趙冬梅* , 李.. 燕, 盧業(yè)竑1

( 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)藥物研究所, 北京100050;

1 美國新澤西州立大學(xué)藥學(xué)院腫瘤研究室, 新澤西州, 美國) .. .. 新藥研究的過程一般可分為藥物設(shè)計和新藥開 發(fā)兩個階段。藥物設(shè)計包括: ( 1) 針對某一特定治療 靶點設(shè)計先導(dǎo)化合物, ( 2) 根據(jù)先導(dǎo)化合物的藥理、 毒理及代謝等特性進行結(jié)構(gòu)改造以獲得新的候選 物; 在藥物開發(fā)階段主要對候選物進行藥效及毒性 評估。藥物代謝研究在這兩個階段都發(fā)揮著重要作 用。在新藥設(shè)計階段, 可針對先導(dǎo)化合物代謝過快 或生成毒性代謝物的特性進行結(jié)構(gòu)改造以獲得安全 穩(wěn)定的候選物, 使之有更大的開發(fā)價值, 也可合成有 效代謝物或模擬有效代謝物的結(jié)構(gòu)以獲得新的候選 物; 而在新藥開發(fā)階段, 利用各種體外模型對候選物 的代謝特性( 如藥酶誘導(dǎo)、抑制, 參與代謝的藥酶種 類, 活性代謝物的生成等) 可進行高通量篩選, 以便 在研究開發(fā)早期確定藥物是否有繼續(xù)開發(fā)的價值, 并可用實驗動物進行體內(nèi)代謝研究, 以推斷藥物在 人體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化模式。美國最近一項報告指出, 藥物研究過程中只有10% 的新藥候選物可進入市 場[ 1] , 而大約40%的藥物是由于無體內(nèi)活性或藥代 動力學(xué)參數(shù)不佳而遭淘汰。因此, 在藥物設(shè)計及新 藥開發(fā)早期進行藥物代謝研究將有助于獲得安全、 有效的治療藥物, 降低候選藥物的淘汰率。本文從 新藥設(shè)計、臨床前及臨床研究、藥物不良反應(yīng)3 方面 闡述藥物代謝在新藥開發(fā)中的重要性。

藥物代謝研究與新藥設(shè)計

許多體外高活性的化合物由于其不良的藥代動 力學(xué)參數(shù)在體內(nèi)無效( 如藥物代謝速度過快導(dǎo)致藥 物作用時間過短或吸收不良) , 或由于活性代謝物產(chǎn) 生毒性而失去開發(fā)價值。因此, 合理的藥物設(shè)計應(yīng) 考慮到藥物代謝途徑及相關(guān)代謝特征, 找出先導(dǎo)化 合物的代謝.. hot..spot , 對其結(jié)構(gòu)進行改造, 降低毒 性或增加代謝穩(wěn)定性[ 2] 。

收稿日期: 1999..04..20 * Tel : ( 010) 63165185, Fax: ( 010) 63017757,

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1 .. 對先導(dǎo)藥物進行化學(xué)改造, 改善藥理作用, 降低 毒性

通過對先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)改造, 可使獲得的 新藥候選物按照已知的代謝途徑失活或不代謝而由 原形排出體外, 提高藥物的安全性, 也可防止藥物失 活, 增加藥效。

