药学中的生物技术和方法ADMET方法课件.ppt

1、药学中的生物技术和方法ADMET方法什么是ADMET Absorption 吸收 Distribution 分布 Metabolism 代谢 Excretion 排出 Toxicity 毒性 ADME是药物动力学(Pharmacokinetics, PK)的内容药物研发的并行策略合成化合物或分离天然产物 生物活性 生物选择性 物理化学性质 药物吸收 药物代谢 大分子结合 细胞毒性 优化的优化的先导化合物先导化合物候选药物现代ADMET研究方法的特点 基于细胞或生物大分子的分析方法 人源材料的应用 小样品、高内涵和高通量分析能力 能够阐明药物性质的分子机理、建立结构-药物性质定量构效关系合理药物

2、运输/制剂系统 以往的研究表明：药物运输系统只能辅助而不能根本性的改变药物的口服吸收能力 合理的药物运输/制剂系统(rational drug delivery)必须依据药物本身的穿越消化肠道屏障的渗透能力BCS系统FDA制定了BCS的评价指南。BCS的评价主要包括下列三个方面： 药物的生物渗透能力（药物的生物渗透能力（permeability） 药物的溶解能力（药物的溶解能力（Solubility） 制剂的快速溶出能力（制剂的快速溶出能力（Immediate Release）上述性质符合要求的药物/制剂可以在药审时得到生物豁免。药物吸收吸收屏障结构底侧（Basolateral）顶侧（Apic

3、al） 经细胞连接的被动扩散Paracellular diffusion穿细胞穿细胞被动扩散被动扩散Transcellular diffusion代谢转化A B外流外流Efflux药物转运药物转运transportACD药物消化道吸收的基本机制体外单层肠上皮细胞药物吸收模型肠上皮细胞/细胞系组织/细胞培养多空膜基底吸收细胞单层Transwell细胞培养板已被认证的用于药物吸收的细胞系 Caco-2 人结肠腺癌细胞 具有分化的肠上皮细胞特征和重要的药物转运与代谢酶 MDCK 狗肾上皮细胞系Caco-2药物吸收模型的创建人Dr. R.T. Borchardt和他的部分研究团队Caco-2模型的制备

4、过程细胞培养Transwell接种细胞汇合细胞分化完备细胞收集2-3天2-3天23星期药物吸收测试试验结果-渗透能力 吸收较好的药物： Papp 210-6 Testosterone：1.010-5 cm/s Propranolol: 2.8610-5cm/s 吸收差药物： Papp 10-6 Mannitol：1.010-7 cm/s Atenolol: Papp= 4.5510-7 cm/sBrain Blood Barrier（BBB）BBB结构内皮细胞和星形胶质细胞的相互作用 星形胶质细胞毛细血管内皮细胞促进细胞紧密连接诱导一些酶和分子转运蛋白调节内皮细胞生长毛细血管内皮细胞星形胶质细

5、胞趋化现象表型的调节BBB渗透机理influxefflux紧密连接（tight junction）的结构AP端：血液BL端：脑实质毛细血管内皮细胞胶质细胞神经胶质细胞毛细血管内皮细胞基底膜多孔聚碳酯膜药物排出药物清除药物清除 = 代谢代谢 + 排出排出肾排出：超滤机制游离小分子药物及其代谢物肾小球肾小管药物重吸收大分子化合物大分子结合药物肾排出因素：PPB 和 Papp0.30.40.50.60.70.80.91.01.10.00.20.40.60.81.0atenololethosuximideguanethidinemeprobamateparaceutamolpromidoneUrine

6、 excrection factorAbsorption fraction(Absorption fraction 0.9)(PPB0.05)0204060801000.00.20.40.60.81.0warfarinrifampincinminocyclinedapsonechloramphenicolpyrrocloxycyclinesulfadiazineamoxicilincefaloglycincindamycincolfibrateprocainamideUrine excreation ratePPB胆汁分泌和肠肝循环MetabolismEnterohepatic circula

7、tionpravastatinADPATPSmall IntestineAbsorptionHepatic uptakeBiliary excretioncMOAToatpLiverBinding to HMG-CoA reductaseDrugBinding to cytoplasmic proteins肝脏处置药物的基本途径胆汁NTCPOATPsOAT2OATP2MRPsMDR1BCRPBSEP/SPGP肠道药物药物代谢物Basal（blood）Apical（bile）OATP2MDCKII(Sasaki, M., Sugiyama, Y. et al. J.Biol. Chem. 277

8、(8), 6497-6593 (2002) 药物经胆汁排出的细胞模型- OATP2/MRP2 双转染 MDCK细胞单层MRP2/cMOAT药物的肝脏代谢药物代谢的基本过程药物R氧化产物R-OH结合产物R-O-X排出物I相代谢II相代谢II+相代谢：药物外流II相代谢水解产物X = glucose sulfate methionine cysteine glutathione I相代谢关键酶-细胞色素P450 细胞色素P450 (CYP)家族 CYP1A2, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1 and CYP3A4 NADPH依赖的氧化酶 CYP3A4

9、 是药物的主要代谢酶 50%已知药物通过CYP3A4代谢II 相代谢关键酶 UDP-依赖葡糖醛酸基转移酶(UGT) 苯酚磺基转移酶 (PST) 雌激素磺基转移酶 (EST) 谷胱甘肽-S-转移酶 (GST) 一些细胞抗氧化酶 三种肝细胞制品及代谢分析全肝细胞代谢分析全肝细胞代谢分析肝微粒体代谢分析肝微粒体代谢分析S-9肝匀浆液肝匀浆液代谢分析代谢分析药物肝脏代谢稳定性分析过程药物肝脏代谢稳定性分析结果% 原药消失率 = （1 - ）100%原始药物浓度c0代谢反应后药物浓度ct全肝细胞全肝细胞()肝微粒体肝微粒体() 仅包括I相代谢酶 易于保存 分析操作容易、费用低 包括所有代谢酶和转运蛋白

