藥物代謝結(jié)合反應(yīng)

關(guān)于藥物代謝結(jié)合反應(yīng)2引言結(jié)合代謝酶是保護(hù)機(jī)體避免外源性物質(zhì)潛在毒性的第二大類酶系通常，結(jié)合途徑涉及將一個(gè)親水性基團(tuán)導(dǎo)入到藥物分子中，例如葡萄糖醛酸其機(jī)理涉及一種酶和一個(gè)輔助因子，輔助因子是親水基團(tuán)的來源輔助因子通常含有一個(gè)高能鍵，例如二磷酸酯鍵，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)通常使藥物分子加上電荷，從而極性更大，促進(jìn)腎排泄但某些結(jié)合途徑不增加底物的極性，如甲基化和乙?；?，但這兩種途徑通常降低藥理活性第2頁,共66頁，星期六，2024年，5月3葡萄糖醛酸結(jié)合葡萄糖醛酸與藥物結(jié)合是最常見的結(jié)合代謝途徑，一方面由于其底物廣泛，另一方面由于該途徑常常占較大比例所涉及的酶稱為葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶，輔助因子是UDPGA其機(jī)理是底物對輔助因子的親核取代SN2反應(yīng)，導(dǎo)致

-葡萄糖醛酸構(gòu)型轉(zhuǎn)化為-葡萄糖苷酸該反應(yīng)一般是底物中的氧原子為親核基團(tuán)，R-OH但其他親核原子也可以使藥物成為葡萄糖醛酸結(jié)合的底物，例如氮、硫、甚至碳原子（碳負(fù)離子）可以分別生成N-,S-,C-葡萄糖苷酸第3頁,共66頁，星期六，2024年，5月4葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶的輔助因子第4頁,共66頁，星期六，2024年，5月5藥物的葡萄糖醛酸結(jié)合物類型葡萄糖醛酸結(jié)合最常見的底物是含羥基化合物，即醇、酚和羧酸，結(jié)果生成O-葡萄糖苷酸醇和酚的葡萄糖苷酸稱為醚型葡萄糖苷酸，在藥物和葡萄糖醛酸之間由醚鍵聯(lián)接羧酸的葡萄糖苷酸稱為酯型葡萄糖苷酸，在藥物和葡萄糖醛酸之間由酯鍵聯(lián)接芳香伯胺、脂肪叔胺、氨基甲酸酯、磺酰胺能夠生成N-葡萄糖苷酸硫醇能夠生成S-葡萄糖苷酸某些含有弱酸性碳原子的藥物能夠生成C-葡萄糖苷酸第5頁,共66頁，星期六，2024年，5月6幾種藥物的葡萄糖醛酸結(jié)合物第6頁,共66頁，星期六，2024年，5月7幾種藥物的葡萄糖醛酸結(jié)合物第7頁,共66頁，星期六，2024年，5月8葡萄糖醛酸結(jié)合物的性質(zhì)葡萄糖醛酸結(jié)合通常是一個(gè)低親和性、高容量體系如果一個(gè)官能團(tuán)有兩個(gè)相互競爭的代謝途徑，則在藥物濃度低時(shí)，其他途徑更可能占優(yōu)勢；而在藥物濃度高時(shí)，葡萄糖醛酸結(jié)合更可能占優(yōu)勢新生兒體內(nèi)葡萄糖醛酸結(jié)合活性低，特別是早產(chǎn)兒。由于膽紅素的主要清除途徑是葡萄糖醛酸結(jié)合，所以許多新生兒可能出現(xiàn)黃疸這也是一些藥物在新生兒毒性增加的原因，例如氯霉素引起的“灰嬰綜合征”第8頁,共66頁，星期六，2024年，5月9膽紅素的葡萄糖醛酸結(jié)合物第9頁,共66頁，星期六，2024年，5月10葡萄糖醛酸結(jié)合物的性質(zhì)由于葡萄糖醛酸結(jié)合在藥物上導(dǎo)入一個(gè)帶負(fù)電荷的大基團(tuán)，所以通常導(dǎo)致該藥物失去藥理活性但也有例外：嗎啡-6-葡萄糖苷酸與阿片受體的親和性約為嗎啡本身的100倍，但嗎啡-3-葡萄糖苷酸是阿片受體拮抗劑葡萄糖苷酸極性很大，通常不容易穿過血腦屏障但嗎啡-6-葡萄糖苷酸通過自身分子折疊使極性變小，容易穿過血腦屏障酯型葡萄糖苷酸有一定的化學(xué)反應(yīng)性，能夠與蛋白發(fā)生共價(jià)結(jié)合，是導(dǎo)致一些藥物特異質(zhì)反應(yīng)的原因第10頁,共66頁，星期六，2024年，5月11嗎啡的葡萄糖醛酸結(jié)合物第11頁,共66頁，星期六，2024年，5月12葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶UDPGTs有兩個(gè)基因家族，即UGT1和UGT2催化化合物的親核基團(tuán)進(jìn)攻UDPG，發(fā)生SN2反應(yīng)，取代尿苷二磷酸基團(tuán)已經(jīng)鑒定了至少16種酶，9種屬于UGT1家族，7種屬于UGT2家族這些酶的底物選擇范圍寬且互相有重疊，差別在于對不同底物的催化效率和Vmax/Km但有一些例外，UGT1A1是研究最深入的人體內(nèi)代謝酶，是膽紅素結(jié)合和清除的唯一的酶；UGT1A9催化保泰松C-葡萄糖醛酸結(jié)合；UGT2B7催化嗎啡類化合物的葡萄糖醛酸結(jié)合活性最強(qiáng)，3-O-葡萄糖苷酸是主要產(chǎn)物，也生成6-O-葡萄糖苷酸第12頁,共66頁，星期六，2024年，5月13硫酸結(jié)合硫酸轉(zhuǎn)移酶是一個(gè)超家族酶系，催化將SO3－轉(zhuǎn)移到底物的醇羥基或酚羥基上、N-取代芳香或脂肪環(huán)化合物的氮原子上、或吡啶N-氧化物上硫酸酯化的輔助因子是PAPS與葡萄糖醛酸結(jié)合不同，羧酸不是它的底物生理上，它們涉及甾體激素和神經(jīng)遞質(zhì)的代謝和清除硫酸結(jié)合的特點(diǎn)是低容量和高親和性，底物（如酚類化合物）在低濃度時(shí)以硫酸結(jié)合為主，高濃度時(shí)以葡萄糖醛酸結(jié)合為主雖然其不如UGTs底物廣泛，但硫酸酯酶是水溶性的，廣泛分布于體內(nèi)，能夠?qū)е略谄つw等組織中生成反應(yīng)性代謝物第13頁,共66頁，星期六，2024年，5月14硫酸轉(zhuǎn)移酶的輔助因子第14頁,共66頁，星期六，2024年，5月15硫酸轉(zhuǎn)移酶人體內(nèi)至少有7種硫酸轉(zhuǎn)移酶，參與藥物代謝最多的是3種SULT1A蛋白這些酶的代表性底物是4-硝基苯酚（1A1和1A2）或多巴胺（1A3）硫酸轉(zhuǎn)移酶催化的最著名的代謝反應(yīng)是解熱鎮(zhèn)痛藥對乙酰氨基酚，以及前致癌物N-羥基-2-乙酰胺基芴的硫酸酯化硫酸酯是良好的離去基團(tuán)，因此，形成硫酸酯結(jié)合物可能導(dǎo)致產(chǎn)生反應(yīng)性代謝物降壓藥米諾地爾在頭皮中能夠刺激頭發(fā)生長，涉及毛囊中N-氧化物的硫酸酯化和葡萄糖醛酸結(jié)合一樣，硫酸酯化通常使底物失活，但有時(shí)也可能導(dǎo)致活化第15頁,共66頁，星期六，2024年，5月16硫酸轉(zhuǎn)移酶的底物：酚羥基化合物第16頁,共66頁，星期六，2024年，5月17硫酸轉(zhuǎn)移酶的底物：羥胺和N-氧化物第17頁,共66頁，星期六，2024年，5月18乙?；阴；闹饕孜锸欠枷悴?、羥胺（氧和氮都可被乙?；┖碗螺o助因子是乙酰輔酶A，它是一種硫酯第18頁,共66頁，星期六，2024年，5月19乙?；撁敢材艽呋阴；鶑腘-乙?；牧u胺（異羥肟酸）形成乙酰氧基產(chǎn)物，即乙?；鶑牡窖醯霓D(zhuǎn)移，該途徑不需要乙酰輔酶A，例如N-羥基-4-乙酰胺基聯(lián)苯該途徑導(dǎo)致異羥肟酸活化，芳香胺的乙酰氧基衍生物具有化學(xué)反應(yīng)性，許多是致癌物，例如肉類高溫加熱產(chǎn)生的雜環(huán)胺第19頁,共66頁，星期六，2024年，5月20N-乙酰轉(zhuǎn)移酶有兩種主要的N-乙酰轉(zhuǎn)移酶，NAT1和NAT2，其活性部位有一個(gè)半胱氨酸，被乙酰輔酶A乙?；疦AT將乙?；D(zhuǎn)移到底物上兩種酶底物有重疊，但NAT1優(yōu)先酸性底物，例如對氨基苯甲酸和對氨基水楊酸，而NAT2選擇性催化磺胺二甲嘧啶、肼屈嗪、異煙肼芳香胺氨基如果存在鄰位取代基，則立體位阻通常使其不能成為NAT1的良好底物NAT1的活性分布廣泛，而NAT2的活性在肝中非常高，在腸壁活性也比較高，但其他部位活性較低第20頁,共66頁，星期六，2024年，5月21不同類型的NAT底物第21頁,共66頁，星期六，2024年，5月22不同類型的NAT底物第22頁,共66頁，星期六，2024年，5月23乙?