2011 第二单元 二相反应

HN
3
3
OH
HO
COCH
O
SO
3
H
O
NAPQI
N-acetyl-p-benzoquinone imine
24
2.1.4 氨基酸结合(药物活化后再反应）
许多羧酸类药物或代谢中间体在体内通过酶催化形成CoA衍
生物后, 与内源性胺类物质(氨基酸)形成结合物.
甘氨酸
特点: 羧酸类物质(芳香羧酸,杂环羧酸)
磺酸基化
-CONH2,
乙酰基化
-卤素, -硝基, 环氧化物, 硫酸基
谷胱甘肽结合
反应产物水溶性增加，减少重吸收，增强外源性化合物的清除.
结合反应可分为两种类型: 药物 + 活化的结合基团 产物
活化药物 + 结合基团 产物
2
例1
儿茶酚类
多酚类化合物，拟肾上腺素或抗氧化剂药物
3
对乙酰氨基酚乙酰苯胺类解热镇痛药。通过抑制环氧化酶，选择性抑制下
require organ transplantation.
•N-acetyl cysteine is an effective antidote, especially if administered
within 10 h of ingestion [NEJM 319:1557-1562, 1988]
6-O-糖苷产物的镇痛效应为母药的45倍。
作业：吗啡的体内代谢及其药理作用
1. R. J. Osborne, S. P. Joel, D. Trew and M. Slevin, Lancet, 1988, i, 828
2. F. Scheinmann, K. W. Lumbard, R. T. Brown and S. P. Mayalarp, International Patent WO
丘脑体温调节中枢前列腺素的合成，导致外周血管扩张、出汗而达到解热
的作用；通过抑制前列腺素等的合成和释放，提高痛阈而起到镇痛作用，
属于外周性镇痛药。无明显抗炎作用。
4
2.1
•
•
•
•
•
•
•
•
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.1.4
2.1.5
2.1.6
二相代谢反应及代谢酶系
与糖基结合
与硫酸结合
乙酰化结合
氨基酸结合
谷胱甘肽结合
甲基化
1）O-甲基化
2）N-甲基化
5
2.1.1
与糖类的结合反应
人体内发生结合反应的糖类主要为葡萄糖及其衍生物,
木糖和核糖. 但最主要的是-D-葡萄萄糖醛酸（GA）
及其衍生物的结合反应.
糖基的活化形式是UDP-GA, 通过亲核反应机制，与药
物或药物代谢中间体上的OH，COOH，NH2，SH等官能
药物的二相代谢及其分子酶学
二相代谢反应及代谢酶系
人体内的葡萄糖醛酸结合及其影响
1
II 相生物转化的化学反应类型
II相反应 – 在化合物的反应基团 (或I相反应新形成的基团) 上
，结合极性基团，增加产物的水溶解性能。结合反应.
