生物藥劑學第五章-藥物的代謝

第五章藥物代謝

DrugMetabolism學習目標1、掌握藥物代謝相關的基本概念、主要代謝過程2、掌握影響藥物代謝的主要因素3、熟悉藥物代謝酶的分類和性質4、了解藥物代謝機制以及藥物代謝酶的基本研究方法5、了解運用藥物代謝進行制劑設計的基本思路第一節(jié)概述藥物代謝：藥物被機體吸收后，在體內(nèi)各種酶以及液體環(huán)境作用下，其化學結構可發(fā)生改變，這一過程為藥物代謝，又稱生物轉化。代謝部位：肝臟、腸、腎、肺、血液、皮膚等一、藥物代謝I相代謝：藥物分子上引入新的基團或除去原有小基團的官能團反應，包括氧化、還原和水解等反應。脂溶性藥物生成極性基團II相代謝：藥物或I相代謝產(chǎn)物與體內(nèi)某些內(nèi)源性小分子結合的反應，也稱為結合反應，如葡萄糖醛酸結合、磺酸化、甲基化、乙酰化、谷胱甘肽結合反應等。

極性基團＋體內(nèi)內(nèi)源性物質結合物一、藥物代謝二、首過效應（firstpasteffect）首過效應：在吸收過程中，藥物在消化道和肝臟中發(fā)生的生物轉化作用，使部分藥物被代謝，最終進入體循環(huán)的原型藥物量減少的現(xiàn)象。三、肝提取率和肝清除率肝提取率：藥物通過肝臟從門靜脈中被清除的分數(shù)CA：進入肝臟的血中藥物濃度CV：流出肝臟的血中藥物濃度ER：0~1ER高的藥物，受肝血流量影響大；ER低的藥物，則受血漿蛋白結合率影響大。四、藥物代謝的作用代謝的臨床意義代謝使藥物失活，如普魯卡因→水解成無效物代謝使藥物活性

，如氯丙嗪→去甲氯丙嗪代謝使藥物活性

，如非拉西丁→對乙酰氨基酚代謝使藥理作用激活，如前體藥物→活性成分代謝產(chǎn)生毒性代謝物，如異煙肼→乙酰肼第二節(jié)藥物的I相代謝部位：主要在肝臟，其它如胃腸、肺、皮膚、腎主要存在于細胞的內(nèi)質網(wǎng)、微粒體、胞液、溶酶體以及核膜和胞漿膜中；微粒體酶系：主要存在于肝臟藥物的I相代謝中最常見的反應有氧化、還原和水解等。第二節(jié)、藥物的I相代謝一、氧化反應（一）氧化酶及其組織分布CYP450（cytochromeP450），CYP450依賴的混合功能氧化酶，膜結合蛋白，存在于很多生物體內(nèi)氨基酸同源性>40%同一家族，如CYP3氨基酸同源性>55%同一亞家族，如CYP3A每一個亞家族的單個形式的CYP450酶，如CYP3A4一、氧化反應（一）氧化酶及其組織分布黃素單加氧酶（FMOs）人類：FMO1-5成人肝臟：FMO3和FMO5成人腎和肺：FMO1和FMO2表達高胎兒肝臟：FMO1和FMO5底物：含氮、硫、硒和其他親核雜原子的藥物的氧化一、氧化反應（一）氧化酶及其組織分布單胺氧化酶（MAO）：是機體參與胺類物質代謝的主要酶類，其底物主要為單胺類藥物。MAO-A：Catecholamine(兒茶酚胺)

,tyramine(絡氨)

底物：兒茶酚胺和含有羥基的胺類物質部位：主要存在于腎上腺素神經(jīng)元內(nèi)MAO-A：代謝不含羥基的胺類物質部位：主要存在于5-羥色胺能神經(jīng)元和神經(jīng)膠質細胞中一、氧化反應（二）氧化反應類型1、側鏈烷基氧化反應：P450的催化下，烴基發(fā)生羥基化；若烴基是處于羰基的α位、芐位及烯丙位，那么羥基化產(chǎn)物在脫氫酶作用下，生成醛或酮，進一步在醛脫氫酶作用下生成羧酸。甲苯磺丁脲-降糖藥一、氧化反應（二）氧化反應類型1、側鏈烷基氧化反應：ω氧化芐位氧化ω-1氧化布洛芬一、氧化反應（二）氧化反應類型2、醛（酮）基氧化反應：-CHO可被氧化成-COOH一、氧化反應（二）氧化反應類型3、氮原子的氧化反應：N-氧化反應：伯胺、仲胺和酰胺生成羥胺衍生物氨苯砜一、氧化反應（二）氧化反應類型4、硫原子的氧化反應：黃素單加氧酶催化下，S-氧化，生成亞砜，進一步生成砜硫利達嗪抗精神失常藥美索達嗪奧西舒侖免疫抑制劑一、氧化反應（二）氧化反應類型5、氧原子的氧化反應：

