藥化lesson3ADME與新藥開發(fā)

Whathappensafteryoutakeapill...AbsorptionDistributionMetabolismExcretion1現(xiàn)在是1頁\一共有33頁\編輯于星期一WhatisADME??ADME?Absorption(Howmuch?Howfast?)?Distribution(Howextensive?Howfast?Whereisthedrugdistributed?)?Metabolism(Howfast?Whatmechanism/route?Whatmetabolites?Aretheyactive?Aretheytoxic?)?Excretion(Howfast?Whichroute?)?MeasureandunderstandADMEandyoucanpredictpharmacokinetics?ThesemeasurementsarekeyapplicationsforDrugdevelopmentanddiscovery2現(xiàn)在是2頁\一共有33頁\編輯于星期一DrugDiscovery&Development3現(xiàn)在是3頁\一共有33頁\編輯于星期一

不良ADME問題至少和缺乏藥效同樣嚴(yán)重在臨床研究中被淘汰的候選化合物大約30%是由于在人體內(nèi)無活性，40%是由于藥代動力學(xué)特性差

如藥物代謝速度過快導(dǎo)致藥物作用時間過短或吸收不良11%產(chǎn)生了毒性產(chǎn)物。失敗的原因ADME性質(zhì)的研究僅僅在藥物開發(fā)階段進行。人和動物，人和人之間存在著明顯的ADME的差異。沒有適宜的體外研究模型。

WhyADME

SFDA指出：“非臨床藥代動力學(xué)研究在新藥研發(fā)和評價過程中起著重要的橋梁作用，為藥效學(xué)和毒理學(xué)評價提供了藥物或活性代謝物濃度數(shù)據(jù)，是產(chǎn)生、決定或闡明藥效或毒性大小的基礎(chǔ)，是提供藥效或毒性靶器官的依據(jù)，也是藥物制劑學(xué)研究的主要依據(jù)和工具，并為設(shè)計和優(yōu)化臨床研究給藥方案提供有關(guān)依據(jù)”4現(xiàn)在是4頁\一共有33頁\編輯于星期一ModernNewDrugDiscovery1945-1995：傳統(tǒng)藥物研究方法遵循：分子庫活性篩選傳統(tǒng)QSAR模型ADME/PK研究毒性研究候選藥物1995-現(xiàn)代藥物研究方法遵循分子庫平行篩選(包括活性,ADME/Tox等）ADME/Tox模型合成分子平行篩選綜合考慮藥物代謝及其動力學(xué)性質(zhì)，參考分子生物學(xué)、藥理學(xué)和毒理學(xué)數(shù)據(jù)，尋找有效、安全、方便的藥物5現(xiàn)在是5頁\一共有33頁\編輯于星期一一.代謝與藥物設(shè)計1.Harddrug

理想藥物應(yīng)該安全；體內(nèi)代謝過程已知；不被代謝。無活性中間產(chǎn)物或活性代謝物引起的毒性；經(jīng)膽汁或腎臟排泄，藥代動力學(xué)過程簡單；可根據(jù)腎功能預(yù)測動物與人藥代動力學(xué)性質(zhì)的差異。米索前列醇前列地爾OH由C1移到C16,并引入甲基，叔醇不易受酶影響而氧化。代謝失活不易發(fā)生，作用時間長，口服有效6現(xiàn)在是6頁\一共有33頁\編輯于星期一2.Softdrug具有藥理活性，代謝過程可預(yù)知、可調(diào)控，代謝物無無活性。設(shè)計原則：盡可能避免氧化代謝；并利用水解酶達到可預(yù)知、可調(diào)控的代謝。含季銨功能基團和酯結(jié)構(gòu)，于體內(nèi)經(jīng)Hofmann降解生成能胺和烯烴，或在酯酶作用下水解阿曲溴銨經(jīng)酯酶廣泛代謝（90%)

代謝物無活性經(jīng)尿液排泄。雷米芬太尼7現(xiàn)在是7頁\一共有33頁\編輯于星期一醋酸氫化可的松3-螺噻唑衍生物無活性的前藥型軟藥。大部分藥物集中在局部的炎癥皮膚里，持續(xù)緩慢釋放活性成分，使活性和毒性得到分離8現(xiàn)在是8頁\一共有33頁\編輯于星期一3.代謝物比原形更少不良反應(yīng)生物轉(zhuǎn)化為滅活過程；許多藥物代謝為具有藥理活性的代謝產(chǎn)物；多數(shù)代謝物經(jīng)歷Ⅱ相除，更安全。

