藥物代謝酶的調(diào)控與生物學(xué)效應(yīng)

1、藥物代謝酶調(diào)控與生物學(xué)效應(yīng),中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué) 藥物研究所李燕,內(nèi)、外源物體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化途徑,ConjugatePhase II (GST, UDPGT) Phase II (GSH, UDPGA, SO42-)Xenobiotics Metabolite Exc

2、retedEndobiotics Phase I (CYP450) Oxidation Cytotoxicity Reduction Mutagenicity Hydrolysis Carcinogeneci,,,,,,,,藥物代謝酶的種類及命名,細(xì)胞色素P450(cytochrome P450)藥物代

3、謝轉(zhuǎn)移酶N-乙酰化轉(zhuǎn)移酶(N-acetyltransferase)甲基轉(zhuǎn)移酶(methyltransferase)尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶 (UDP-glucuronosyltransferase)磺基轉(zhuǎn)移酶(sulfotransferase)谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase)酯酶乙酰膽堿酯酶(cholines

4、terase)對(duì)氧磷酸/芳香酯酶 (A-esterases)脫氫酶乙醇脫氫酶 (alcohol dehydrogenase)乙醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase)氧化還原酶 單胺還原酶(monoamine oxidase)超氧化物歧化酶(superoxidase)過氧化氫酶(catal

5、ase),內(nèi)容提綱,一．Phase I enzymes — Cytochrome P450(CYP 450)CYP450的發(fā)現(xiàn)CYP450的特性和功能（組成、反應(yīng)機(jī)制、分布、特性）CYP450在內(nèi)、外源物代謝中的作用CYP450的調(diào)控CYP450與疾病CYP450的應(yīng)用二．Phase II enzymes — Glutathione S- transferase分布及類型特性及催化反應(yīng)

6、生理意義及調(diào)控,一.藥物代謝 I 相酶－CYP450,（一）CYP450的發(fā)現(xiàn),藥物代謝 I 相酶－CYP450,（二）Cytochrome P450的特性和功能1. 組成 Cytochrome P450 細(xì)胞色素 Cytochrome b5 NADPH-cytochrome P450 reductase 黃素蛋白 Cytochrome b5 reductas

7、e Phospholipid,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,Cytochrome P450: 底物和分子氧的結(jié)合部位，決定底物和產(chǎn)物的特異性。 Cytochrome b5 NADPH-cytochrome P450 reductase 參與CYP450催化反應(yīng)的電子傳遞Cytochrome b5 reductase Phospholipid：肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)干重的30-40%，

8、可加速電子傳遞，提高CYP450 的氧化作用,,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,2．分布哺乳動(dòng)物: 肝臟為主（微粒體、線粒體、核）、肺、皮膚、 小腸黏膜、結(jié)腸、腎上腺、腎臟、睪丸、卵巢、腦、 淋巴細(xì)胞、前列腺等。非哺乳動(dòng)物: 植物、細(xì)菌、昆蟲、真菌等。分布的選擇性與外源物進(jìn)入機(jī)體的途徑和代謝轉(zhuǎn)化、排泄密切相關(guān)，利于CYP450生理功能的發(fā)揮。,藥物代謝 I 相酶－CYP

9、450,*肝外組織 腦P450: 表達(dá)低（為肝臟1-10%），參與神經(jīng)遞質(zhì)和類固醇 的合成降解（性發(fā)育和功能）小腸 P450: 含量高（3A)，對(duì)誘導(dǎo)劑敏感，參與藥物的生物轉(zhuǎn)化,藥物代謝 I 相酶－CYP450,3．催化反應(yīng)及機(jī)制RH + NADPH + H+ + O2 ROH + NADP + H2O反應(yīng)類型： 氧化（羥化、環(huán)氧化、脫烴、脫氨、脫硫、脫

10、鹵） 還原（硝基、偶氮、鹵代）內(nèi)源性底物：類固醇激素、脂肪酸、膽酸、花生四烯酸、維生素類 前列腺素等外源性底物：藥物、致癌物、致突變物、抗氧化劑、農(nóng)藥、 有機(jī)溶劑、生物毒素等,,,還原型,氧化型,NADPH,NADPH,黃素蛋白還原酶B5還原酶,CYP450作用的分子機(jī)制,藥物代謝 I 相酶－CYP450,4. 特性（1）光譜特性：還原狀態(tài)下可與CO 結(jié)合，在波長(zhǎng)