醚在微粒體混合功能酶催化下，α-碳原子氧化成羥基，脫去烴基可待因鎮(zhèn)咳、鎮(zhèn)痛嗎啡二、還原反應（一）還原酶及其組織分布主要針對藥物結構中的羰基、羥基、硝基和偶氮等功能基團；主要酶：還原型黃素腺嘌呤二核苷酸（FADH）和CYP450酶；分布：肝臟、腎臟、肺、消化系統(tǒng)以及大腦的表達量較高。二、還原反應（二）還原反應類型1、CYP450參與的還原反應（1）脫鹵還原反應：鹵原子脫去生成相應的鹵代烴，或由氫原子取代：氟烷麻醉劑二、還原反應（二）還原反應類型1、CYP450參與的還原反應（2）硝基還原反應：CYP450可將結構中的硝基還原成氨基氯霉素二、還原反應（二）還原反應類型2、醛-酮還原酶（AKRs）的還原反應：以NADP(H)為輔助因子醋磺己脲降血糖三、水解反應（一）水解酶及其組織分布作用：酯鍵、酰胺和酰肼變?yōu)轸人?、環(huán)氧水解酶（EHs）（1）微粒體型EH(MEH)：烯烴、芳烴及多環(huán)芳烴的氧化肝臟、小腸、腎臟和肺是其對外源性物質催化水解的主要場所（2）可溶性EH(SEH)：特異性底物-反式二苯乙烯肝細胞、內(nèi)分泌系統(tǒng)、腎臟和淋巴結組織三、水解反應（二）水解反應類型1、酯類藥物水解：生成相應的酸和醇普魯卡因局麻藥三、水解反應（二）水解反應類型2、酰胺類藥物水解：生成相應的羧基和氨基中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性利多卡因局麻藥三、水解反應（二）水解反應類型3、芳烴類藥物：生成相應的多酚或醌類化合物三、水解反應（二）水解反應類型4、烯烴類藥物：生成環(huán)氧化合物，繼續(xù)水解成醇類化合物環(huán)氧化合物二羥基化合物卡馬西平抗驚厥藥10,11-二羥基卡馬西平第三節(jié)藥物的II相代謝原型藥物或I相反應生成的代謝產(chǎn)物結構中的極性基團和體內(nèi)某些內(nèi)源性物質結合生成各種結合物的過程稱為II相代謝，也稱為結合反應。參與的代謝酶統(tǒng)稱為轉移酶第三節(jié)、藥物的I相代謝一、葡萄糖醛酸結合反應（一）組織分布：葡萄糖醛酸轉移酶（UGTs）分為：UGT1，UGT2，UGT3和UGT8UGT1：分類和膽紅素的代謝UGT2：參與類固醇的代謝分布：肝臟、腎臟、小腸一、葡萄糖醛酸結合反應反應類型：葡萄糖醛酸活性產(chǎn)物在肝臟轉移酶的作用下與羥基、羧基、氨基、巰基發(fā)生親核取代反應，形成O-、N-、S-葡萄糖醛酸苷結合物尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA）+對乙酰氨基酚布洛芬對氨基水楊酸葡萄糖醛酸二、硫酸化結合反應轉移酶：磺基轉移酶(Sulfotransferase，SULT)SULT1：主要參與酚類物質的反應，在肝臟SULT1A1：參與某些有毒化學物質酯化催化雌激素及其代謝產(chǎn)物磺酸化代謝SULT1：主要參與類固醇的反應，分布與腎上腺皮質、肝臟及腎臟硫酸結合反應：硫酸與含酚羥基、羥基、N-羥基及芳香胺結合磺酸活化后生成輔酶3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸酯（PAPS）PAPS+沙丁胺醇哮喘