；x的多態(tài)性NAT2介導(dǎo)的乙?；亲钤绫话l(fā)現(xiàn)具有多態(tài)性的代謝途徑之一在白人中，快、慢乙?；硇痛蠹s相等；但在東方人中，快乙?；硇图s占90%；在中東人中，慢乙?；硇图s占90%NAT1基因也具有多態(tài)性，但相應(yīng)的表型尚不清楚乙?；ǔ＝档退幬锏臉O性，但其底物常常有毒性，例如芳香胺、羥胺、肼，因此乙?；Ｊ苟拘越档蛯τ诼阴；?，異煙肼的神經(jīng)毒性風(fēng)險(xiǎn)和引起狼瘡的風(fēng)險(xiǎn)明顯高同樣，異煙肼引起的肝毒性和普魯卡因胺引起的狼瘡風(fēng)險(xiǎn)也高，但在兩種NAT2表型中的風(fēng)險(xiǎn)差異較小第23頁,共66頁，星期六，2024年，5月24甲基化甲基轉(zhuǎn)移酶系以SAM為輔助因子，甲基鍵合在帶正電荷的硫原子上，可向底物的氧、硫或氮原子上轉(zhuǎn)移甲基甲基化的底物包括兒茶酚、硫醇以及一些含氮化合物第24頁,共66頁，星期六，2024年，5月25O-甲基化許多內(nèi)源性化合物，例如組胺和去甲腎上腺素等，是甲基轉(zhuǎn)移酶的底物一些藥物，尤其是與內(nèi)源性底物結(jié)構(gòu)相似的藥物，容易被甲基化酶轉(zhuǎn)化兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶（COMT）是酚羥基甲基化酶，分子量約25kDa，既有溶解形式，又有和細(xì)胞膜鍵合形式其溶解形式存在于腎和肝的胞漿中，膜鍵合形式存在于腦中COMT的催化活性要求底物必須有兒茶酚結(jié)構(gòu)，可代謝的藥物有限，包括去甲腎上腺素、左旋多巴、異丙腎上腺素等第25頁,共66頁，星期六，2024年，5月26O-甲基化舉例第26頁,共66頁，星期六，2024年，5月27S-甲基化發(fā)生S-甲基化的藥物數(shù)目也有限，但比COMT轉(zhuǎn)化的藥物多巰嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶（TPMT）是白血病藥物6-巰基嘌呤和它的前藥硫唑嘌呤的重要代謝酶，該酶具有多態(tài)性，酶缺陷純合子患者使用正常劑量時(shí)，即出現(xiàn)嚴(yán)重毒性類似的芳環(huán)和雜環(huán)巰基也可能是TPMT的底物類似的巰基甲基轉(zhuǎn)移酶可以轉(zhuǎn)化脂肪族降壓藥卡托普利和抗炎藥D-青霉胺第27頁,共66頁，星期六，2024年，5月28S-甲基化舉例第28頁,共66頁，星期六，2024年，5月29N-甲基化N-甲基轉(zhuǎn)移酶作用于組胺和兒茶酚神經(jīng)遞質(zhì)，如去甲腎上腺素，藥物數(shù)目很有限N-甲基轉(zhuǎn)移酶的一類底物是含氮雜環(huán)的N-甲基化，特別是含有吡啶結(jié)構(gòu)的化合物，例如煙酰胺第29頁,共66頁，星期六，2024年，5月30N-甲基化舉例第30頁,共66頁，星期六，2024年，5月31氨基酸結(jié)合氨基酸結(jié)合的主要底物是苯甲酸和相關(guān)的芳香羧酸，例如苯乙酸、苯氧乙酸、苯乙烯酸等在人體，用于結(jié)合的主要氨基酸是甘氨酸，但谷氨酸和?；撬嵋部赡苁禽o助因子在鳥類，用于結(jié)合的主要氨基酸是鳥氨酸在多數(shù)結(jié)合反應(yīng)中，輔助因子被活化；但氨基酸結(jié)合是底物被活化，首先與ATP反應(yīng)生成AMP結(jié)合物，然后轉(zhuǎn)化為輔酶A硫酯第31頁,共66頁，星期六，2024年，5月32氨基酸結(jié)合的臨床意義氨基酸結(jié)合活性在新生兒中非常低，曾經(jīng)發(fā)生早產(chǎn)兒代謝酸中毒，源于靜脈給藥使用的滅菌水中含有少量苯甲醇作為防腐劑苯甲醇在人體內(nèi)容易代謝為苯甲酸，對于成年人非常安全，因?yàn)閯┝肯鄬τ隗w重很小，并且成年人容易將苯甲酸轉(zhuǎn)化為甘氨酸結(jié)合物在早產(chǎn)兒體內(nèi)，劑量相對于體重則大得多，并且苯甲酸不能與甘氨酸結(jié)合苯甲酸干擾脂肪酸

