新药药代动力学研究课件

新药药代动力学研究中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所李燕新药药代动力学研究中国医学科学院中国协和医科大学1内容提纲一.药代动力学研究内容及意义二.药代动力学基本参数及房室模型分析三.药物的吸收、分布和排泄四.药代动力学和药效动力学五.药代动力学与临床用药六.药代动力学在新药开发中的应用七.药代动力学研究原则及方法内容提纲一.药代动力学研究内容及意义2一.药代动力学研究内容及意义1.定义：机体对药物的处置

(Drugmetabolismanddisposition) 用数学公式定量地描述药物在体内的吸收,分布,排泄,生物转化(ADME)的动态过程。2.意义：指导新药设计,预示人体内规律，改进药物剂型,优选给药方案。3.研究历史1924年—Widmark和Tandberg提出药代动力学的分室概念和开放式室模型。1937年---Teorell提出开放式二室模型一.药代动力学研究内容及意义3二．药代动力学基本参数及房室模型分析

生物半衰期（Halflife,t1/2）:药物(血浆)在体内消除半量所需的时间 0.693 t1/2= kel（消除速率常数）

意义：反映药物自体内的消除（生物转化和排泄）的速度

反映消除器官的功能（肝、肾）

临床确定给药次数和间隔的依据

二．药代动力学基本参数及房室模型分析

生物半衰期（Half4二．药代动力学基本参数及房室模型分析表观分布容积(Apparentvolumeofdistribution,Vd)

体内药量与血浆药物浓度间相互关系的比例常数,即药物分布在相等于其在血浆中的浓度时所占体液的体积,

不具备直接的生理意义，但可反映药物分布的广泛程度和组织的结合程度。A(体内药量)=Vd.C(血浆浓度)二．药代动力学基本参数及房室模型分析表观分布容积(Appa5二．药代动力学基本参数及房室模型分析体内总清除率(Totalbodyclearance,TBCL)

单位时间内从体内清除的表观分布容积部分,与模型无关。TBCL=代谢清除率+肾清除率(对药物清除率得出正确估算的唯一常数)

A(体内药量）

TBCL= AUC（药时曲线面积）二．药代动力学基本参数及房室模型分析体内总清除率(Total6二．药代动力学基本参数及房室模型分析血药浓度-时间曲线下面积（AUC）

血药浓度数据对时间作图，所得曲线下的面积，用于绝对（F）和相对（Fr）生物利用度以及其他动力学参数的计算。

二．药代动力学基本参数及房室模型分析血药浓度-时间曲线下面积7二.药代动力学基本参数及房室模型分析二.药代动力学基本参数及房室模型分析8二．药代动力学基本参数及房室模型分析生物利用度（bioavailability）

药物以活性形式进入血液循环的速度和相对量，反映药物的吸收程度。比较静脉和口服给药后血药和尿药浓度。

AUCoral

如静脉和口服给药剂量相同，F= X100% AUCiv

Div·AUCoral如静脉和口服给药剂量不相同，F= X100% Doral·AUCiv

二．药代动力学基本参数及房室模型分析生物利用度（bioava9二．药代动力学基本参数及房室模型分析平均稳态血药浓度(SteadyState,SS)

在恒定给药间隔重复给药时，体内药物浓度和血药浓度达到稳态，即任一剂量间隔内的药时曲线都相同（4-6个半衰期）。如服药时间间隔短于半衰期，药物易产生蓄积。 AUCCss= τ(两次给药相隔时间)当药物全部吸收时，如τ<t1/2的1.4倍，产生蓄积

1.4t1/2 AUC

Ra=理想τ值= τ Css

二．药代动力学基本参数及房室模型分析平均稳态血药浓度(Ste10二．药代动力学基本参数及房室模型分析首过效应

口服给药时，部分药物被肝组织代谢或与肝蛋白结合，进入体循环的药量少于吸收量，口服给药的AUC小于静脉给药的AUC.

静脉给药剂量 R=口服AUC和静脉AUC之比R=1-静脉给药AUCxQ Q=血液通过肝脏的流速

二．药代动力学基本参数及房室模型分析首过效应11二．药代动力学基本参数及房室模型分析速率过程（Rateprocess）

药物通过生物膜的运动，即吸收，扩散，消除的过程。一级速率过程：药物从膜的A侧转到B侧，或从房室1转到房室2,与A侧或 房室1的浓度成正比。药物的吸收、扩散、代谢及肾清除率，静脉给药

一级动力学特点：T1/2与剂量无关排泄代谢物的成分与剂量无关AUC与单剂量成正比尿中药物的量与单剂量的总量成正比在剂量较宽的范围内,平均稳态血浆浓度与所给剂量成正比服用单剂量后,尿排药量随AUC的改变而改变

二．药代动力学基本参数及房室模型分析速率过程（Ratepr12二．药代动力学基本参数及房室模型分析零级速率过程：药物从房室1到房室2的转运在任何时候为恒定且与药物浓度无关。如以恒定的速度静脉滴注受酶活力限制的速率过程：药物浓度过高而出现饱和现象时（Michaelis-Menten）高浓度----零级速率过程

降解酶饱和低浓度-----一级速率过程

膜载体饱和特点：体内药物浓度下降不呈指数关系排除剂量的50%所需的时间随剂量的增加而增加AUC与药物吸收量不呈正比排泄物的组成受剂量剂型的影响其他药物的竞争性抑制维持剂量的增加可引起稳态浓度的几倍增加

二．药代动力学基本参数及房室模型分析零级速率过程：药物从房室13二．药代动力学基本参数及房室模型分析一室模型

二室模型

三室模型

一室中央室外周室外周室中央室外周室一室模型：药物进入体循环，瞬即形成均一单元，多分析口服和肌注后 血药和尿药的分析二室模型：药物瞬间均匀地分配到中央室和较慢地分配到周边室。中央室-----血供充盈，易于转运的组织（心，肝，肾，腺体）周边室------脂肪，皮肤，静止状态的肌肉等三室模型：中央室连接两个外周室（浅表和深部）