醇和羥胺類藥物代謝生成的硫酸酯是很好的離去基團，具有較高的親電性，造成肝臟毒性。二、硫酸化結合反應三、甲基化結合反應（一）酶及組織分布兒茶酚-O-甲基轉移酶(COMT)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要表達膜結核型酶(MB-COMT)在外周以可溶型(S-COMT)為主巰嘌呤甲基轉移酶(TPMT)：是多個嘌呤類藥物代謝過程中的代謝酶。具有遺傳多樣性三、甲基化結合反應甲基化結合反應：甲基轉移酶的作用下，在含氮、氧、硫上上甲基腎上腺素可發(fā)生甲基化反應的藥物較少四、乙酰基結合反應N-乙?；D移酶（NAT）是機體催化體內(nèi)含氮物質使其發(fā)生乙?；拿赶捣诸悾篘AT1，NAT2，NAT3NAT還參與芳香胺物質形成加合物的反應，此反應導致一些致癌物質的形成。四、乙?；Y合反應乙?；Y合反應：將乙酰基轉移到氨基或羥基上異煙肼抗結核N-乙酰異煙肼乙?；菢O性變小的反應，不能促進藥物經(jīng)腎排泄五、谷胱甘肽結合反應谷胱甘肽-S-轉移酶(GSTs)是一種球狀二聚體蛋白催化機體內(nèi)某些內(nèi)源性及外源性物質后易于排泄作為結合蛋白，以較高親和力結合，轉運多種疏水性化合物。五、谷胱甘肽結合反應谷胱甘肽結合反應：谷胱甘肽的巰基與親電基團（硝基、鹵素的芳基）結合谷胱甘肽（GSH）Glu-Cys-Gly親電基團第四節(jié)影響藥物代謝的因素一、生理因素（一）種屬：對于用一種藥物，在不同物種間的代謝存在差異CYP3A4：具有可調(diào)節(jié)的活性部位，主要通過疏水基團相互作用與底物鍵合，其底物幾乎包括所有親脂性藥物。不同種屬之間明顯一致。大鼠體內(nèi)：CYP3A2雌性的酶活性高于雄性。一、生理因素CYP2D：種屬間明顯一致主要清除芳香基烷胺基清除率高容易飽和大鼠體內(nèi)的反應遠大于其他種屬主要酶為CYP2D6CYP2D：一、生理因素CYP2C：種屬差異較大狗體內(nèi)缺乏相關酶：甲苯磺丁脲、非甾體抗炎藥不能進行羥基化代謝II相代謝反應涉及的代謝途徑的數(shù)目少于I相代謝，種屬差異表達更為明顯（二）個體差異和種族差異：主要因素是遺傳多態(tài)性根據(jù)其代謝快慢的不同，可分為超快代謝型(UM)、快代謝型(EM)、中間代謝型(IM)和慢代謝型(PM)，通常慢代謝型發(fā)生藥物不良反應較多。日本25%CYP2C19PM，中國13.6%，白種人2%白種人7%CYP2D6SM，日本0.7%一、生理因素（三）年齡：新生兒的藥物代謝酶系統(tǒng)不完全，用藥時，不僅藥效強，而且容易產(chǎn)生毒性；老人代謝減慢：代謝酶活性降低或由于內(nèi)源性輔助因子的減少所致；肝臟血流量僅為年輕人的40-50%；功能性肝細胞減少。藥物兒童（0-7歲）半衰期（h）成人半衰期（h）青霉素G3.20.5氨芐青霉素4.01-1.5甲氧芐青霉素3.30.5羧芐青霉素5-61-1.5卡那霉素B5-5.73-5慶大霉素5.02-3一、生理因素（四）性別和妊娠性別：主要受激素的調(diào)控，一般情況下，雄性大鼠的代謝活性比雌性大鼠高妊娠：血中胎及激素水平的變化會影響藥物的代謝，對CYP450酶的活性有增強也有減弱。一、生理因素二、病理因素（一）肝臟疾?。焊闻K是藥物代謝的主要器官，肝臟發(fā)生病變會導致其生物轉化能力下降。對CYP1A、CYP2C19、CYP3A的含量和活性影響較大；對CYP2D6，CYP2C9、