-氧化，并引起代謝酸中毒認(rèn)識(shí)到這些，排除苯甲醇防腐劑，從而克服了問題第32頁,共66頁，星期六，2024年，5月33氨基酸結(jié)合第33頁,共66頁，星期六，2024年，5月342-芳基丙酸的手性轉(zhuǎn)化許多非甾體抗炎藥是2-芳基丙酸的取代物，具有一個(gè)手性碳與羧基相連，臨床上以外消旋體給藥一般而言，這些藥物的(S)-對映體貢獻(xiàn)了大部分抗炎活性，(R)-對映體可以轉(zhuǎn)化為(S)-對映體，但不發(fā)生相反的轉(zhuǎn)化它們的結(jié)合是通過與ATP反應(yīng)，生成AMP酯，后者進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為輔酶A酯，與氨基酸結(jié)合類似，但實(shí)際上不是結(jié)合反應(yīng)，因?yàn)槠浣Y(jié)果是單純的構(gòu)型轉(zhuǎn)化該輔酶A酯經(jīng)歷手性轉(zhuǎn)化，底物包括布洛芬等第34頁,共66頁，星期六，2024年，5月35谷胱甘肽結(jié)合在結(jié)合代謝中，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶具有獨(dú)特的作用GSTs催化谷胱甘肽（三肽）和底物分子的活性親電部位反應(yīng)該部位可由代謝生成，或易受親核攻擊分子中的

