药物代谢和其动力学和新药开发专家讲座

药品代谢及其动力学与新药开发

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新药必须具备以下基本条件满足临床预防、治疗、诊疗需要；经过改进效应强度、选择性或新作用机制，使安全性或有效性优于当前治疗药品或治疗方案；含有良好药代动力学或药品代谢特征，给药更方便、更少药品相互作用。第2页

新药研究得益于新技术

开展和广泛应用分子生物学技术;重组水蛭素、超氧化物歧化酶；高通量筛选技术（highthroughputscreeningtechniques）;药品合成化学技术（syntheticorganicchemistry）。第3页巨大挑战、巨大风险、巨大投入激烈市场竞争；昂贵当代技术；愈加严格注册管理和规范要求；极高失败率。300million$美元，历时10年第4页

新药开发过程到12张第5页

新药开发过程Discovery：利用作用靶点资料信息，经过合成、合理药品设计，发觉新化学单体（chemicalentities）第6页新药开发过程HTS：寻找高浓度时含有期望效应前导药品（leaddrugs）第7页新药开发过程理化性质：确定前导药品溶解度、脂溶性及稳定性一有利于预测药品蛋白结合、组织分布、经肠道吸收特征;第8页新药开发过程前导药品判别(Leadidentification)：经过化学合成或组合药品设计寻找一定浓度时对靶器官(部位细胞)有期望活性含有良好理化性质候选药品(drugcandidates)。第9页新药开发过程Invitro：微粒体、肝细胞、组织切片-判别代谢物，评价代谢路径和代谢速率；Caco.2细胞株-评价透细胞吸收；器官特异性细胞株-获取细胞毒性数据。第10页新药开发过程前导药品优化（Leadoptionization）：寻找活性强、安全前导药品，确定毒理研究与人类最靠近、种属动物。

必须重申：体外有活性并不表明体有活性；必须制成适当制制；良好药代动力学特征；理想作用连续时间。第11页1药品代谢及其动力学与药品设计传统方法：依据已知活性与结构关系，在一定结构范围内寻找含有理想活性药品。体外活性很强化合物，体内无活性，或有很强毒性；毒性产生则可能源于毒性代谢物生成。当代方法：综合考虑药品代谢及其动力学性质，参考分子生物学、药理学和毒理学数据，寻找有效、安全、方便药品。第12页

1.1代谢与药品设计1.harddrug理想药品应该安全；体内代谢过程已知；不被代谢。无活性中间产物或活性代谢物引发毒性；经胆汁或肾脏排泄，药代动力学过程简单；可依据肾功效预测动物与人药代动力学性质差异。

第13页2.Softdrug含有药理活性，代谢过程可预知、可调控，代谢物无无活性。设计标准：尽可能防止氧化代谢；并利用水解酶到达可预知、可调控代谢。阿曲溴铵含季铵功效基团和酯结构，于体内经Hofmann降解生成能胺和烯烃，或在酯酶作用下水解。

雷米芬太尼含甲酯结构,经酯酶广泛代谢（90%)为无活性酸性产物后经尿液排泄。1.1代谢与药品设计第14页

1.1代谢与药品设计3.代谢物比原形更少不良反应生物转化为灭活过程；许多药品代谢为含有药理活性代谢产物；多数代谢物经历Ⅱ相除，更安全。

adozenofmetabolitesbyo-deethylation,N-deacethylationandhydroxylationprocesses第15页

乙酰氨基酚：非那西汀O-去乙基代谢物，止痛作用更强；而无少高缺血红蛋白血症，溶血性贫血发生。N-羟基非那西汀与非那西汀不良反应相关。

羟基保太松：保太松对羟基活性代谢产物,有更加好消炎止痛作用；更少胃肠道反应。

吗啡:吗啡-6-糖醛酸络合物比原形吗啡有更强u-阿片受体拮抗作用,有更加好止痛作用；而无吗啡引发恶心、呕吐等不良反应。

1.1代谢与药品设计第16页

1.1代谢与药品设计4.活性代谢物比原形有更加好药动学性质许多苯二氮卓类药品可生成含有与原形相同药理活性，但比原形有更加好药动学性质代谢物。去甲羟基安定为利眼宁、三氟甲安定等活性代谢物，其葡萄醛酸化作用代谢产物较前表达药品半衰期短，从而含有速效催眠镇静作用。第17页1.2药代动力学与药品设计

