1、药物代谢研究中心陈笑艳 1生物系统如何处置药物分子 药效：药物对靶标作用的表现 毒性：药物对非靶标作用的表现 药代：机体对药物作用的表现吸收 Absorption（跨膜：皮肤、胃肠道、肝、肾、其他器官以及神经组织）分布 Distribution（转运体，结合，组织滞留）代谢 Metabolism（活化、解毒）消除 Elimination（重吸收、排泄） 药物的化学性质（结构）能影响药动学参数 在ADME的每一过程药物的结构可能被修饰2药物发现和开发过程的ADME非临床ADME研究的目的 帮助确定候选化合物 支持非临床安全性评价 预测人体ADME 为安全性和临床研究选择（研发）剂型 为临床研究合
2、并用药提供排除标准4药物发现阶段的DMPK研究生物分析方法 代谢稳定性 代谢物鉴定 大鼠PK CYP酶抑制 犬PK 不同剂量大鼠PK Caco-2通透性 血浆蛋白结合 7-天大鼠毒性 不同剂量犬PK 代谢种属差异 CYP代谢酶确定 时间依赖性抑制 反应代谢产物6药物临床前开发阶段的DMPK研究 药动学：两个种属、三个单剂量灌胃组、一个静脉组、 一个多剂量灌胃组 组织分布和血浆蛋白结合（放射性同位素标记药物） 不同种属体外代谢稳定性（肝微粒体、肝细胞） 不同种属体外代谢差异（肝微粒体、肝细胞） 体内代谢研究 物质平衡（放射性同位素标记药物） 代谢酶的诱导和抑制试验发现阶段DMPK性质药物动力学u
3、在几种动物体内，具有低血浆清除率（ 30% LBF）u优良的口服生物利用度（ 25%）u口服系统暴露与剂量正比例相关，且能反映毒性变化代谢性质u主要人重组CYP酶抑制： IC50 10 MuCYP诱导： 10 M利福平的诱导率40%u通过多个代谢途径清除，降低代谢酶多态性和药物-药物相互作用的风险803006009001200150006121824Time (h)Plasma concentration (ngml-1)CYP2C9*3/*13CYP2C9*1 heterozygotesCYP2C9*1 homozygotes药物从给药部位进入体内测定部位的转运过程 血管内给药：药物通过动脉
4、或静脉直接进入血液循环系统 血管外给药：药物通过间接途径进入血液循环系统给药方式给药方式 口服：肠、肝脏首过代谢 动脉内注射：无首过代谢 静脉注射：避免肝首过代谢；有肺首过代谢 肌内注射：避免肝首过代谢；有肺首过代谢 腹腔注射：以门静脉为主要吸收途径，通过肝脏向全身组织分布 皮下注射：药物发挥作用慢，可发挥长效作用 皮内注射：一般作为皮肤诊断与过敏试验 鞘内注射：克服血-脑脊液屏障，使药物向脑内分布9药动学曲线CttkeeCC0药动学是定量评估药物（代谢物）浓度随时间变化的过程测定： 程度 （多少？） 速率 （多快？）10药动学参数11药动学参数t1/2 = 0.693Vd/CL12表观分布容
5、积（Vd）和清除率（CL）是最重要的药动学参数直接与生理过程相关药动学参数 Vd和CL 表观分布容积Vd：体内药量与血药浓度间相互关系的一个比例常数。反映了药物在体内分布的广泛程度。可以设想为体内的药物浓度按血浆浓度分布时，所需要体液的理论容积 Vd = A/C (L; L/kg) = D/C0 (Vd 大，易进入组织中） 清除率Cl：单位时间从体内消除的含药血浆体积或单位时间内从体内消除的药物表观分布容积；Cl是表示从血液中清除药物的速率或效率。 CL = D/AUC （L/h/kg或 ml/min/kg）= Ke * Vd CL = CLh + CLr + CL其他13药动学参数 AUC血
6、药浓度-时间曲线下面积AUC：度量药物进入人体循环的活性药物总量；梯形法计算AUC0- = AUC0-t + Ct/ke14药动学参数 生物利用度F生物利用度F：药物活性成分到达体内循环的程度和速度的量度绝度生物利用度： Fabsolute = ACU0-, po / ACU0-, iv Div / Dpo相对生物利用度： Frelative = ACU0-, test / ACU0-, ref Dref / Dtest15药动学参数 生物利用度F两个化合物具有相似的口服暴露量，但由于静脉清除率不同导致生物利用有较大差异评价化合物间的吸收情况，按照口服AUC排序化合物A的绝对生物利用度F% =