11、450nm出現(xiàn)吸收峰，用于含量測(cè)定。 450nm 420nm(失活）,,,,,,,,,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,（2）膜結(jié)合特性 可溶性: 便于分離純化膜結(jié)合: 微粒體型： 具有廣泛底物特異性 （藥物、致癌物、激素、脂肪酸） 線粒體型：具有明顯底物特異性，可代謝內(nèi)源性甾 醇，參與類固 醇激素的合成，較少參與

12、 外源物代謝,藥物代謝 I 相酶－CYP450,(3) 可誘導(dǎo)性誘導(dǎo)劑: 藥物、化學(xué)毒物等誘導(dǎo)機(jī)制: 核受體Ah受體 (aromatic hydrocarbon receptors)-P1孤兒受體 (orphan receptors-內(nèi)源性、生理配體不清)CAR： 組成型雄烷受體，PB和親脂類化合物等（2B）PXR： 孕烷核受體，天然和合成的甾醇類等（3A ）PPAR： 過氧化物酶體增殖因子活化受

13、體，非基因毒性 致癌物等(4A)mRNA穩(wěn)定作用(2E),藥物代謝 I 相酶－CYP450,TCDD的誘導(dǎo)機(jī)制 TCDD置換Hsp90, 受體活化即Ah與Arnt結(jié)合，結(jié)合調(diào)控區(qū)位點(diǎn),,DNA增強(qiáng)子序列外源性響應(yīng)元件,,L螺旋蛋白－轉(zhuǎn)錄因子PAS,,Ah受體核轉(zhuǎn)錄因子,藥物代謝 I 相酶－CYP450,Developmental SignalSignal mR

14、NA degradationAcetone Protein degradationEthanol AAA,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Signal,,Acetoneethanol,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,誘導(dǎo)劑對(duì)P450和NADPH-cytochrome P450還原酶的協(xié)同作用（Shen and Kasper, 1993）誘導(dǎo)劑 誘導(dǎo)倍

15、數(shù) 誘導(dǎo)劑 誘導(dǎo)倍數(shù) 還原酶 P450 還原酶 P450苯巴比妥 1.8 57(2B1) 丙酮 1.4 1.6R-氧化物 1.6 38(2B1) 乙醇

16、 1.2 1.4DDT 8.9 1.2 PCN 1.2 1.4(3A1)TCDD 1.3 2 DEX 1.5 4(3A1)3MC 1.3 49(1A1)

17、 DEHP 1.5 3β-NF 1.0 23(1A1) DHEA 1.8 17(4A1)2-AAF 1.2 1.0,,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,外源化合物誘導(dǎo)劑 激素，細(xì)胞因子，生長(zhǎng)因子

18、 受體和轉(zhuǎn)錄因子 誘導(dǎo) CYP基因表達(dá) P450酶外源化合物代謝 內(nèi)源甾醇，脂肪酸，前列腺素代謝CYP基因誘導(dǎo)：外源化合物與內(nèi)源化合物調(diào)控途徑的相互作用（Waxman, 1999),,,,,,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,(4)多樣性和底物特異性CYP450的分類和

19、命名FamilySubfamilySpecies trivial name(ref)P4501 21A1, 1A2, 1B1(Human, Mouse, Rabbit, Fish)P4502 11 2A1-3, 2B1-10, 2C1-15, 2D1-9, 2E1-2, 2F1, 2G1,2H1, 2J2

20、, 2R1, 2S1(Rat, Human, Mouse, Chicken)P450313A1-6(Human, Rat, Rabbit)P450424A1-7,4B1(Rat, Rabbit, Human),,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,CYP 3A4特非那定(terfenadine) C- 脫烷基化

21、 N- 羥基化 4-羥基化美芬妥英(mephenytoin) R- 美芬妥英 CYP2C11 S-

22、 美芬妥英 CYP3A1/2 CYP1A2米帕明(mipramine) 甲基化反應(yīng) CYP3A4在代謝過程中, 一種酶催化多種反應(yīng), 多種酶催化同一種反應(yīng),,,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,（三）Cytochrome P450在內(nèi)、外源物

23、代謝中的作用內(nèi)源物 類固醇類、激素和生理活性物質(zhì)（前列腺素、白三烯等）的生物合成，維生素（A,D）和脂肪酸的羥基化、內(nèi)源性生物堿（可待因、嗎啡）的合成和轉(zhuǎn)化外源物 各種藥物、化學(xué)毒物、致癌物等在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化解毒（失活）：活性減弱或喪失。增毒（活化） 代謝活化或活性中間體產(chǎn)生毒性。,藥物代謝 I 相酶－CYP450,1. Estradiol 的體內(nèi)代謝,藥物代謝 I 相酶－CYP450,2．AFB1的體內(nèi)代謝,藥物代謝