药品应该安全、有效，但不是唯一条件，还应有良好药代动力学性质半衰期太长、太短，广泛首过代谢、生物利用度低；

40%（77/198）胎死腹中，中途而废。

第18页1.2药代动力学与药品设计1.吸收生理、物理、化学原因影响药品吸收速度和程度。平衡脂溶性与透膜作用。膜透过性增加，去除率增加，首过代谢广泛，生物利用度低。脂溶性经过增加药品与酶亲协力影响代谢去除率。第19页1.2药代动力学与药品设计塞康唑外用治疗皮肤、阴道霉菌感染，口服无效。原因：口服存在广泛首过代谢，血浆蛋白结合高，生物利用度低。对策：降低脂溶性及蛋白结合，增加代谢稳定性。化学修饰：用1,2,4-三氮唑（triazole）取代依咪唑（imidazole）脂溶性降低，吸收及药动学性质良好，但有严重肝毒性，与2,4-二氯苯（dichlorophenyl）相关。引入fluorine终成氟康唑，即有良好药动学性质，较少肝毒性。

第20页1.2药代动力学与药品设计2.前药（prodrug）目标：改进吸收，定位释放

改进吸收：巴氨西林、氨苄青霉素肽酯、匹氨西林）为氨苄青霉素前药，生物利用度由50%提升到98%-99%依那普利为依那普利拉前药，生物利用度由10%增至60%

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定位释放：r-谷氨酰多巴可特异性释放L-多巴。L-dopa为多巴胺信使，作用于中枢神经系统,亦作用于肾脏受体，含有扩血管作用。大鼠腹腔注射r-谷氨酰多巴，在富集于肾脏r-谷胺酰胺转肽酶和L-芳胺酸脱羧酶作用下，使肾脏多巴胺量5倍于给予相同剂量L-多巴。

r-谷胺酰多巴可用于肾血流不佳患者。1.2药代动力学与药品设计第22页1.2药代动力学与药品设计3.分布药品亲酯性越强，蛋白结合率越高，分布越广泛。甾类激素血脑屏障透过率与氢键数亲密相关，氢键数越多，透过率越低。亲脂性是影响大脑透过率主要原因，但仅在一定范围内相关。第23页1.2药代动力学与药品设计4.半衰期半衰期是确定给药间隔，频率主要参数。增加药品分布容积或降低去除率可延长半衰期。制成缓控释制剂或进行化学修饰可降低去除率，延长半衰期。

缓、控释制剂:Modified,control,slow-releasepreparations第24页1.2药代动力学与药品设计

化学修饰:尼非地平经历广泛首过代谢,半衰期短,需频繁给药。在二氢吡啶二甲基侧链连接烷氨基侧链,形成新化合物阿莫地平，口服生物利用度增加,半衰期延长,而抗高血压活性不变。

联适用药：同服抑制药代酶药品，如环包霉素A+氟康唑;同服抑制某药排泄药品,如丙磺舒+青霉素;制成复方制剂,primaxin（亚胺硫霉素+西司他汀），sinemet（L-dopa+carbidopa）。第25页1.2药代动力学与药品设计5.手性药品立体异构物存在药动学和药效学量和质差异。Levo-dopa、左氧氟沙星等单体用于临床，仍有500种以消旋体方式用于临床。

