药物代谢 结合反应

类似的巯基甲基转移酶可以转化脂肪族降压药卡托普 利和抗炎药D-青霉胺
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S-甲基化举例
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N-甲基化

N-甲基转移酶作用于组胺和儿茶酚神经递质， 如去甲肾上腺素，药物数目很有限

N-甲基转移酶的一类底物是含氮杂环的N-甲 基化，特别是含有吡啶结构的化合物，例如 烟酰胺
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N-甲基化举例
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不同类型的NAT底物
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不同类型的NAT底物
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乙酰化代谢的多态性

NAT2介导的乙酰化是最早被发现具有多态性的代谢途径之一 在白人中，快、慢乙酰化表型大约相等；但在东方人中，快乙酰化 表型约占90%；在中东人中，慢乙酰化表型约占90% NAT1基因也具有多态性，但相应的表型尚不清楚 乙酰化通常降低药物的极性，但其底物常常有毒性，例如芳香胺、 羟胺、肼，因此乙酰化常使毒性降低 对于慢乙酰化者，异烟肼的神经毒性风险和引起狼疮的风险明显高 同样，异烟肼引起的肝毒性和普鲁卡因胺引起的狼疮风险也高，但 在两种NAT2表型中的风险差异较小
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葡萄糖醛酸转移酶的辅助因子
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药物的葡萄糖醛酸结合物类型

葡萄糖醛酸结合最常见的底物是含羟基化合物，即醇、 酚和羧酸，结果生成O-葡萄糖苷酸

醇和酚的葡萄糖苷酸称为醚型葡萄糖苷酸，在药物和葡萄糖醛 酸之间由醚键联接 羧酸的葡萄糖苷酸称为酯型葡萄糖苷酸，在药物和葡萄糖醛酸 之间由酯键联接

该反应涉及巯基阴离子，为pKa = 9.1的弱酸 与其他结合反应不同，任何在谷胱甘肽转移酶作用下生 成谷胱甘肽结合物的药物，也可以不需该酶存在即生成 结合物 该转移酶的作用之一是增加谷胱甘肽巯基的离子化比例， 从而提高反应速度

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谷胱甘肽转移酶

哺乳动物胞浆的GSTs分为5类，分别为A, M, U, P, Z，每 一类酶的序列一致性大于40% 分离到至少3种膜键合的微粒体GSTs 不同类别的GST底物有重叠，但以不同的速度催化同一 底物 另一主要区别是，不同的GSTs在不同的组织中表达，例 如人GST1-1在肝中表达，但人GSTM3-3不在肝中表达 难于描述成为谷胱甘肽结合底物的药物范围，因为这是 基于底物的亲电性，而不是基于特定的官能团



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O-甲基化举例
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S-甲基化

发生S-甲基化的药物数目也有限，但比COMT转化的 药物多 巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）是白血病药物6-巯基嘌 呤和它的前药硫唑嘌呤的重要代谢酶，该酶具有多态 性，酶缺陷纯合子患者使用正常剂量时，即出现严重 毒性 类似的芳环和杂环巯基也可能是TPMT的底物


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甲基化

甲基转移酶系以SAM为辅助因子，甲基键合在带正电荷的 硫原子上，可向底物的氧、硫或氮原子上转移甲基 甲基化的底物包括儿茶酚、硫醇以及一些含氮化合物

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O-甲基化

许多内源性化合物，例如组胺和去甲肾上腺素等，是甲基转移 酶的底物 一些药物，尤其是与内源性底物结构相似的药物，容易被甲基 化酶转化 儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT）是酚羟基甲基化酶，分子量约 25 kDa，既有溶解形式，又有和细胞膜键合形式 其溶解形式存在于肾和肝的胞浆中，膜键合形式存在于脑中 COMT的催化活性要求底物必须有儿茶酚结构，可代谢的药物 有限，包括去甲肾上腺素、左旋多巴、异丙肾上腺素等



但吗啡-6-葡萄糖苷酸通过自身分子折叠使极性变小， 容易穿过血脑屏障
酯型葡萄糖苷酸有一定的化学反应性，能够与蛋白发生 共价结合，是导致一些药物特异质反应的原因
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吗啡的葡萄糖醛酸结合物
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葡萄糖醛酸转移酶

葡萄糖醛酸转移酶UDPGTs有两个基因家族，即UGT1和 UGT2 催化化合物的亲核基团进攻UDPG，发生SN2反应，取 代尿苷二磷酸基团 已经鉴定了至少16种酶，9种属于UGT1家族，7种属于 UGT2家族 这些酶的底物选择范围宽且互相有重叠，差别在于对不 同底物的催化效率和Vmax/Km 但有一些例外，UGT1A1是研究最深入的人体内代谢酶， 是胆红素结合和清除的唯一的酶；UGT1A9催化保泰松 C-葡萄糖醛酸结合；UGT2B7催化吗啡类化合物的葡萄 糖醛酸结合活性最强，3-O-葡萄糖苷酸是主要产物，也 生成6-O-葡萄糖苷酸
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硫酸转移酶的辅助因子
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硫酸转移酶

