物非索非那定无此缺点 在临床应用中更安全 目前已替代母药作为抗组胺H1受体药物使用 药物代谢过程是药物在体内产生药效及毒性的主要过程 为更好地设计新药 保证临床用药的安全性及有效性 降低药物研究过程中的高淘汰率 需要加强药物代谢酶与代谢过程的基础研究 在药物设计上 对酶分子结构的深入研究将指导新药的开发过程 加强对药物代谢酶的基础研究 以便获得更好的药物高通量代谢研究模型 2 4研究药物代谢的立体选择性目前上市的药物当中大约56 为手性药物 但88 以上以消旋体形式给药 仅有一小部分已经开发出单一的光学异构体 药物代谢的立体选择性包括立体选择性首过消除 代谢底物及代谢产物的立体选择性等 有些药物在胃肠道内被吸收经肝门静脉进入肝脏后 首先要在肝脏内被代谢一部分 然后再进入血液循环 这一过程称为肝脏的首关消除作用 存在手性中心的药物 在发生首关消除反应时有许多呈现出立体选择性 如 受体拮抗剂普萘洛尔 R 异构体较易发生首过代谢 而药理活性较强的S 异构体则较少发生 与之相反的是维拉帕米 活性强的对映体消除较多 类似的还有奥卡西平 首过代谢中S 对映异构体的酮基优先还原 充分了解手性药物首关消除的特殊性对于临床给剂量的确定很有指导意义 提示不能象对待一般药物那样 考虑到药物存在首过效应就一定需要增大首次剂量 因为这样可能会导致活性高的旋光异构体浓度过高而产生毒副作用 底物的立体选择性是指在相同条件下 2个对映异构体的代谢有质和 或 量的差异 新型抗抑郁药米塔扎平 MIR 主要代谢途径是由CYP2D6催化进行C8的羟基化以及CYP3A4 CYP1A2催化N 去甲基反应 不同的酶对R MIR和S MIR的选择性不同 体内研究表明 给予MIR的患者若同时服用氟西汀 CYP2D6的抑制剂 则S MIR血药浓度较高 说明S MIR主要由CYP2D6代谢生成S 8 OH MIR 而R MIR则倾向于由CYP3A4催化进行N 去甲基化代谢 另一方面 有些对映异构体尽管是由相同的酶代谢 但由于同一种酶对异构体的亲和力有大小 或者对映体分别由几种酶代谢的比例不同 都将导致两者在体内代谢速度和代谢量的不同 奥美拉唑2种对映异构体都是由CYP2C19代谢成5 OH 奥美拉唑和5 O 去甲基 奥美拉唑 以及CYP3A4催化生成奥美拉唑砜 虽然参与代谢的酶相同 但98 的R 异构体是由CYP2C19代谢 仅2 被CYP3A4代谢 而S 异构体中有27 经CYP3A4代谢 由于CYP3A4酶在体内的催化代谢速度很慢且饱和性高 故S 奥美拉唑的代谢速率远远低于R 奥美拉唑 总清除率仅为后者的1 3 最终导致抑酸效应的不同 研究手性药物代谢的立体选择性对深入理解药物作用的机制 引导手性药物的开发 合理选用药物 尤其是联合用药 最终达到安全有效的治疗等都有重要意义 目前药物代谢研究主要有体内和体外2种方法 体外模型主要包括肝微粒体 分离肝细胞 S9 肝脏匀浆9000r min 1离心的上清液 重组的CYP同工异构酶 肝切片以及在体胃肠 肝灌流等 体外模型操作简单 易于重现 能较为真实的模拟体内环境 近年来随着实验技术的不断发展 其结果更能反映药物在体内生理条件下的实际代谢情况 药物代谢清除率与体内值具有良好的相关性 体内法是指在动物或人服药之后 经过一段时间后收集血液 尿液和胆汁等生物样品 动物还可以获得组织器官等实验样本 然后分析 分离样品中药物及其代谢产物 这种方法可以综合地考虑各种体内因素对药物的影响 