发生有利手性转化外消旋体布洛芬于体内发生手性转化，由无活性R型转化为有活性S-型。

增加治疗作用吲哒克酮为（+）和（-）型异构体混合物（9：1），二者都有促尿酸排泄作用，但（-）型有更强利尿作用。第26页1.2药代动力学与药品设计开发新药依据特定组织内某种受体亚型存在手性优势，从而可作为新药开发依据。人体存在两种β-肾上腺素受体，β1-受体主要分布于心、肺，β2-受体主要分布于眼。塞吗心安两种异构体都有β1和β2活性，但β1受体立体选择性R:S比却高于β2受体。阻断荷兰猪心房、气管β-受体,R:S为1:80-1：90，阻断兔眼β-受体，R:S为1：3

S型主要用于高血压，R型主要用于青光眼。第27页

2代谢与药品毒性动物与人类存在差异，结果有一定坑骗性，不能外推于人类。动物药品代谢及动力学差异，有利于解释毒性种属差异。伦理限制，毒性研究必须先进行动物试验。第28页2.1药品代谢种属差异全部哺乳动物起源于同一祖先，种属间存在相同性、差异性；细胞色素P450源于13.6亿年前原始基因，已发觉存在14个家族。全部P450家族有高度完整氨基酸序列，但各种属间有很大改变。氨基酸序列微小改变可引发底物特异性显著差异。异构酶存在种族差异，药品代谢速率及模式因动物种类不一样而异；而酶结构不一样，不一样种属动物对诱导剂、抑制剂和激素反应不一样。第29页2.1药品代谢种属差异

1.氧化作用和络合作用种属差异

氯沙坦代谢存在种属差异鼠:发生氧化反应，生成单羟基化或氧化代谢产物;猴:发生葡萄醛酸络合反应，生成葡萄醛酸络合物;人:以某一路径为主，同时生成氧化和醛酸化产物.葡萄糖醛酸化和硫酸化代谢与药品性质和动物相关鼠：以葡萄糖醛酸化作用为主，硫酸化作用次之；狗、人：则以硫酸化作用为主；

第30页2.1药品代谢种属差异2.酶抑作用种属差异竞争酶活性中心；与酶发生非竞争性抑制作用；酶结构本身破坏；同似物竞争作用。以竞争抑制作用最普遍。竞争力取决于底物Km值；抑制剂解离常数；酶周围抑制剂浓度。第31页2.1药品代谢种属差异3.性别双态性生长激素性别双态性分泌调整肝细胞色素P450表示。与性别相关药品代谢差异存在于鼠、狗、人、猴等。氯氮卓去除率男性高于女性，地西泮和去甲地西泮则相反。与性别相关药品代谢差异与月经周期性激素及口服避孕药相关。第32页

2.2种属与组织特异性1.种属特异性毒性乙酰氨基酚毒性与活性代谢物数量及肝脏GSH数量相关。但乙酰氨基酚rats体内半衰期比mice长2-3倍。200-300mg/kg可引发mice肝毒性，rats则要>1500mg/kg。血浆乙酰氨基酚及其葡萄糖醛酸、硫酸络合物浓度与毒性缺乏相关性。给予苯巴比妥，rats、mice半衰期很小改变，但肝毒性增加。第33页

2.2种属与组织特异性正常代谢能力：乙酰氨基酚治疗剂量时，主要代谢产物与葡糖醛酸形成络合物，极少被微粒体混合功效氧化酶代谢，耐受性良好；过量时(单剂10-15g)，超出其正常代谢能力，N-OH代谢物不可逆地使肝细胞蛋白质发生乙酰化、芳香化和酰化作用。

GSH解毒能力：毒性代谢物由细胞内GSH解毒，过量时GSH贮备耗竭，解毒功效饱和。饮酒或接收苯巴比妥治疗者，毒性代谢物生成增加。第34页2.2种属与组织特异性2.部位特异性毒性2-萘胺、4-氨基联苯膀胱癌主要诱因.2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑（4，5，6）吡啶于肝内转化为N-OH-N-糖苷代谢物，经胆汁排泄进入小肠后在细菌β-糖苷酶作用下释出致癌物羟胺，引发结肠癌。肾脏富含r-谷胺酰转肽酶。溴苯→2-溴-（2-glutathion-S-yl）氢醌→2-溴-(2-cystein-S-yl)氢醌→肾毒性。第35页2.3立体选择性和毒性3.立体选择性毒性