-OH, -SH, -COOH, -CONH
-OH
-NH2,
葡萄糖醛酸基化
芳烃类或其它环状化合物的谷胱甘肽结合反应，如溴苯和有
机磷杀虫剂等。该酶主要存在于肝脏胞液。
2)3C2F5
8
1）醚型或O-葡萄糖（醛酸）苷
化学反应通式：
UDP-G(A)转移酶
R-OH+ UDP-G（A） R-O-G（A）+ UDP
9
一些药物的糖醛酸结合物
葡糖基结合物一般被认为是纯粹的内外源物解毒形式,但
事实上并不完全正确.吗啡因在葡萄糖基化后,其活性更高.10
吗啡不同位置发生糖基化后的产物，其生理效应不同。小鼠实验中，
基团发生缩合反应而形成糖苷键。
6
人体中发生葡萄糖醛酸基化的反应所占比例相当大，而葡
萄糖基化的药物主要是酚类和羧酸类物质，比例较小。催
化葡醛酸转移的酶称为UDP葡萄糖醛酰基转移酶（UDP
glucoronosyl transferases，UGTs)。
UGTs酶与CYPs酶相类似,也是属于微粒体酶超家族蛋白质
作业：人体中的重要硒蛋白？
29
谷胱甘肽S-转移酶是谷胱甘肽结合反应的关键酶，主要存在
于胞液中。谷胱甘肽S-转移酶有多种形式，根据作用底物 不
同，至少可分为：
1、谷胱甘肽S-烷基转移酶：催化烷基卤化物和硝基烷类
化合物的谷胱甘肽结合反应。主要存在于肝脏和肾脏。
2、谷胱甘肽S-芳基转移酶：主要催化含有卤基或硝基的
UDPGA也可以与底物羧基反应,形成酯型葡萄糖醛酸苷
含羧酸基团的药物可以通过葡萄糖醛酸转移酶的代谢转化,形
成亲电子活性的酰基葡萄糖醛酸苷活性中间代谢产物,然后经
过一系列的非酶或酶反应形成蛋白加合物或DNA加合物。
作业：灰婴综合症或高胆红素血症的代谢机理是什么？
Zhou SF, Xue CC, Yu XQ, et al. Metabolic activation of herbal and dietary constituents and its
成员, 对许多内源性和外源性物质发生催化作用,以利于
原药经过反应后溶解于水,容易排出体外。
7
实例:
内源性甾体激素(包括雌激素,雄甾酮和孕激素等),大多经
过GA化失活. 治疗晚期乳腺癌的新药氟维司群Fulvestrant,
其3’ 和17’ OH都容易结合葡醛酸基.
OH
17
7
HO
3
(CH2)9SO(CH
specifically mentioned
•Have to developed effective synthetic routes for a wide range of
glucuronide metabolites and the basis for toxicological studies
T. Kaku, K. Ogura, T. Nishiyama, T. Ohnuma, K. Muro and A. Hiratsuka, Biochem. Pharm.,
14
2004, 67, 2093.
肠肝循环
指由肝脏排泄的药物，随胆汁进入肠道后，因为酶水解释放
药物原型，再吸收而重新经肝脏进入全身循环的过程。主要
解除药物/毒物的毒性.
其结构为谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸
分子中的Cys-SH是发挥生理功能的重要基团, 与环氧化
物, 卤烷烃,硝基烷烃/芳烃等类物质结合.
28
催化谷胱甘肽结合反应的酶是谷胱甘肽-S-转移酶 (GSTs)
主要在肝、肾、肠等组织。
在细胞中，GSTs分布在胞液、线粒体和内质网（及微粒
体）等部位。在有些哺乳动物细胞中，GST蛋白质可以达
23
药酶介导的扑热息痛生物转化与毒负反应
COCH
源自文库
HN
3
UGTs
~60%
OH
COCH
HN
~35%
3
*induced by
ethanol, isoniazid
O
O
CO
2
H
N
CYP2E1*
CYP1A2
CYP3A11
COCH
OH
Protein adducts,
Oxidative stress
Toxicity
13
3）N-葡糖醛酸苷
对于N-糖苷的研究目前尚不深入广泛
抗乳腺癌药Tamoxifen : N-glucuronide may be partly responsible for its
activity.（枸橼酸他莫昔芬片用于治疗乳腺癌。适用于治疗女性复发转
移乳腺癌，或用作乳腺癌手术后转移的辅助治疗，预防复发。)
蛋白质氨基酸氨基
21
实例: 磺胺类药物的乙酰化
一般药物经N-乙酰化代谢后，生成无活性或毒性较小的产物。
N-乙酰化转移酶的活性受遗传因素的影响较大。故有些药物
的疗效、毒性和作用时间在不同民族的人群中有种族差异。
22
实例：CYP1A2 Mediated Phenacetin O-deethylation
在高底物浓度时占优势, 而磺化在低底物浓度时占主导.