7、 25 Mh/75 Mh 100% = 33% 化合物B的绝对生物利用度F% = 25 Mh/30 Mh 100% = 83%16消除速率常数 ke = CL/V消除半衰期 t1/2 = 0.693V/CL = 0.693/ke药动学参数 ke和t1/2ke = -斜率*2.30317半衰期和药效1819半衰期t1/2 = 2.87 ht1/2 = 22.9 hMRT = 7.28 h半衰期和多次给药 一级动力学特征 5个半衰期达稳态 给药剂量和间隔决定稳态的程度20半衰期和多次给药达到稳态时间只与半衰期有关给药剂量和间隔决定稳态的程度21药动学参数 Cmax和tmaxCmaxtmax实测值采
8、样时间要合理22药动学参数23理想的药动学曲线使用方便药效强毒性小无药物相互作用24分布研究 血浆蛋白结合 全血/血浆分配比 血浆/组织分配比回答：药物是否能分布到作用靶点？不同种属游离药物浓度？由于分布到某个组织而引起的安全性问题？分布容积 V = A/Cp25分布容积26分布研究Vd取决于化合物性质： 血浆蛋白结合高且紧密的化合物倾向于被限制在血流中，进入组织的量有限，Vd接近于血液体积（人大约是0.07 L/kg） 亲水性化合物倾向于被限制在血流中，进入组织的量有限，Vd接近于血液体积（人大约是0.07 L/kg） 中等亲脂性且血浆蛋白和组织成分中度结合的化合物倾向于均匀分布于血液和组织
9、中，Vd与体液体积接近（人大约是0.7 L/kg） 高度亲脂性化合物倾向于与组织成分结合，血浆中浓度低，Vd大于体液体积27分布研究28Davies B, Morris T. Physiological parameters in laboratory animals and humans. Pharm Res. 1993; 10:1093-5.0.6-0.8 L/kg29分布：游离药物（fu）0 fu 1; fu 0.8，低结合药物游离药物可以透过毛细血管壁到达组织，且只有游离药物分子可被肝代谢和肾清除血浆蛋白或结合药物的蛋白由于分子太大，不能透过毛细血管壁血浆蛋白结合限制药物的分布血浆蛋白
10、结合迅速，平均平衡时间20 ms，通常可逆30分布药物的分布可以用药动学参数分布容积V衡量；反映药物透膜能力药物的体内分布程度可以通过测定药物与血浆蛋白、药物与组织蛋白的结合来测定血浆蛋白结合限制了药物体内分布组织蛋白结合可以增加药物的体内分布31分布血浆蛋白结合高且结合紧密（解离缓慢），血浆蛋白结合可能影响将药物保留在血浆室减少代谢和清除，延长t1/2限制药物分布到靶组织（减少Vd）限制脑通透需要较高的起始剂量和较低的维持剂量32分布Vd = V血浆 + V组织（f游离, 血浆/f游离, 组织）血浆蛋白结合高， f游离,血浆低，则导致Vd低血浆蛋白结合低， f游离,血浆高，则导致Vd高组织中
11、非特异性结合高， f游离,组织低，则导致Vd高组织中非特异性结合低， f游离,组织高，则导致Vd低血浆蛋白结合高，且Vd高 组织中非特异性结合高血浆蛋白结合根据血浆结合程度、血浆蛋白药物的解离速度和非特异性组织结合程度而改变33分布血浆蛋白结合高，CL低，Vd小 血浆浓度高34分布3536分布大鼠静脉注射0.5 mg/kg双膦酸盐类抗骨质疏松药主要药动学参数CmaxAUC0-tAUC0-MRTt1/2CLzVss(g/ml)(gh/mL)(gh/mL)(h)(h)(mL/min/kg)(L/kg)13.38100.9 130.6 15.0 12.3 0.0650.057 代谢 药物药物一一相代
12、谢物相代谢物ROHRNH2RCOOHRSH二相代谢物二相代谢物葡糖苷酸葡糖苷酸硫酸酯硫酸酯谷胱甘肽谷胱甘肽37消除 特殊人群是否需要剂量调整？ 与具有相同消除途径的药物联合使用，是否存在DDI？ 这些器官是否有毒性？目的药物是如何从机体内排出（代谢、排泄）？确定清除的主要器官消除是不可逆地丢失清除率可以定量地描述消除过程38清除率清除率Cl：单位时间从体内消除的含药血浆体积或单位时间内从体内消除的药物表观分布容积；反映化合物从体循环中被提取和消除的快慢程度。 39清除率通常以肝全血流量作为参考评价清除率高清除药物： Cl 70%肝全血流量中等清除药物：30% Cl 70%肝全血流量低清除药物：