二．药代动力学基本参数及房室模型分析一室模型 二室模型 14二．药代动力学基本参数及房室模型分析房室模型

药物在其中均匀分布的身体体腔的理论体积,体内转运机制相似的部位可归于同一房室，不代表具体器官和组织。2.不受生理功能限制，同一房室的各组织药量也不等。3.房室划分与器官的血流量,膜的通透性,药物与组织的亲和力有关。二．药代动力学基本参数及房室模型分析房室模型15三.药物的吸收、分布和排泄1.药物吸收：药物（原型药）从给药部位进入血液的过程。(1)消化道:胃（面积1m2,血流150ml/min,pH1-2) 小肠（面积200m2,血流1000ml/min)

影响因素药物剂型：解离度、脂溶性、溶解度、晶型等。血流：灌注速率（ml/min•ml组织）状况：胃排空、食物（成分、量、时间）肠蠕动（促进崩 解、影响吸收）转运蛋白：P-糖蛋白代谢转化：首过效应疾病：痢疾（吸收），库欣病（肠壁增厚，吸收减少）药物相互作用：金属离子与药物形成复合物，氢氧化铝吸附药物。种属差异：肠道菌类型和量，胆汁流量和胆酸生成，组织pH,首过效应。年龄和遗传：发育-代谢酶、胃pH，血浆蛋白结合,衰老-疾病、肝肾功能、生活方式和环境三.药物的吸收、分布和排泄1.药物吸收：药物（原型药）从给16三.药物的吸收、分布和排泄（2）呼吸道（鼻腔、喉、气管、支气管、肺）

表面积大，血供丰富，吸收快、无首过效应，要求特殊剂型。（3）舌下及直肠

无首过效应。避免胃肠反应和小儿服药困难。三.药物的吸收、分布和排泄17三.药物的吸收、分布和排泄2.药物分布：药物由血液运送到机体各组织器官的过程。（1）组织血流量和亲和力-灌注速率是限速因素，多少取 决于亲和力。（2）屏障：血脑（脂溶性）、血-脑脊液、胎盘。（3）血浆蛋白结合：失活，有效运输

K1 D+PDP

K2（4）蓄积：连续用药在末梢器官药物浓度逐渐上升。三.药物的吸收、分布和排泄2.药物分布：药物由血液运送到机体18三.药物的吸收、分布和排泄3.

药物代谢：药物经过酶促反应，发生结构改变，生成代 谢产物。反应类型氧化：脂肪族、芳香烃、N-氧化，O-脱烃，S-氧化还原：偶氮、硝基、羰基、还原脱卤水解：羧酸酯、氨基甲酸酯、酰胺和酰肼结合：UDPGA,PAPS,氨基酸，GSH。三.药物的吸收、分布和排泄3.药物代谢：药物经过酶促反应，19药物代谢酶细胞色素P450

(cytochromeP450)药物代谢转移酶

N-乙酰化转移酶 (N-acetyltransferase) 甲基转移酶 (methyltransferase) 尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferase) 磺基转移酶 (sulfotransferase) 谷胱甘肽巯基转移酶 (glutathioneS-transferase)酯酶

乙酰胆碱酯酶(cholinesterase)

对氧磷酸/芳香酯酶 (A-esterases)脱氢酶

乙醇脱氢酶 (alcoholdehydrogenase)

乙醛脱氢酶 (aldehydedehydrogenase)氧化还原酶

单胺还原酶 (monoamineoxidase)

超氧化物歧化酶 (superoxidase)

过氧化氢酶 (catalase)

药物代谢酶细胞色素P450 (cy20药物代谢酶

Conjugate Conjugatingagent

Conjugatingagent PhaseII(GST,UDPGT)

PhaseII

(GSH,UDPGA,SO42-)Xenobiotics

Metabolite

Excreted

PhaseI(P450)

Oxidation

Cytotoxicity ReductionMutagenicity HydrolysisCarcinogenecity

外源物体内代谢途径药物代谢酶 Conju21药物代谢酶CyP450组成: CytochromeP450 Cytochromeb5 NADPH-cytochromeP450reductase Cytochromeb5reductase Phospholipid

CytochromeP450: 底物和分子氧的结合部位，决定底物和产物的特异性。

Cytochromeb5NADPH-cytochromeP450reduct参与CYP450催化反应的电子传递Cytochromeb5reductase

Phospholipid：肝细胞内质网干重的30-40%，可加速电子传递，提高CYP450

的氧化作用药物代谢酶CyP450组成:22药物代谢酶分布： 哺乳动物：肝脏为主（微粒体、线粒体、核）、肺、皮肤、小肠黏膜、结肠、肾上腺、 肾脏、睾丸、卵巢、脑、淋巴细胞、前列腺等。非哺乳动物：植物、细菌、昆虫、真菌等。 分布的选择性与外源物进入机体的途径和代谢转化、排泄密切相关，利于CYP450生理功能的发挥。肝外组织

脑P450:表达低（为肝脏1-10%），参与神经递质和类固醇的合成降解（性发育和功能）小肠P450:含量高，对诱导剂敏感，参与药物的生物转化催化反应及机制:RH+NADPH+H++O2ROH+NADP+H2O反应类型：

氧化（羟化、环氧化、脱烃、脱氨、脱硫、脱卤）还原（硝基、偶氮、卤代）内源性底物：类固醇激素、脂肪酸、胆酸、花生四烯酸、维生素类、前列腺素等外源性底物：药物、致癌物、致突变物、抗氧化剂、农药、有机溶剂、生物毒素等

药物代谢酶分布：23四.药代动力学和药效动力学

药代动力学（PK）：阐明药物在体内的吸收，分布和排泄 和生物转化。药效动力学（PD）：描述药物浓度和效应的关系。研究意义：1.药物在体内过程的处置特性（药代动力学参数）2.推论产生效应的受体或作用部位的药物浓度3.制订临床合理用药方案的参考（年龄，疾病，合并用药，长期用药的疗效异常）四.药代动力学和药效动力学药代动力学（PK）：阐明药物在体24四.药代动力学和药效动力学研究内容主要研究受体部位的药物浓度和效应的关系（血药浓度和效应）药效动力学模型药效动力学模型线形模型（直线关系）：

