,曾苏浙江大学药学院,ADME在药物研发中的作用- 从成药性评价到新药转化研究,主要内容,新药转化研究的背景和成药性评价的意义 基于细胞模型的药物吸收转运成药性评价 基于药物代谢稳定性的成药性评价 基于DMEs诱导和抑制的药物成药性评价 基于药物代谢的毒性预测 基于DMEs的新药设计,一. 新药转化研究的背景和成药性评价的意义,新药研发是一复杂的庞大系统工程,所涉及的学科门类众多 转化研究有助于构建创新药物的基础研究、临床前研究和临床疗效评价直至新药制造和临床应用的系统研发链 顺畅基础医学和生物学与创新药物研发、临床医学之间的双向信息和研究关联 缩短创新药物从实验室到临床应用的研发周期 对于提高新药研发效率十分重要,药学学报，2011；46: 19-29,USFDA, innovation/ stagnation :challenge and opportunity on the critical path to new medical products，2004 “关键路径行动计划”（The Critical Path Initiative） 新药、生物制品和医疗器械研发、评价、生产和使用整个过程转化研究(translation research)的国家策略，以缩小大量生物医学和技术的发现与新药成功率之间的鸿沟,苏格兰卫生部与全球最大制药公司之一的惠氏制药公司合作,共同启动世界上第一个转化医学合作研究中心 罗氏公司投资7100万美元，在新加坡设立转化医学研发中心 阿斯利康公司建立阿斯利康中国创新中心，并开展精神疾病基因及药物研发领域的转化医学研究 ,药物转化研究ADME评价贯穿始终,Hodgson J. ADMET-turning chemicals into drugs. Nature Biotechnol. 2001;19:722-6.,DM/PK,Reasons for attrition (19912000).,先导物的优化是对分子的理化性质、药代和药效的综合修饰 过分强调药效强度和选择性，追求高活性，而忽略理化和药代性质，会导致药物的效力低下 往往也是体外有活性而体内无效的原因,成药性评价的意义,评价和预测基于药物代谢的潜在药物相互作用是新药研发中的重要环节，美国、欧洲、日本等国的新药注册审批部门对CYPs引起的药物相互作用都十分重视，发布了一系列研究指导原则 1. 美国FDA, Drug Metabolism/Drug Interaction Studies in the Drug Development Process: Studies In Vitro，1997； 2. In Vivo Drug Metabolism/Drug Interaction Studies-Study Design, Data Analysis, and Recommendations for Dosing and Labeling，1999 ； 3. 日本，Methods of Drug Interaction Studies,2001,并不是所有的药物-药物相互作用都由CYPs引起，也可由UGTs或转运体引起，导致药物吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADME/T）性质改变,美国FDA在2006年指南中（Drug Interaction Studies Study Design, Data Analysis, and Implications for Dosing and Labeling），增加了转运体P-gp的研究内容 2012年美国FDA指南中又新增UGTs和6种转运体BCRP,OATP1B3,OATP1B1,OCT2,OAT1,OAT3（Drug Interaction Studies Study Design, Data Analysis, Implications for Dosing, and Labeling Recommendations） 欧洲EMA2010年指南中还列有胆酸盐外排泵(BSEP)和OCT1（Guideline on the Investigation of Drug Interactions）；转运体总数达到9种,CYPs,人源化转基因动物,摄入型转运体 将内外源性物质摄入细胞内，包括有机阴离子转运多肽家族（OATP）、有机阴离子转运体家族（OAT）、有机阳离子转运体家族（OCT）外排型转运体 多药耐药蛋白（MDR）、多药耐药相关蛋白（MRP）、乳腺癌耐药相关蛋白（BCRP）以及肝脏胆盐外排泵（BSEP）,二、基于细胞模型的药物吸收和转运成药性评价,Absorption Distribution Metabolism Excretion,红色标记的是美国FDA明确要求的转运体,1 2 3 4 MDCK Caco-2 Western blot 检测四株MDCK/MDR1细胞P-gp的表达,Bcap37 1 2 3 4,Western blot 检测四株Bcap37/MDR1细胞P-gp的表达,药物吸收和转运细胞模型,Caco-2 cell,World J Gastroenterol. 2004;10(9):1365-8.,鉴定P-gp底物或抑制剂的体外试验方法,1. 抗病毒候选药物RDSS Caco-2细胞双向转运透过实验,该有效部位的透过系数很小，总透过率小于1%，并是外排泵P-gp的底物；再经过动物口服实验的验证，在各时间点未检测到有效部位化合物及代谢物。,加入P-糖蛋白抑制剂或底物后,在caco-2细胞单层的透过性增强。认为是P-糖蛋白的底物 结论：该化合物难于制成常规口服制剂,J Pharm Pharmacol. 