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1、关于药物代谢结合反应第一页，讲稿共六十六页哦2引 言l结合代谢酶是保护机体避免外源性物质潜在毒性的第二大类酶系l通常，结合途径涉及将一个亲水性基团导入到药物分子中，例如葡萄糖醛酸l其机理涉及一种酶和一个辅助因子，辅助因子是亲水基团的来源l辅助因子通常含有一个高能键，例如二磷酸酯键，促进反应进行l结合反应通常使药物分子加上电荷，从而极性更大，促进肾排泄l但某些结合途径不增加底物的极性，如甲基化和乙酰化，但这两种途径通常降低药理活性第二页，讲稿共六十六页哦3葡萄糖醛酸结合l葡萄糖醛酸与药物结合是最常见的结合代谢途径，一方面由于其底物广泛，另一方面由于该途径常常占较大比例l所涉及的酶称为葡萄糖醛酸转
2、移酶，辅助因子是UDPGAl其机理是底物对辅助因子的亲核取代SN2反应，导致-葡萄糖醛酸构型转化为-葡萄糖苷酸l该反应一般是底物中的氧原子为亲核基团，R-OHl但其他亲核原子也可以使药物成为葡萄糖醛酸结合的底物，例如氮、硫、甚至碳原子（碳负离子）可以分别生成N-,S-,C-葡萄糖苷酸第三页，讲稿共六十六页哦4葡萄糖醛酸转移酶的辅助因子第四页，讲稿共六十六页哦5药物的葡萄糖醛酸结合物类型l葡萄糖醛酸结合最常见的底物是含羟基化合物，即醇、酚和羧酸，结果生成O-葡萄糖苷酸醇和酚的葡萄糖苷酸称为醚型葡萄糖苷酸，在药物和葡萄糖醛酸之间由醚键联接羧酸的葡萄糖苷酸称为酯型葡萄糖苷酸，在药物和葡萄糖醛酸之间由
3、酯键联接l芳香伯胺、脂肪叔胺、氨基甲酸酯、磺酰胺能够生成N-葡萄糖苷酸l硫醇能够生成S-葡萄糖苷酸l某些含有弱酸性碳原子的药物能够生成C-葡萄糖苷酸第五页，讲稿共六十六页哦6几种药物的葡萄糖醛酸结合物第六页，讲稿共六十六页哦7几种药物的葡萄糖醛酸结合物第七页，讲稿共六十六页哦8葡萄糖醛酸结合物的性质l葡萄糖醛酸结合通常是一个低亲和性、高容量体系l如果一个官能团有两个相互竞争的代谢途径，则在药物浓度低时，其他途径更可能占优势；而在药物浓度高时，葡萄糖醛酸结合更可能占优势l新生儿体内葡萄糖醛酸结合活性低，特别是早产儿。由于胆红素的主要清除途径是葡萄糖醛酸结合，所以许多新生儿可能出现黄疸l这也是一些
4、药物在新生儿毒性增加的原因，例如氯霉素引起的“灰婴综合征”第八页，讲稿共六十六页哦9胆红素的葡萄糖醛酸结合物第九页，讲稿共六十六页哦10葡萄糖醛酸结合物的性质l由于葡萄糖醛酸结合在药物上导入一个带负电荷的大基团，所以通常导致该药物失去药理活性l但也有例外：吗啡-6-葡萄糖苷酸与阿片受体的亲和性约为吗啡本身的100倍，但吗啡-3-葡萄糖苷酸是阿片受体拮抗剂l葡萄糖苷酸极性很大，通常不容易穿过血脑屏障l但吗啡-6-葡萄糖苷酸通过自身分子折叠使极性变小，容易穿过血脑屏障 l酯型葡萄糖苷酸有一定的化学反应性，能够与蛋白发生共价结合，是导致一些药物特异质反应的原因第十页，讲稿共六十六页哦11吗啡的葡萄糖
5、醛酸结合物第十一页，讲稿共六十六页哦12葡萄糖醛酸转移酶l葡萄糖醛酸转移酶UDPGTs有两个基因家族，即UGT1和UGT2l催化化合物的亲核基团进攻UDPG，发生SN2反应，取代尿苷二磷酸基团l已经鉴定了至少16种酶，9种属于UGT1家族，7种属于UGT2家族l这些酶的底物选择范围宽且互相有重叠，差别在于对不同底物的催化效率和Vmax/Kml但有一些例外，UGT1A1是研究最深入的人体内代谢酶，是胆红素结合和清除的唯一的酶；UGT1A9催化保泰松C-葡萄糖醛酸结合；UGT2B7催化吗啡类化合物的葡萄糖醛酸结合活性最强，3-O-葡萄糖苷酸是主要产物，也生成6-O-葡萄糖苷酸第十二页，讲稿共六十六