E=S·C+E0

E=效应强度，C=药物浓度，S=直线斜率，E0=给药前效应值可预报给药前药物效应是否为0，但不能预报最大效应对数线形模型：

E=S·logC+1(经验常数) 可预报最大效应的20%-80%之间的药物效应，但不能预报药物为0时间和最大效应。最大效应Emax模型：较宽范围内的浓度效应的关系。适应药物效应随浓度呈抛物线增加，可预报最大效应和无效应，较为符合临床观察结果。

四.药代动力学和药效动力学研究内容25四.药代动力学和药效动力学结合模型（PK-PDmodels）k12K21 K1e K13K31Ke0K10K11

药效动力学 药代动力学 X1＝中央室Xe=效应室XeX1X2X3X0四.药代动力学和药效动力学结合模型（PK-PDmodels26

五.药代动力学与临床用药

研究目的为选择最佳药物剂量、给药途径、间隔时间、剂型提供依据，以达到安全、有效的用药。

五.药代动力学与临床用药

研究目的27五.药代动力学与临床用药1.药物剂量年龄：儿童（代谢酶的同功酶类型、水平以及排泄机能）、老人病理状态：肝肾功能下降（半衰期延长、排泄速率下降），敏感性增高（甲亢对肾上腺素高度敏感）低蛋白血症（游离型药物增多）遗传：种属和个体差异与药物代谢酶遗传多态性（基因多态性）合并用药及重复用药(药酶诱导和抑制)五.药代动力学与临床用药1.药物剂量28五.药代动力学与临床用药2.给药间隔时间 血浆半衰期可作为确定给药次数，预计达到稳态时间以及停药后消除时间的重要参考。常用药物按半衰期长短可分为四类：超快消除类：t1/２≤１hr，给药次数较频繁，治疗指数大的药物以静脉给药为宜快速消除类：t1/２＝１－４hr，给药次数较频繁，治疗指数大的药物以静脉给药为宜中等消除类：t1/２＝４－８hr，可取半衰期作给药间隔消除慢或极慢类：t1/２>８－２４hr，可按每日给药一次。

五.药代动力学与临床用药2.给药间隔时间29五.药代动力学与临床用药3.给药途径和剂型与吸收速率、生物利用度密切相关(1)口服：肝首过效应、肠破坏（胰岛素、催产素）、不吸收、吸收缓慢不规则，胃肠道局部用药（抗酸药、泻药、驱虫药），CytochromeP4503A与P糖蛋白（glucoprotein）相互作用*药物被动扩散进入吸收细胞后的细胞-肠腔循环a.被P糖蛋白泵回肠道b.被吸收细胞中CYP3A代谢c.吸收进入门静脉结果：代谢增加，原型药排出机率增加五.药代动力学与临床用药3.给药途径和剂型30五.药代动力学与临床用药P-gp属于ABC（ATP-bindingcassettetransporter）转运蛋白超家族。主要功能为依赖ATP提供能量，将细胞内的有毒物质（包括药物）转运到细胞外，底物范围较广。体内分布广泛，肠道细胞高表达。P4503A为含量最高的同工酶，参与80％临床药物代谢，易被诱导。P-gp和P4503A对肠道吸收的联合作用五.药代动力学与临床用药P-gp属于ABC（ATP-bin31五.药代动力学与临床用药五.药代动力学与临床用药32五.药代动力学与临床用药(2)舌下给药：黏膜吸收快，避免消化酶和酸硷的破坏以及肝代谢的影响（硝酸甘油）。(3)直肠给药：避免胃肠破坏和消化道反应（抗菌素、复方咳喘宁）(4)注射给药（皮下、肌内、静脉）：吸收迅速，避免胃肠破坏。(5)吸入给药：气体、气雾、挥发性药物肺部吸收快（肺泡总面积90m2）,吸收速率仅次于静脉注射。(6)局部用药：皮肤黏膜、离子透入、椎管内等。(7)剂型：药物的制剂可因配方和制造工艺不同而影响其生物利用度(片剂的崩解度、溶解度等)，同一药物的不同剂型在给药途径、吸收速度、稳定性也不同。五.药代动力学与临床用药(2)舌下给药：黏膜吸收快，避免33五.药代动力学与临床用药4.临床用药个体化

由于个体差异或病理状态需根据血药浓度指导用药，结合临床观察制订合理的给药方案。(1)治疗指数低（安全范围窄）的药物：如强心甙、抗心率失常药(2)胃肠道或心、肝、肾功能损害(3)长期用药或合并用药者(4)药物的中毒症状容易与疾病本身症状相混淆者(5)临床效果不宜很快被察觉者(6)药物属于零级动力学(7)诊断和处理过量中毒者(8)新药的合理给药方案五.药代动力学与临床用药4.临床用药个体化34六.在新药开发中的作用

(DiscoveryandDevelopment)

新药研究药物设计新药开发设计先导物和结构改造侯选物药效和毒性评价六.在新药开发中的作用

(Discoveryand35（一）先导物药代特性评价的意义 1.满足临床医疗的特殊需要 2.具备药理活性和/或安全性的优势 （明显提高作用强度和选择性或作用机制新颖） 3.理想的药代动力学和/或代谢特性理想新药的特点（一）先导物药代特性评价的意义理想新药的特点36（一）先导物药代特性评价的意义新药开发现状（一）先导物药代特性评价的意义新药开发现状37（一）先导物药代特性评价的意义

失败原因 发生率（％） 药代动力学 40(18) 疗效弱/无 30(14) 动物毒性 11(36) 临床不良反应 10(7) 商业原因 5(12) 其他 4(13)

PMA/FDAPreclinicalMeeting1991/MRL1992-2001新药开发失败原因（一）先导物药代特性评价的意义 失败原因 发生率（％）新38（一）先导物药代特性评价的意义药物－药物相互作用个体差异P450基因多态性对代谢的影响依赖P450生成的活性代谢产物安全性和审批要求市场竞争避免治疗药物的监测和基因分型和特殊警告（一）先导物药代特性评价的意义药物－药物相互作用安全性和审批39（一）先导物药代特性评价的意义药物代谢(ADMET)