止痛作用更強；無/少高缺血紅蛋白血癥，溶血性貧血發(fā)生。有更好消炎止痛作用；更少胃腸道反應(yīng)。

非那西汀乙酰氨基酚羥基保太松保太松9現(xiàn)在是9頁\一共有33頁\編輯于星期一4.活性代謝物比原形有更好藥動學(xué)性質(zhì)許多苯二氮卓類藥物可生成具有與原形相似藥理活性，但比原形有更好藥動學(xué)性質(zhì)的代謝物。去甲羥基安定具有速效催眠鎮(zhèn)靜作用其葡萄醛酸化作用代謝產(chǎn)物較前體現(xiàn)藥物半衰期短，適用于老年人及肝腎功能不良者10現(xiàn)在是10頁\一共有33頁\編輯于星期一阿司咪唑諾阿司咪唑H1-受體的選擇性比前者強，而且活性是代謝前的40倍。藥物的活性代謝物直接作為藥物，可減輕體內(nèi)代謝的負(fù)擔(dān)，有些藥物更適合老年人使用。11現(xiàn)在是11頁\一共有33頁\編輯于星期一二.藥代動力學(xué)與藥物設(shè)計1.吸收

目前藥物吸收的研究主要是針對口服吸收的研究?？诜幬锘旧嫌晌改c道吸收,主要集中在小腸、十二指腸、空腸和回腸等部位。吸收率決定了藥物的透腸上皮細胞吸收效率。生理、物理、化學(xué)因素影響藥物吸收的速度和程度。平衡脂溶性與透膜作用。膜透過性增加，清除率增加，首過代謝廣泛，生物利用度低。脂溶性通過增加藥物與酶的親合力影響代謝清除率。在腸上皮細胞上還存在一種特殊的轉(zhuǎn)運分子P-gp,它定位于胃腸道細胞的膜表面。凡是能被P-gp識別作為底物的藥物在通過其他途徑進入細胞后,還會被P-gp通過一個耗能的過程擠壓出細胞。12現(xiàn)在是12頁\一共有33頁\編輯于星期一目前預(yù)測藥物腸吸收的模型主要有:動物體內(nèi)實驗：由于種間差異性,不能很好地反映人體內(nèi)情況體外細胞實驗：使用人造細胞膜、細胞系及腸組織的.Caco-2模型實驗?zāi)Ｐ虲aCo-2細胞源于人體結(jié)腸癌細胞,其結(jié)構(gòu)和生化作用都類似于人小腸上皮細胞。含有與刷狀緣上皮細胞相關(guān)的酶系,如γ-谷氨酰胺轉(zhuǎn)肽酶、堿性磷酸酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、磺基轉(zhuǎn)移酶，P450細胞色素同功酶。與小腸主動轉(zhuǎn)運相關(guān)的12種轉(zhuǎn)運系統(tǒng)

也都在CaCo-2細胞內(nèi)表達。Caco-2能較好地模擬藥物經(jīng)不同途徑的轉(zhuǎn)運,其中模擬最好的是跨細胞膜被動轉(zhuǎn)運.

Caco-2滲透性實驗13現(xiàn)在是13頁\一共有33頁\編輯于星期一Artificialmembraneismadeusinglipidsand/oroilandspottedinafilterCompoundisaddedtothelowerchamberTherateofappearanceofthecompoundintheupperchamberismeasuredbymassspecorUVPAMPA(Parallelartificialmembranepermeationassay)PAMPAplate浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,38,61714現(xiàn)在是14頁\一共有33頁\編輯于星期一Caco-2vs.PAMPANote:PAMPAandCaco-2testscanbecomplementaryteststodeterminebothpassiveandactivepermeabilities.Caco-2testsalonemeasurethesumofpassiveandactivepermeabilitieswhichcannotbedecoupledwithouttheinformationobtainedfromPAMPAtests.15現(xiàn)在是15頁\一共有33頁\編輯于星期一前藥（Prodrug）目的：改善吸收，定位釋放

改善吸收：巴氨西林、氨芐青霉素肽酯、匹氨西林）為氨芐青霉素的前藥，生物利用度由50%提高到98%-99%依那普利為依那普利拉的前藥，生物利用度由10%增至60%

16現(xiàn)在是16頁\一共有33頁\編輯于星期一定位釋放：

γ-谷氨酰多巴可特異性釋放L-多巴。L-dopa為多巴胺信使，作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng),亦作用于腎臟受體，具有擴血管作用。大鼠腹腔注射γ-谷氨酰多巴，在富集于腎臟的