药效动力学，由特异性酶或受体间相互作用决定；药代动力学，由作用部位药品浓度决定。对映体存在药效和药动学差异，而存在立体选择性毒性。环磷酰胺：磷原子上有一个手性中心，临床以外消旋体应用。R-（-）型对鼠ADJ/PC6细胞治疗指数为S-（+）型2倍。巴比妥类：后效应从轻度震颤到癫痫发作。S-（+）引发广泛震颤,R-（-）型较少震颤作用，主要用于麻醉前给药。第36页

3药品代谢及药代动力学与药品开发药品代谢离体研究药品吸收离体研究蛋白结合离体研究第37页3.1药品代谢离体研究目标：确定代谢路径；判别药代酶；发觉药品相互作用方法：利用动物、人体组织、器官、细胞及生物分析、分子生物学技术优点：在某种程度上可反应活体药品代谢模式；有助于预测一些相互作用；有利于选择进行毒理研究种属动物。不足：有一定不足；肝脏切片，介质与细胞接触不充分；细胞分离、培养过程中酶活性发生改变。第38页3.1药品代谢离体研究1.确定代谢路径

研究方法酮体酚：鼠肝细胞氧化作用；兔肝细胞氧化作用，葡萄糖醛酸化作用，硫酸化作用；人肝细胞还原作用，葡萄糖醛酸化作用，硫酸化作用。联苯：人、狗，而非鼠，肝细胞研究氧化作用和络合作用比肝切片研究低。肝细胞在培养24h内，细胞色素P450酶含量丢失显著。第39页3.1药品代谢离体研究

药品或底物浓度药品（底物）浓度不一样，代谢路径可能发生改变。安定：治疗浓度（2-4uM）N-甲基化作用为主要代谢路径；高于100uM，3-羟基化作用为主要代谢路径。第40页3.1药品代谢离体研究2.判别药代酶分子生物学技术及抗体、探针底物开发利用，使药代酶实现了分子水平研究，使体内、体外特异同功酶分离、纯化、判别成为可能。

研究方法：利用微粒体选择性抑制剂；阐述以cDNA矢量系统为基础催化活性；酶标志物与某种活性相关性；微粒体催化活性免疫抑制作用；纯化酶异构体催化活性。

第41页3.1药品代谢离体研究

药品代谢存在立体选择性华法林：6-17-羟基代谢含有立体选择性。人：S-型[CYP2C9]S-7-羟基华法林（大量）+S-6-羟基华法林（少许）；R-型[CYP1A2和CYP2C19]R-6-羟基华法林

+R-7-羟基华法林；美芬妥因：4＇-羟基化作用有立体选择性.鼠：R-型4‘-羟基化速率为S-型2-3倍。

S-型CYP2C11，R-型CYP3A1/2

人：S-型CYP2C9第42页3.1药品代谢离体研究抑制剂浓度影响药品代谢奎尼丁CYP2D6抑制剂，2-10uM浓度时，对丁呋心安1＇-羟基化有最大抑制作用。大于20uM，对CYP3A4产生抑制作用，抑制睾酮（testosterone）6β-羟基化作用。第43页

3.1药品代谢离体研究3.预测药品相互作用相互作用基础：代谢为大多数药品主要消除路径，许多药品竞争同一酶系。危险药品：抗凝剂、抗抑郁剂、心血管药品小治疗指数药品。特非那定经CYP3A4代谢；酮康唑为CYP3A4强抑制剂，适用可引发致命性室性心律失常。预测标准：联适用药可能性；治疗窗大小；各种药品竞争同一酶/酶系，而该酶/酶系参加代谢反应为主要消除路径。第44页3.1药品代谢离体研究抑制剂和底物浓度决定抑制速率Vmax最大速率；Km常数；S底物浓度；I抑制剂浓度第45页3.1药品代谢离体研究