2005;57:1297-303,2.Effects of inhibitors (100 mol/L) on the transport of Ast or Tax across Caco-2 cell monolayer,Papp非常相近，且均小于1 10-6 cm/s,落新妇苷和花旗松素分别为P-gp和MRP2的底物 外排转运蛋白是限制其口服BA的主要因素之一(大鼠中的绝对生物利用度为0.066%和 0.17% ),Int J Pharmaceut 2009;378:18,花旗松素和落新妇苷对P-gp具有诱导效应 P-gp在蛋白表达及mRNA表达水平上均有上调 增加R123在Caco-2细胞中的外排,Int J Pharmaceut 2009;378:18,LLC-PK1/BCRP细胞 +抑制剂,LLC-PK1/BCRP细胞,转运实验: 莲心碱外排作用强烈，在LLC-PK1/BCRP细胞上的净外排比为2.87 加入BCRP的抑制剂CsA和GF120918后，净外排比显著降低至1左右,细胞摄取实验,3. CNS BBB,CNS BBB CD,poorly permeability: 05; moderately permeability : 01, 02,03; well permeability : 04, R02 and R05 may be the substrates of P-gp,底物 Substrate: Drug is metabolized by the enzyme system 诱导剂 Inducer: Drug that will increase the activity or synthesis of CYP450 enzymes 抑制剂 Inhibitor: Drug that will decrease the metabolism of a substrate,三、基于药物代谢稳定性的成药性评价,CYPs,UGTs,药物代谢酶,UGT1A1, 1A3, 1A4, 1A6, 1A9, 2B7, 2B15,in vitro studies can be conducted using recombinant human DMEs,P450,UGT,DM/PK对新药研发的意义,任何药物在体内都有其发挥疗效的有效期，因为大部分药物在体内都会被代谢而失去活性 代谢可以使脂溶性药物转变为水溶性化合物，从而加速药物从体内的排泄,Drug,Metabolism,Drug,OH,Drug,OGlu,Conjugation,Excretion,指导结构修饰,若CYP酶代谢消除占药物总消除的 25%时，则必须鉴定哪种CYP酶参与代谢将药物和肝细胞或微粒体共孵育，然后分析孵育介质或细胞内容物（ HPLC-UV、荧光或放射性检测，HPLC-MS/MS）。可对形成的代谢物直接鉴定,In Vitro Methods for Determination of Metabolic Stability,Phase I代谢,Phase I & II,同工酶,代谢物结构鉴定,细胞代谢,Isolated hepatocytes,models and techniques used to study DM In vitro,Enzyme: Isolated hepatocytes and precisioncut liver slices Subcelluar fractions (hepatic microsomes, S9, Cytosol) 3. Human recombinant enzyme, Pure human enzyme,Inhibitor: 1. Chemical inhibitors 2. Antibody 3. RNAi,Inducer: 1. Chemical inducers 2. Ligands of nuclear receptors,Anal technique: 1. Sensitive and specific assays 2. RT-PCR 3. Western Blot 4. Reporter gene assay,酶底物的鉴定方法: 抑制剂探针法,General Method,Human tissues, Subcellular liver tissue fractions,New Drug,Metabolite,Chemical Inhibitor Antibody RNAi Chemical Inducer,Identify DMEs Substrate, Isoform,Analytical Method,人重组药物代谢酶 确证,The effects of P450 specific chemical inhibitors on ECB oxidative metabolism in human liver microsomes,CYP3A,CYP1A2,3A4,CYP1A2,CYP2D6,CYP2E1,CYP2C9,CYP2C19,Zhang X, et al, Drug Metab Dispo,2010,HLM,(A) SCAN-ESI of HLM incubate(B) SIR-ESI (211) of HLM incubate (C) Negative-ion ESI-MS/MS spectrum of the deprotonated metabolite ions (211),Human recombinant CYP3A4,UGTs的抑制剂丙磺舒和丙戊酸 (UGT通用抑制剂) 胆红素,阿扎那韦 (UGT1A1) 槲皮素 (UGT1A3) 三氟拉嗪 (UGT1A4) 保泰松 (UGT1A6) 丙泊酚 (UGT1A9) 双氯酚酸钾 (UGT2B7),