CYP2E1的影響較??；代謝受肝功能影響較大的藥物：苯巴比妥、鎮(zhèn)痛藥、β-受體阻斷藥等二、病理因素（二）非肝臟疾?。河行┘膊≈畜w內(nèi)INF-α和IL-6血漿濃度與CYP2C19、CYP1A2的活性負相關。細胞活素類物質的產(chǎn)生以及轉錄因子調(diào)控CYPs表達酶活性下降。三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）MDDI是指兩種或兩種以上藥物在同時或前后序貫用藥時，在代謝環(huán)節(jié)發(fā)生的相互作用；可分為酶誘導和酶抑制作用（1）誘導作用：許多藥物可促進自身或其他藥物的代謝，這種現(xiàn)象稱為酶誘導作用，這些藥物稱為酶誘導劑常見的有巴比妥類和甲基膽蒽類三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）誘導作用機制：mRNA或酶的穩(wěn)定性和基因轉錄增加與核受體介導的轉錄有關PXR配體激活的CYP3A4誘導機制細胞核ER6RXRPXRRXRPXRPXR配體細胞質CYP3A4mRNA轉錄增加CYP3A4表達三、基于代謝的藥物的相互作用（MDDIs）（二）抑制作用：使其它藥物代謝減慢，作用時間延長，導致藥理活性或毒副作用增強。不可逆抑制：炔雌醇、炔諾酮、螺內(nèi)酯、三氟乙烯醚、司可巴比妥、烯丙基丙乙烯脲、乙氯戊烯炔醇、二硫化碳和丙基硫脲嘧啶等可逆抑制：SKF-525A、環(huán)己巴比妥、非那西汀等四、其它因素（一）劑型因素：主要與是否有首過效應有關，而藥物代謝飽和是與劑量有關。（二）飲食：飲食對藥物代謝的影響主要取決于食物中糖、蛋白質、脂肪、微量元素和維生素等營養(yǎng)成分。（三）環(huán)境：環(huán)境中的放射性物質、重金屬、工業(yè)污染物、殺蟲劑和除草劑等都可影響藥物代謝。第五節(jié)藥物代謝的研究方法第五節(jié)藥物代謝的研究方法研究主要包括：代謝途徑的推斷、代謝產(chǎn)物的分離鑒定、代謝速度和程度、參與的藥物代謝酶、以及藥物對代謝酶的誘導或抑制作用等包括體內(nèi)和體外方法一、體外法特點：可排除干擾，直接觀察到代謝酶對底物的選擇性代謝，為體內(nèi)代謝研究提供重要的線索和依據(jù)對利于體內(nèi)代謝轉化率低且缺乏靈敏檢測手段的藥物檢測快速簡便，適合于大批量藥物篩選減少樣品和實驗動物數(shù)，降低研究費用。一、體外法（一）離體肝灌流法：是利用離體的新鮮肝臟做實驗，在一定程度上保留了肝細胞結構和功能的完整性，同時又能排除其他臟器的干擾，動態(tài)地監(jiān)測肝臟對藥物的處置。（二）肝細胞培養(yǎng)法：通過制備的肝細胞輔以氧化還原型輔酶，在模擬生理條件下進行生化反應。HepG2表達部分代謝酶，但不完整，HepaRG比較可靠的肝細胞替代品。一、體外法（三）過表達特定酶亞型的細胞系：利用基因轉染技術構建表達特定代謝酶的細胞系具有專一性強、便于高通量篩選的優(yōu)點，可以排除其他代謝酶等因素干擾。（四）肝細胞培養(yǎng)法：是指將新鮮肝組織用切片機切成一定厚度的切片，實驗時與藥物共同孵育的方法。一、體外法（五）亞細胞片段法：是把組織的勻漿液采用差速離心法而制得。該法易于操作，重現(xiàn)性好，特別適用于藥物研究早期階段的代謝研究與高通量篩選，包括肝微粒體法和S9片段法。（六）重組代謝酶：是利用基因工程及細胞工程將調(diào)控代謝酶表達的基因整合到大腸桿菌或昆蟲細胞，經(jīng)細胞培養(yǎng)，表達高水平的代謝酶，然后經(jīng)過分離純化得到純度較高的單一代謝同工酶。一、體內(nèi)法（一）藥物探針法：有些藥物某一種同工酶代謝，則其清除率可作為該同工酶的活性指標。（二）體內(nèi)指標法：利用某些內(nèi)源性物質及其代謝的水平變化，來反應某些藥物代謝酶或代謝途徑的變化。（三）基因敲除動物：利用基因敲除技術構建的代謝酶基因敲除動物為藥物代謝研究提供了一個與人體環(huán)境近似而又基于整體動物水平的高通量篩選模型。第六節(jié)藥物代謝在合理用藥及新藥研發(fā)中的應用第六節(jié)藥物代謝在合理用藥及新藥研發(fā)中的應用

在新藥研發(fā)中使用其方法可以開始篩選出代謝穩(wěn)定，具有多種清除途徑，相互作用低的化合物，加快新藥研發(fā)過程。探索代謝的規(guī)律，提高藥物生物利用度和藥效，避免和降低藥物的毒副作用。一、個體化用藥和藥物毒性的預測（一）藥物代謝酶與個體化用藥：藥物代謝酶的多態(tài)性包括I相代謝酶和II相代謝酶，這些酶編碼基因的多態(tài)性通常會導致酶的活性下降，喪失或增強。一、個體化用藥和藥物毒性的預測（二）基于代謝的藥物毒性預測：臨床前動物實驗中研究動物和人之間的代謝方式，途徑及毒性差異，盡可能選擇與人代謝相近的實驗動物進行研究。一、個體化用藥和藥