10、费用高，细胞保存不易S9肝匀浆液肝匀浆液() 包括主要I、II相代谢酶 分析操作容易、费用低 匀浆液保存不稳定药物毒性药物毒性评价的基本方式-细胞活力分析 细胞生长 细胞能荷 线粒体活性线粒体活性-MTT分析分析 细胞氧化还原状态细胞氧化还原状态-谷胱甘肽含量分析谷胱甘肽含量分析 细胞特征性功能 蛋白质合成 核酸合成 吞噬、排除外来分子能力等 细胞膜完整性细胞膜完整性-胞浆酶活性分析胞浆酶活性分析MTT细胞活力分析 原理： 线粒体酶将探针分子MTT*还原成为一种蓝色脂溶性染料formazan（吸收波长550nm） 线粒体活性越高，转化能力越强 实验方法：将MTT加入到细胞培养液中，反应一段时间

11、后，用有机溶剂溶解产生的formazan，然后用酶标仪测定 550 nm吸光度. 特点：方法简单可靠，费用低，高通量* MTT：3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide药物毒性分析过程LD50，IC50，EC50线粒体毒性模型 Early Prediction of Hepatotoxicity Through Technological Development World Pharmaceutical Congress, June, 2010 ROSATP synthesisCyt cDjm关于药物毒性分析数据

12、 毒性分析的结果是LD50或IC50或EC50，表示药物导致细胞活力降低一半时需要的浓度 LD50或IC50或EC50越小，药物毒性越大 每种细胞活力分析方法都具有片面性，多种方法测定一种化合物毒性是有益的 进行药物毒性分析时，推荐使用人源的原代完整肝细胞，数据可靠性高 当使用永生化细胞和肿瘤细胞时，由于这些细胞(特别是肿瘤细胞)的药物代谢能力较差，因此得到的细胞毒性数据是一种“本征毒性(intrinsic toxicity)”。将实验数据推广应用时，注意补偿不同组织细胞的代谢能力。药物毒性和药物-药物相互作用 排出抑制型相互作用： 药物1抑制药物2的排出，导致药物2浓度过高产生毒性 代谢抑制

13、型相互作用 药物1抑制药物2的代谢，导致药物2浓度过高产生毒性 代谢诱导型相互作用 药物2诱导药物2的代谢，导致 药物2被过度活化，使代谢毒性产物浓度增加 药物2因代谢失效小结：ADMET研究诸方面ADME：生物利用率药物间相互作用药物分布血浆蛋白结合力血脑屏障渗透能力药物清除药物吸收消化道稳定性肾排出肝脏清除代谢稳定性胆汁排出溶解性渗透能力代谢诱导代谢抑制药物毒性T细胞活力抑制分析排出抑制扩散能力药物外流载体药物吸收载体代谢酶亚型一个例子- 食物中的黄酮类化合物食物成分黄酮类化合物及其作用 雌激素样作用 弱类雌激素活性 防治一些和激素水平下降有关的疾病，如衰老、更年期综合症、骨质疏松、血脂升

14、高等 抗雌激素活性 预防激素依赖型肿瘤及心血管疾病的发生。 抗氧化作用 抑制肿瘤作用 降低胆固醇、调节血脂，预防心血管疾病和老年性痴呆症 OOR5R7A (1-25)R3R2R3R8R6R5R4OOR5R7B (26-29)R3R2R3R8R6R5R4OOR5R7C (30-34)R8R6R2R4R3R5OOR5R7A (1-25)R3R2R3R8R6R5R4OOR5R7B (26-29)R3R2R3R8R6R5R4OOR5R7C (30-34)R8R6R2R4R3R5黄酮通式异黄酮通式黄酮苷和黄酮苷元大豆异黄酮苷元大豆异黄酮葡萄糖甙水解b-葡萄糖苷酶（肠道微生物）肠道乳糖-根皮素水解酶O黄酮

15、类化合物的吸收代谢机制黄酮苷黄酮苷元水解CYPs 代谢分解MRP2BCRPUGTSulT紧密连接MRP3酶水解酶水解肝、肾排出肝、肾排出黄酮类化合物吸收的关键因素 黄酮苷的水解-利于吸收因素 肠道正常细菌群 黄酮苷元的代谢稳定性-不利于吸收因素 II相代谢和II+向外排出 I相氧化分解 解决方法： 混合黄酮制剂 苷元羟基甲基化思考题 什么是ADMET研究，在药物发现中的作用是什么？ 现代ADMET方法有什么特点？ 什么是BCS？ 药物消化道吸收的分子机制有那些？ 什么是Caco-2模型？如何从Papp判断药物的吸收能力？ 血脑屏障的与消化道屏障有何异同？ 有哪些重要的药物运输蛋白？其作用和作用机制分别是什么？ 药物排出有哪些途径？各途径的分子机制分别是什么？其中有哪些关键性因素？ 如何分析药物的肝代谢稳定性？三种肝制品模型各有什么特点？ 如何测定药物的毒性？其方法的特点和局限是什么？ 有哪些药物-药物相互作用？如何避免和利用药物-药物相互作用？ 黄酮的吸收代谢机制是什么？ 如何提高食物中黄酮的生物利用率？