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整理实验药理学第四篇1体内过程研究
第四篇药物体内过程研究
第二十章药物体内过程研究方法
许多体外研究认为很有前途的候选化合物,因在体内活性很低甚至无体内活性或体内具有较大毒性而夭折,造成极大的人力和财力浪费。
缺乏体内活性可能是由于其药动学性质不理想:
如首过效应较强或不易通过肠粘膜被吸收,生物利用度太低;或代谢太快,半衰期太短;或不易通过生物膜而进入靶器官。
体内的毒性则可能是由于其在体内形成的毒性代谢物所致。
据文献报道进入临床试验后约有40%的候选化合物是由于药动学方面的原因而被淘汰的,这足以说明了解药物体内过程在创新药开发研究中的作用。
一个候选化合物不仅要有较高的体外活性,还应具有理想的药动学性质,即较高的生物利用度和理想的半衰期。
因此,在新药开发的早期阶段,可利用各种体内和体外模型对候选化合物药动学进行初筛,以便在研究开发早期就确定该候选化合物是否有继续开发的价值,并可根据筛选结果对先导化合物进行结构改造或修饰,以获得具有良好药动学特性的新候选化合物。
最优的候选化合物是从一次次的优化循环中诞生的,每一次的优化循环都通过药理学、毒理学和药动学筛选结果反馈来指导下一步合成或结构改造。
这样循环往复最终产生具有良好的药理学、毒理学和药动学特性的最佳候选化合物,进入下一步的临床研究。
第一节药物体内吸收特征预测研究
现代药物研发成功与否,与药物的体内过程密切相关。
目前,人工合成和筛选有限数量的化合物已被大规模的化合物合成和高通量筛选所取代。
无论是开发新药还是开发新的给药途径,化合物在体内的吸收特性都非常重要。
以往传统的体内药代吸收筛选模型,由于所需药物量大、难以批量化、耗时长以及费用高等弊端,已经无法满足现代新药的研发要求,因而开发新的快速、准确以及需药量少的药物吸收筛选模型已成为新药研发的必然趋势。
目前,被广泛采用的三种筛选方法是:
大鼠原位单次灌注法、大鼠外翻肠囊法以及体外人结肠腺癌(Caco-2)细胞系法。
其中,Caco-2细胞模型已经成为一种预测药物人体小肠吸收以及研究药物转运机制的标准体外筛选工具。
一、Caco-2细胞跨膜吸收转运模型
(一)Caco-2细胞结构、功能特征
Caco-2细胞模型最初是由Borchardt和Workem在1989年提出的。
1.与小肠有相似的酶表达:
该细胞系源于人体结肠癌细胞,其结构和生化作用都类似于人小肠上皮细胞,含有与刷状缘上皮细胞相关的酶系,如γ-谷氨酰胺转肽酶、碱性磷酸酶、谷肽甘肽-S-转移酶、磺基转移酶、细胞色素P-450酶系。
与小肠主动转运相关的12种转运系统(如糖、氨基酸、二肽、胆酸、维生素B12)也都在Caco-2细胞内表达。
2.与小肠有相似的细胞结构特征:
其来源于人的直肠癌,结构和功能类似于人小肠上皮细胞,并含有与小肠刷状缘上皮相关的酶系。
在细胞培养条件下,生长在多孔的可渗透聚碳酸酯膜上的细胞可融合并分化为肠上皮细胞,形成连续的单层,这与正常的成熟小肠上皮细胞在体外培育过程中出现反分化的情况不同。
细胞亚显微结构研究表明,Caco-2细胞与人小肠上皮细胞在形态学上相似,具有相同的细胞极性和紧密连接。
胞饮功能的检测也表明,Caco-2细胞与人小肠上皮细胞类似,这些性质可以恒定维持约20天。
由于Caco-2细胞性质类似小肠上皮细胞,因此可以在这段时间进行药物的跨膜转运实验。
(二)用途