1. 1 .. 在體內(nèi)不代謝或僅經(jīng)水解酶代謝的藥物設(shè)計 .. 對先導(dǎo)藥物進行結(jié)構(gòu)改造可得到在體內(nèi)不代謝或 僅經(jīng)水解酶代謝的候選物。由于這類藥物可不經(jīng) P450 酶系統(tǒng)進行生物轉(zhuǎn)化, 避免了活性代謝物的產(chǎn) 生而降低了藥物毒性[ 2] 。如目前臨床使用的骨吸 收抑制劑雙磷酸鹽( bisphosphonates) 是由焦磷酸鹽 經(jīng)結(jié)構(gòu)改造獲得的。焦磷酸鹽在體外可與磷酸鈣牢 固結(jié)合, 抑制磷酸鈣晶體的生成和溶解, 但由于焦磷 酸在體內(nèi)到達病變位置前已被水解, 因此體內(nèi)無抑 制骨吸收作用。對焦磷酸進行結(jié)構(gòu)改造時發(fā)現(xiàn)當(dāng)以 P- C- P 鍵代替焦磷酸的P- O- P 鍵時可得到雙 磷酸鹽, 它與焦磷酸有相似的活性, 但在動物或人體 內(nèi)都不經(jīng)代謝, 唯一的消除途徑是腎排泄[ 3] 。又如 remifentanil( 商品名Ult iva) , 一個新開發(fā)的短效.... 阿片受體激動劑, 其結(jié)構(gòu)是一種甲基酯。約90% 以 上的藥物在體內(nèi)經(jīng)酯酶水解代謝為無活性的酸性代 謝物經(jīng)尿液排出[ 4] 。通常, 這類藥物都非常安全, 無顯著的系統(tǒng)毒性, 在新藥設(shè)計中很受歡迎。但由 于藥物代謝酶種類繁多, 作用底物廣泛, 因此這類化 合物很難得到, 迄今僅有有限幾例可供參考。 1. 2 .. 對藥物分子進行結(jié)構(gòu)修飾, 防止其失活.. 大部 分藥物進入體內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)化后活力減弱甚至消失。若對 藥物分子進行化學(xué)修飾防止其快速失活, 則可增加 藥物的作用。如臨床常用的6..巰基嘌呤( 6.. mercaptopurine) 在體內(nèi)易被氧化脫硫而失去藥效, 經(jīng)結(jié)構(gòu)改造保護巰基后, 可得到巰唑嘌呤

( azathioprin) 。

2 .. 合成有效代謝物或模擬有效代謝物結(jié)構(gòu), 以獲得 新的候選物

某些藥物通過生物轉(zhuǎn)化形成的代謝物仍有藥理 ! 156 ! 藥學(xué)學(xué)報Acta Pharmaceutica Sinica 2000, 35( 2).156~ 160

活性, 由于這些代謝物通常與II 相酶結(jié)合排出體 外, 與原型藥物相比可能安全性更高, 因此可作為候 選藥物的一個來源。如撲熱息痛( paracetamol) 是非 那西丁( phenacetin) 的O..脫乙基代謝物, 但撲熱息 痛較非那西丁鎮(zhèn)痛作用更強, 且不導(dǎo)致高鐵血紅蛋 白血癥及溶血性貧血。撲熱息痛在體內(nèi)主要發(fā)生葡 糖醛酸化和硫酸化, 在臨床規(guī)定的用量范圍內(nèi)是很 安全的[ 5] 。除I 相酶的氧化- 還原反應(yīng)外, 通過II 相酶的共價結(jié)合反應(yīng)也可產(chǎn)生有生物活性的代謝 物。如嗎啡..6..葡糖醛酸( morphine 6..glucuronide) 是 比嗎啡( morphine) 本身強的....阿片受體激動劑[ 6] 。 此外米諾地爾( minoxidil) 也是通過硫酸結(jié)合物在體 內(nèi)產(chǎn)生治療作用。

由于需要進行代謝研究的新藥一般都是已明確 有一定生物活性的化合物, 因此通過代謝研究發(fā)現(xiàn) 的新藥大多不是完全新類型的化合物, 而多是通過 對先導(dǎo)化合物進行結(jié)構(gòu)改造以增加療效或改善克服 不良反應(yīng), 這在新藥開發(fā)工作中是一個不可忽視的 途徑。有時新藥存在的某些缺點能否克服是決定該 藥是否有實用價值的重要因素[ 2] 。

藥物代謝與臨床前及臨床研究

新藥開發(fā)階段首先用各種體外模型對候選物的 代謝特性進行篩選以確定藥物是否有繼續(xù)開發(fā)的價 值, 隨后進行動物的體內(nèi)代謝研究以及人體的體外 代謝研究, 以推斷藥物在人體內(nèi)可能的代謝途徑及 是否安全有效。