6、页哦13硫酸结合l硫酸转移酶是一个超家族酶系，催化将SO3转移到底物的醇羟基或酚羟基上、N-取代芳香或脂肪环化合物的氮原子上、或吡啶N-氧化物上l硫酸酯化的辅助因子是PAPSl与葡萄糖醛酸结合不同，羧酸不是它的底物l生理上，它们涉及甾体激素和神经递质的代谢和清除l硫酸结合的特点是低容量和高亲和性，底物（如酚类化合物）在低浓度时以硫酸结合为主，高浓度时以葡萄糖醛酸结合为主l虽然其不如UGTs底物广泛，但硫酸酯酶是水溶性的，广泛分布于体内，能够导致在皮肤等组织中生成反应性代谢物第十三页，讲稿共六十六页哦14硫酸转移酶的辅助因子第十四页，讲稿共六十六页哦15硫酸转移酶l人体内至少有7种硫酸转移酶，参
7、与药物代谢最多的是3种SULT1A蛋白l这些酶的代表性底物是4-硝基苯酚（1A1和1A2）或多巴胺（1A3）l硫酸转移酶催化的最著名的代谢反应是解热镇痛药对乙酰氨基酚，以及前致癌物N-羟基-2-乙酰胺基芴的硫酸酯化l硫酸酯是良好的离去基团，因此，形成硫酸酯结合物可能导致产生反应性代谢物l降压药米诺地尔在头皮中能够刺激头发生长，涉及毛囊中N-氧化物的硫酸酯化l和葡萄糖醛酸结合一样，硫酸酯化通常使底物失活，但有时也可能导致活化 第十五页，讲稿共六十六页哦16硫酸转移酶的底物：酚羟基化合物第十六页，讲稿共六十六页哦17硫酸转移酶的底物：羟胺和N-氧化物第十七页，讲稿共六十六页哦18乙酰化l乙酰化的主
8、要底物是芳香伯胺、羟胺（氧和氮都可被乙酰化）和肼l辅助因子是乙酰辅酶A，它是一种硫酯第十八页，讲稿共六十六页哦19乙酰化l该酶也能催化乙酰基从N-乙酰化的羟胺（异羟肟酸）形成乙酰氧基产物，即乙酰基从氮到氧的转移，该途径不需要乙酰辅酶A，例如N-羟基-4-乙酰胺基联苯l该途径导致异羟肟酸活化，芳香胺的乙酰氧基衍生物具有化学反应性，许多是致癌物，例如肉类高温加热产生的杂环胺第十九页，讲稿共六十六页哦20N-乙酰转移酶l有两种主要的N-乙酰转移酶，NAT1和NAT2，其活性部位有一个半胱氨酸，被乙酰辅酶A乙酰化lNAT将乙酰基转移到底物上l两种酶底物有重叠，但NAT1优先酸性底物，例如对氨基苯甲酸和
9、对氨基水杨酸，而NAT2选择性催化磺胺二甲嘧啶、肼屈嗪、异烟肼l芳香胺氨基如果存在邻位取代基，则立体位阻通常使其不能成为NAT1的良好底物lNAT1的活性分布广泛，而NAT2的活性在肝中非常高，在肠壁活性也比较高，但其他部位活性较低第二十页，讲稿共六十六页哦21不同类型的NAT底物第二十一页，讲稿共六十六页哦22不同类型的NAT底物第二十二页，讲稿共六十六页哦23乙酰化代谢的多态性lNAT2介导的乙酰化是最早被发现具有多态性的代谢途径之一l在白人中，快、慢乙酰化表型大约相等；但在东方人中，快乙酰化表型约占90%；在中东人中，慢乙酰化表型约占90%lNAT1基因也具有多态性，但相应的表型尚不清楚