D分布M代谢A吸收E排泄T毒代（一）先导物药代特性评价的意义药物代谢(ADMET)DMA40（一）先导物药代特性评价的意义水溶性好（注射液剂型/口服吸收）符合预计给药途径和次数的线性药代动力学（PK）均衡清除（原型药的肾脏和胆汁分泌，数目有限的代谢产物－无活性/最小种属差异）经多个药物代谢酶催化的氧化代谢氧化代谢不主要依赖P450表达的多态性无化学活性代谢产物（毒性?)最小CYP/P-gP的抑制作用（可逆、作用机制要求）最小药物代谢酶的诱导作用一定的首过效应（最佳口服生物利用度）适当的血浆蛋白结合（<90％）较宽的治疗指数（剂量小，作用强）理想的药代特性（一）先导物药代特性评价的意义理想的药代特性41（一）先导物药代特性评价的意义药物设计针对特定靶点设计先导物对先导物进行结构改造*针对先导物的代谢特性进行结构改造(过快，或生成毒性代谢物)*合成有效代谢物或模拟有效代谢物合成新侯选物新药开发侯选物药效和毒性评价*体外侯选物代谢特性快速评价*

体内代谢以推断人体内的生物转化模式（一）先导物药代特性评价的意义药物设计新药开发42（一）先导物药代特性评价的意义1.对先导药物进行化学改造，改善药理作用，降低毒性

(1)在体内不代谢或仅经水解酶代谢的药物设计

P-C-P代替P-O-P骨吸收抑制剂焦磷酸双磷酸盐(bisphosphonates)

(到达病变部位前水解失活)（活性相似，

但不代谢，经肾排泄）特点:

*不经P450进行生物转化，

避免活性代谢物生成以降低毒性。*安全，

无显著的系统毒性。*药酶种类繁多，

底物广泛，

化合物难找。（一）先导物药代特性评价的意义1.对先导药物进行化学改造43

(2)对药物分子进行结构修饰，防止其失活 巯基保护6-

巯基嘌呤(6-mercaptopurine)

巯唑嘌呤(azathioprin)

（氧化脱硫而失效）

（保持疗效）

2.合成有效代谢物或模拟有效代谢物，

以获得新的侯选物

O-deethylation

Phenacetin

Paracetamol（高铁血红蛋白血症）

（作用更强，规定剂量内安全）

glucoronidation

Morphine

Morphine-6-glucuronnide特点：*代谢物有活性*与II相酶结合排出体外，安全性比原型药高。（一）先导物药代特性评价的意义(2)对药物分子进行结构44（一）先导物药代特性评价的意义

组合化学+计算机辅助设计+天然产物的快速分离

样品库体外药物筛选靶点－HTS自动化微量分析技术（GC/LC-MS/NMR、荧光、同位素标记等)（一）先导物药代特性评价的意义 组合化学+计算机辅45（二）体外药代特性评价药物吸收和转运－溶解度和渗透性 A.Caco-2单层细胞培养（摄取和转运）HBSScontainingdrugandP-gpinhibitorAPMonolayerCaco-2cellsBL（二）体外药代特性评价药物吸收和转运－溶解度和渗透性Mono46（二）体外药代特性评价BicycloluptakeninCaco-2cellsinthepresenceandabsenceofverapamilandCsAUnit:ng/mgprotein(*P<0.05,***P<0.001comparedwithcontrol)（二）体外药代特性评价Bicycloluptakenin47（二）体外药代特性评价B.人工磷脂双层膜（96孔板）2.药物分布－血脑屏障原代牛脑微血管内皮细胞培养（BMEC，P-gP高表达)/MDCK评价中枢神经系统药的作用特点评价非中枢神经系统药的潜在不良反应（二）体外药代特性评价B.人工磷脂双层膜（96孔板）48（二）体外药代特性评价

CellSpecies/tissueoriginCelltypeCaco-2HT-29T-84MDCK－IILLC-PK1Human/colonHuman/colonHuman/colonCanine/kidneyPorcine/kidneyepithelialepithelialepithelialepithelialepithelial常用评价肠道转运细胞模型(Hoetal.,2000)（二）体外药代特性评价CellSpecies/Cell49（二）体外药代特性评价3.参与代谢的药酶类型细胞色素P450

(cytochromeP450)药物代谢转移酶 N-乙酰化转移酶 (N-acetyltransferase)

甲基转移酶 (methyltransferase)尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶(UDPGT) 磺基转移酶

(sulfotransferase) 谷胱甘肽巯基转移酶

(GST)酯酶

乙酰胆碱酯酶 (cholinesterase)

对氧磷酸/芳香酯酶 (A-esterases)脱氢酶

乙醇脱氢酶 (ALD)

乙醛脱氢酶 (ALDH))氧化还原酶

单胺还原酶 (monoamineoxidase)超氧化物歧化酶 (superoxidase)过氧化氢酶 (catalase)

（二）体外药代特性评价3.参与代谢的药酶类型50（二）体外药代特性评价CytochromeP450s的分类和命名

Family Subfamily Speciestrivialname(ref)

P4501 2 1A1,1A2(Man,mouse,rabbit,fish)

P4502 8 2A1-3,2B1-10,2C1-15,2D1-9,2E1-2,2F1,2G1,2H1(Rat,human,mouse,chicken)

P4503 1 3A1-6(Rat,human,rabbit)

P4504 2 4A1-7,4B1(Rat,rabbit,human)

（二）体外药代特性评价CytochromeP450s的分类51（二）体外药代特性评价目的：确定药物代谢途径及相关酶 CYP3A4

特非那定(terfenadine)

C-脱烷基化

N-羟基化

4-羟基化

美芬妥英(mephenytoin)

