2011 第二单元 二相反应.ppt

1、药物的二相代谢及其分子酶学,二相代谢反应及代谢酶系,人体内的葡萄糖醛酸结合及其影响,第二单元,II相反应 在化合物的反应基团 (或I相反应新形成的基团) 上，结合极性基团，增加产物的水溶解性能。结合反应. -OH, -SH, -COOH, -CONH 葡萄糖醛酸基化 -OH 磺酸基化 -NH2, -CONH2, 乙酰基化 -卤素, -硝基, 环氧化物, 硫酸基 谷胱甘肽结合 反应产物水溶性增加，减少重吸收，增强外源性化合物的清除. 结合反应可分为两种类型: 药物 + 活化的结合基团 产物 活化药物 + 结合基团 产物,II 相生物转化的化学反应类型,例1,儿茶酚类,多酚类化合物，拟肾上腺素或抗

2、氧化剂药物,对乙酰氨基酚乙酰苯胺类解热镇痛药。通过抑制环氧化酶，选择性抑制下丘脑体温调节中枢前列腺素的合成，导致外周血管扩张、出汗而达到解热的作用；通过抑制前列腺素等的合成和释放，提高痛阈而起到镇痛作用，属于外周性镇痛药。无明显抗炎作用。,2.1.1 与糖基结合 2.1.2 与硫酸结合 2.1.3 乙酰化结合 2.1.4 氨基酸结合 2.1.5 谷胱甘肽结合 2.1.6 甲基化 1）O-甲基化 2）N-甲基化,2.1 二相代谢反应及代谢酶系,2.1.1 与糖类的结合反应,人体内发生结合反应的糖类主要为葡萄糖及其衍生物, 木糖和核糖. 但最主要的是-D-葡萄萄糖醛酸（GA）及其衍生物的结合反应.

3、 糖基的活化形式是UDP-GA, 通过亲核反应机制，与药物或药物代谢中间体上的OH，COOH，NH2，SH等官能基团发生缩合反应而形成糖苷键。,人体中发生葡萄糖醛酸基化的反应所占比例相当大，而葡萄糖基化的药物主要是酚类和羧酸类物质，比例较小。催化葡醛酸转移的酶称为UDP葡萄糖醛酰基转移酶（UDP glucoronosyl transferases，UGTs)。 UGTs酶与CYPs酶相类似,也是属于微粒体酶超家族蛋白质成员, 对许多内源性和外源性物质发生催化作用,以利于原药经过反应后溶解于水,容易排出体外。,实例:,内源性甾体激素(包括雌激素,雄甾酮和孕激素等),大多经过GA化失活. 治疗晚期

4、乳腺癌的新药氟维司群Fulvestrant, 其3 和17 OH都容易结合葡醛酸基.,1）醚型或O-葡萄糖（醛酸）苷,化学反应通式：,R-OH+ UDP-G（A） R-O-G（A）+ UDP,UDP-G(A)转移酶,葡糖基结合物一般被认为是纯粹的内外源物解毒形式,但事实上并不完全正确.吗啡因在葡萄糖基化后,其活性更高.,一些药物的糖醛酸结合物,吗啡不同位置发生糖基化后的产物，其生理效应不同。小鼠实验中，6-O-糖苷产物的镇痛效应为母药的45倍。,作业：吗啡的体内代谢及其药理作用,1. R. J. Osborne, S. P. Joel, D. Trew and M. Slevin, Lance

5、t, 1988, i, 828 2. F. Scheinmann, K. W. Lumbard, R. T. Brown and S. P. Mayalarp, International Patent WO 93/3051, 1993 3. A. V. Stachulski, F. Scheinmann, J. R. Ferguson, J. L. Law, K. W. Lumbard, P. Hopkins, N. Patel, S. Clarke, A. Gloyne and S. P. Joel, Bioorg. Med. Chem. Lett., 2003, 13, 1207.,UD