1.研究药物小肠吸收的标准工具
利用人小肠上皮Caco-2细胞单层来进行药物小肠吸收的细胞水平实验,现在已经成为一种预测药物在人体小肠吸收以及研究药物转运机制的标准筛选工具。
评价新药的吸收,如新药为水溶性很差的化合物,则药物性质决定其不能制作成注射剂。
为了改善其口服吸收生物利用度,国外研究人员使用了一些吸收增强剂,用Caco-2细胞来评价其吸收程度取得较好的结果。
还有研究者使用Caco-2细胞模型评价了系列难溶性药物磷酸酯前药与其母药的吸收度,这些药物包括可的松、苯妥英等。
结果发现,苯妥英等药物磷酯化后吸收大为增加,而可的松磷酯化后吸收程度有显著改变,这些结果在其他模型上也类似。
在研究药物赋形剂对药物吸收的影响时,同时使用了Caco-2细胞模型和大鼠离体肠道进行评价,两模型的结果一致。
这些都表明Caco-2细胞模型在新药吸收评价方面的重要价值。
2.预测吸收过程中的药物相互作用
Caco-2细胞中存在有与小肠上皮相同的各种转运系统、代谢酶,因此可以用来作为研究与吸收相关的药物相互作用的体外模型。
小肠上皮的代谢、受体介导的转运、P-gp对药物分子的泵出,是一个饱和过程。
联合用药时,因为有可能存在药物竞争酶、载体或P-gp泵的作用,所以会与单独给药时的生物利用度存在差异。
这种药物吸收过程中存在的相互作用可以应用Caco-2细胞模型进行研究。
此外,与药物吸收有关的相互作用还可来源于代谢酶、载体、P-gp泵被特定药物重复给药引起的诱导。
当药物经细胞转运途径被吸收时,P-gp泵成为药物吸收的一个重要生化屏障,它把进入细胞内的药物泵出,从而减少了药物的吸收,因此成为口服药物生物利用度低、波动大的一个重要影响因素。
具有这种P-gp泵出性质的药物分子在与P-gp泵抑制剂共同口服给药时,其透过细胞膜吸收的程度增强。
3.研究吸收机制
Caco-2细胞除了在吸收评价方面的大量应用外,也比较适合用于吸收机制的研究。
有研究者分别利用Caco-2细胞作为钠和铁吸收的模型细胞,结果发现,脂筏(lipidraft)在决定PI3K/AKT2信号转导过程中起到重要作用,包括增加了肠道的Na吸收。
4.药物小肠代谢研究
人体小肠中存在着丰富的细胞色素P450同工酶,其中P4503A4占到该组织中所有细胞色素P450同工酶的约50%,而其在Caco-2细胞单层中的表达已见报道。
与人体小肠甚至空肠微粒体相比,Caco-2细胞中的细胞色素P450同工酶为低水平表达,这是限制其作为口服给药化合物的小肠一相代谢研究模型的一个因素。
为了克服这一局限,国外研究人员等利用1α,25-二羟基维生素D3处理过的Caco-2细胞单层作为研究小肠代谢动力学首过作用的体外模型。
当将该系统应用于研究细胞色素P4503A4底物咪唑安定的代谢动力学时,显示出与体内研究相似的结果。
尽管细胞色素P450同工酶在Caco-2细胞中的表达水平较低,但其他许多药物代谢酶的表达水平不经诱导就可以用于药物小肠代谢的研究。
比如,像羧酸酯酶、葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶、磺基转移酶和儿茶酚-O-甲基转移酶等在Caco-2细胞中仍保持其功能特点。
在这些酶中,二相磺基转移酶和葡萄糖醛酸转移酶对于口服给药化合物的生物利用度尤其重要,因为具有药理活性的化合物与它们发生结合反应后通常会导致活性降低或消失。