,-不飽和酮，或鹵代烷基谷胱甘肽分子中含半胱氨酸巰基，是良好的軟親核試劑，與親電性藥物或代謝物生成結(jié)合物第35頁,共66頁，星期六，2024年，5月36谷胱甘肽結(jié)合該反應(yīng)涉及巰基陰離子，為pKa=9.1的弱酸與其他結(jié)合反應(yīng)不同，任何在谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶作用下生成谷胱甘肽結(jié)合物的藥物，也可以不需該酶存在即生成結(jié)合物該轉(zhuǎn)移酶的作用之一是增加谷胱甘肽巰基的離子化比例，從而提高反應(yīng)速度第36頁,共66頁，星期六，2024年，5月37谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶哺乳動(dòng)物胞漿的GSTs分為5類，分別為A,M,U,P,Z，每一類酶的序列一致性大于40%分離到至少3種膜鍵合的微粒體GSTs不同類別的GST底物有重疊，但以不同的速度催化同一底物另一主要區(qū)別是，不同的GSTs在不同的組織中表達(dá)，例如人GST1-1在肝中表達(dá)，但人GSTM3-3不在肝中表達(dá)難于描述成為谷胱甘肽結(jié)合底物的藥物范圍，因?yàn)檫@是基于底物的親電性，而不是基于特定的官能團(tuán)第37頁,共66頁，星期六，2024年，5月38谷胱甘肽結(jié)合的生物學(xué)意義多數(shù)情況下，與谷胱甘肽結(jié)合降低化合物的毒性；但也有相反的例子，如二溴乙烷，它與谷胱甘肽結(jié)合導(dǎo)致反應(yīng)性更強(qiáng)的乙撐锍離子第38頁,共66頁，星期六，2024年，5月39谷胱甘肽結(jié)合的生物學(xué)意義GSTs的主要作用是，通過催化谷胱甘肽與化學(xué)反應(yīng)性外源物質(zhì)的結(jié)合，保護(hù)機(jī)體的關(guān)鍵性生物大分子免受共價(jià)修飾引起的毒性輔助因子谷胱甘肽另一主要保護(hù)作用是保護(hù)機(jī)體免受脂過氧化的破壞作用谷胱甘肽除了具有強(qiáng)親核劑的性質(zhì)外，其巰基也具有顯著的還原性其還原能力使之成為單電子反應(yīng)物的高效清除劑，例如脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的反應(yīng)性含氧化合物和自由基第39頁,共66頁，星期六，2024年，5月40谷胱甘肽結(jié)合物轉(zhuǎn)化為硫醇尿酸谷胱甘肽結(jié)合物常常在轉(zhuǎn)化為硫醇尿酸后，排泄到尿中硫醇尿酸是N-乙酰半胱氨酸結(jié)合物轉(zhuǎn)化過程涉及谷胱甘肽結(jié)合物水解，失去谷氨酸和甘氨酸，保留半胱氨酸，然后半胱氨酸結(jié)合物在腎中N-乙?；?，最后排泄雖然這是谷胱甘肽結(jié)合物經(jīng)典的代謝途徑，但尿中通常含有原形谷胱甘肽結(jié)合物、甘氨酸結(jié)合物和硫醇尿酸此外，許多谷胱甘肽結(jié)合物，特別是分子量大的結(jié)合物，從膽汁排泄第40頁,共66頁，星期六，2024年，5月41谷胱甘肽結(jié)合物轉(zhuǎn)化為硫醇尿酸