R-美芬妥英

CYP2C11S-美芬妥英CYP3A1/2

CYP1A2

米帕明(mipramine)甲基化反应

CYP3A4

*在代谢过程中,一种酶催化多种反应,多种酶催化一种反应

（二）体外药代特性评价目的：确定药物代谢途径及相关酶52（二）体外药代特性评价体外模型

肝细胞原代培养（动物和人）HepG2细胞（人肝癌细胞）肝切片(接近整体器官）亚细胞组分(微粒体、胞浆）P450s高表达系统（人源）P450s体外重组系统

（二）体外药代特性评价体外模型53（二）体外药代特性评价CorrelationofBicyclolmetabolicrateswithcytochromeP4503Aactivitiesinuntreatedandinducedratlivermicrosomes（二）体外药代特性评价CorrelationofBicy54（二）体外药代特性评价KineticparametersofBicyclolmetabolisminrats(untreated,DEXinduced)andhumanslivermicrosomes（二）体外药代特性评价Kineticparameters55（二）体外药代特性评价4.药酶的诱导和抑制(1)药酶抑制作用(CYP1A,2C9,2C19,2D6,2E1,3A)

药物相互作用的主要原因，是评价新药进入开发的重要指标。

－对单个酶的影响（荧光法，LC-MS-MS等) －判断直接抑制/代谢后产生、可逆/不可逆共价结合。

（CYP450s酶促动力学参数分析，增加反应时间、稀释底物等）

强抑制剂 IC50<1um 中等抑制剂 1um<IC50<10um 弱抑制剂 IC50<10um （二）体外药代特性评价4.药酶的诱导和抑制56（二）体外药代特性评价PredictionofclinicalrelevanceofcompetitiveP450inhibition[I]/KiPredictionCmax/Ki﹥11﹥Cmax/Ki﹥0.10.1﹥Cmax/KiLikelyPossibleRemote(2)药酶诱导作用肝肿瘤、药物相互作用人源肝细胞和转基因细胞（诱导2-3天，酶蛋白和活性）（二）体外药代特性评价Predictionofclini57（二）体外药代特性评价Enzymesimplicatedindrugbiotransformation/clearance

ClearancemechanismPossibleenzymes/proteinsinvolvedOxidativemetabolismHydrolyticmetabolismConjugativemetabolismExcretionofunchangeddrugP450,FMO,MAO,Mo-CO,PeroxidasesEsterases,amidases,epoxidehydrolasesUGT,ST,methyltransferase,acetyltransferasesTransporters（二）体外药代特性评价Enzymesimplicated58（二）体外药代特性评价5.药物生物转化和代谢产物鉴定（生物利用度、整体消除、毒副作用）

药物代谢速率（Km,Vmax)－微粒体、肝细胞和高表达细胞

代谢产物鉴定+LC-MS-MS 底物、辅助因子、酶活性是影响结果客观性的因素。6.确定药物间相互作用 人CYP2C19

奥美拉唑(Omeprazole)

地西半血药浓度升高

地西半(Diazepam)与酶亲和力的差别

不良反应 (Extensivemetabolizers)

（二）体外药代特性评价5.药物生物转化和代谢产物鉴定（生物59（三）体内药代特性评价1.体内组合给药(鸡尾酒方法） 单个动物接受多个（5－10）低剂量(mg/kg)化学结构类似的混合物(mg/kg)，同时测定多个药物血药浓度(LC-MS-MS)。2.快速体内筛选 给药后缩短常规血样收集时间（6-8小时）或合并同一/不同时间点的样品进行测定。（适合口服系列化合物）优点： 提高体内给药的研究速度，避免体内外相关性差异。影响因素：不同代谢产物相互干扰、药酶调控导致药物相互作用、多个药物的药效和毒性对药代的影响。（三）体内药代特性评价60（四）药代特性虚拟评价1.药物吸收的评价药物分子量>500，结构中羟基和/或氨基的总数>5,氧和氮原子数>10LopP>5特点：不需生物学实验，但需要庞大的结构分析的信息库工作软件。2.底物作用部位 CYP4502B,2C9,2C19,2D6,3A的分子模型，主要用于药物设计。（四）药代特性虚拟评价1.药物吸收的评价61先导物药代特性评价进展

DrugMetabolismCoreTechnologiesAutomationBiologicalToolsInsilicomethodsLabeledcompoundsAssay(LC-MS,UV,FluorescenceEnzymes/receptors(native/mutated)AntibodiesCellandsubcellularmodelsAnimalmodels(transgenic)Models(homology/pharmacophoreProteincrystalstructure(2C5)Radiolabels(C-14,H-3,S-35)Deuterium(N15,C-13)Metabolitesandparentdrug先导物药代特性评价进展DrugMetabolismCo62七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）

1.生物药品检测方法学的建立特异性好，

灵敏度高(1)化学分析：HPLC,GC,GC-MS,LC-MS(2)同位素分析：同位素标记物（放射性和稳定性）(3)生物学分析：微生物法，尽可能用色谱法平行检查七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）1.生物药品检测方63七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）基本要求：灵敏度（sensitivity）用最低检测限或定量限表示(Limitofquantitation),标准曲线上的最低浓度，3-5个消除半衰期后或Cmax的1/10-1/20的血药浓度。特异性（specificity）证明所测物质是原型药或代谢产物，可消除内源性物质、其他代谢物和杂质的干扰。（如标准、空白、外加样品和用药后样品的色谱图）精密度(precision)用日间和日内相对标准差（relativestandarddeivation,RSD%）表示。标准曲线内的高（上限）、中、低（接近LOQ）三个浓度（5个/每个浓度），求出各自的RSD%（ng/ml>15%,ug/ml>15%）准确度（accuracy）用相对回收率（recovery）表示。标准曲线内高、中、低三个浓度，n=5标准曲线（standardcurve）在不同生物样品中的标准曲线。每条曲线五个浓度，覆盖整个生物样品的测定范围，提供线形方程和相关系数（色谱法γ>0.99,生物学γ>0.99）七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）基本要求：64七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）研究内容1.血药浓度-时间曲线取样点：9-13个，兼顾吸收相（2-3）、达峰浓度（2-3）、分布相（2-3）、消除相（3-4）采样时间：持续3-5个半衰期或Cmax的1/10–1/20动物：连续采样至少3只，非连续至少5只，口服给药应禁食12小时以上。给药途径：尽可能与临床用药一致实验剂量：三个剂量组，其中一个剂量相当于药效学有效剂量，高剂量接近于最大耐受剂量药代参数：（3P97）静脉给药---t1/2,Vd,AUC,CL等血管外给药---Cmax,Tmax,t1/2,AUC等水溶性药物---应提供血管外给药的绝对生物利用度七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）研究内容65七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）2.组织分布 了解药物在体内的主要分布组织，尤其是靶器官和毒性靶器官的分布。动物：小鼠或大鼠，每个时间点5只动物。剂量：选择一个有效剂量时间点：吸收相、分布相、消除相各选一个时间点取样器官：心、肝、脾、肺、肾、脑、胃、肠、子宫或睾丸、肌肉、脂肪等七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）2.组织分布66七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）3.血浆蛋白结合方法：平衡透析、超滤、分配平衡等浓度：3个（包括有效浓度），每个浓度重复三次。4.排泄确定药物的排泄途径、排泄速率和各途径的排泄量动物：小鼠或大鼠，至少5只动物数据剂量：选择一个有效剂量样品收集：分段收集尿液，粪便、胆汁，记录体积或重量，测定排泄量。5.结构转化创新药要了解体内代谢转化，阐明主要代谢物的结构和代谢途径、转化量，活性代谢产物（药理或毒理）要作动力学分析。