6、PGA也可以与底物羧基反应,形成酯型葡萄糖醛酸苷,作业：灰婴综合症或高胆红素血症的代谢机理是什么？,含羧酸基团的药物可以通过葡萄糖醛酸转移酶的代谢转化,形成亲电子活性的酰基葡萄糖醛酸苷活性中间代谢产物,然后经过一系列的非酶或酶反应形成蛋白加合物或DNA加合物。,Zhou SF, Xue CC, Yu XQ, et al. Metabolic activation of herbal and dietary constituents and its clinical and toxicological implications: an update J. Curr Drug Metab, 200

7、7, 8: 526- 553.,2）硫醚或S-葡萄糖醛酸酸苷,含巯基的药物，可与葡萄糖醛酸基形成硫醚键。如用于治疗成人甲状腺功能亢进药物丙基硫氧嘧啶,对于N-糖苷的研究目前尚不深入广泛,抗乳腺癌药Tamoxifen : N-glucuronide may be partly responsible for its activity.（枸橼酸他莫昔芬片用于治疗乳腺癌。适用于治疗女性复发转移乳腺癌，或用作乳腺癌手术后转移的辅助治疗，预防复发。),T. Kaku, K. Ogura, T. Nishiyama, T. Ohnuma, K. Muro and A. Hiratsuka, Biochem

8、. Pharm., 2004, 67, 2093.,3）N-葡糖醛酸苷,肠肝循环,指由肝脏排泄的药物，随胆汁进入肠道后，因为酶水解释放药物原型，再吸收而重新经肝脏进入全身循环的过程。主要发生在经胆汁排泄的药物中。 在胆汗排泄的葡萄糖醛酸结合物在肠内易发生酶促水解 游离出的药物又可被肠重吸收 使药物在体内保持的时间较长 一些由胆汁排入肠道的原型药物如毒毛旋花子苷G，极性高，很少能再从肠道吸收，大部分从粪便排出。有些药物如氯霉素、酚酞等的葡萄糖醛酸结合物排入肠道，在肠道细菌酶作用下水解释放出原型药物，可以又被肠道吸收进入肝脏。 动物实验显示，抗菌药物抑制肠道细菌后，可降低某些药物的肝肠循环，改变其

9、药物代谢动力学性质，影响药效。,Why are carbohydrate metabolites important?,Recent guidelines issued by the FDA-Metabolites in Safety testing (MIST) All metabolites accounting for 10% of drug dose must in general be screened for toxicity/ safety Among these, glucuronides- especially acyl glucuronides- were specific

10、ally mentioned Have to developed effective synthetic routes for a wide range of glucuronide metabolites and the basis for toxicological studies to get better understanding of structure-activity properties of the metabolites and studying protein interactions, especially through proteomics,2.1.2 与硫酸结合

11、,反应在不同的转磺酶催化下进行 (酚转磺酶,醇转磺酶, 甾体转磺酶,芳胺转磺酶)，甾体类激素药物、儿茶酚类药物等富含羟基的药物容易发生磺基化反应。,PAPS的合成 = 硫酸基团活化,实例,对乙酰氨基酚，扑热息痛,大多数内外源性化合物能被GA化这也能被磺化,因此存在竞争. 一般认为,底物浓度决定哪种代谢途径占优：GA 化在高底物浓度时占优势, 而磺化在低底物浓度时占主导.,2.1.3 乙酰化结合,在乙酰基转移酶的催化下, 由乙酰辅酶A传导乙酰基与底物氨基结合而发生。蛋白质氨基酸残基也常常被乙酰化修饰。 芳伯胺药物在代谢时大都被乙酰化结合；酰胺类药物在水解后、芳硝基类药物在还原后形成的氨基等，都可

12、能进行乙酰化结合。,蛋白质氨基酸氨基,反应分为两步进行：,实例: 磺胺类药物的乙酰化,一般药物经N-乙酰化代谢后，生成无活性或毒性较小的产物。 N-乙酰化转移酶的活性受遗传因素的影响较大。故有些药物的疗效、毒性和作用时间在不同民族的人群中有种族差异。,Metabolic pathway quantified (Brodie 10(3):251-60,2.2.3 UGT活性的体外研究,UGT酶活性研究时，要适量加入表面活性剂，但又必须考虑适用量。过多，则可能对酶活性本身有抑制作用。 目前运用重组表达手段分别表达UGT酶蛋白，并且进行微粒体孵育实验测定UGT单酶的动力学性质，但争论犹存：主要是活体

