药物代谢结合反应

1、1结合代谢路径Glucuronidation（葡萄糖醛酸结合）Sulfation（硫酸结合）Acetylation（乙酰化） Methylation（甲基化） Amino acid conjugation（氨基酸结合）Chiral inversion of 2-arylpropionic acids（2-芳基丙酸手性转化）Glutathione conjugation（谷胱甘肽结合）第1页2引 言结合代谢酶是保护机体防止外源性物质潜在毒性第二大类酶系通常，结合路径包括将一个亲水性基团导入到药品分子中，比如葡萄糖醛酸其机理包括一个酶和一个辅助因子，辅助因子是亲水基团起源辅助因子通常含有一个高能键

2、，比如二磷酸酯键，促进反应进行结合反应通常使药品分子加上电荷，从而极性更大，促进肾排泄但一些结合路径不增加底物极性，如甲基化和乙酰化，但这两种路径通常降低药理活性第2页3葡萄糖醛酸结合葡萄糖醛酸与药物结合是最常见结合代谢途径，一方面由于其底物广泛，其次由于该途径常常占较大比例所涉及酶称为葡萄糖醛酸转移酶，辅助因子是UDPGA其机理是底物对辅助因子亲核取代SN2反应，导致-葡萄糖醛酸构型转化为-葡萄糖苷酸该反应一般是底物中氧原子为亲核基团，R-OH但其他亲核原子也可以使药物成为葡萄糖醛酸结合底物，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3页4葡萄糖醛酸转移酶

3、辅助因子第4页5药品葡萄糖醛酸结合物类型葡萄糖醛酸结合最常见底物是含羟基化合物，即醇、酚和羧酸，结果生成O-葡萄糖苷酸醇和酚葡萄糖苷酸称为醚型葡萄糖苷酸，在药品和葡萄糖醛酸之间由醚键联接羧酸葡萄糖苷酸称为酯型葡萄糖苷酸，在药品和葡萄糖醛酸之间由酯键联接芳香伯胺、脂肪叔胺、氨基甲酸酯、磺酰胺能够生成N-葡萄糖苷酸硫醇能够生成S-葡萄糖苷酸一些含有弱酸性碳原子药品能够生成C-葡萄糖苷酸第5页6几个药品葡萄糖醛酸结合物第6页7几个药品葡萄糖醛酸结合物第7页8葡萄糖醛酸结合物性质葡萄糖醛酸结合通常是一个低亲和性、高容量体系假如一个官能团有两个相互竞争代谢路径，则在药品浓度低时，其它路径更可能占优势；而

4、在药品浓度高时，葡萄糖醛酸结合更可能占优势新生儿体内葡萄糖醛酸结合活性低，尤其是早产儿。因为胆红素主要去除路径是葡萄糖醛酸结合，所以许多新生儿可能出现黄疸这也是一些药品在新生儿毒性增加原因，比如氯霉素引发“灰婴综合征”第8页9胆红素葡萄糖醛酸结合物第9页10葡萄糖醛酸结合物性质因为葡萄糖醛酸结合在药品上导入一个带负电荷大基团，所以通常造成该药品失去药理活性但也有例外：吗啡-6-葡萄糖苷酸与阿片受体亲和性约为吗啡本身100倍，但吗啡-3-葡萄糖苷酸是阿片受体拮抗剂葡萄糖苷酸极性很大，通常不轻易穿过血脑屏障但吗啡-6-葡萄糖苷酸经过本身分子折叠使极性变小，轻易穿过血脑屏障 酯型葡萄糖苷酸有一定化学

5、反应性，能够与蛋白发生共价结合，是造成一些药品特异质反应原因第10页11吗啡葡萄糖醛酸结合物第11页12葡萄糖醛酸转移酶葡萄糖醛酸转移酶UDPGTs有两个基因家族，即UGT1和UGT2催化化合物亲核基团进攻UDPG，发生SN2反应，取代尿苷二磷酸基团已经判定了最少16种酶，9种属于UGT1家族，7种属于UGT2家族这些酶底物选择范围宽且相互有重合，差异在于对不一样底物催化效率和Vmax/Km但有一些例外，UGT1A1是研究最深入人体内代谢酶，是胆红素结合和去除唯一酶；UGT1A9催化保泰松C-葡萄糖醛酸结合；UGT2B7催化吗啡类化合物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

6、成6-O-葡萄糖苷酸第12页13硫酸结合硫酸转移酶是一个超家族酶系，催化将SO3转移到底物醇羟基或酚羟基上、N-取代芳香或脂肪环化合物氮原子上、或吡啶N-氧化物上硫酸酯化辅助因子是PAPS与葡萄糖醛酸结合不一样，羧酸不是它底物生理上，它们包括甾体激素和神经递质代谢和去除硫酸结合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即使其不如UGTs底物广泛，但硫酸酯酶是水溶性，广泛分布于体内，能够造成在皮肤等组织中生成反应性代谢物第13页14硫酸转移酶辅助因子第14页15硫酸转移酶人体内最少有7种硫酸转移酶，参加药品代谢最多是3种SULT1A蛋白这些