七.药代动力学研究原则及方法（化学药品）3.血浆蛋白结合67实例1－TPA血药浓度测定（iv)实例1－TPA血药浓度测定（iv)68实例1-TPA药代动力学参数实例1-TPA药代动力学参数69实例1－TPA组织分布实例1－TPA组织分布70实例1－TPA排泄实例1－TPA排泄71实例2－801血药浓度测定（po)实例2－801血药浓度测定（po)72展望PharmacologyBiologyMed.ChemDM/PK(discovery)LeadidentificationandoptimizationPharmacologicalActiveAndSelectivecompoundsDM/DK(development)SafetyAsscessment/ToxPharmaceuticalR&DClinicalPharmacologyPharmacologicalActiveandSelectivedrugMarketingNotherapeuticmonitoringNogenotypingOral(qd)dosingNoblackboxlabelingMinimizeclasslabeling展望PharmacologyBiologyMed.ChemD73思考题临床前药代动力学的主要研究内容和意义药代动力学房室模型分类和划分特点药代研究在新药开发中的作用思考题临床前药代动力学的主要研究内容和意义74新药药代动力学研究中国医学科学院中国协和医科大学药物研究所李燕新药药代动力学研究中国医学科学院中国协和医科大学75内容提纲一.药代动力学研究内容及意义二.药代动力学基本参数及房室模型分析三.药物的吸收、分布和排泄四.药代动力学和药效动力学五.药代动力学与临床用药六.药代动力学在新药开发中的应用七.药代动力学研究原则及方法内容提纲一.药代动力学研究内容及意义76一.药代动力学研究内容及意义1.定义：机体对药物的处置

(Drugmetabolismanddisposition) 用数学公式定量地描述药物在体内的吸收,分布,排泄,生物转化(ADME)的动态过程。2.意义：指导新药设计,预示人体内规律，改进药物剂型,优选给药方案。3.研究历史1924年—Widmark和Tandberg提出药代动力学的分室概念和开放式室模型。1937年---Teorell提出开放式二室模型一.药代动力学研究内容及意义77二．药代动力学基本参数及房室模型分析

生物半衰期（Halflife,t1/2）:药物(血浆)在体内消除半量所需的时间 0.693 t1/2= kel（消除速率常数）

意义：反映药物自体内的消除（生物转化和排泄）的速度

反映消除器官的功能（肝、肾）

临床确定给药次数和间隔的依据

二．药代动力学基本参数及房室模型分析

生物半衰期（Half78二．药代动力学基本参数及房室模型分析表观分布容积(Apparentvolumeofdistribution,Vd)

体内药量与血浆药物浓度间相互关系的比例常数,即药物分布在相等于其在血浆中的浓度时所占体液的体积,

不具备直接的生理意义，但可反映药物分布的广泛程度和组织的结合程度。A(体内药量)=Vd.C(血浆浓度)二．药代动力学基本参数及房室模型分析表观分布容积(Appa79二．药代动力学基本参数及房室模型分析体内总清除率(Totalbodyclearance,TBCL)

单位时间内从体内清除的表观分布容积部分,与模型无关。TBCL=代谢清除率+肾清除率(对药物清除率得出正确估算的唯一常数)

A(体内药量）

TBCL= AUC（药时曲线面积）二．药代动力学基本参数及房室模型分析体内总清除率(Total80二．药代动力学基本参数及房室模型分析血药浓度-时间曲线下面积（AUC）

血药浓度数据对时间作图，所得曲线下的面积，用于绝对（F）和相对（Fr）生物利用度以及其他动力学参数的计算。

二．药代动力学基本参数及房室模型分析血药浓度-时间曲线下面积81二.药代动力学基本参数及房室模型分析二.药代动力学基本参数及房室模型分析82二．药代动力学基本参数及房室模型分析生物利用度（bioavailability）

药物以活性形式进入血液循环的速度和相对量，反映药物的吸收程度。比较静脉和口服给药后血药和尿药浓度。

AUCoral

如静脉和口服给药剂量相同，F= X100% AUCiv

Div·AUCoral如静脉和口服给药剂量不相同，F= X100% Doral·AUCiv

二．药代动力学基本参数及房室模型分析生物利用度（bioava83二．药代动力学基本参数及房室模型分析平均稳态血药浓度(SteadyState,SS)

在恒定给药间隔重复给药时，体内药物浓度和血药浓度达到稳态，即任一剂量间隔内的药时曲线都相同（4-6个半衰期）。如服药时间间隔短于半衰期，药物易产生蓄积。 AUCCss= τ(两次给药相隔时间)当药物全部吸收时，如τ<t1/2的1.4倍，产生蓄积

1.4t1/2 AUC

Ra=理想τ值= τ Css

二．药代动力学基本参数及房室模型分析平均稳态血药浓度(Ste84二．药代动力学基本参数及房室模型分析首过效应

口服给药时，部分药物被肝组织代谢或与肝蛋白结合，进入体循环的药量少于吸收量，口服给药的AUC小于静脉给药的AUC.