13、 Cl fu GFR，判断药物A存在肾小管的主动分泌过程 人口服药物B（fu = 0.10；Clr = 5 ml/min） 滤过清除 = fu GFR = 0.10 *125 ml/min = 12.5 ml/min Clr fu GFR，判断药物B存在肾小管的重吸收过程 Flow rate (ml/min/kg)Mouse(0.02 kg)Rat(0.25 kg)Rabbit(2.5 kg)Monkey(5 kg)Dog(10 kg)Human(70 kg)GFR145.23.12.16.11.844Clr = fu GFR reabsorption + secretion 影响肾清除的因素
14、滤过 血浆蛋白结合 心输出量的改变Clr = fu GFR reabsorption + secretion重吸收 Fick定律（膜扩散）和尿pH rate of reabsorption = DSKo/w （Curine）/h 尿流量主动分泌 载体分子的饱和 影响肾功能的因素 45 肝清除：well-stirred model假定组织静脉血中药物浓度与肝组织中药物浓度瞬间达到动态平衡 46 影响肝清除的因素肝全血流量（Q）代谢能力（CLint） CLint与代谢酶的活性直接相关血浆蛋白结合（fu)肝萃取比47 低萃取药物E 0.3与全血流量相比，代谢速度慢（CLint 0.7与全血流量相比，
15、代谢速度快（CLint Q）口服生物利用度低全血流量是清除的限制因素影响肝血流量的因素（如其他药物、心脏疾病、肝硬化等）都会影响药物的清除率49肝清除清除率大于肝全血流量的因素肝外消除分配到红细胞中血浆不稳定代谢50胆汁清除分泌到胆汁通常是一个主动过程（胆汁中的浓度通常高于血中浓度）存在许多结构特异的转运体（中性化合物、阴离子、阳离子和季铵化合物）51清除率的加和52药动学参数535455药动学问题：线性动力学 Smith BP, Vandenhende FR, DeSante KA, Confidence interval criteria for assessment of dose pr
16、oportionality. Pharm Res. 2000 Oct;17(10):1278-83 9倍剂量范围时的范围为0.8981.10256 肠吸收饱和 低于剂量增加 T1/2，CL不变 酶代谢饱和 高于剂量增加 T1/2 CL 肾小管重吸收饱和 低于剂量增加比例 T1/2 CLMarzo A. Clinical pharmacokinetic registration file for NDA and ANDA procedures. Pharmacol Res. 2019;36(6):425-50.药动学问题：线性动力学57药动学问题：种属差异 吸收（胃肠道、代谢酶） 分布（血浆蛋白
17、结合） 代谢（代谢酶） 转运体58药动学问题：种属差异Biopharmaceutics & Drug Disposition, 16, 351-380 (2019)59J Pharm Sci, 1986, 75: 271药动学问题：种属差异60药动学问题：种属差异CYP450代谢酶种属差异* gender difference；* strain specificSpecies and strain differences in drug metabolism in liver and intestine(2019) Martignoni, Marcella 61Drug Metabolism
18、letters, 2009, 3: 70-77药动学问题：种属差异酯酶种属差异血浆稳定性：大鼠犬人Drug Metabolism Letters, 2009, 3, 70-77丁酰胆碱酯酶(羧酸)酯酶对氧磷酶62BChEbambuterolMethylprednisolone acetateaspirinCEIrinotecanCapecitabineOseltamivirPONPrulifloxacinLovastatinSimvastatin酯酶代谢63药动学问题：性别差异大鼠和小鼠体内代谢存在显著的性别差异，激素调控引起CYP450酶：雌性大鼠肝脏CYP450酶含量比雄性大鼠低10-30