24、 I 相酶－CYP450,3.APAP的體內(nèi)代謝,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,(四）Cytochrome P450 的調(diào)控1. 誘導(dǎo)內(nèi)源物代謝 干擾機(jī)體內(nèi)環(huán)境，導(dǎo)致疾病。如苯妥英或利福平引起的甲低、骨軟化。外源物代謝 （1）肝毒性：PB加重APAP的肝壞死，乙醇誘導(dǎo)NDMA的致癌性。（2）藥物： 代謝增加而失效，藥物相互作用，毒性和不良反應(yīng)。如誘導(dǎo)劑增加環(huán)孢素的用量，華法令的半衰期縮短，利福平使避孕藥失效。,,

25、,藥物代謝 I 相酶－CYP450,2. 抑制（酶蛋白水平）可逆性抑制： 快速、可逆的結(jié)合，競(jìng)爭(zhēng)活性中心，抑制程度取決于 抑制劑的濃度和親和力，強(qiáng)度-Ki<1 μmol。準(zhǔn)不可逆抑制: 可逆但作用時(shí)間長(zhǎng)，形成中間代謝復(fù)合體（M1復(fù)合 體），中間代謝產(chǎn)物形成時(shí)間長(zhǎng)，解離速度慢。不可逆抑制： 活性喪失，不可逆的共價(jià)結(jié)合，抑制程度取決于抑制劑

26、 總量、酶的數(shù)量和抑制劑在酶與其他生物大分子之間 的分配比。,藥物代謝 I 相酶－CYP450,常用人P450 化學(xué)抑制劑的特異性評(píng)價(jià)化學(xué)抑制劑　1A1 1A2 2A6 2C9 2C19 2D6 2E1 3A4α－萘黃酮＋ ＋ ＋－ ＋－ ND

27、－ － － 呋拉茶鹼＋ ＋ － － － － － －８－甲氧掃若侖ND － ＋ － － － － ND毛果蕓香鹼－ － ＋ ＋ ND － － －磺胺苯吡唑

28、－ － － ＋ － － － －奎寧丁－ － － － － ＋ － －二乙二硫代氨甲酸鹽ND － ＋ － － － － ＋ ＋－醋竹桃霉素N

29、D － － － － － － ＋孕二烯酮ND － ND － ND － － ＋酮康唑－ ＋－ ＋－ ＋－ ND ＋－ － ＋ －: 0-49%, ＋ : 50-100%, ＋ － :有不

30、同結(jié)果， ND ：未測(cè),,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,（五）CYP450與疾病1. CYP450與肝病CYP450總量和同工酶水平下降（基因調(diào)控紊亂），藥物清除能力下降,藥物代謝 I 相酶－CYP450,肝臟疾病對(duì)CYP450蛋白的影響（與對(duì)照的％比）*P<0.05,與對(duì)照組相比,藥物代謝 I 相酶－CYP450,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,2. CYP450與甲狀腺疾病甲狀腺功能低下－

31、CYP450和CYP450還原酶水平降低甲狀腺素對(duì)CYP4503A是負(fù)調(diào)控, 對(duì)1A2是正調(diào)控影響藥物代謝3. CYP450與垂體疾病和激素治療生長(zhǎng)激素（GH）和T3下調(diào)大鼠3A2的表達(dá)GH上調(diào)人3A4的表達(dá),藥物代謝 I 相酶－CYP450,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,致癌物（苯并芘，亞硝胺，AFB1，內(nèi)源物）P450s細(xì)胞生長(zhǎng)分化 腫瘤 抗腫瘤藥（代謝）信息傳

32、遞，AA, PG GST P450與分化正相關(guān) （ 標(biāo)志物＋抗藥性）腫瘤細(xì)胞P450低表達(dá)基因多態(tài)性和易感性,,,,4.CYP450與腫瘤,藥物代謝I相酶－CYP450,（六）Cytochrome P450的應(yīng)用1.醫(yī)藥：(1)新藥研究：,藥物代謝,生物轉(zhuǎn)化,毒性,新藥開發(fā),PK,多態(tài)性,致突變性＋不良反應(yīng),結(jié)構(gòu)/活性關(guān)系,HTS,CYP450s高表達(dá),,,,