静脉给药剂量 R=口服AUC和静脉AUC之比R=1-静脉给药AUCxQ Q=血液通过肝脏的流速

二．药代动力学基本参数及房室模型分析首过效应85二．药代动力学基本参数及房室模型分析速率过程（Rateprocess）

药物通过生物膜的运动，即吸收，扩散，消除的过程。一级速率过程：药物从膜的A侧转到B侧，或从房室1转到房室2,与A侧或 房室1的浓度成正比。药物的吸收、扩散、代谢及肾清除率，静脉给药

一级动力学特点：T1/2与剂量无关排泄代谢物的成分与剂量无关AUC与单剂量成正比尿中药物的量与单剂量的总量成正比在剂量较宽的范围内,平均稳态血浆浓度与所给剂量成正比服用单剂量后,尿排药量随AUC的改变而改变

二．药代动力学基本参数及房室模型分析速率过程（Ratepr86二．药代动力学基本参数及房室模型分析零级速率过程：药物从房室1到房室2的转运在任何时候为恒定且与药物浓度无关。如以恒定的速度静脉滴注受酶活力限制的速率过程：药物浓度过高而出现饱和现象时（Michaelis-Menten）高浓度----零级速率过程

降解酶饱和低浓度-----一级速率过程

膜载体饱和特点：体内药物浓度下降不呈指数关系排除剂量的50%所需的时间随剂量的增加而增加AUC与药物吸收量不呈正比排泄物的组成受剂量剂型的影响其他药物的竞争性抑制维持剂量的增加可引起稳态浓度的几倍增加

二．药代动力学基本参数及房室模型分析零级速率过程：药物从房室87二．药代动力学基本参数及房室模型分析一室模型

二室模型

三室模型

一室中央室外周室外周室中央室外周室一室模型：药物进入体循环，瞬即形成均一单元，多分析口服和肌注后 血药和尿药的分析二室模型：药物瞬间均匀地分配到中央室和较慢地分配到周边室。中央室-----血供充盈，易于转运的组织（心，肝，肾，腺体）周边室------脂肪，皮肤，静止状态的肌肉等三室模型：中央室连接两个外周室（浅表和深部）

二．药代动力学基本参数及房室模型分析一室模型 二室模型 88二．药代动力学基本参数及房室模型分析房室模型

药物在其中均匀分布的身体体腔的理论体积,体内转运机制相似的部位可归于同一房室，不代表具体器官和组织。2.不受生理功能限制，同一房室的各组织药量也不等。3.房室划分与器官的血流量,膜的通透性,药物与组织的亲和力有关。二．药代动力学基本参数及房室模型分析房室模型89三.药物的吸收、分布和排泄1.药物吸收：药物（原型药）从给药部位进入血液的过程。(1)消化道:胃（面积1m2,血流150ml/min,pH1-2) 小肠（面积200m2,血流1000ml/min)

影响因素药物剂型：解离度、脂溶性、溶解度、晶型等。血流：灌注速率（ml/min•ml组织）状况：胃排空、食物（成分、量、时间）肠蠕动（促进崩 解、影响吸收）转运蛋白：P-糖蛋白代谢转化：首过效应疾病：痢疾（吸收），库欣病（肠壁增厚，吸收减少）药物相互作用：金属离子与药物形成复合物，氢氧化铝吸附药物。种属差异：肠道菌类型和量，胆汁流量和胆酸生成，组织pH,首过效应。年龄和遗传：发育-代谢酶、胃pH，血浆蛋白结合,衰老-疾病、肝肾功能、生活方式和环境三.药物的吸收、分布和排泄1.药物吸收：药物（原型药）从给90三.药物的吸收、分布和排泄（2）呼吸道（鼻腔、喉、气管、支气管、肺）

表面积大，血供丰富，吸收快、无首过效应，要求特殊剂型。（3）舌下及直肠

无首过效应。避免胃肠反应和小儿服药困难。三.药物的吸收、分布和排泄91三.药物的吸收、分布和排泄2.药物分布：药物由血液运送到机体各组织器官的过程。（1）组织血流量和亲和力-灌注速率是限速因素，多少取 决于亲和力。（2）屏障：血脑（脂溶性）、血-脑脊液、胎盘。（3）血浆蛋白结合：失活，有效运输

K1 D+PDP

K2（4）蓄积：连续用药在末梢器官药物浓度逐渐上升。三.药物的吸收、分布和排泄2.药物分布：药物由血液运送到机体92三.药物的吸收、分布和排泄3.

药物代谢：药物经过酶促反应，发生结构改变，生成代 谢产物。反应类型氧化：脂肪族、芳香烃、N-氧化，O-脱烃，S-氧化还原：偶氮、硝基、羰基、还原脱卤水解：羧酸酯、氨基甲酸酯、酰胺和酰肼结合：UDPGA,PAPS,氨基酸，GSH。三.药物的吸收、分布和排泄3.药物代谢：药物经过酶促反应，93药物代谢酶细胞色素P450

(cytochromeP450)药物代谢转移酶

N-乙酰化转移酶 (N-acetyltransferase) 甲基转移酶 (methyltransferase) 尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferase) 磺基转移酶 (sulfotransferase) 谷胱甘肽巯基转移酶 (glutathioneS-transferase)酯酶

乙酰胆碱酯酶(cholinesterase)

对氧磷酸/芳香酯酶 (A-esterases)脱氢酶

乙醇脱氢酶 (alcoholdehydrogenase)

乙醛脱氢酶 (aldehydedehydrogenase)氧化还原酶

单胺还原酶 (monoamineoxidase)

超氧化物歧化酶 (superoxidase)

过氧化氢酶 (catalase)

药物代谢酶细胞色素P450 (cy94药物代谢酶

Conjugate Conjugatingagent

Conjugatingagent PhaseII(GST,UDPGT)

PhaseII

(GSH,UDPGA,SO42-)Xenobiotics

Metabolite

Excreted

PhaseI(P450)

