药物代谢稳定性筛选的研究进展 翁 骏综述 吕秋军

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原形化合物变化量的检测lc2ms由于其高灵敏度高选择性便于自动化等特点在体外代谢稳定性检测中的应用已经相当普遍结合数据自动分析处理软件可实现样品定量分析的自动化引入在线提取技术和柱切换系统可使每样本分析时间降至10min以内在常规lc2ms基础上建立的交替并行分离staggeredparallelseparationlc2ms技术用两个六通阀实现了样品的在线提取并充分利用梯度洗脱开始和结尾阶段的检测空白窗使不同样品交替通过两根色谱柱后进入ms检测进一步提高了检测效率
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Foreign Medical Sciences Section of Pharmacy 2006 Jun;33(3)
化不良,曾采用各 种 方 法 寻 找 它 的 替 代 品:(1)原 代 肝细胞的永生化;(2)控制培养条件选出特定功 能 的 肝细胞系;(3)转分化人类前体细胞如骨髓间质 造 血 干细胞成为肝 细 胞。 迄 今,还 没 有 找 到 一 个 稳 定 的 细胞系能像原代肝细胞那样同时具有代谢转运和酶 诱导等分化功能。
CYP 的催化作用依赖于还原 型辅酶Ⅱ(NADPH)、 NADPH-P450 还 原 酶、细 胞 色 素 b5 和 氧 分 子。因 此, 测量代谢反应中氧或 NADPH 的消耗可以反映化合物 的代谢速度,而不用测定原形化合物的消失量。检 测 方法包 括:(1)基 于 NADPH 消 耗 的 检 测 法,NADPH 是 CYP 介导的氧化代谢反 应 中 重 要 的 辅 因 子,电 子 从 NADPH 传 递 至 CYP 酶,随 后 活 泼 氧 中 的 两 个 氧 原子其中 一 个 插 入 底 物,另 一 个 形 成 水,在 此 过 程 中,NADPH 的消耗量可反映底 物 的 代 谢 量;(2)基 于 氧 消 耗 的 检 测 法 ,采 用 这 种 方 法 基 于 一 个 前 提 ,即 认 为在 CYP 参与的代谢反应 中,氧 分 子 的 消 耗 量 应 与 底 物 的 代 谢 量 成 正 比 ;(3)基 于 过 氧 化 氢 消 耗 的 检 测 法,过氧化氢和过氧酸等 氧 化 剂 在 CYP 催 化 的 反 应 中可以代替氧气 和 一 个 电 子 供 体,被 称 作 过 氧 化 物 旁路,特定过氧化 物 的 消 耗 量 可 在 一 定 程 度 上 反 映 底物 的 消 耗 量;(4)基 于 活 性 氧 簇( reactive oxygen species,ROS)生成的检测法,在代谢 反应 过程中 CYP 不仅 催 化 底 物 的 氧 化,还 参 与 生 成 ROS,如 超 氧 化 物、过氧 化 氢 和 氢 氧 根。 采 用 此 种 方 法 的 前 提 是: (1)大多 数 CYP 介 导 的 氧 化 反 应 中,底 物 的 转 化 和 ROS 的生成呈正比关系;(2)ROS 可使无荧 光前 体转 化为荧光产物用于检测,该 反 应 的 速 度 与 ROS 的 生 成和底物的消 耗 成 正 比。 值 得 注 意 的 是,虽 然 这 些
2 检测方法 2.1 给药和取样
进 行 代 谢 稳 定 性 检 测 时,将 不 同 浓 度 化 合 物 或 多 个 化 合 物( 盒 式 给 药 )与 肝 微 粒 体 或 细 胞 共 温 孵 于 细胞培养板,在微粒体中温孵 0 . 5 ~ 1 h,在肝细 胞 中 温孵 2 ~ 4 h,然 后 于 多 个 时 间 点( multiple-time-point) 取样,以液相 色 谱-质 谱 法(LC-MS)检 测 原 始 药 量 和 代 谢 后 剩 余 药 量 ,或 检 测 代 谢 产 物 的 生 成 量 ,根 据 计 算半 衰 期 和 Cl int 将 代 谢 稳 定 性 划 分 为 高、中、低 三 级。盒式给药法可以快速同时考察多个化合物的代 谢 ,但 可 能 存 在 药 物 间 相 互 作 用 而 使 结 果 出 现 误 差 , 常以盒 式 分 析( cassette analysis)方 法 代 替。 与 多 时 间 点 取 样 法 相 比,Wyeth-Liss 公 司 设 计 的 单 时 间 点 (single-time-point)取 样 法 仅 需 测 定 原 始 药 量 和 一 个 时 间 点 剩 余 药 量[5],可 提 高 检 测 通 量 并 减 少 样 本 量 , 所测得结果与多时间点取样法基本一致。 2.2 原形化合物变化量的检测