33、,,,,,,,,,,,,,(Friedberg et al, 1999),藥物代謝I相酶－CYP450,(2)腫瘤的基因治療原理：利用腫瘤細(xì)胞中無或低內(nèi)源性生物轉(zhuǎn)化能力的特點(diǎn)，通過反轉(zhuǎn)錄病毒-CYP450的侵染，直接導(dǎo)入編碼前藥活化酶的“化學(xué)致敏”或自殺基因，使腫瘤靶細(xì)胞對(duì)無活性前藥敏感，減低宿主細(xì)胞的毒性，增強(qiáng)藥物作用。,藥物代謝 I 相酶－CYP450,CPA CPA(Waxman et al

34、, 1999),,,宿主細(xì)胞,腫瘤,腫瘤,宿主細(xì)胞,,,,,藥物毒性,抗腫瘤,降低藥物毒性,增強(qiáng)抗腫瘤,傳統(tǒng)化療,P450基因治療,肝P450,肝P450,,,,,前藥活化基因,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,P450酶系代謝的抗癌藥物需要P450代謝活化 非必需P450代謝活化 P450代謝不加強(qiáng)，但 可但活性可能加強(qiáng)， 使藥物失活環(huán)磷酰胺 硫- TEPA 替尼泊苷異

35、環(huán)磷酰胺 阿枚素 紅豆杉醇甲芐肼 伊托泊苷 長(zhǎng)春新堿氮烯咪胺 三苯氧胺 氯己基亞硝基脲,,,,藥物代謝I相酶－CYP450,正在進(jìn)行臨床試驗(yàn)的抗腫瘤ASON藥物,藥物代謝I相酶－CYP450,(3)農(nóng)業(yè)與環(huán)境A. 害蟲治理P450抑制劑－殺蟲劑的增強(qiáng)劑（花椒毒素，氧吡磷，補(bǔ)骨酯素，PBO, 增效300－923倍） P450（6D1)殺蟲劑抗藥

36、性 (除蟲菊酯） 代謝解毒P450基因轉(zhuǎn)入天敵昆蟲，提高對(duì)天敵昆蟲對(duì)農(nóng)藥的抗性。B. 轉(zhuǎn)基因植物 改良品種，提高植物抗性。,,藥物代謝 I 相酶－CYP450,CYP71E1導(dǎo)入非生氰糖苷植物（防御害蟲和草食者），加強(qiáng)植物抗性。大鼠CYP1A1 轉(zhuǎn)基因煙草人CYP1A1轉(zhuǎn)基因馬鈴薯加快除草劑代謝大豆CYP1A10轉(zhuǎn)基因煙草改變花卉顏色（P450具有類黃酮羥基化作用，花色蘭化），葉片的形態(tài)設(shè)計(jì)

37、（寬窄長(zhǎng)短）C.生物除污1.預(yù)測(cè)污染程度：測(cè)定魚肝（加單氧酶）和搖蚊（EROD)－代謝毒物和致癌物2.天然P450cam（假單孢菌） 的生物凈化（除草劑，化學(xué)毒物）,,,,二. 藥物代謝 II 相酶－谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（glutathione S-transferase GST）,1. 分布肝臟、肺、胎盤、腎臟、腸道、紅細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、卵巢、睪丸等2. 類型6種同工酶，GST1-6, α，μ，π，θ，σ，δ，

38、每個(gè)家族中70%氨基酸同源。3. 組成純二聚體或雜二聚體，亞單位分子量23000-28000。,藥物代謝 II 相酶－GST,4. 特性存在于胞質(zhì)內(nèi)，具有多型性，可被誘導(dǎo), 遺傳多態(tài)性（GST1缺陷-肝病和腫瘤）。5. 催化反應(yīng) GST X + GSH X-SH,,藥物代謝 II 相酶－GST,6. 生理意義

39、 藥物代謝：與各種外源物和內(nèi)源物結(jié)合 肝損傷：GST2釋放，比ALT敏感 腫瘤早期診斷：GST3(π),消化系統(tǒng)腫瘤的血清學(xué)診斷。 抗腫瘤藥耐藥性 7. 調(diào)控GST基因增強(qiáng)子外源性化合物反應(yīng)元件 (PAH)抗氧化劑反應(yīng)元件（OH, ROS）糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件（DEX）巴比妥類反應(yīng)元件（PB）,思考題,1.CYP450的組成，特性及功能2.CYP450的誘導(dǎo)和抑制3.CYP450與新藥研究,學(xué)業(yè)順利