γ-谷胺酰胺轉(zhuǎn)肽酶(1)和L-芳胺酸脫羧酶(2)的作用下，使腎臟多巴胺的量5倍于給予相同劑量的L-多巴。γ-谷胺酰多巴可用于腎血流不佳患者。17現(xiàn)在是17頁\一共有33頁\編輯于星期一2.分布

藥物的親酯性越強，蛋白結(jié)合率越高，分布越廣泛。甾類激素血腦屏障透過率與氫鍵數(shù)密切相關(guān)，氫鍵數(shù)越多，透過率越低。親脂性是影響大腦透過率的重要因素，但僅在一定范圍內(nèi)相關(guān)。2.1藥物與血清蛋白結(jié)合模型平衡透析法：采用半透膜將藥物（通常是小分子）和蛋白（大分子）分在兩個小室內(nèi),只有小分子可以透膜,達到平衡后測量兩室內(nèi)藥物的濃度;超濾法：采用超濾膜,將離心管隔開,藥物與蛋白混合液加在上室內(nèi)開始離心,蛋白分子不能透膜,與蛋白結(jié)合的藥物分子也不會被離心到下室,只有游離的藥物分子能進入下室;凝膠過濾：是通過凝膠滲透層析將蛋白與小分子藥物分離開。光譜法：是通過蛋白與藥物結(jié)合后的光吸收改變來測定與蛋白結(jié)合的藥物的量,這種方法只在特殊的情況下才能使用。平衡透析、超濾和凝膠過濾的特點都是將與蛋白結(jié)合的藥物與未結(jié)合的藥物分開,從而便于衡量藥物與蛋白的結(jié)合率。光學(xué)生物傳感器：使用表面等離子體共振技術(shù),主要用于探測生物分子間的相互作用,因而可用于藥物開發(fā)的許多過程中。該技術(shù)可篩選針對某一靶位點的先導(dǎo)化合物,也可檢測藥物與蛋白包括酶的結(jié)合能力。體外研究方法主要有:18現(xiàn)在是18頁\一共有33頁\編輯于星期一2.2藥物向各組織分布的模型目前在這方面沒有有效的體外模型，主要是因為各組織的生物膜組分不同，同時生物膜上的蛋白受體不可能很好模擬。2.3透血腦屏障模型藥物要透過血腦屏障才能進入腦組織。模擬血腦屏障的模型,主要是采用腦血管內(nèi)皮細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞的共培養(yǎng)物。內(nèi)皮細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞共培養(yǎng)物模型采用transwell培養(yǎng)板的方法,先在下層小池底部接種神經(jīng)膠質(zhì)細胞,培養(yǎng)2～3天后,再在上層小池底部的膜上接種血管表皮細胞,經(jīng)培養(yǎng)可形成緊密連接的單層細胞。也可將神經(jīng)膠質(zhì)細胞接種于上層小池的膜底部。研究藥物的穿透能力也是在上層小池內(nèi)加入藥物,過一段時間再測外面大池內(nèi)藥物濃度。19現(xiàn)在是19頁\一共有33頁\編輯于星期一3.藥物代謝

I相反應(yīng)：氧化、還原或水解為極性更大的代謝物。關(guān)鍵酶為P450酶;

II相反應(yīng)：藥物及其代謝物與內(nèi)源性物質(zhì)結(jié)合。酶較多,重要的有葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶，N-乙?；D(zhuǎn)移酶等3.1代謝穩(wěn)定性（Metabolicstability）Scientistsareinterestedinmeasuringsomethingcalled“clearance”?

Conceptually,thisistherateatwhichthedrugiseliminatedbythebody?Themetabolicenzymes“clear”thedrugfromthebodybymetabolizingit

tosomethingelse?Therateofclearanceisveryimportantindetermininghowmuchdruggets

throughtheliverandhowlongadrugwillstayinthebody?“Howbigapillisneededandhowoftenyouneedtotakeit”20現(xiàn)在是20頁\一共有33頁\編輯于星期一example21現(xiàn)在是21頁\一共有33頁\編輯于星期一PhaseI/IIDrugMetabolism22現(xiàn)在是22頁\一共有33頁\編輯于星期一ExperimentalApproach將微粒體或肝實質(zhì)細胞與供試藥物共同孵育,然后用LC/MS對藥物進行定量分析,可得出藥物的代謝率,還可對一系列結(jié)構(gòu)相關(guān)的化合物進行測量,對代謝中間物進行研究。23現(xiàn)在是23頁\一共有33頁\編輯于星期一Gilson215liquidhandler系統(tǒng)可以進行編程控制，并對測試過程中的試劑添加，及反應(yīng)終止進行自動化操作，并可進行溫度控制?？膳cHPLC系統(tǒng)聯(lián)用，實現(xiàn)自動進樣測試。自動化操作重復(fù)性好24現(xiàn)在是24頁\一共有33頁\編輯于星期一