例如,人们已经发现在Caco-2细胞中,类黄酮物质5,7-二羟黄酮产生硫酸盐和葡(萄)糖苷酸的变化,5,7-二羟黄酮硫酸盐的产生速度是其葡(萄)糖苷酸化的两倍。
类似研究也表明,Caco-2细胞模型中酶的表达可以使其应用于药物的小肠代谢研究。
(三)研究方法
对Caco-2进行药物吸收研究采用transwell培养板,含有两个小池,在里面的小池底部有一层多孔渗水的半透膜,Caco-2细胞培养在半透膜上生长成单层汇合细胞。
实验时,将化合物加入上面的小池内,然后定时检测下面小池内药物浓度。
从而得出表现渗透参数。
单细胞层的完整性可以通过测定跨细胞层电阻,或测定低渗透参照化合物如PEG4000的转运率来衡量。
在P-gp抑制剂异搏定存在和缺乏时,通过测定P-gp的底物罗丹明123(Rhodamine123)123的转运率可以确定P-gp的表达水平。
(四)注意事项
但在应用这一模型时应注意,对于高通透性(即吸收良好)的候选化合物而言,其体内外的吸收往往具有良好的相关性,而对于中、低高通透性的候选化合物而言,其体内外的吸收的相关性不如前者。
因为有些低分子量且水溶性好的候选化合物在体外表现出较低的通透性,而在体内却吸收良好,这是由于这类化合物可能存在细胞旁通道或某种主动转运机制。
Caco-2细胞模型虽已被广泛用于体外吸收研究,但相对于高通量筛选的要求而言,其仍显得很费时,因此近年来一直在对其不断地加以改进,并建立了一些新的细胞模型,期望能够提高其筛选效率,以便其更适合于高通量筛选。
如采用3天的Caco-2细胞模型,3天的MDCK细胞模型、HT29细胞模型。
(五)存在的问题
细胞培养时间过长(21天):
该模型本身为纯细胞系,缺乏在小肠上皮细胞中的黏液层;缺少细胞培养标准以及试验操作标准,使结果有时缺乏可比性;由于Caco-2细胞来源于人结肠,因而该细胞的转运特性、酶的表达以及跨膜电阻相对更能反映结肠细胞而非小肠细胞。
二、基于P-gp药物吸收体外转运载体模型
在肠上皮细胞上还存在一种特殊的转运分子P-gp,它定位于胃肠道细胞的膜表面。
凡是能被P-gp识别作为底物的药物在通过其他途径进入细胞后,还会被P-gp通过一个耗能的过程挤压出细胞。
因此,转运载体(如P-gp)在药物的吸收转运中扮演了重要的角色。
由于分子生物学技术的迅速发展,使可以在体外进行转运载体分子的异种表达并在体外用于药物的转运的研究。
目前已经建立的Caco-2和L-MDR1模型可以在体外表达P-gp,这些模型适合于体外转运的高通量筛选,如用于由P-gp导致的口服生物利用度降低或改变的药物高通量鉴别。
此外,可采用稳定的细胞株在体外表达高水平的摄取转运载体,如有机阴离子转运蛋白(OATP),现已经可以使用克隆和细胞转染技术在体外表达制备并用于有机阴离子转运研究。
膜囊泡和分离的肝实质细胞技术也可用于高通量筛选。
第二节药物体内分布特征预测研究
药物被吸收进入血液循环后,会与血浆蛋白结合,而非结合的游离型则通过生物膜移行至各组织,而后与药物作用部位发生反应,显示其药效。
药物与血浆蛋白和不同组织蛋白的结合能力以及各个组织细胞膜对药物的转运能力都影响分布过程。
药物在某个组织中的富集可以被用来靶向给药,也可能会导致组织中毒。
一、药物与血清蛋白结合模型
药物在血流中转运时,一部分是以游离溶解于血液中,另一部分则与血液的多种成分(如血浆蛋白和血细胞)相结合。
决定血浆中结合药物与非结合药物比率的主要因素是药物分子和蛋白质分子间的可逆性相互作用。
多种血浆蛋白能与药物相结合,如白蛋白、α1-酸性糖蛋白和脂蛋白是重要的蛋白质。