1 .. 藥物代謝的體外研究

在新藥開發(fā)各階段, 體外模型由于簡單可行而 得到越來越廣泛的應(yīng)用。通過體外實驗可以推斷藥 物代謝途徑及參與代謝的相關(guān)酶系, 同時可以判斷 藥物是否由于競爭P450 酶系統(tǒng)而發(fā)生相互反應(yīng)。 1. 1 .. 藥物的體外高通量代謝篩選.. 進入90 年代以 來, 基因組計劃及組合化學(xué)技術(shù)越來越廣泛地用于 藥物的設(shè)計過程, 為得到大量化合物提供新的途徑, 同時高通量篩選方法的出現(xiàn)加快了對化合物生物學(xué) 活性進行評估的速度。因此, 大量化合物作為候選 物進入藥物開發(fā)領(lǐng)域。為了加快新藥開發(fā)的速度, 藥物的高通量代謝研究也日趨成熟。關(guān)于藥物代謝 酶的深入研究已使多種體外吸收# 代謝( AM) 模型 可在臨床前研究中對藥物的代謝特性進行體外高通 量篩選[ 7]

( 表1) 。

表1 .. 臨床前藥物代謝研究中用于人和動物的體外 模型

.. 可發(fā)現(xiàn)的代謝特征.. 可用模型

對藥酶的誘導(dǎo)肝細胞原代培養(yǎng)

HepG2 細胞

肝切片

代謝不穩(wěn)定肝細胞懸液

肝切片

亞細胞結(jié)構(gòu)( 如微粒體)

c..DNA 表達的代謝酶

對藥酶的抑制亞細胞結(jié)構(gòu)( 如微粒體)

c..DNA 表達的代謝酶

肝細胞懸液

藥物吸收差Caco..2 細胞

HT29..18..C1 細胞

是否由具有多態(tài)性的酶代謝c..DNA 表達的代謝酶 亞細胞結(jié)構(gòu)( 如微粒體)

活性代謝物的生成亞細胞結(jié)構(gòu)( 如微粒體) c..DNA 表達的代謝酶

肝切片

肝細胞懸液/ 分離培養(yǎng)肝細胞

1. 2 .. 確定藥物代謝途徑及相關(guān)酶.. 在藥物代謝過 程中, 一種酶可催化藥物的多種代謝反應(yīng); 而多種同 工酶或不同酶系統(tǒng)可能催化同一代謝反應(yīng)。如抗組 胺藥特非那定( terfenadine) 在人體內(nèi)的N..脫烷基化 和C..羥化反應(yīng)都由CYP3A4 催化[ 8] , 而米帕明

( mipramine) 在人肝微粒體中的脫甲基化反應(yīng)則由 CYP1A2 和CYP3A4 兩種同工酶共同完成[ 9] 。藥 物代謝反應(yīng)的這種復(fù)雜性是由藥物代謝酶系統(tǒng)的多 樣性造成的。同樣, 多數(shù)手性藥物的代謝有立體選 擇性, 這也可能是由于不同的同工酶參與了不同對 映體的代謝。如大鼠中R 和S..美芬妥英

( mepheny toin) 的4..羥基化反應(yīng)是立體選擇性的, S..

和R..美芬妥英的4..羥基化分別由CYP2C11 和 CYP3A1/ 2 催化[ 10] 。

藥物由體外模型得到的代謝特征通?？梢欢ǔ?/span> 度地反映體內(nèi)的代謝特性, 因此, 可在新藥開發(fā)的早 期階段用人體體外實驗進行藥物代謝的有關(guān)研究以 確定藥物在人體內(nèi)可能的代謝特征。如體外實驗常 用肝切片系統(tǒng), 既保留了生理狀態(tài)下藥物進行生物 轉(zhuǎn)化時I 相和II 相反應(yīng)所需的酶和輔助因子, 而且 與體內(nèi)的代謝環(huán)境較為相似[ 11] 。除肝切片外, 分離 培養(yǎng)的肝細胞及高表達的代謝酶也經(jīng)常用來進行體 外藥物代謝研究。

1. 3 .. 確定藥物間相互反應(yīng).. 生物轉(zhuǎn)化過程是許多

藥物消除的主要途徑, 因此當(dāng)兩種或多種藥物經(jīng)同

一代謝酶代謝時, 藥物間則可能由于對藥酶的競爭

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