19、%；雌性大鼠的血药浓度较高且t1/2较长，两性别差异可达2-20倍；与雌性相比，雄性大鼠肝微粒体CYP450酶易被诱导FMO，雄性大鼠含量是雌性大鼠的5倍环氧化物水合酶：雄性大鼠高于雌性酯酶：雌性大鼠血浆和肝中活性分别是雄性大鼠的3和5倍芳香基硫酸转移酶：雄性大鼠是雌性大鼠的2-3倍GSH转移酶：雄性大鼠高于雌性葡萄糖醛酸转移酶：雄性大鼠高于雌性小鼠药物代谢性别差异通常为雌性代谢速率比雄性快人体内代谢性别差异报道很少，大多表现为男性代谢速率比女性快64代谢稳定性代谢是大多数化合物从体内清除的主要途径 CLtotal = CLliver + CLkidney + CLother (CLliver
20、 = CLmetabolic + CLbiliary)代谢稳定性实验采用肝微粒体或肝细胞进行测定化合物在肝微粒体或肝细胞中的CLint，预测体内CL66孵育时间人猴犬大鼠小鼠0100100100100100593.287.974.490.394.61575.760.139.568.285.23056.736.219.650.369.36033.223.78.0631.258.8t1/2 CLint种属药物代谢清除类型低清除中等清除高清除人CLint 44 CLint 17猴CLint 99 CLint 35犬CLint 88 CLint 33大鼠CLint 1111 CLint 44小鼠CLi
21、nt 1818 CLint 72代谢稳定性试验67代谢稳定性孵育时间人猴犬大鼠小鼠0100100100100100596.4103.197.293.297.81592.398.295.389.693.13090.196.189.284.990.26088.294.283.673.384.9代谢种属差异 进行多个种属体外代谢图比较 目的 鉴定主要代谢产物 帮助选择进行临床前毒性评价的种属（能生成人体内的关 键性代谢产物） 肝微粒体或肝细胞70代谢种属差异人肝微粒体猴肝微粒体犬肝微粒体小鼠肝微粒体CYP表型确定 定义主要CYP450酶在化合物代谢途径中的作用 理想的药物候选物应由多个CYP酶代谢清
22、除（ 2），且主要的代谢酶不是具有多态性的CYP2D6或CYP2C19CYP酶表型确定肝微粒体M1M8-1CYP酶抑制实验酶抑制降低药物清除增加药物暴露（AUC和Cmax）竞争性抑制剂快速出现DDI时间依赖性抑制剂缓慢出现DDI酶诱导增加药物清除降低药物暴露（AUC和Cmax）降低药效DDI出现延迟CYP酶抑制实验早期阶段：CYP3A4, 2D6，2C9进一步研究阶段：CYP3A4, 2D6，2C9，1A2，2C19候选新药理想的DMPK性质药动学在临床前各动物种属，低清除 ( 30% LBF)口服生物利用度 25%系统暴露与剂量线性相关给药途径有利于进行长期毒性试验代谢CYP 抑制，典型 I
23、C50 10 MCYP 诱导: 肝细胞的 CYP诱导 40%候选化合物由具有多个同工酶代谢途径，单一酶的贡献不超过50%。75新药发现阶段的ADME研究n系列化合物体内实验n 小鼠、大鼠、犬口服给药和静脉给药n 集合给药（N-in-one）药动学n化合物体外实验n 代谢稳定性与种属比较n 代谢物鉴定；代谢不稳定位点n 代谢相互作用（抑制、诱导）n 血浆蛋白结合l 各公司自行决定如何开展l 国内多数公司不重视l 筛选化合物少l 以动物体内试验为主7677集合给药（N-in-one）药动学4-10种化合物混合给药提高通量化合物间的相互作用：降低给药剂量；阳性化合物药动学排序新药开发阶段的非临床ADME研究n与药效及安全性评价的配合n体外代谢种属差异作为安全性评价动物选择依据n建立PK-PD模型，剂量调整n药效学和安全性剂量作为药动学试验剂量选择依据n共同参加药品审评会，回答有关问题药代药效学安全性新药开发78参考书7980