嚴(yán)格說來，這不是一個(gè)結(jié)合代謝途徑，而是結(jié)合物的繼續(xù)代謝第41頁,共66頁，星期六，2024年，5月42半胱氨酸結(jié)合物

-裂解酶半胱氨酸結(jié)合物也能被

-裂解酶分解，維生素B6作為輔助因子第42頁,共66頁，星期六，2024年，5月43半胱氨酸結(jié)合物

-裂解許多情況下，產(chǎn)物具有毒性，例如三氯乙烯代謝物，是小牛食用三氯乙烯提取的豆油導(dǎo)致再生障礙性貧血的原因第43頁,共66頁，星期六，2024年，5月44與谷胱甘肽結(jié)合的親電化合物三種反應(yīng)性底物包括：多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)生的環(huán)氧化物；利尿藥依地尼酸；鎮(zhèn)靜劑溴米索伐第44頁,共66頁，星期六，2024年，5月4545綠原酸的結(jié)合型代謝物實(shí)驗(yàn)舉例第45頁,共66頁，星期六，2024年，5月46例子：綠原酸在大鼠和人肝微粒體中的代謝物第46頁,共66頁，星期六，2024年，5月47鑒定生成綠原酸谷胱甘肽結(jié)合物的代謝酶人肝微粒體+NADPH人肝微粒體-NADPH緩沖液人肝胞漿胞漿谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶

可以催化GSH和α,β-不飽和酮的加成反應(yīng)

?15X第47頁,共66頁，星期六，2024年，5月4848奧硝唑代謝產(chǎn)物鑒定實(shí)驗(yàn)舉例第48頁,共66頁，星期六，2024年，5月49思考題：可能的代謝途徑？第49頁,共66頁，星期六，2024年，5月50人靜脈給藥后0-24h尿中奧硝唑代謝物色譜圖HPLC-UVHPLC-MS第50頁,共66頁，星期六，2024年，5月奧硝唑在人體內(nèi)的主要代謝途徑第51頁,共66頁，星期六，2024年，5月第52頁,共66頁，星期六，2024年，5月5353嗎啉硝唑代謝產(chǎn)物鑒定實(shí)驗(yàn)舉例第53頁,共66頁，星期六，2024年，5月54思考題：可能的代謝途徑？第54頁,共66頁，星期六，2024年，5月55研究背景嗎啉硝唑是第三代5-硝基咪唑類抗菌藥，用于治療厭氧菌和原生動(dòng)物引起的感染，已進(jìn)行臨床III期試驗(yàn)。羥基化及進(jìn)一步II相代謝硫酸和葡萄糖醛酸結(jié)合結(jié)合物甲硝唑替硝唑奧硝唑

第55頁,共66頁，星期六，2024年，5月56人尿中(0-24h)嗎啉硝唑的代謝物譜UPLC/Q-TOFMSUPLC/UV第56頁,共66頁，星期六，2024年，5月57人血漿中(8h)嗎啉硝唑的代謝物譜原形藥物血漿暴露量的18.9%UPLC/Q-TOFMSUPLC/UV第57頁,共66頁，星期六，2024年，5月58鑒定結(jié)合物：葡萄糖苷酸酶水解第58頁,共66頁，星期六，2024年，5月59嗎啉硝唑在人體內(nèi)代謝途徑UGT1A9第59頁,共66頁，星期六，2024年，5月60結(jié)論：嗎啉硝唑代謝物鑒定靜脈滴注嗎啉硝唑受試者尿中共檢測到10種代謝產(chǎn)物；血漿中檢測到7種代謝產(chǎn)物嗎啉硝唑在人體內(nèi)的主要代謝途徑是原形與葡萄糖醛酸和硫酸結(jié)合。其中，葡萄糖醛酸化是人體主要消除途徑，尿中回收占給藥劑量的33.6%嗎啉硝唑的葡萄糖醛酸結(jié)合過程表現(xiàn)出位置選擇性和立體選擇性；結(jié)合形成N+-葡萄糖醛酸結(jié)合物；血漿中R-對映體的葡萄糖醛酸結(jié)合物AUC為S-對映體的6倍。第60頁,共66頁，星期六，2024年，5月61第61頁,共66頁，星期六，2024年，5月62

嗎啉硝唑在特殊人群的藥動(dòng)學(xué)研究

GroupParameterMorinidazoleSulfateConjugateGlucuronideConjugateGlucuronideConjugateM0M7M8-1M8-2HealthySubjectsCmax(μg/ml)10.8±1.60.206±0.0490.312±0.1202.6