10、l乙酰化通常降低药物的极性，但其底物常常有毒性，例如芳香胺、羟胺、肼，因此乙酰化常使毒性降低l对于慢乙酰化者，异烟肼的神经毒性风险和引起狼疮的风险明显高l同样，异烟肼引起的肝毒性和普鲁卡因胺引起的狼疮风险也高，但在两种NAT2表型中的风险差异较小第二十三页，讲稿共六十六页哦24甲基化l甲基转移酶系以SAM为辅助因子，甲基键合在带正电荷的硫原子上，可向底物的氧、硫或氮原子上转移甲基l甲基化的底物包括儿茶酚、硫醇以及一些含氮化合物第二十四页，讲稿共六十六页哦25O-甲基化l许多内源性化合物，例如组胺和去甲肾上腺素等，是甲基转移酶的底物l一些药物，尤其是与内源性底物结构相似的药物，容易被甲基化酶转化
11、l儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）是酚羟基甲基化酶，分子量约25 kDa，既有溶解形式，又有和细胞膜键合形式l其溶解形式存在于肾和肝的胞浆中，膜键合形式存在于脑中lCOMT的催化活性要求底物必须有儿茶酚结构，可代谢的药物有限，包括去甲肾上腺素、左旋多巴、异丙肾上腺素等第二十五页，讲稿共六十六页哦26O-甲基化举例第二十六页，讲稿共六十六页哦27S-甲基化l发生S-甲基化的药物数目也有限，但比COMT转化的药物多l巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）是白血病药物6-巯基嘌呤和它的前药硫唑嘌呤的重要代谢酶，该酶具有多态性，酶缺陷纯合子患者使用正常剂量时，即出现严重毒性l类似的芳环和杂环巯基也可能是TPM
12、T的底物l类似的巯基甲基转移酶可以转化脂肪族降压药卡托普利和抗炎药D-青霉胺第二十七页，讲稿共六十六页哦28S-甲基化举例第二十八页，讲稿共六十六页哦29N-甲基化lN-甲基转移酶作用于组胺和儿茶酚神经递质，如去甲肾上腺素，药物数目很有限lN-甲基转移酶的一类底物是含氮杂环的N-甲基化，特别是含有吡啶结构的化合物，例如烟酰胺第二十九页，讲稿共六十六页哦30N-甲基化举例第三十页，讲稿共六十六页哦31氨基酸结合l氨基酸结合的主要底物是苯甲酸和相关的芳香羧酸，例如苯乙酸、苯氧乙酸、苯乙烯酸等l在人体，用于结合的主要氨基酸是甘氨酸，但谷氨酸和牛磺酸也可能是辅助因子l在鸟类，用于结合的主要氨基酸是鸟氨
13、酸 l在多数结合反应中，辅助因子被活化；但氨基酸结合是底物被活化，首先与ATP反应生成AMP结合物，然后转化为辅酶A硫酯第三十一页，讲稿共六十六页哦32氨基酸结合的临床意义l氨基酸结合活性在新生儿中非常低，曾经发生早产儿代谢酸中毒，源于静脉给药使用的灭菌水中含有少量苯甲醇作为防腐剂l苯甲醇在人体内容易代谢为苯甲酸，对于成年人非常安全，因为剂量相对于体重很小，并且成年人容易将苯甲酸转化为甘氨酸结合物l在早产儿体内，剂量相对于体重则大得多，并且苯甲酸不能与甘氨酸结合 l苯甲酸干扰脂肪酸-氧化，并引起代谢酸中毒l认识到这些，排除苯甲醇防腐剂，从而克服了问题第三十二页，讲稿共六十六页哦33氨基酸结合第
14、三十三页，讲稿共六十六页哦342-芳基丙酸的手性转化l许多非甾体抗炎药是2-芳基丙酸的取代物，具有一个手性碳与羧基相连，临床上以外消旋体给药l一般而言，这些药物的(S)-对映体贡献了大部分抗炎活性，(R)-对映体可以转化为(S)-对映体，但不发生相反的转化l它们的结合是通过与ATP反应，生成AMP酯，后者进一步转化为辅酶A酯，与氨基酸结合类似，但实际上不是结合反应，因为其结果是单纯的构型转化l该辅酶A酯经历手性转化，底物包括布洛芬等第三十四页，讲稿共六十六页哦35谷胱甘肽结合l在结合代谢中，谷胱甘肽-S-转移酶具有独特的作用lGSTs催化谷胱甘肽（三肽）和底物分子的活性亲电部位反应l该部位可由