酸性药物易与白蛋白结合,而碱性蛋白则易与α1-酸性糖蛋白和脂蛋白结合。
目前用于药物与血清蛋白研究的体外方法主要有:
平衡透析、超滤、凝胶过滤、光谱法和光学生物传感器。
平衡透析、超滤和凝胶过滤的特点是,将与蛋白结合的药物与未结合的药物分开,从而便于衡量药物与蛋白的结合率。
通常药物是小分子,而蛋白是大分子,平衡透析法采用半透膜将药物和蛋白分在两个小室内,只有小分子可以透膜,达到平衡后测量两室内药物的浓度;超滤法采用超滤膜,将离心管隔开,药物与蛋白混合液加在上室内开始离心,蛋白分子不能透膜,与蛋白结合的药物分子也不会被离心到下室,只有游离的药物分子能进入下室;凝胶过滤是通过凝胶渗透层析将蛋白与小分子药物分离开。
光谱法是通过蛋白与药物结合后的光吸收改变来测定与蛋白结合的药物的量,这种方法只在特殊的情况下才能使用。
光学生物传感器使用表面等离子体共振技术,主要用于探测生物分子间的相互作用,因而可用于药物开发的许多过程中。
该技术可筛选针对某一靶位点的先导化合物,也可检测药物与蛋白包括酶的结合能力。
二、药物向各组织分布的模型
目前在这方面没有有效的体外模型,比较类似的是考虑各组织的生物膜组分不同,建立相应的人造生物膜,用于分析药物在血液与人造生物膜的分布系数,从而衡量药物向组织分布的能力。
但由于生物膜上的蛋白受体不可能很好的模拟,这样的结果可信度并不高。
这主要用于建立数据分析药物的理化性质参数与分布之间的关系。
三、透血-脑脊液屏障模型
在所有组织中,脑组织比较特殊,脑循环毛细血管内皮细胞相互接触紧密,并有重叠,而且毛细血管还被神经胶质细胞所包裹,构成血-脑脊液屏障。
药物要透过血-脑脊液屏障才能进入脑组织。
模拟血-脑脊液屏障的模型,主要是采用脑血管内皮细胞和神经胶质细胞的共培养物。
目前有采用来自于不同动物的细胞以及不同建系方法建立的多种共培养物。
神经胶质细胞可以诱导血管内皮细胞维持体内的紧密连接。
仍可采用transwell培养板的方法,先在下层小池底部接种神经胶质细胞,培养2~3天后,再在上层小池底部的膜上接种血管内皮细胞,经培养可形成紧密连接的单层细胞。
也可将神细胶质细胞接种于上层小池的膜底部。
研究药物的穿透能力也是在上层小池内加入药物,过一段时间再测外面大池内药物浓度。
血管内皮细胞培养物的接触紧密性可通过跨膜电阻及参照化合物的转运率来确定。
细胞共培养物可通过荧光和电镜的方法加以细胞形态鉴定,也可通过免疫检测,观察血管内皮细胞上表达的特有标记蛋白CD51、CD62P和CD71。
通过比较可发现采用该模型得出的参数与体内实验结果有较大相关性,可以用于研究药物透过血-脑脊液屏障能力,对设计作用靶点位于脑部的药物提供帮助。
目前该法已被一些制药公司使用。
第三节药物代谢特征预测研究
一、药物代谢预测意义
大部分药物进入体内后会被代谢,然后以代谢物的形式排出体外,不经代谢直接以原药形式排出体外的很少。
药物在体内的代谢主要有两步,第一步为I相反应,其间药物被氧化、还原或水解为极性更大的代谢物,催化I相反应的关键酶即为P450酶;第二步为II相反应,在此反应中,药物及其代谢物与内源性物质结合。
催化II相反应的酶较多,重要的有葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶,N-乙酰基转移酶等。