Oxidation

Cytotoxicity ReductionMutagenicity HydrolysisCarcinogenecity

外源物体内代谢途径药物代谢酶 Conju95药物代谢酶CyP450组成: CytochromeP450 Cytochromeb5 NADPH-cytochromeP450reductase Cytochromeb5reductase Phospholipid

CytochromeP450: 底物和分子氧的结合部位，决定底物和产物的特异性。

Cytochromeb5NADPH-cytochromeP450reduct参与CYP450催化反应的电子传递Cytochromeb5reductase

Phospholipid：肝细胞内质网干重的30-40%，可加速电子传递，提高CYP450

的氧化作用药物代谢酶CyP450组成:96药物代谢酶分布： 哺乳动物：肝脏为主（微粒体、线粒体、核）、肺、皮肤、小肠黏膜、结肠、肾上腺、 肾脏、睾丸、卵巢、脑、淋巴细胞、前列腺等。非哺乳动物：植物、细菌、昆虫、真菌等。 分布的选择性与外源物进入机体的途径和代谢转化、排泄密切相关，利于CYP450生理功能的发挥。肝外组织

脑P450:表达低（为肝脏1-10%），参与神经递质和类固醇的合成降解（性发育和功能）小肠P450:含量高，对诱导剂敏感，参与药物的生物转化催化反应及机制:RH+NADPH+H++O2ROH+NADP+H2O反应类型：

氧化（羟化、环氧化、脱烃、脱氨、脱硫、脱卤）还原（硝基、偶氮、卤代）内源性底物：类固醇激素、脂肪酸、胆酸、花生四烯酸、维生素类、前列腺素等外源性底物：药物、致癌物、致突变物、抗氧化剂、农药、有机溶剂、生物毒素等

药物代谢酶分布：97四.药代动力学和药效动力学

药代动力学（PK）：阐明药物在体内的吸收，分布和排泄 和生物转化。药效动力学（PD）：描述药物浓度和效应的关系。研究意义：1.药物在体内过程的处置特性（药代动力学参数）2.推论产生效应的受体或作用部位的药物浓度3.制订临床合理用药方案的参考（年龄，疾病，合并用药，长期用药的疗效异常）四.药代动力学和药效动力学药代动力学（PK）：阐明药物在体98四.药代动力学和药效动力学研究内容主要研究受体部位的药物浓度和效应的关系（血药浓度和效应）药效动力学模型药效动力学模型线形模型（直线关系）：

E=S·C+E0

E=效应强度，C=药物浓度，S=直线斜率，E0=给药前效应值可预报给药前药物效应是否为0，但不能预报最大效应对数线形模型：

E=S·logC+1(经验常数) 可预报最大效应的20%-80%之间的药物效应，但不能预报药物为0时间和最大效应。最大效应Emax模型：较宽范围内的浓度效应的关系。适应药物效应随浓度呈抛物线增加，可预报最大效应和无效应，较为符合临床观察结果。

四.药代动力学和药效动力学研究内容99四.药代动力学和药效动力学结合模型（PK-PDmodels）k12K21 K1e K13K31Ke0K10K11

药效动力学 药代动力学 X1＝中央室Xe=效应室XeX1X2X3X0四.药代动力学和药效动力学结合模型（PK-PDmodels100

五.药代动力学与临床用药

研究目的为选择最佳药物剂量、给药途径、间隔时间、剂型提供依据，以达到安全、有效的用药。

五.药代动力学与临床用药

研究目的101五.药代动力学与临床用药1.药物剂量年龄：儿童（代谢酶的同功酶类型、水平以及排泄机能）、老人病理状态：肝肾功能下降（半衰期延长、排泄速率下降），敏感性增高（甲亢对肾上腺素高度敏感）低蛋白血症（游离型药物增多）遗传：种属和个体差异与药物代谢酶遗传多态性（基因多态性）合并用药及重复用药(药酶诱导和抑制)五.药代动力学与临床用药1.药物剂量102五.药代动力学与临床用药2.给药间隔时间 血浆半衰期可作为确定给药次数，预计达到稳态时间以及停药后消除时间的重要参考。常用药物按半衰期长短可分为四类：超快消除类：t1/２≤１hr，给药次数较频繁，治疗指数大的药物以静脉给药为宜快速消除类：t1/２＝１－４hr，给药次数较频繁，治疗指数大的药物以静脉给药为宜中等消除类：t1/２＝４－８hr，可取半衰期作给药间隔消除慢或极慢类：t1/２>８－２４hr，可按每日给药一次。

五.药代动力学与临床用药2.给药间隔时间103五.药代动力学与临床用药3.给药途径和剂型与吸收速率、生物利用度密切相关(1)口服：肝首过效应、肠破坏（胰岛素、催产素）、不吸收、吸收缓慢不规则，胃肠道局部用药（抗酸药、泻药、驱虫药），CytochromeP4503A与P糖蛋白（glucoprotein）相互作用*药物被动扩散进入吸收细胞后的细胞-肠腔循环a.被P糖蛋白泵回肠道b.被吸收细胞中CYP3A代谢c.吸收进入门静脉结果：代谢增加，原型药排出机率增加五.药代动力学与临床用药3.给药途径和剂型104五.药代动力学与临床用药P-gp属于ABC（ATP-bindingcassettetransporter）转运蛋白超家族。主要功能为依赖ATP提供能量，将细胞内的有毒物质（包括药物）转运到细胞外，底物范围较广。体内分布广泛，肠道细胞高表达。P4503A为含量最高的同工酶，参与80％临床药物代谢，易被诱导。P-gp和P4503A对肠道吸收的联合作用五.药代动力学与临床用药P-gp属于ABC（ATP-bin105五.药代动力学与临床用药五.药代动力学与临床用药106五.药代动力学与临床用药(2)舌下给药：黏膜吸收快，避免消化酶和酸硷的破坏以及肝代谢的影响（硝酸甘油）。(3)直肠给药：避免胃肠破坏和消化道反应（抗菌素、复方咳喘宁）(4)注射给药（皮下、肌内、静