催化藥物氧化代謝的非P450酶介紹,藥理學(xué)論文

催化藥物氧化代謝的非P450酶介紹,藥理學(xué)論文內(nèi)容摘要：常見的催化藥物氧化代謝的非P450酶包括黃素單氧化酶〔FMO〕、單胺氧化酶〔MAO〕、醛氧化酶〔AO〕、黃嘌呤氧化酶〔XO〕、乙醇脫氫酶〔ADH〕和乙醛脫氫酶〔ALDH〕。近年來，它們在藥物氧化代謝中的作用越來越遭到重視。但是，由于在藥物發(fā)現(xiàn)和先導(dǎo)化合物優(yōu)化經(jīng)過中通常使用P450酶相關(guān)的體外模型進(jìn)行代謝研究，非P450酶在藥物氧化代謝中的奉獻(xiàn)往往被低估。本文綜述了以上非P450酶的催化反響類型、常見底物、基因多態(tài)性以及藥物互相作用，并總結(jié)了非P450酶介導(dǎo)藥物氧化代謝的體外研究模型及影響因素。與P450酶類似，非P450酶能夠直接催化藥物發(fā)生氧化代謝，產(chǎn)生具有治療活性的代謝物或者毒性代謝物。這類酶可以以進(jìn)一步氧化經(jīng)P450酶催化產(chǎn)生的毒性代謝物，發(fā)揮解毒作用。與P450酶相比，大部分非P450酶〔如FMO和MAO〕不容易被誘導(dǎo)。本文關(guān)鍵詞語：黃素單氧化酶；單胺氧化酶；醛氧化酶；黃嘌呤氧化酶；乙醇脫氫酶；乙醛脫氫酶；氧化代謝。藥物代謝是指藥物分子被機(jī)體吸收后，在機(jī)體作用下發(fā)生化學(xué)構(gòu)造轉(zhuǎn)化的經(jīng)過。藥物代謝對藥物的藥效、毒性及臨床合并用藥時的藥物互相作用等具有重要影響。作為體內(nèi)最重要的Ⅰ相藥物代謝酶，細(xì)胞色素P450酶介入約75%的藥物代謝反響。臨床上基于代謝的藥物互相作用大多都是通過對P450酶亞型的抑制或誘導(dǎo)實現(xiàn)的，因而這類酶及相關(guān)氧化代謝反響一直是新藥研發(fā)中關(guān)注的焦點，相應(yīng)的研究技術(shù)和評價策略也已趨于成熟。近年來，隨著組合化學(xué)、高通量挑選等技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)造新穎的藥物層出不窮，非P450酶催化的氧化代謝途徑逐步進(jìn)入新藥研發(fā)科學(xué)家的視線。然而，由于對非P450酶催化的特殊代謝途徑認(rèn)識缺乏，導(dǎo)致臨床前實驗動物種屬選擇失誤，使臨床試驗階段藥物被終止開發(fā)的案例越來越多。例如，美國因賽特制藥公司開發(fā)的第一代高效、高選擇性c-MET抑制劑SGX523,在Ⅰ期臨床劑量上升至80mg時，患者出現(xiàn)急性腎功能衰竭，表現(xiàn)為血清肌酸酐升高。代謝研究發(fā)現(xiàn)SGX523構(gòu)造中的喹啉環(huán)能夠被醛氧化酶〔AO〕代謝生成2-喹啉酮，這一代謝物水溶性差，在腎小管內(nèi)構(gòu)成結(jié)晶。安全性評價中使用的動物醛氧化酶的催化活性低，因此未發(fā)現(xiàn)SGX523的腎毒性[1].除此之外，日本山之內(nèi)制藥公司開發(fā)的新型腺苷A1/2雙重抑制劑FK3453,到了臨床階段才發(fā)現(xiàn)人體的系統(tǒng)暴露量極低，達(dá)不到藥效濃度，而被終止開發(fā)，究其原因是人體內(nèi)AO介導(dǎo)了2-氨基嘧啶環(huán)的氧化代謝[2].這些案例引發(fā)了人們對非P450酶及其介導(dǎo)的特殊代謝途徑的關(guān)注。常見的催化藥物氧化代謝的非P450酶包括黃素單氧化酶〔FMO〕、單胺氧化酶〔MAO〕、醛氧化酶〔AO〕、黃嘌呤氧化酶〔XO〕、乙醇脫氫酶〔ADH〕和乙醛脫氫酶〔ALDH〕[3?8].本文將從催化反響類型、常見底物、基因多態(tài)性及藥物互相作用等方面對以上非P450酶進(jìn)行介紹。1黃素單氧化酶〔FMO〕1.1底物類型FMO為微粒體中除P450酶外的另一種氧化酶。與P450酶類似，F(xiàn)MO催化的氧化反響需要輔助因子NADPH的介入。FMO和P450均能催化雜環(huán)類化合物發(fā)生N-氧化和S-氧化。不同的是，F(xiàn)MO的底物通常為含有N或S原子的弱親核試劑，而P450酶的底物并不局限于親核試劑[9?11].與P450酶相比，F(xiàn)MO對溫度更敏感。在不加NADPH時，45℃條件下預(yù)孵5min會使FMO失活，而P450酶活性不受影響[12].一般以為，pKa值為8~11的堿性胺的N-氧化反響主要由FMO催化，而弱堿由P450和FMO共同催化[13].除此之外，F(xiàn)MO一般不催化伯胺的氧化，而主要催化仲胺的N-氧化經(jīng)過，構(gòu)成羥胺代謝產(chǎn)物，如抗真菌藥酮康唑的脫乙?