由P450酶所催化的I相反应是药物在体内代谢的关键一步,因为这一步反应常常是药物从体内消除的限速步骤,可影响药物的生物利用度;而药物在体内的药动学个体差异往往是由于参与代谢的P450酶活性存在较大个体差异所致。
药物代谢与否决定了药物的代谢稳定性、药物的相互作用以及药物的毒性等。
代谢过快则血药浓度难以维持在有效水平上,代谢偏慢会导致半衰期增加而容易达到中毒剂量。
同时服用不同的药物会引起药物间的相互干扰,使代谢产物增多或减少,也可能使毒性增大或减弱。
一个候选化合物是否存在肝脏或肠道的首过效应是影响其口服生物利用度的一个非常重要的因素,尤其是I相代谢反应中P450酶所介导的氧化代谢反应。
许多候选化合物在体外具有很高的活性,但由于其具有非常明显的首过消除,在体内疗效较差甚至无效。
因此在创新药物开发研究的早期阶段就必须了解候选化合物是否存在肝脏或肠道的首过消除。
二、药物代谢研究常用方法
肝脏是药物的主要代谢器官。
在体外研究中,肝细胞及微粒体、细胞质部分、S9部分、肝碎片和分离的肝实质细胞均可用于药物代谢研究。
微粒体(microsomes)含有光滑内质网,包含了大部分I相氧化酶,但不含胞溶酶。
II相反应的酶除尿苷二磷酸葡糖苷酸基转移酶(UGT)外大都是胞溶的。
在用肝微粒体进行研究时,需加入相应的辅助因子或底物,如研究I相反应要加入NADPH,研究UGT则需加入底物尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)。
目前可用于首过消除研究的体外代谢模型主要有:
肝切片、培养的肝细胞、亚细胞部分如S9及肝微粒体,其中肝微粒体模型最为简便易行,也最适合于高通量筛选的体外代谢研究。
目前带有自动装置的96孔微板技术,在体外代谢的高通量筛选中发挥了重要作用,这一技术利用氧生物传感荧光系统来测定肝微粒体中P450酶催化代谢反应时的耗氧速率,进而了解代谢情况。
此外,还可用重组人肝P450酶进行体外代谢的高通量筛选。
对于代谢产物的分离鉴定可使用超滤结合LC-MS系统,将肝微粒体温孵液经超滤后,直接采用LC-MS进行分析鉴定,采用这一系统每小时最多可以处理60个样品。
肝微粒体模型在体外代谢筛选中发挥了重要的作用,同时也应注意到其存的缺陷,如缺乏某些酶,特别是一些II相代谢酶;酶的含量和活性常常会受到制备技术、肝脏来源及酶失活的影响,而出现较大差异。
新鲜分离的肝细胞可以克服上述的问题,但由于其制备技术复杂且人肝来源也限制了其在高通量筛选中的应用。
三、常见研究模型
(一)药酶抑制模型
药物间的抑制性相互作用有时可能导致严重的后果,有些药物甚至因此被撤出市场。
因此研究药物间的抑制性相互作用已经成为新药药动学研究中的一个重要部分。
许多酶促代谢反应均可被抑制,其中P450酶(CYP)介导的代谢相互作用最为重要,因为它是参与药物代谢的主要酶系。
目前常用的药酶抑制模型主要有肝微粒体、重组人肝P450酶和肝细胞悬液。
CYP抑制实验通常采用人或动物的肝微粒体进行,并运用HPLC法测定样品。
肝微粒体模型较为适合于体外高通量筛选。
采用这一方法可以同时研究P450酶系中的5个重要的P450酶:
CYP1A2,CYP2C9,CYP2C19,CYP2D6和CYP3A4的活性,还可同时研究一系列结构相异的候选化合物与上述5种P450酶间的相互作用,进而对候选化合物是否对上述5种P450酶存在潜在的抑制作用作出初步评价,但需进一步使用CYP同工酶的特异性抑制剂加以证实。
(二)药酶诱导模型