20
2.1.3 乙酰化结合
在乙酰基转移酶的催化下, 由乙酰辅酶A传导乙酰基与底
物氨基结合而发生。蛋白质氨基酸残基也常常被乙酰化
修饰。
芳伯胺药物在代谢时大都被乙酰化结合；酰胺类药物在
水解后、芳硝基类药物在还原后形成的氨基等，都可能
进行乙酰化结合。
反应分为两步进行：
NH
COCH
HN
2
3
CYP1A2
OC
2
H
5
75-80%
Phenacetin 1887
OH
Metabolic pathway quantified
(Brodie &Axelrod, 1948)
popular in US since 1955
Acetaminophen扑热息痛 1893
扑热息痛毒性：
•overdose results in more calls to poison control centers in the US
(MIST)
•All metabolites accounting for >10% of drug dose must in general be
screened
for toxicity/ safety
•Among these, glucuronides- especially acyl glucuronides- were
• to get better understanding of structure-activity properties
of the metabolites and studying protein interactions, especially through
proteomics
16
2.1.2 与硫酸结合
到细胞液总蛋白量的10％。也是一个超家族酶系，一般，
同工酶分子量45－55kDa， 据基因序列相似性和免疫特
异性分为，μ，π和θ四个亚家族。
GST基因表达具有组织特异性，且在正常组织和癌组织中
有显著性差异，后者高水平表达，因此是肿瘤标记之一。
采用同工酶专属GSH类似物作为抑制剂调节GST活性，是
抗癌药的研发的一种思路。
93/3051, 1993
11
3. A. V. Stachulski, F. Scheinmann, J. R. Ferguson, J. L. Law, K. W. Lumbard, P. Hopkins,
N. Patel, S. Clarke, A. Gloyne and S. P. Joel, Bioorg. Med. Chem. Lett., 2003, 13, 1207.
clinical and toxicological implications: an update [J]. Curr Drug Metab, 2007, 8: 526- 553. 12
2）硫醚或S-葡萄糖醛酸酸苷
含巯基的药物，可与葡萄糖醛酸基形成硫醚键。如用于治
疗成人甲状腺功能亢进药物丙基硫氧嘧啶
动物实验显示，抗菌药物抑制肠道细菌后，可降低某些药物
的肝肠循环，改变其药物代谢动力学性质，影响药效。 15
Why are carbohydrate metabolites important?
•Recent guidelines issued by the FDA-Metabolites in Safety testing
反应在不同的转磺酶催化下进行 (酚转磺酶,醇转磺酶,
甾体转磺酶,芳胺转磺酶…)，甾体类激素药物、儿茶酚
类药物等富含羟基的药物容易发生磺基化反应。
17
PAPS的合成 = 硫酸基团活化
18
实例
对乙酰氨基酚，扑热息痛
19
大多数内外源性化合物能被GA化这也能被磺化,因此存在
竞争. 一般认为,底物浓度决定哪种代谢途径占优：GA 化
发生在经胆汁排泄的药物中。
在胆汗排泄的葡萄糖醛酸结合物在肠内易发生酶促水解
–游离出的药物又可被肠重吸收
–使药物在体内保持的时间较长
一些由胆汁排入肠道的原型药物如毒毛旋花子苷G，极性高，
很少能再从肠道吸收，大部分从粪便排出。有些药物如氯霉
素、酚酞等的葡萄糖醛酸结合物排入肠道，在肠道细菌酶作
用下水解释放出原型药物，可以又被肠道吸收进入肝脏。
R-CoA衍生物 (N-乙酰化转移酶催化)
氨基酸 (以甘氨酸、谷氨酰胺最为常见，)
25
溴苯那敏的代谢
功效主治：丙胺类抗组胺药，镇静作用弱。用于皮肤粘
膜、过敏性疾病。
26
2.1.5 谷胱甘肽结合
27
谷胱甘肽是机体内重要的三肽物质, 保护细胞内多种亲
核基团物质如蛋白质、核酸还原状态,维持细胞稳定,
than overdose with any other pharmacologic substance.
•The American Liver Foundation reports that 35% of cases of severe
liver failure are caused by acetaminophen poisoning which may