药物代谢I相酶-CYP450

C e llu la r n e c r o sis
F ig 6 .
M e c h a n ism o f a c e ta m in o p h e n
第二十三页，共四十四页。
药物代谢 I 相酶－CYP450
(四）Cytochrome P450 的调控 1. 诱导
内源物代谢 干扰机体内环境，导致疾病。如苯妥英或利福平引起的甲低、
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一.药物代谢 I 相酶－CYP450
（一）CYP450的发现
1955- Klingenbery
Discovery of CO-bind pigment at 450 nm in liver microsomes.
1964 -Omura, Sato Estabrook Cooper
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
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ROH (ROH)Fe3+
RH Fe3+
(RH)Fe3+y
CYP450 identified as a heme protein(首次命名） CYP450 as a drug metabolizing enzyme (demethylation, hydroxylation)
1967- Conney, Remmer
Induction by PB , 3MC (Tolerance) and effect of age, sex, diet, development
2．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。
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药物代谢 I 相酶－CYP450 *肝外组织
氧化还原酶
单胺还原酶
超氧化物歧化酶
过氧化氢酶
(cytochrome P450)
(N-acetyltransferase) (methyltransferase)
(UDP-glucuronosyltransferase) (sulfotransferase)
(glutathione S-transferase)
1982- Fujii-Kuriyama et al , Gene cloning, P450cam, regulation.（活性中心）
2000 papers/year, 转录因子、受体、aa 改变-底物特异性和种属差异, 人基因多 态性
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药物代谢 I 相酶－CYP450
（二）Cytochrome P450的特性和功能
1. Estradiol 的体内代谢
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药物代谢 I 相酶－CYP450
2．AFB1的体内代谢
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药物代谢 I 相酶－CYP450
3.APAP的体内代谢
N H C O C H3
N H C O C H3
N H C O C H3
U D PG A
U D P G -T
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（3A)，对诱导剂敏感，参与药物的生物转化
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药物代谢 I 相酶－CYP450
3．催化反应及机制
RH + NADPH + H+ + O2
ROH + NADP + H2O
XRE
L螺旋蛋白－转录因子PAS
DNA增强子序列
外源性响应元件
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药物代谢 I 相酶－CYP450
Signal
Acetone ethanol
Signal
Acetone Ethanol
Developmental
Signal
mRNA degradation Protein degradation
(cholinesterase)
(A-esterases)
(alcohol dehydrogenase)
(aldehyde dehydrogenase)
(monoamine oxidase)
(superoxidase)
(catalase)
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内容提纲
一．Phase I enzymes — Cytochrome P450(CYP 450)
（药物、致癌物、激素、脂肪酸）
线粒体型：具有明显底物特异性，可代谢内源性甾
醇，参与类固 醇激素的合成，较少参与
外源物代谢
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药物代谢 I 相酶－CYP450
(3) 可诱导性
诱导剂: 药物、化学毒物等
诱导机制: 核受体
Ah受体 (aromatic hydrocarbon receptors)-P1 孤儿受体 (orphan receptors-内源性、生理配体不清) CAR： 组成型雄烷受体，PB和亲脂类化合物等（2B） PXR： 孕烷核受体，天然和合成的甾醇类等（3A ）
1.8 1.6
8.9 1.3 1.3
1.0
1.2
57(2B1) 38(2B1)
1.2 2 49(1A1)
23(1A1)
1.0
丙酮 1.4
乙醇
PCN DEX DEHP
DHEA
1.6
1.2
1.2 1.5 1.5
1.8
1.4
1.4(3A1) 4(3A1) 3
17(4A1)
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ຫໍສະໝຸດ Baidu 药物代谢 I 相酶－CYP450
1. 组成 Cytochrome P450
Cytochrome b5
细胞色素
NADPH-cytochrome P450 reductase Cytochrome b5 reductase
Phospholipid
黄素蛋白
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药物代谢 I 相酶－CYP450
Cytochrome P450: 底物和分子氧的结合部位，决定底物和产物的特异性。
CYP450的发现 CYP450的特性和功能（组成、反应机制、分布、特性） CYP450在内、外源物代谢中的作用 CYP450的调控
CYP450与疾病 CYP450的应用
二．Phase II enzymes — Glutathione S- transferase
分布及类型
特性及催化反应 生理意义及调控