由于肝药酶具有可诱导性,因此肝药酶常常会被一些外源性的化学异物(包括许多临床常用药物)所诱导,从而产生药物间相互作用。
虽然有许多药酶可以被诱导,但对P450酶的诱导更为重要,其原因是,P450酶是参与药物代谢的主要的酶系;某些P450酶在致癌物的产生中发挥了重要作用。
传统的诱导实验是重复给予动物某种化合物来观察其是否具有肝药酶诱导作用,由于P450酶存在明显的种属差异,因而无法预测其在人体内的诱导情况。
目前已经建立了许多体外模型来研究肝药酶诱导,常用的肝药酶诱导模型有原代培养肝细胞、HepG2细胞和肝切片模型。
这其中人肝的原代培养肝细胞模型最为适合于常规筛选,同时可以直接反映出人肝药酶的诱导情况,因而更具有实际意义。
目前这一模型远未达到高通量筛选的水平。
近年来已建立了可用于肝药酶诱导筛选的新方法,它是一种基于细胞基因表达的方法,它采用TaqmanRTPCR技术,检测培养的肝细胞中某种P450酶的mRNA表达,从而了解肝药酶的诱导情况,该法可用于肝药酶诱导的高通量筛选。
(三)代谢稳定性研究
将微粒体或肝细胞与供试药物共同孵育,然后用LC-MS对药物进行定量分析,可得出药物的代谢率,还可对一系列结构相关的化合物进行测量,对代谢中间物进行研究。
由于微粒体中缺乏很多胞溶酶,其数据可能偏向于I相氧化反应。
而完整的肝实质细胞包含有参与药物代谢过程的所有成分,并有合适的浓度、环境及细胞器,故用完整细胞进行研究更接近于体内状况。
用新鲜制备的肝实质细胞研究肝清除率和体内代谢路径被认为是标准方法。
目前还发展了很多方法进行肝细胞的低温贮藏,经低温贮藏的肝细胞仍保持了大部分药物代谢能力,仍可用于代谢稳定性的研究和确定药物的代谢途径及速度。
(四)基于药物代谢的药物相互作用模型
进入人体内的药物有自身的代谢,也会影响其他药物的体内代谢。
药物可能抑制代谢酶的活性,也可能诱导某些代谢酶的表达。
酶诱导后会导致毒性代谢物的剧增,或使药物的消除加快而降低药效。
例如,抗肺结核药利福平会诱导CYP3A4而降低一些口服避孕药的药效。
很多中草药甚至食物都包含可与代谢酶相互作用的化学成分。
这种诱导作用具有种属间的差异性,如地塞米松在兔子体内可诱导CYP3A1的表达,但在人体内基本不诱导。
肝细胞悬液可用于研究药物对代谢酶的影响。
了解一个药物对协同治疗药物的潜在代谢影响是必要的。
可以在96孔板上进行肝细胞长期单层培养,研究药物对肝基因表达的影响,当代谢酶表达稳定后,加入药物然后检测代谢酶的量,就可用mRNA定量方法来衡量基因表达变化,也可通过测酶的活性来衡量。
mRNA的量基本可以反映出诱导与否,因为许多诱导都是通过与特定的上游感应元件相互作用提高转录水平的。
定量实时PCR(QRT-PCR)可在100ng的总RNA(50000个细胞)中检验出10个拷贝,还可实时测定mRNA。
确定一个孔细胞多基因表达,使得同时研究一个药物对所有CYPs酶的影响成为可能。
药物治疗同时也会导致其他酶,如醇醛脱氢酶、谷胱甘肽-S-转移酶等的表达发生变化,使用QRT-PCR也可确定这些酶和催化I相和II相反应的酶及其他参与ADME的酶的变化。
四、研究方法学进展
用完整的肝器官研究生物转化,如肝灌流,可获得较完整的生物转化信息;具有因辅助因子补给较充足,有关酶系仍保持天然的定位关系等优点。
但肝灌流等实验技术不适合高通量研究。
经典肝切片和游离肝细胞具有部分上述优点,但酶活力保存时间较短,不适合酶诱导研究。
(一)组织水平
手工肝切片,若厚度不均匀会影响结果的可比性。