普通情况下，治疗剂量范围内代谢反应符合线性动力学，S/Km可忽略，但抗病毒，抗肿瘤药品S/Km比I/Ki更相关。第46页3.1药品代谢离体研究

华法林+依诺沙星华法林以对映体形式存在，S-型比R-型作用强；

S-型CYP2C9S-7-羟基华法林；

R-型CYP1A2和CYP2C19R-6-羟基华法林；依诺沙星使R-型消除降低，但不影响S-型；不影响华法林低凝血酶原效应

第47页3.1药品代谢离体研究4.预测去除率（invivo）利用离体研究数据、信息预测活体代谢困难、存在争议，但有效、惯用。乙氧基苯甲酰胺→水杨酰胺

VmaxKm鼠肝微粒体(vitro)3.46uM/min/Kg0.378mM二室模型（vivo）3.77uM/min/Kg0.192mM第48页

3.2药品吸收离体研究侯选药主要标准之一；采取动物或离体系统；定量、定性吸收过程1．离体研究吸收数据外延经肠吸收方式：1）透细胞作用：药品以被动和主动转运方式经壁细胞进入循环为主要路径。2）细胞旁路作用：药品经壁细胞间隙进入循环受分子大小，立体构型影响。二磷酸盐生物利用度低（阿仑磷酸盐0.7%，帕米磷酸盐0.3%，clodranate1-2%）。脂溶性低，透细胞作用差，主要经细胞旁路路径吸收第49页3.2

药品吸收离体研究２.动物吸收数据外延影响原因：通透性：与药品亲脂性，分子大小，pKa相关较小种属差异，生物膜相同。胃肠道转运时间；肠肝代谢；首过代谢：吲哚那韦狗、猴、鼠生物利用度分别为72%、19%和24%。与猴、鼠广泛代谢相关。第50页3.3蛋白结合离体研究

药品作用强度与连续时间，与作用部位游离药品浓度相关。1．离体/活体蛋白结合研究平衡透析法、动力透析法、超滤法、超离心法、筛析色谱法CSF/血清比值可用于预测活体药品蛋白结合率。第51页3.3蛋白结合离体研究

苯妥英钠去甲氯丙咪嗪InvitroCSF/血清0.1550.035invivo0.1830.028药品穿过血脑屏障作用非主动转运,例外。EnprofyllineTheophyllinevitro0.530.095vivo0.510.36代谢物与蛋白结合且与原形有竞争作用时,例外。多唑胺存在于红细胞，90%以上代谢物为N-去甲基代谢物，与原形有相同活性，均与红细胞结合。invitro:全血含30μM多唑胺，红细胞/血浆浓度比为200。大鼠25mg/Kgiv，红细胞/血浆浓度比低于10%。第52页3.3蛋白结合离体研究2．血浆和组织蛋白结合

Vp血浆体积;Vt组织体积;fp血浆游离分数;ft组织游离分数;Vd与fp成正比，与ft成反比。第53页3.3

蛋白结合离体研究

Vt远大于Vp，故ft对Vf影响大于fp组织：完整器官，组织切片，组织匀浆优点：直接不足：处理过程改变结合特征第54页3.3蛋白结合离体研究3．蛋白结合置换作用人血浆含60种蛋白，白蛋白与大多数药品结合，含量为650μM，α1酸性糖蛋白为10-30μM。高药品浓度、低蛋白浓度invitro结合率高，活体不然。消炎痛：invitro100μM显著降低华法林蛋白结合，invivo0.08-1.0μM，无临床意义第55页4个体变异从市场角度，对大多数患者有效剂量为理想剂量。注意：大多数而不是全部。第56页4.1

药代动力学变异

吸收、分布、代谢、排泄过程变异1．吸收变异生物利用度高，变异程度低，反之则高。

与剂型、胃肠道生理状态及首过代谢相关；

与胃排空时间，肠蠕动性相关；影响速率、吸收程度第57页

4.1

药代动力学变异

与饮食相关；成份：高蛋白、低碳水化合物饮食增加茶碱和氨基比林代谢。数量：阿莫西林,250ml