13、细胞可能存在酶的异二聚体，其对底物的选择性可能与单酶不同。 HepG2, Caco-2 细胞系,UGT酶表现出活性潜伏特征，即由于酶蛋白细胞定位关系，导致N-端活性中心处于内质网内腔致使胞液中的底物不易与酶活中心接触，因而延迟GA化。这种现象，容易被膜破坏剂（如表面活性剂等）所解除。,2.2.3 葡醛酸反应的个体差异,与CYP酶相似，个体之间UGT酶代谢活性的差异也非常巨大，导致这些差异的原因亦报考包括遗传因素和环境因素。 遗传因素：基因多态性研究，目前以UGT1A的工作较多，UGT1A1 已获鉴定的突变体早已超过30多个，其中TATAA 框的突变是公认导致高胆红素症的主要原因。 转录诱导：许

14、多药物，环境化合物以及食物都可能引起UGT转录水平增加。UGT1A1 基因转录调控机制与CYP1A2的调控机制类似，主要受到核因子AhR/AhNR异二聚体的激活。环境或食物中的萘黄酮，多环芳烃，苯巴比妥等等，均为AhR的诱导剂，可以引起UGT1A1的表达上升，从而改变体内相关药物的代谢动力学性质。,酶活抑制：降糖药曲格列酮对UGT1A6有弱抑制作用，导致临床上约2%的病患在使用该药时，发生不可预测的肝脏毒性反应。 年龄差异：对20孕周、出生6-24月和成人肝脏进行的多种UGTmRNA水平比较研究结果表明，胎肝无UGTsmRNA，而婴儿和成人肝脏均有表达。一些UGTmRNA水平基本恒定，而部分U

15、GTs的mRNA水平随年龄增加而增加。提示，在人类发生发育过程中，UGTs 存在各自的调控机制。而一般，婴儿中GA结合机制并不健全，必须对经葡醛酸化的药物剂量进行调整。 生活习惯：吸烟烟草多环芳烃可诱导UGT1A6，1A9 等，导致机体葡醛酸结合反应能力增加，促进酚类药物清除；黄酮类化合物（如白杨黄素）对UGT有明显诱导作用。,种族差异：不同种族人群，UGTs基因多态性分布不同，种群间的UGT活性可能显著不同。对瑞典白人和华人之间可待因代谢研究证实，白种人使用可待因后，其尿液中的可待因葡醛酸苷为华人的二倍。反之，华人达到麻醉时所需要的可待因剂量也比白种人低。 而对于吗啡的药动学研究数据表明，华

16、人的葡醛酸结合代谢途径反应更快，对吗啡的清除率更高。 激素因素：性激素影响一些UGT的活性。在所有有性别差异的药物代谢中，男性的GA结合能力均强于女性。该方面的研究尚不深入，激素参与多基因表达调控，也包括CYPs和UGTs的调控。,1.Comparative genomics analysis of human sequence variation in the UGT1A gene clusterUGT1A comparative genomics. M L Maitland, C Grimsley, H Kuttab-Boulos, et al, The Pharmacogenomics

17、Journal 6, 52-62 (2006) 2. The effect of UGT1A1 promoter polymorphism on bilirubin response to hydroxyurea therapy in hemoglobinopathies. Italia KY, et al. Clin Biochem, 2010 3. Combined UGT1A1 and UGT1A6 genotypes together with a stressful life event increase breast cancer risk.Justenhoven C, et al

18、. Breast Cancer Res Treat, 2010 4. Pharmacogenetic analysis of lipid responses to rosuvastatin in Chinese patients. Hu M, et al. Pharmacogenet Genomics, 2010 5. Tukey RH, Strassburg CP (2000). Human UDP-glucuronosyltransferases: metabolism, expression, and disease. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 40: 581616 6.Jedlitschky G, Cassidy AJ, Sales M, Pratt N, Burchell B (1999). Cloning and characteriz