7、酶代表性底物是4-硝基苯酚（1A1和1A2）或多巴胺（1A3）硫酸转移酶催化最著名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-乙酰胺基芴硫酸酯化硫酸酯是良好离去基团，所以，形成硫酸酯结合物可能造成产生反应性代谢物降压药米诺地尔在头皮中能够刺激头发生长，包括毛囊中N-氧化物硫酸酯化和葡萄糖醛酸结合一样，硫酸酯化通常使底物失活，但有时也可能造成活化 第15页16硫酸转移酶底物：酚羟基化合物第16页17硫酸转移酶底物：羟胺和N-氧化物第17页18乙酰化乙酰化主要底物是芳香伯胺、羟胺（氧和氮都可被乙酰化）和肼辅助因子是乙酰辅酶A，它是一个硫酯第18页19乙酰化该酶也能催化乙酰基从N-乙

8、酰化羟胺（异羟肟酸）形成乙酰氧基产物，即乙酰基从氮到氧转移，该路径不需要乙酰辅酶A，比如N-羟基-4-乙酰胺基联苯该路径造成异羟肟酸活化，芳香胺乙酰氧基衍生物含有化学反应性，许多是致癌物，比如肉类高温加热产生杂环胺第19页20N-乙酰转移酶有两种主要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NAT将乙酰基转移到底物上两种酶底物有重合，但NAT1优先酸性底物，比如对氨基苯甲酸和对氨基水杨酸，而NAT2选择性催化磺胺二甲嘧啶、肼屈嗪、异烟肼芳香胺氨基假如存在邻位取代基，则立体位阻通常使其不能成为NAT1良好底物NAT1活性分布广泛，而NAT2活性在肝中非常高，

9、在肠壁活性也比较高，但其它部位活性较低第20页21不一样类型NAT底物第21页22不一样类型NAT底物第22页23乙酰化代谢多态性NAT2介导乙酰化是最早被发觉含有多态性代谢路径之一在白人中，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%NAT1基因也含有多态性，但对应表型尚不清楚乙酰化通常降低药品极性，但其底物经常有毒性，比如芳香胺、羟胺、肼，所以乙酰化常使毒性降低对于慢乙酰化者，异烟肼神经毒性风险和引发狼疮风险显著高一样，异烟肼引发肝毒性和普鲁卡因胺引发狼疮风险也高，但在两种NAT2表型中风险差异较小第23页24甲基化甲基转移酶系以SAM

10、为辅助因子，甲基键合在带正电荷硫原子上，可向底物氧、硫或氮原子上转移甲基甲基化底物包含儿茶酚、硫醇以及一些含氮化合物第24页25O-甲基化许多内源性化合物，比如组胺和去甲肾上腺素等，是甲基转移酶底物一些药品，尤其是与内源性底物结构相同药品，轻易被甲基化酶转化儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）是酚羟基甲基化酶，分子量约25 kDa，现有溶解形式，又有和细胞膜键合形式其溶解形式存在于肾和肝胞浆中，膜键合形式存在于脑中COMT催化活性要求底物必须有儿茶酚结构，可代谢药品有限，包含去甲肾上腺素、左旋多巴、异丙肾上腺素等第25页26O-甲基化举例第26页27S-甲基化发生S-甲基化药品数目也有限，但比C

11、OMT转化药品多巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）是白血病药品6-巯基嘌呤和它前药硫唑嘌呤主要代谢酶，该酶含有多态性，酶缺点纯合子患者使用正常剂量时，即出现严重毒性类似芳环和杂环巯基也可能是TPMT底物类似巯基甲基转移酶能够转化脂肪族降压药卡托普利和抗炎药D-青霉胺第27页28S-甲基化举例第28页29N-甲基化N-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，药品数目很有限N-甲基转移酶一类底物是含氮杂环N-甲基化，尤其是含有吡啶结构化合物，比如烟酰胺第29页30N-甲基化举例第30页31氨基酸结合氨基酸结合主要底物是苯甲酸和相关芳香羧酸，比如苯乙酸、苯氧乙酸、苯乙烯酸等在人体，用于结合主

12、要氨基酸是甘氨酸，但谷氨酸和牛磺酸也可能是辅助因子在鸟类，用于结合主要氨基酸是鸟氨酸 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31页32氨基酸结合临床意义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，源于静脉给药使用灭菌水中含有少许苯甲醇作为防腐剂苯甲醇在人体内轻易代谢为苯甲酸，对于成年人非常安全，因为剂量相对于体重很小，而且成年人轻易将苯甲酸转化为甘氨酸结合物在早产儿体内，剂量相对于体重则大得多，而且苯甲酸不能与甘氨酸结合 苯甲酸干扰脂肪酸-氧化，并引发代谢酸中毒认识到这些，排除苯甲醇防腐剂，从而克服了问