CYP1A2 CYP3A4
C- 脱烷基化 N- 羟基化
R- 美芬妥英 CYP2C11 S- 美芬妥英 CYP3A1/2
甲基化反应
在代谢过程中, 一种酶催化多种反应, 多种酶催化同一种反应
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药物代谢 I 相酶－CYP450
（三）Cytochrome P450在内、外源物代谢中的作用 内源物
)
+ O
G SH G S H -S -T
R e a c tiv e in te r m e d ia te
(N A P Q I) c e llu la r m a c ro m o le c u le s
N H C O C H3
S -G OH
L ip id p e ro x id a tio n
m a c ro m o le c u le
Chicken)
1
3A1-6(Human, Rat, Rabbit)
2
4A1-7,4B1(Rat, Rabbit, Human)
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药物代谢 I 相酶－CYP450
特非那定(terfenadine)
CYP 3A4
美芬妥英(mephenytoin)
4-羟基化
米帕明(mipramine)
类固醇类、激素和生理活性物质（前列腺素、白三烯等）的生物合成， 维生素（A,D）和脂肪酸的羟基化、 内源性生物碱（可待因、吗啡）的合成和转化
外源物
各种药物、化学毒物、致癌物等在体内的生物转化 解毒（失活）：活性减弱或丧失。 增毒（活化） 代谢活化或活性中间体产生毒性。
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药物代谢 I 相酶－CYP450
内、外源物体内生物转化途径
Conjugate
Phase II (GST, UDPGT)
Phase II (GSH, UDPGA, SO42-)
Xenobiotics Endobiotics
Phase I
(CYP450)
Metabolite
Excreted
Oxidation Reduction Hydrolysis
1969- LU,Coon,Junk 1974- Sato,Coon, Lu
Solubilization, purification, reconstitution and preparation of antibody. （存在、含量、抑制酶反应、作用机制）
Multiple forms of CYP450 (separation, purification, substrate specificity, quantitation)
PPAR： 过氧化物酶体增殖因子活化受体，非基因毒性
致癌物等(4A)mRNA稳定作用(2E)
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药物代谢 I 相酶－CYP450
胞质
诱导剂
TCDD的诱导机制
TCDD置换Hsp90, 受体活化即Ah与Arnt 结合，结合调控区位点
Ah受体核转录因子
Hsp90 置换
Ah受体
Arnt 核
60%
g lu c a ro n id e
OH
PAPS su lfa tr a n sfe r a se
2 0 -3 0 %
O2
C y to P 4 5 0 5 -1 0 %
su lfa te
N H C O C H3
N H C O C H3
a c tiv e o x y g e n
(O
-
2
.,O
H
.
骨软化。 外源物代谢
（1）肝毒性：PB加重APAP的肝坏死，乙醇诱导NDMA的致癌性。
AAA
第十五页，共四十四页。
药物代谢 I 相酶－CYP450
诱导剂
诱导剂对P450和NADPH-cytochrome P450还原酶的协同作用
（Shen and Kasper, 1993）
诱导倍数
诱导剂
诱导倍数
还原酶
P450
还原酶
P450
苯巴比妥 R-氧化物
DDT TCDD 3MC β-NF
2-AAF
CYP450作用的分子机制
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药物代谢 I 相酶－CYP450
4. 特性
（1）光谱特性：还原状态下可与CO 结合，在波长450nm出现吸收峰，用于含量测定。
450nm
420nm(失活）
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药物代谢 I 相酶－CYP450
（2）膜结合特性
可溶性: 便于分离纯化
膜结合: 微粒体型： 具有广泛底物特异性
Family
Subfamily
Species trivial name(ref)
P4501
P4502
P4503
P4504
2
1A1, 1A2, 1B1(Human, Mouse,
Rabbit, Fish)
11
2A1-3, 2B1-10, 2C1-15, 2D1-9,
2E1-2, 2F1, 2G1,2H1, 2J2, 2R1, 2S1(Rat, Human, Mouse,
氧化型
e--
NADPH
. (R )(Fe-OH)3+
还原型
RH (H)2 (RH)Fe2+
2e-,2H-
H2O
RH(Fe-O)3+ H2O
e-,2H-
O2 (RH)Fe2+(O2)
2H+ (RH)Fe3+(O2-2)
. (RH)Fe3+(O2-)
2H+
e-
H2O2
. (O2-)
NADPH,黄素蛋白还原酶 B5还原酶
Cytotoxicity Mutagenicity Carcinogeneci
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药物代谢酶的种类及命名
细胞色素P450 药物代谢转移酶
N-乙酰化转移酶 甲基转移酶
尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶 磺基转移酶
谷胱甘肽巯基转移酶
酯酶
乙酰胆碱酯酶
对氧磷酸/芳香酯酶
脱氢酶
乙醇脱氢酶
乙醛脱氢酶
外源化合物诱导剂
激素，细胞因子，生长因子
受体和转录因子
诱导 CYP基因表达
P450酶
外源化合物代谢
内源甾醇，脂肪酸， 前列腺素代谢
CYP基因诱导：外源化合物与内源化合物调控途径的相互作用（Waxman, 1999)
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药物代谢 I 相酶－CYP450
(4)多样性和底物特异性
CYP450的分类和命名
Cytochrome b5 NADPH-cytochrome P450 reductase Cytochrome b5 reductase
参与CYP450催化反应的电子传递
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
第六页，共四十四页。
药物代谢 I 相酶－CYP450