能够真实全面地反映药物代谢的体内整体特征 但体内代谢法难度较大 许多药物在生物体内分布较广 加上代谢转化的器官和酶系的多样性 使药物及其代谢物在体内的浓度较低 代谢产物检测具有一定难度 体外和体内研究采集的样本需要进一步定性定量分析以得到最终的结论 近年来 各种药物代谢分析的新技术不断出现 包括光谱分析 色谱分析 免疫分析 同位素分析法 微生物法等及近年来发展起来的手性色谱分析法 毛细管电泳分析法 红外光谱 原子发射和吸收分光光度法等新技术也逐渐应用于药物代谢研究领域 3应用实例 3 1抗组胺新药非索非那定盐酸非索非那定是特非那定在体内有活性的代谢产物 用于治疗慢性特发性荨麻疹和季节过敏性鼻炎 如前所述 特非那定在较高血药浓度时 是心脏钾通道阻断剂 可引起心脏Q T间期延长和阵发性室性心动过速及其他室性心律失常 这些有时是致命的 在对其代谢过程进行研究发现 其经CYP3A4代谢产生的非索非那定既能发挥抗组胺作用 且心脏毒性比原型药物显著降低 另外 由于它几乎不在肝脏代谢 不会与由肝细胞色素P450酶系统代谢的药物发生相互作用 而特非那定需要在肝脏代谢 当其代谢受到CYP3A4抑制剂 如酮康唑或伊曲康唑 大环内酯类 如红霉素 H2受体阻滞药 皮质激素以及口服避孕药等阻断时 特非那定会发生蓄积 增加其对心脏钾通道阻断所带来的危险性 为此 1998年停止使用并撤出市场 用其活性代谢产物非索非那定代替 3 2奎硫平 QTP 体内代谢及相互作用研究奎硫平是二苯二氮卓类衍生物 以富马酸盐形式存在 结构类似于氯氮平 国外多项临床研究证明奎硫平对精神分裂症患者的治疗有效率显著高于氟哌啶醇 奎硫平可与多种受体结合 但5 HT2 DA受体结合之比在目前非典型抗精神病药中位居第一 与多巴胺受体D2亲和力弱 并且与胆碱能受体几乎没有亲和力 因此其锥体外系反应少 抗胆碱作用轻 且无粒细胞减少的不良反应 具有极佳的耐受性和服药依从性 体外用人肝微粒体和个体重组CYP450同工酶对奎硫平的代谢酶进行检测发现奎硫平主要通过CYP3A4代谢成为硫氧化物 O 去烷基 N 去烷基代谢产物 至于 OH 奎硫平一般认为由CYP3A4和CYP2D6同时参与 由于7 羟化代谢产物在奎硫平总量中所占比例很少 因此可以推测CYP2D6的基因多态性对奎硫平代谢影响极小 影响CYP3A4酶活性的药物可与奎硫平发生潜在相互作用 强抑制剂如酮康唑 红霉素可升高奎硫平的血药浓度 而诱导剂如卡马西平 苯妥英可降低奎硫平的浓度 抗精神病药甲硫哒嗪可降低奎硫平的浓度 氯氮平与奎硫平都由CYP3A4代谢 两者在理论上亦可发生相互作用 抗抑郁药奈法唑酮 氟伏草胺因抑制CYP3A4 能潜在抑制QTP的代谢 3 3利培酮体内代谢的立体选择性研究利培酮又名维思通 为苯并异恶唑类衍生物 是继氯氮平之后开发出的第一个非典型抗精神病药 属于选择性单胺能拮抗剂 与5 HT2和D2受体有较高的亲和力 能有效地改善精神分裂症的阳性和阴性症状 但它引起的运动功能抑制 强直性昏厥及锥体外系副反应较经典抗精神病药少 具有较好地耐受性 已成为一线抗精神病药 实验证明 利培酮主要代谢成9 羟利培酮 尿中的9 羟利培酮约占口服剂量的31 并且9 羟利培酮也是大鼠 狗和人类血浆中主要代谢成分 研究表明 9 羟利培酮的药理活性是利培酮的70 其他的代谢产物并没有表现出显著的药理活性 因此利培酮的抗精神病活性成分应该包括利培酮及其活性代谢产物9 羟利培酮