13、题第32页33氨基酸结合第33页342-芳基丙酸手性转化许多非甾体抗炎药是2-芳基丙酸取代物，含有一个手性碳与羧基相连，临床上以外消旋体给药普通而言，这些药品(S)-对映体贡献了大部分抗炎活性，(R)-对映体能够转化为(S)-对映体，但不发生相反转化它们结合是经过与ATP反应，生成AMP酯，后者深入转化为辅酶A酯，与氨基酸结合类似，但实际上不是结合反应，因为其结果是单纯构型转化该辅酶A酯经历手性转化，底物包含布洛芬等第34页35谷胱甘肽结合在结合代谢中，谷胱甘肽-S-转移酶含有独特作用GSTs催化谷胱甘肽（三肽）和底物分子活性亲电部位反应该部位可由代谢生成，或易受亲核攻击分子中,-不饱和酮，或

14、卤代烷基谷胱甘肽分子中含半胱氨酸巯基，是良好软亲核试剂，与亲电性药品或代谢物生成结合物第35页36谷胱甘肽结合该反应包括巯基阴离子，为pKa = 9.1弱酸与其它结合反应不一样，任何在谷胱甘肽转移酶作用下生成谷胱甘肽结合物药品，也能够不需该酶存在即生成结合物该转移酶作用之一是增加谷胱甘肽巯基离子化百分比，从而提升反应速度第36页37谷胱甘肽转移酶哺乳动物胞浆GSTs分为5类，分别为A, M, U, P, Z，每一类酶序列一致性大于40%分离到最少3种膜键合微粒体GSTs不一样类别GST底物有重合，但以不一样速度催化同一底物另一主要区分是，不一样GSTs在不一样组织中表示，比如人GST1-1在肝

15、中表示，但人GSTM3-3不在肝中表示难于描述成为谷胱甘肽结合底物药品范围，因为这是基于底物亲电性，而不是基于特定官能团第37页38谷胱甘肽结合生物学意义多数情况下，与谷胱甘肽结合降低化合物毒性；但也有相反例子，如二溴乙烷，它与谷胱甘肽结合造成反应性更强乙撑锍离子第38页39谷胱甘肽结合生物学意义GSTs主要作用是，经过催化谷胱甘肽与化学反应性外源物质结合，保护机体关键性生物大分子免受共价修饰引发毒性辅助因子谷胱甘肽另一主要保护作用是保护机体免受脂过氧化破坏作用谷胱甘肽除了含有强亲核剂性质外，其巯基也含有显著还原性其还原能力使之成为单电子反应物高效去除剂，比如脂质过氧化产生反应性含氧化合物和自

16、由基第39页40谷胱甘肽结合物转化为硫醇尿酸谷胱甘肽结合物经常在转化为硫醇尿酸后，排泄到尿中硫醇尿酸是N-乙酰半胱氨酸结合物转化过程包括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，最终排泄即使这是谷胱甘肽结合物经典代谢路径，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另外，许多谷胱甘肽结合物，尤其是分子量大结合物，从胆汁排泄第40页41谷胱甘肽结合物转化为硫醇尿酸 严格说来，这不是一个结合代谢路径，而是结合物继续代谢第41页42半胱氨酸结合物-裂解酶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42页43半胱氨酸结合物-裂解

17、许多情况下，产物含有毒性，比如三氯乙烯代谢物，是小牛食用三氯乙烯提取豆油造成再生障碍性贫血原因第43页44与谷胱甘肽结合亲电化合物三种反应性底物包含：多环芳烃代谢产生环氧化物；利尿药依地尼酸；镇静剂溴米索伐第44页4545绿原酸结合型代谢物试验举例第45页46例子：绿原酸在大鼠和人肝微粒体中代谢物第46页47判定生成绿原酸谷胱甘肽结合物代谢酶人肝微粒体+NADPH人肝微粒体-NADPH缓冲液人肝胞浆胞浆谷胱甘肽转移酶 能够催化GSH和,-不饱和酮加成反应 15X第47页4848奥硝唑代谢产物判定试验举例第48页49思索题：可能代谢路径？第49页50人静脉给药后0-24h尿中奥硝唑代谢物色谱图H

18、PLC-UVHPLC-MS第50页奥硝唑在人体内主要代谢路径第51页第52页5353吗啉硝唑代谢产物判定试验举例第53页54思索题：可能代谢路径？第54页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发感染，已进行临床III期试验。羟基化及深入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55页56人尿中(0-24 h)吗啉硝唑代谢物谱UPLC/Q-TOF MSUPLC/UV第56页57人血浆中(8 h)吗啉硝唑代谢物谱原形药品血浆暴露量18.9%UPLC/Q-TOF MSUPLC/UV第57页58判定结合物：葡萄糖苷酸酶水解第58页59吗啉硝唑在

19、人体内代谢路径UGT1A9第59页60结论：吗啉硝唑代谢物判定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种代谢产物吗啉硝唑在人体内主要代谢路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路径，尿中回收占给药剂量33.6%吗啉硝唑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-对映体葡萄糖醛酸结合物AUC为S-对映体6倍。第60页61第61页62 吗啉硝唑在特殊人群药动学研究GroupParameterMorinidazoleSulfate ConjugateGlucuronide ConjugateGlucuronide Conjugate M0 M7 M8-1M8-2Healthy SubjectsCmax (