半衰期是確定給藥間隔，頻率的重要參數(shù)。增加藥物分布容積或降低清除率可延長半衰期。制成緩控釋制劑或進行化學(xué)修飾可降低清除率，延長半衰期。

緩、控釋制劑:Modified,control,slow-releasepreparations半衰期化學(xué)修飾:尼非地平經(jīng)歷廣泛首過代謝,半衰期短,需頻繁給藥。在二氫吡啶二甲基側(cè)鏈連接烷氨基側(cè)鏈,形成新的化合物阿莫地平，口服生物利用度增加,半衰期延長,而抗高血壓活性不變。阿莫地平尼非地平25現(xiàn)在是25頁\一共有33頁\編輯于星期一3.2藥物相互作用（Drug-druginteraction）CPY-inhibitor26現(xiàn)在是26頁\一共有33頁\編輯于星期一3.2藥物相互作用（Drug-druginteraction）CPY-inducer27現(xiàn)在是27頁\一共有33頁\編輯于星期一ExperimentalApproachKeyProducts:BDUltraPool?HLM150,BDSupersomes?,

CYPInhibitionKits,Chemicals了解一個藥物對協(xié)同治療藥物的潛在代謝影響是必要的?？梢栽?6孔板上進行人肝細胞長期單層培養(yǎng),研究藥物對肝基因表達的影響。當(dāng)代謝酶表達穩(wěn)定后,加入藥物然后檢測代謝酶的量,就可用mRNA定量方法來衡量基因表達變化,也可通過測酶的活性來衡量。mRNA的量基本可以反應(yīng)出誘導(dǎo)與否,因為許多誘導(dǎo)都是通過與特定的上游感應(yīng)元件相互作用提高轉(zhuǎn)錄水平的。qRT-PCR可以在100ng的總RNA(50000個細胞)中檢驗出10個拷貝,還可實時測定mRNA。確定一個孔細胞多基因表達的實現(xiàn),使得同時研究一個藥物對所有CYPs酶的影響成為可能。28現(xiàn)在是28頁\一共有33頁\編輯于星期一3.3藥物毒性（Drugtoxicity）藥物毒性很多體現(xiàn)在肝毒性,而且藥物代謝會改變藥物的毒性,因此經(jīng)常使用分離的肝細胞進行毒性試驗。其他體外模型如：視覺中毒試驗?zāi)Ｐ?有用于急性試驗的人角化細胞和角膜上皮細胞的單層培養(yǎng)物,也有用于慢性試驗的角膜上皮3D模型,還有人造的角膜。皮膚模型中,包括角化細胞或纖維原細胞的單層培養(yǎng)物和人表皮的3D模型。腎毒性試驗可用近球小管細胞單層培養(yǎng)物也可使用新鮮分離的腎小球囊或腎單元進行,但它們的存活期只有幾個小時。人的其他組織如肺、心、腸和淋巴都可用來進行毒性試驗,不過大都只能進行細胞中毒試驗。藥物毒性是藥物的一個至關(guān)重要的性質(zhì),也是最難加以篩選的性質(zhì)。藥物毒性可能是種屬特異性的或組織特異性的,也可能是多種其他因子共同作用的結(jié)果,有時需要長期服用才能體現(xiàn)。29現(xiàn)在是29頁\一共有33頁\編輯于星期一ExperimentalApproach這些細胞毒性篩選模型基本都是將藥物與細胞共同孵育一段時間,然后檢測細胞的活性,或是檢測一些其他指標(biāo)。細胞活性可通過多種方法來檢測,如基于線粒體活性的MTT法、中性紅染色法、基于細胞膜完整的酶釋放測量。其他測試指標(biāo)還有對分化細胞DNA合成或所有種類細胞的RNA、蛋白合成檢測,以及針對自由基毒性的GSH(谷胱甘肽)檢測。生物技術(shù)如基因芯片技術(shù)通過基因表達能檢測出常規(guī)方法不能檢測到的毒性作用。極其昂貴