近年发展了“精密肝切片技术”,可制备大量厚度适中(200~250μm)的均匀肝切片,并结合动态培养系统,组织标本可存活11h。
利用患者手术切除的肝组织,可了解候选化合物在人组织内的生转过程。
(二)细胞水平
原代培养的肝细胞不适用于高通量筛选,因来源有限,变异较大,培养生命期较短。
如用动物肝细胞,还存在对人体的种属差异。
C3A细胞株来源于人肝胚细胞瘤,不存在动物种属差异;重现性较好,不存在个体差异;不受组织来源的限制,细胞株能在任何细胞培养基形式中获得,培养基含或不含血清,还可按实验要求定制供应。
(三)亚细胞水平
cDNA表达的酶蛋白载体和免疫抑制性抗体,市场已有产品,近年在交互反应,检测底物和抑制剂的专一性等研究中已较多采用。
cDNA编码的CYP,一般用菌苗或杆状病毒媒介动物构建。
例如:
用HepG2细胞,经重组病毒感染后,可用来表达人CYP1A2,2B6,2C8,2C9,2E1和3A4。
又如:
用Sf9昆虫细胞,经重组杆状病毒感染后,可用来表达人CYP2A6和2D6。
第四节药物代谢研究在新药开发中的作用
新药研究的过程一般可分为药物设计和新药开发两个阶段。
药物设计包括:
(1)针对某一特定治疗靶点设计先导化合物,
(2)根据先导化合物的药理、毒理及代谢等特性进行结构改造以获得新的候选物;在药物开发阶段主要对候选物进行药效及毒性评估。
药物代谢研究在这两个阶段都发挥着重要作用。
在新药设计阶段,可针对先导化合物代谢过快或生成毒性代谢物的特性进行结构改造以获得安全稳定的候选物,使之有更大的开发价值,也可合成有效代谢物或模拟有效代谢物的结构以获得新的候选物;而在新药开发阶段,利用各种体外模型对候选物的代谢特性(如药酶诱导、抑制,参与代谢的药酶种类,活性代谢物的生成等)可进行高通量筛选,以便在研究开发早期确定药物是否有继续开发的价值,并可用实验动物进行体内代谢研究,以推断药物在人体内的生物转化模式。
美国最近一项报告指出,药物研究过程中只有10%的新药候选物可进入市场,而大约40%的药物是由于无体内活性或药代动力学参数不佳而遭淘汰。
因此,在药物设计及新药开发早期进行药物代谢研究将有助于获得安全、有效的治疗药物,降低候选药物的淘汰率。
药物代谢过程是药物在体内产生药效及毒性的主要过程,因此,为更好地设计新药,保证临床用药的安全性及有效性,降低药物研究过程中的高淘汰率,需要加强药物代谢酶及代谢过程的基础研究。
目前,关于药物代谢酶仍有一些问题尚未完全解决,如一些药物代谢酶的三维结构仍不完全清楚;P450酶系统如何产生活性中间体,其结构如何,怎样氧化底物等;此外,如何通过临床前的实验结果预测新药候选物是否对P450酶系统有诱导作用,如何预测活性代谢物介导的毒性,某些P450酶系统家族的定位及功能等问题仍未完全解决。
这些问题的解决将对药物研究将具有指导性作用。
在药物设计上,对酶分子结构的深入研究将指导新药的开发过程。
如Szklarz等人在最近的研究中采用定点突变的方法对CYP3A4和CYP2B1底物特异性的分子机制进行了研究,将有助于了解酶诱导及抑制的分子机制,进而可指导靶向药物的分子结构设计。
同时由于对化合物的生物学活性进行快速评估的高通量筛选方法的出现,使得大量候选药物进入开发阶段。
一、药物代谢研究与新药设计
合理的药物设计应考虑到药物代谢
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