人体内至少有7种硫酸转移酶，参与药物代谢最多的是3种 SULT1A蛋白 这些酶的代表性底物是4-硝基苯酚（1A1和1A2）或多巴 胺（1A3） 硫酸转移酶催化的最著名的代谢反应是解热镇痛药对乙酰 氨基酚，以及前致癌物N-羟基-2-乙酰胺基芴的硫酸酯化 硫酸酯是良好的离去基团，因此，形成硫酸酯结合物可能 导致产生反应性代谢物 降压药米诺地尔在头皮中能够刺激头发生长，涉及毛囊中 N-氧化物的硫酸酯化 和葡萄糖醛酸结合一样，硫酸酯化通常使底物失活，但有 时也可能导致活化
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谷胱甘肽结合的生物学意义

多数情况下，与谷胱甘肽结合降低化合物的毒 性；但也有相反的例子，如二溴乙烷，它与谷 胱甘肽结合导致反应性更强的乙撑锍离子
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谷胱甘肽结合的生物学意义

GSTs的主要作用是，通过催化谷胱甘肽与化学反应性外 源物质的结合，保护机体的关键性生物大分子免受共价 修饰引起的毒性 辅助因子谷胱甘肽另一主要保护作用是保护机体免受脂 过氧化的破坏作用 谷胱甘肽除了具有强亲核剂的性质外，其巯基也具有显 著的还原性 其还原能力使之成为单电子反应物的高效清除剂，例如 脂质过氧化产生的反应性含氧化合物和自由基
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硫酸结合



硫酸转移酶是一个超家族酶系，催化将SO3－转移到底 物的醇羟基或酚羟基上、N-取代芳香或脂肪环化合物的 氮原子上、或吡啶N-氧化物上 硫酸酯化的辅助因子是PAPS 与葡萄糖醛酸结合不同，羧酸不是它的底物 生理上，它们涉及甾体激素和神经递质的代谢和清除 硫酸结合的特点是低容量和高亲和性，底物（如酚类化 合物）在低浓度时以硫酸结合为主，高浓度时以葡萄糖 醛酸结合为主 虽然其不如UGTs底物广泛，但硫酸酯酶是水溶性的， 广泛分布于体内，能够导致在皮肤等组织中生成反应性 代谢物
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引 言
结合代谢酶是保护机体避免外源性物质潜在毒性的第二 大类酶系 通常，结合途径涉及将一个亲水性基团导入到药物分子 中，例如葡萄糖醛酸 其机理涉及一种酶和一个辅助因子，辅助因子是亲水基 团的来源 辅助因子通常含有一个高能键，例如二磷酸酯键，促进 反应进行 结合反应通常使药物分子加上电荷，从而极性更大，促 进肾排泄 但某些结合途径不增加底物的极性，如甲基化和乙酰化， 但这两种途径通常降低药理活性

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葡萄糖醛酸结合

葡萄糖醛酸与药物结合是最常见的结合代谢途径，一方面 由于其底物广泛，另一方面由于该途径常常占较大比例 所涉及的酶称为葡萄糖醛酸转移酶，辅助因子是UDPGA 其机理是底物对辅助因子的亲核取代SN2反应，导致-葡 萄糖醛酸构型转化为-葡萄糖苷酸 该反应一般是底物中的氧原子为亲核基团，R-OH 但其他亲核原子也可以使药物成为葡萄糖醛酸结合的底物， 例如氮、硫、甚至碳原子（碳负离子）可以分别生成N-, S-, C-葡萄糖苷酸
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氨基酸结合
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2-芳基丙酸的手性转化


许多非甾体抗炎药是2-芳基丙酸的取代物，具有一个手性碳与羧基相 连，临床上以外消旋体给药 一般而言，这些药物的(S)-对映体贡献了大部分抗炎活性，(R)-对映体 可以转化为(S)-对映体，但不发生相反的转化 它们的结合是通过与ATP反应，生成AMP酯，后者进一步转化为辅酶 A酯，与氨基酸结合类似，但实际上不是结合反应，因为其结果是单 纯的构型转化 该辅酶A酯经历手性转化，底物包括布洛芬等
结合代谢途径
Glucuronidation（葡萄糖醛酸结合）
Sulfation（硫酸结合） Acetylation（乙酰化）
Methylation（甲基化）
Amino acid conjugation（氨基酸结合） Chiral inversion of 2-arylpropionic acids（2-芳基 丙酸的手性转化） Glutathione conjugation（谷胱甘肽结合）
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氨基酸结合的临床意义