1 体外代谢研究系统 肝脏 是 药 物 代 谢 的 主 要 器 官,含 有 大 部 分 代 谢
活 性 酶 ,多 数 体 外 代 谢 系 统 是 以 肝 脏 为 基 础 建 立 的 , 包括微粒体、S9(肝脏 匀 浆 9 000 g 离 心 的 上 清 液)、 肝切片、原代培养 肝 细 胞、肝 细 胞 系、线 粒 体 和 胞 质 液等。肝微粒体 由 于 原 材 料 易 得、易 于 制 备 和 保 存 等优点得到广泛 应 用,但 在 制 备 过 程 中 会 损 失 大 量 胞溶酶,导致Ⅱ 相 代 谢 能 力 的 缺 失。 肝 切 片 和 原 代 培养肝细胞保留了肝脏原有的代谢功能和细胞分化 状 态 ,几 乎 包 含 参 与 药 物 代 谢 过 程 的 所 有 成 分 ,包 括 肝药酶和转运蛋白,如多药耐药蛋白(MDR)、多 药 耐 药相关蛋白(MRP)、有 机 阴 离 子 转 运 蛋 白(OAT)等, 故更接近于体内状况。肝切片除保留了肝实质细胞
LC-MS 由于其高灵敏度、高选择性、便于 自 动 化 等特点在体外代谢稳定性检测中的应用已经相当普 遍,结合数据自动 分 析 处 理 软 件 可 实 现 样 品 定 量 分 析的自动化,引入 在 线 提 取 技 术 和 柱 切 换 系 统 可 使 每样本分析 时 间 降 至 10 min 以 内[6]。 Wu[7]在 常 规 LC-MS 基础上建立的交替并行分离(staggered parallel separation)LC-MS 技术,用 两 个 六 通 阀 实 现 了 样 品 的 在线提取,并充分 利 用 梯 度 洗 脱 开 始 和 结 尾 阶 段 的 检测空白窗,使不 同 样 品 交 替 通 过 两 根 色 谱 柱 后 进 入 MS 检测,进一步提 高 了 检 测 效 率。 然 而,真 正 意 义上 的 并 行 LC-MS 方 法 要 求 能 够 实 现 不 同 的 样 品 平行进样,以 一 台 MS 仪 同 时 进 行 检 测。 多 路 传 输 (MUX)电 喷 雾 接 口 的 发 明 是 MS 技 术 上 的 一 个 突 破,通过其 可 将 并 行 色 谱 柱 与 MS 仪 相 连,用 一 台 MS 仪 同 时 检 测 不 同 化 合 物。 Fang 等[8]使 用 Gilson 215 自动取样装置从 96 孔 板 中 取 样,每 次 将 8 个 样 品 同 时 进 样 ,用 相 同 的 条 件 进 行 梯 度 洗 脱 ,通 过 八 个 短色谱柱分 离 后 分 别 进 入 选 定 波 长 的 UV 检 测 器, 分离出的少量洗脱液注入配有八通路电喷雾离子源
目前,大 鼠 的 原 代 肝 细 胞 和 人 肝 微 粒 体 已 在 高 通量代谢稳定性 筛 选 阶 段 中 获 得 普 遍 使 用,而 人 肝 细胞一般用于已筛选出的性质较为优良的化合物, 以估算药物经人体的清除及给药剂量。由于新鲜分 离的人肝细胞不 易 得 到,并 且 可 能 在 培 养 过 程 中 分
收 稿 日 期 :2005-10-13 作者简介:翁 骏,男,在 读 硕 士 研 究 生,研 究 方 向:新 药 筛 选, Tel:010-68180392,E-mail:wengjunpharm @ hotmail . com * 通讯作者:吕 秋 军,男,研 究 员,硕 士 生 导 师,研 究 方 向:新 药 药 理,Tel:010-66932201,E-mail:luqj66 @ yahoo . com . cn
பைடு நூலகம்
的飞行时间质 谱(TOF - MS)进 行 检 测,可 实 现 每 日 对3 200个样 品 的 检 测。 这 项 技 术 在 化 合 物 定 性 方 面十分出色,但定 量 方 面 仍 有 待 改 进,例 如,当 浓 度 大于 100 µg·L - 1 时 喷 雾 器 之 间 存 在“串 线”现 象,其 检测灵敏度也低于单喷雾接口 MS。 2.3 代谢产物的鉴定
代谢稳定性一般被用来描述化合物代谢的速度 和程度,是 影 响 药 代 动 力 学 性 质 的 主 要 因 素 之 一。 代谢稳定性低意味着化合物在体内较容易被代谢, 往往预示着不良 的 药 代 动 力 学 性 质,如 口 服 生 物 利 用度低、作用时 间 短。 理 想 的 候 选 药 物 不 仅 需 要 较 强 的 活 性 ,还 必 须 有 适 宜 的 作 用 时 间 ,其 受 制 于 药 物 本身的药代动力 学 性 质,很 大 一 部 分 药 物 由 于 药 代 动力学的原因而失败(18 % )。在药物发现 过 程 中的 较早时期进行代 谢 稳 定 性 的 研 究,将 会 降 低 后 期 临 床 前 试 验 失 败 的 发 生 率 ,节 省 开 发 经 费 ,是 化 合 物 优 化过程重要的组成部分。