15、代谢生成，或易受亲核攻击分子中的,-不饱和酮，或卤代烷基l谷胱甘肽分子中含半胱氨酸巯基，是良好的软亲核试剂，与亲电性药物或代谢物生成结合物第三十五页，讲稿共六十六页哦36谷胱甘肽结合l该反应涉及巯基阴离子，为pKa=9.1的弱酸l与其他结合反应不同，任何在谷胱甘肽转移酶作用下生成谷胱甘肽结合物的药物，也可以不需该酶存在即生成结合物l该转移酶的作用之一是增加谷胱甘肽巯基的离子化比例，从而提高反应速度第三十六页，讲稿共六十六页哦37谷胱甘肽转移酶l哺乳动物胞浆的GSTs分为5类，分别为A,M,U,P,Z，每一类酶的序列一致性大于40%l分离到至少3种膜键合的微粒体GSTsl不同类别的GST底物有重
16、叠，但以不同的速度催化同一底物l另一主要区别是，不同的GSTs在不同的组织中表达，例如人GST1-1在肝中表达，但人GSTM3-3不在肝中表达l难于描述成为谷胱甘肽结合底物的药物范围，因为这是基于底物的亲电性，而不是基于特定的官能团第三十七页，讲稿共六十六页哦38谷胱甘肽结合的生物学意义l多数情况下，与谷胱甘肽结合降低化合物的毒性；但也有相反的例子，如二溴乙烷，它与谷胱甘肽结合导致反应性更强的乙撑锍离子第三十八页，讲稿共六十六页哦39谷胱甘肽结合的生物学意义lGSTs的主要作用是，通过催化谷胱甘肽与化学反应性外源物质的结合，保护机体的关键性生物大分子免受共价修饰引起的毒性l辅助因子谷胱甘肽另一
17、主要保护作用是保护机体免受脂过氧化的破坏作用l谷胱甘肽除了具有强亲核剂的性质外，其巯基也具有显著的还原性l其还原能力使之成为单电子反应物的高效清除剂，例如脂质过氧化产生的反应性含氧化合物和自由基第三十九页，讲稿共六十六页哦40谷胱甘肽结合物转化为硫醇尿酸l谷胱甘肽结合物常常在转化为硫醇尿酸后，排泄到尿中l硫醇尿酸是N-乙酰半胱氨酸结合物l转化过程涉及谷胱甘肽结合物水解，失去谷氨酸和甘氨酸，保留半胱氨酸，然后半胱氨酸结合物在肾中N-乙酰化，最后排泄l虽然这是谷胱甘肽结合物经典的代谢途径，但尿中通常含有原形谷胱甘肽结合物、甘氨酸结合物和硫醇尿酸l此外，许多谷胱甘肽结合物，特别是分子量大的结合物，从
18、胆汁排泄第四十页，讲稿共六十六页哦41谷胱甘肽结合物转化为硫醇尿酸o 严格说来，这不是一个结合代谢途径，而是结合物的继续代谢第四十一页，讲稿共六十六页哦42半胱氨酸结合物-裂解酶l半胱氨酸结合物也能被-裂解酶分解，维生素B6作为辅助因子第四十二页，讲稿共六十六页哦43半胱氨酸结合物-裂解l许多情况下，产物具有毒性，例如三氯乙烯代谢物，是小牛食用三氯乙烯提取的豆油导致再生障碍性贫血的原因第四十三页，讲稿共六十六页哦44与谷胱甘肽结合的亲电化合物l三种反应性底物包括：多环芳烃代谢产生的环氧化物；利尿药依地尼酸；镇静剂溴米索伐第四十四页，讲稿共六十六页哦4545绿原酸的结合型代谢物实验举例实验举例第
19、四十五页，讲稿共六十六页哦46例子：绿原酸在大鼠和人肝微粒体中的代谢物第四十六页，讲稿共六十六页哦47鉴定生成绿原酸谷胱甘肽结合物的代谢酶人肝微粒体+NADPH人肝微粒体-NADPH缓冲液人肝胞浆胞浆谷胱甘肽转移酶 可以催化GSH和,-不饱和酮的加成反应 15X第四十七页，讲稿共六十六页哦4848奥硝唑代谢产物鉴定实验举例实验举例第四十八页，讲稿共六十六页哦49思考题：可能的代谢途径？第四十九页，讲稿共六十六页哦50人静脉给药后0-24h尿中奥硝唑代谢物色谱图HPLC-UVHPLC-MS第五十页，讲稿共六十六页哦奥硝唑在人体内的主要代谢途径第五十一页，讲稿共六十六页哦第五十二页，讲稿共六十六页