氨基酸结合活性在新生儿中非常低，曾经发生早产儿代谢 酸中毒，源于静脉给药使用的灭菌水中含有少量苯甲醇作 为防腐剂 苯甲醇在人体内容易代谢为苯甲酸，对于成年人非常安全， 因为剂量相对于体重很小，并且成年人容易将苯甲酸转化 为甘氨酸结合物 在早产儿体内，剂量相对于体重则大得多，并且苯甲酸不 能与甘氨酸结合 苯甲酸干扰脂肪酸-氧化，并引起代谢酸中毒 认识到这些，排除苯甲醇防腐剂，从而克服了问题
氨基酸结合

氨基酸结合的主要底物是苯甲酸和相关的芳香羧酸，例如苯乙酸、苯 氧乙酸、苯乙烯酸等 在人体，用于结合的主要氨基酸是甘氨酸，但谷氨酸和牛磺酸也可能 是辅助因子 在鸟类，用于结合的主要氨基酸是鸟氨酸



在多数结合反应中，辅助因子被活化；但氨基酸结合是底物被活化， 首先与ATP反应生成AMP结合物，然后转化为辅酶A硫酯
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硫酸转移酶的底物：酚羟基化合物
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硫酸转移酶的底物：羟胺和N-氧化物
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乙酰化
乙酰化的主要底物是芳香伯胺、羟胺（氧和氮都可被乙 酰化）和肼 辅助因子是乙酰辅酶A，它是一种硫酯

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乙酰化


该酶也能催化乙酰基从N-乙酰化的羟胺（异羟肟酸）形 成乙酰氧基产物，即乙酰基从氮到氧的转移，该途径不 需要乙酰辅酶A，例如N-羟基-4-乙酰胺基联苯 该途径导致异羟肟酸活化，芳香胺的乙酰氧基衍生物具 有化学反应性，许多是致癌物，例如肉类高温加热产生 的杂环胺
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谷胱甘肽结合

在结合代谢中，谷胱甘肽-S-转移酶具有独特的作用
GSTs催化谷胱甘肽（三肽）和底物分子的活性亲电部位反应
该部位可由代谢生成，或易受亲核攻击分子中的,-不饱和酮，或 卤代烷基 谷胱甘肽分子中含半胱氨酸巯基，是良好的软亲核试剂，与亲电性 药物或代谢物生成结合物

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谷胱甘肽结合
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N-乙酰转移酶

有两种主要的N-乙酰转移酶，NAT1和NAT2，其活性 部位有一个半胱氨酸，被乙酰辅酶A乙酰化 NAT将乙酰基转移到底物上 两种酶底物有重叠，但NAT1优先酸性底物，例如对氨 基苯甲酸和对氨基水杨酸，而NAT2选择性催化磺胺二 甲嘧啶、肼屈嗪、异烟肼 芳香胺氨基如果存在邻位取代基，则立体位阻通常使其 不能成为NAT1的良好底物 NAT1的活性分布广泛，而NAT2的活性在肝中非常高， 在肠壁活性也比较高，但其他部位活性较低


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胆红素的葡萄糖醛酸结合物
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葡萄糖醛酸结合物的性质

由于葡萄糖醛酸结合在药物上导入一个带负电荷的大基 团，所以通常导致该药物失去药理活性 但也有例外：吗啡-6-葡萄糖苷酸与阿片受体的亲和性 约为吗啡本身的100倍，但吗啡-3-葡萄糖苷酸是阿片受 体拮抗剂 葡萄糖苷酸极性很大，通常不容易穿过血脑屏障


芳香伯胺、脂肪叔胺、氨基甲酸酯、磺酰胺能够生成N葡萄糖苷酸 硫醇能够生成S-葡萄糖苷酸

某些含有弱酸性碳原子的药物能够生成C-葡萄糖苷酸
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几种药物的葡萄糖醛酸结合物
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几种药物的葡萄糖醛酸结合物
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葡萄糖醛酸结合物的性质

葡萄糖醛酸结合通常是一个低亲和性、高容量体系 如果一个官能团有两个相互竞争的代谢途径，则在药物 浓度低时，其他途径更可能占优势；而在药物浓度高时， 葡萄糖醛酸结合更可能占优势 新生儿体内葡萄糖醛酸结合活性低，特别是早产儿。由 于胆红素的主要清除途径是葡萄糖醛酸结合，所以许多 新生儿可能出现黄疸 这也是一些药物在新生儿毒性增加的原因，例如氯霉素 引起的“灰婴综合征”



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谷胱甘肽结合物转化为硫醇尿酸

谷胱甘肽结合物常常在转化为硫醇尿Hale Waihona Puke Baidu后，排泄到尿中 硫醇尿酸是N-乙酰半胱氨酸结合物 转化过程涉及谷胱甘肽结合物水解，失去谷氨酸和甘氨 酸，保留半胱氨酸，然后半胱氨酸结合物在肾中N-乙酰 化，最后排泄 虽然这是谷胱甘肽结合物经典的代谢途径，但尿中通常 含有原形谷胱甘肽结合物、甘氨酸结合物和硫醇尿酸 此外，许多谷胱甘肽结合物，特别是分子量大的结合物， 从胆汁排泄