外 ,还 有 其 他 可 能 对 代 谢 有 用 的 细 胞 ,但 底 物 不 易 扩 散至组织的内部,测 得 的 清 除 值 有 可 能 低 于 微 粒 体 和肝细胞悬液。原代培养肝细胞被认为是体外代谢 稳定性研究中较 佳 的 模 型,过 去 几 十 年 已 发 展 出 多 种原代培养肝细 胞 体 外 孵 育 和 培 养 条 件,如 单 层 细 胞 培 养 、胶 原 夹 心 培 养 、新 鲜 或 冷 冻 保 存 肝 细 胞 悬 液 等。McGinnity 等[1]的实验 表 明,人 和 狗 肝 细 胞 在 液 氮中冷冻保存 1 年 以 上 仍 保 持 较 好 的 酶 活 性,可 用 于体 外 药 物 代 谢 性 质 研 究。 但 Sohlenius-Sternbeck 等[2]也有研究发 现,冷 冻 的 人 和 大 鼠 肝 细 胞 中 谷 胱 甘肽水平显 著 下 降,对 其 Ⅱ 相 代 谢 能 力 有 所 影 响。 最近出现的一种肝细胞和肠道细菌联合培养系统, 将肝细胞和肠道细菌分别培养于有氧室和缺氧室, 待测化合物通过 两 室,先 后 经 肝 细 胞 和 肠 道 细 菌 代 谢,可用于研究肝 细 胞 和 肠 道 细 菌 之 间 的 代 谢 相 互 作用[3]。 Lau 等[4]采 用 Caco-2 和 人 肝 细 胞 混 合 系 统,可同时考察吸 收 和 首 过 代 谢 对 口 服 药 物 生 物 利 用度的影响。此外,肝肿 瘤 细 胞 系 如 HepG2,BC2 和 Hep3B 等曾被用来代替原代肝细 胞进 行药物 代谢研 究,但是 由 于 细 胞 色 素 P450( CYP)表 达 低、难 于 诱 导 、缺 乏 转 运 载 体 等 缺 点 ,限 制 了 其 应 用 。 一 些 转 基 因细胞 系,如 表 达 CYP,UGT 的 V79 细 胞 系 和 表 达 CYP1A2,CYP2A6,CYP2E1,CYP3A4 和环氧 化合 物水 解酶的 MLC-5 细 胞 系 在 生 物 转 化 研 究 中 也 有 所 应 用。
对于稳定性差的化合物有时需要得到代谢产物 的 结 构 信 息 ,明 确 代 谢 发 生 的 物 质 基 础 ,以 利 于 化 合 物的进一步改 造。 通 常,检 测 代 谢 稳 定 性 和 鉴 定 代 谢产物是两个独 立 的 部 分,通 过 编 程 控 制 已 可 将 代 谢产物的鉴定与 代 谢 稳 定 性 的 测 定 进 行 整 合,当 设 定时间点原形化合物的消失量满足条件时即自动重 新进样进行 MS / MS 检测,代谢产物数据最后 通过代 谢物识别软件进行辅助 分 析。当 MS 不 能 满 足 化 合 物结构解析要 求 时 需 要 使 用 磁 共 振(NMR),但 传 统 的 NMR 对化合物的量和纯度要求限制了测定 速度, 最近 发 展 的 LC-NMR 和 LC-NMR-MS 技 术 省 去 了 分 离 纯 化 步 骤 ,能 显 著 降 低 成 本 、缩 短 代 谢 产 物 鉴 定 时 间 ,也 有 望 引 入 高 通 量 检 测 过 程 。 2.4 其他代谢稳定性的检测方法
国外医学药学分册 2006 年 6 月 第 33 卷 第 3 期
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药物代谢稳定性筛选的研究进展
翁 骏综述 吕秋军*审校
(军事医学科学院放射与辐射医学研究所,北京 100850)
摘要:在药物发现过程中,药代动力学 研 究 成 本 高、耗 时 长,已 成 为 制 约 新 药 开 发 速 度 和 成 功 的 瓶 颈 。 因 此 ,有 必 要 在 药 物 发 现 过 程 的 早 期 阶 段 进 行 代 谢 稳 定 性 检 测 ,及 早 淘 汰 代 谢 性 质 不 良 的 化 合 物。随着组合化学和高通量药理活性筛选技术的 发展,在药 物 发 现 早 期 阶 段 进 行 高 通 量 代 谢 稳 定 性 检 测 的 需 求 日 渐 迫 切 ,本 文 综 述 了 新 药 筛 选 过 程 中 代 谢 稳 定 性 的 研 究 进 展 。 关 键 词 :代 谢 稳 定 性 ;高 通 量 检 测 ;虚 拟 筛 选 中图分类号:R967;R969 . 1 文献标识码:A 文章编号:1001-0971(2006)03-0211-04
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