20、哦5353吗啉硝唑代谢产物鉴定实验举例实验举例第五十三页，讲稿共六十六页哦54思考题：可能的代谢途径？第五十四页，讲稿共六十六页哦55研究背景吗啉硝唑是第三代5-硝基咪唑类抗菌药，用于治疗厌氧菌和原生动物引起的感染，已进行临床III期试验。羟基化及进一步II相代谢硫酸和葡萄糖醛酸结合结合物甲硝唑 替硝唑 奥硝唑 第五十五页，讲稿共六十六页哦56人尿中(0-24 h)吗啉硝唑的代谢物谱UPLC/Q-TOF MSUPLC/UV第五十六页，讲稿共六十六页哦57人血浆中(8 h)吗啉硝唑的代谢物谱原形药物血浆暴露量的18.9%UPLC/Q-TOF MSUPLC/UV第五十七页，讲稿共六十六页哦58鉴定
21、结合物：葡萄糖苷酸酶水解第五十八页，讲稿共六十六页哦59吗啉硝唑在人体内代谢途径UGT1A9第五十九页，讲稿共六十六页哦60结论：吗啉硝唑代谢物鉴定l静脉滴注吗啉硝唑受试者尿中共检测到10种代谢产物；血浆中检测到7种代谢产物l吗啉硝唑在人体内的主要代谢途径是原形与葡萄糖醛酸和硫酸结合。其中，葡萄糖醛酸化是人体主要消除途径，尿中回收占给药剂量的33.6%l吗啉硝唑的葡萄糖醛酸结合过程表现出位置选择性和立体选择性；结合形成N+-葡萄糖醛酸结合物；血浆中R-对映体的葡萄糖醛酸结合物AUC为S-对映体的6倍。第六十页，讲稿共六十六页哦61第六十一页，讲稿共六十六页哦62 吗啉硝唑在特殊人群的药动学研究
22、GroupParameterMorinidazoleSulfate ConjugateGlucuronide ConjugateGlucuronide Conjugate M0 M7 M8-1M8-2Healthy SubjectsCmax(g/ml)10.8 1.60.206 0.049 0.312 0.1202.66 0.78T1/2(h)5.5 0.76.0 0.55.7 0.63.5 0.4AUC0-t(g*h/ml)60.8 12.01.71 0.343.28 1.3219.5 4.0CLR(l/h)1.28 0.4740.1 11.617.0 8.910.6 3.1Patients
23、 with Severe Renal ImpairmentCmax(g/ml)11.2 3.61.15 0.512.14 0.8211.1 3.8T1/2(h)7.4 1.210.0 2.629.5 31.622.1 17.6AUC0-t(g*h/ml)89.5 17.525.8 16.066.9 36.3339 170CLR(l/h)0.350 0.1605.90 4.171.28 1.020.824 0.55117.4倍倍20.4倍倍15.1倍倍1.5 倍倍第六十二页，讲稿共六十六页哦63肾功能不全患者与健康人药动学差异肾功能患者药动学的影响因素第六十三页，讲稿共六十六页哦64吗啉硝唑硫酸结合物 M7葡萄糖醛酸结合物 M8-1葡萄糖醛酸结合物 M8-2吗啉硝唑及代谢物的肾转运研究Zhong K,et al.Antimicrob Agents Chemother,2014,58:4153-4161第六十四页，讲稿共六十六页哦65结合代谢途径葡萄糖醛酸结合硫酸结合乙酰化 甲基化 氨基酸结合2-芳基丙酸的手性转化谷胱甘肽结合，生成硫醇尿酸第六十五页，讲稿共六十六页哦感谢大家观看第六十六页，讲稿共六十六页哦