；x物[14]〔deacetyl-ketoconazole,圖1A〕。叔胺類化合物可以經(jīng)FMO催化發(fā)生N-氧化，如治療乳腺癌的藥物他莫昔芬[15]〔tamoxifen,圖1B〕。除了N-氧化外，F(xiàn)MO也催化S-氧化反響，如抗組胺藥西咪替丁[16,17]〔cimetidine,圖1C〕。近年來，也有文獻(xiàn)[18]報道FMO能催化C-氧化反響，如MRX-I在FMO5催化下發(fā)生Baeyer-Villiger氧化反響。1.2FMO亞型、分布及基因多態(tài)性當(dāng)前，F(xiàn)MO共有5種亞型被鑒定，分別為FMO1、FMO2、FMO3、FMO4和FMO5.在成人肝中，F(xiàn)MO3和FMO5是最主要的兩種亞型[17].FMO1在成人肝中表示出量低，但在胎兒肝臟中是最主要的亞型[19].文獻(xiàn)[20]報道FMO3具有基因多態(tài)性。在正常人體內(nèi)，三甲胺經(jīng)FMO3代謝產(chǎn)生三甲胺氮氧化物，尿中回收的氮氧化物與原形含量的比值為97∶3,而在FMO3基因表示出異常的人體內(nèi)，三甲胺代謝嚴(yán)重缺乏，氮氧化物與原形含量的比值僅為1∶9,進(jìn)而引發(fā)魚腥綜合征[21,22].1.3藥物互相作用與P450酶不同，有關(guān)FMO抑制劑和誘導(dǎo)劑的報道較少。FMO的經(jīng)典抑制劑有吲哚甲醇[23,24]和甲硫基咪唑[25]等。Zaragoza等[26]報道苯巴比妥能夠提高FMO介導(dǎo)的硫代乙酰胺生物活化的程度，進(jìn)而導(dǎo)致硫代乙酰胺在大鼠體內(nèi)肝毒性增加。除此之外，性激素等內(nèi)源性物質(zhì)能夠誘導(dǎo)FMO3活性[27],孕婦在服用經(jīng)FMO3代謝的藥物時應(yīng)考慮到這一點。2單胺氧化酶〔MAO〕2.1底物類型MAO是存在于線粒體外膜上的一類氧化酶，能夠催化胺類化合物〔伯、仲、叔胺〕發(fā)生氧化脫氨或脫氫反響[28,29].MAO催化的氧化反響不需要輔助因子的介入。人的腦、肝和胎盤組織中均存在MAO[30].MAO共有兩個亞型，分別為MAO-A和MAO-B[29].MAO-A的常見底物有腎上腺素和5-羥色胺[29]等內(nèi)源性物質(zhì)。除此之外，與5-羥色胺具有類似構(gòu)造的藥物如舒馬曲坦〔sumatriptan,圖2A〕可以被MAO-A廣泛代謝[4,31].MAO-B的常見底物有-苯乙胺、芐胺和司來吉蘭等[32].與P450酶類似，MAO能夠介導(dǎo)化合物發(fā)生氧化代謝產(chǎn)生毒性代謝物。例如，MAO-B氧化1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶〔MPTP,圖2B〕構(gòu)成1-甲基-4-苯基-2,3-二氫吡啶〔MPDP+〕中間體，最終生成1-甲基-4-苯基吡啶〔MPP+〕[33].MPP+是一種神經(jīng)毒素，可導(dǎo)致腦黑質(zhì)線粒體中毒，產(chǎn)生與帕金森癥類似的異常感覺和狀態(tài)[34].2.2藥物互相作用由于MAO能催化神經(jīng)遞質(zhì)的代謝，尋找MAO的可逆或不可逆抑制劑，增加神經(jīng)遞質(zhì)在體內(nèi)的水平，對于抑郁癥及帕金森癥的治療具有重要意義[30,35,36].文獻(xiàn)[6,37]報道的MAO抑制劑有氯吉蘭、苯乙肼、艾夢克酮和拉扎貝胺等。除此之外，F(xiàn)owler等[38]報道煙草中的尼古丁能夠降低吸煙者體內(nèi)的MAO水平，增加體內(nèi)去甲腎上腺素水平，進(jìn)而引發(fā)一系列中樞及外周神經(jīng)效應(yīng)。當(dāng)前，關(guān)于MAO被外源性物質(zhì)誘導(dǎo)的報道較少。Sarabia等[39]指出雌二醇能夠誘導(dǎo)倉鼠腎臟中的MAO-B水平，增加兒茶酚胺類化合物的脫胺代謝經(jīng)過，該經(jīng)過產(chǎn)生過氧化氫和羥基自由基等有毒物質(zhì)，可能導(dǎo)致腎腫瘤的發(fā)生。3醛氧化酶〔AO〕3.1底物類型AO是一類廣泛存在于胞漿中的高度保守的鉬？黃素蛋白，除了催化醛生成羧酸外，還能催化含氮雜環(huán)類化合物的氧化經(jīng)過，以及一些化合物，如芳硝基化合物[40,41]、環(huán)氧化物[42]、氮氧化物[43,44]和亞砜[45]等的復(fù)原經(jīng)過。本文重點闡述AO催化的氮雜環(huán)類化合物的氧化反響。這類反響通常表現(xiàn)為芳香環(huán)中雜原子鄰位的碳被氧化。表皮生長因子受體抑制劑BIBX1382〔圖3A〕、抗腫瘤藥甲氨蝶呤〔MTX,圖3B〕，以及治療痛風(fēng)的藥物別嘌呤醇〔allopu