第二章 药物转运1（药物代谢动力学）课件.ppt

第二章 药物体内转运,主要内容：第一节 概述第二节 药物跨膜转运的影响因素第三节 药物的吸收第四节 药物的分布第五节 药物的排泄第六节 多药耐药与外排转运体,第一节 概述,药物体内过程,第二节 药物跨膜转运的影响因素,一、生物膜组成：主要由糖、脂肪、蛋白质组成特点： 1、类脂（脂溶性成分易于通过） 2、通道（小分子化合物） 3、转运体（特殊化合物，营养物质）,二、药物的跨膜转运方式,1、被动扩散特点： 1）、顺浓度梯度转运 2）、无选择性，与药物的油/水分配系数有关 3）、无饱和现象 4）、无竞争性抑制作用 5）、不需要能量,图2-2.不同的酸性药物的非离子型百分数与体系的pH值关系,2、孔道转运,特点：1）、主要为水和电解质的转运2）、转运速率与所处组织及膜的性质有关,3、特殊转运,active transport, carrier-mediated transport, receptor-mediated transport特点： 1）、逆浓度梯度转运 2）、常需要能量 3）、有饱和现象 4）、有竞争性抑制作用 5）、有选择性,其它转运方式,易化扩散：facilitate diffusion 类似于主动转运，但不需要能量胞饮：pinocytosis 主要转运大分子化合物,第三节 药物吸收,影响药物吸收的因素一、剂型因素： 药物理化性质，剂型，赋形剂，制备 工艺等。二、生理病理因素 种族，年龄，性别，遗传，饮食，胃肠pH, 肝功能，运动,一、药物在胃肠道中的吸收,胃肠道的生理特点 胃的生理特点 药物停留时间较短 较小的吸收表面积 强酸性和蛋白酶的破坏作用,肠道的生理学特点,较大的表面积药物停留时间较长血流量丰富代谢酶的作用分泌功能,2、药物胃肠转运,转运机制,药物通过不搅动水层药物通过肠上皮药物透过细胞间隙药物通过淋巴吸收,3、影响药物胃肠吸收的因素,1）药物和剂型的影响2）胃排空时间的影响3）首过效应4）肠上皮的外排5）疾病6）药物相互作用,4、研究药物胃肠道吸收的常用方法,1）整体动物实验法2）在体回肠灌流法3）离体肠外翻法4）Caco-2细胞模型,Caco-2细胞模型的优点,1)可用于大量、快速筛选2）可在细胞水平上对药物的吸收、转运、和代谢进行研究3）可同时研究药物对黏膜的毒性4）与人有同源性5）试验结果的重现性一般比在体法好不足：酶和转运蛋白的表达不完整，此外 来源，培养代数，培养时间对结果有影响,二、药物在其他部位的吸收,1、药物在口腔粘膜的吸收 特点：药物吸收快且可避免首过效应 对药物性质及剂量有一定要求2、药物在直肠的吸收 特点：可避免首过效应 可避免药物对胃肠刺激性3、药物透皮吸收 特点：适用于剂量小，脂溶性大的药物或局部作用的药物 具有缓释作用，可减少给药次数，使用药更方便,药物在其他部位的吸收,4、药物在肺部的吸收 特点：表面积大 吸收速度快 避免酶的破坏5、药物的眼部吸收 特点：优点：用药方便，避免首过效应， 可用于大分子药物。 缺点：易对眼部形成刺激，剂量易流失， 药物停留时间较短，不符合用药习惯,药物在其他部位的吸收,6、药物在鼻粘膜的吸收 特点：有一定的吸收表面积，可避免首过效应， 药物因停留时间较短而影响吸收量7、药物在肌肉中的吸收 特点：过去较常用所以符合用药习惯，对注射容量有一定限制， 肌肉的血流量影响药物的吸收速度8、皮下注射 特点：适应于小剂量药物和疫苗等，因不存在消化酶所以可用于 多肽与蛋白质类药物，吸收慢，作用时间长,第四节 药物的分布,一、药物的分布及其影响因素1、组织血流速率（灌注速率） Kp t= Q/Vt肝： t=1.94/(1580/1500)=1.8 min脂肪： t=0.98/(260/12200)=46 min,2、膜扩散速率,血脑屏障胎盘屏障被动转运的药物的膜扩散速度取决于油/水分配系数,3、药物与血浆蛋白或组织成分的结合,蛋白种类：血浆蛋白（包括： 白蛋白（与酸性、碱性、中性药物均可结合）， -酸性糖蛋白（可与碱性药物结合） ， 脂蛋白（可与中性药物结合） ）组织蛋白（包括： Y蛋白）,4、药物的再分布,血浆游离药物 组织1 组织2 消除,二、 血浆蛋白结合率及常用的测定方法,1、平衡透析法2、超过滤法,血浆蛋白结合与药物分布,相关计算公式,（1）式中，D表示血浆游离药物浓度，P表示游离血浆蛋白浓度，DP表示药物血浆蛋白复合物的浓度，K1和K2分别表示结合速率常数和解离速率常数。（2）式中Ka是药物与血浆蛋白的结合常数，Kd表示解离常数，两者都反应药物与血浆蛋白结合亲和力的大小。 假设每个血浆蛋白分子上含有N个相互独立，且亲和力相当(Ka)的药物结合位点，根据配体与大分子表面之间的Langmuir吸附等温式，则有,（3）式中，r表示每摩尔血浆蛋白所能结合的药物分子数，（4）式中，Pt表示总蛋白浓度。 根据（3）式可以推导得（5）式，如下,计算方法,(1)直接法 直接以（3）式中r为纵坐标，以D为横坐标作图，当r=N/2时，D=1/Ka，当D 1/ Ka时，rN，如图a。 (2)双倒数法 对（3）式两边取倒数得 在（6）式中，以1/r为纵坐标，以1/D为横坐标作图，则斜率为1/(NKa)，纵坐标截距为1/N，如图b (3) Scatchard法 将（3）式整理得， 以（7）式中r/D为纵坐标，r为横坐标作图，则斜率为-Ka，纵坐标截距为NK。如图c。,（二）与药物结合的血浆蛋白种类及结合位点,人血浆中蛋白质种类繁多，达60多种，但是与药物结合有关的主要有三种蛋白，为白蛋白（albumin），-酸性糖蛋白（AGP）及脂蛋白（lipoproteins）。表？列举了一些药物的蛋白结合情况。（1）白蛋白（与酸性、碱性、中性药物均可结合） 人血浆白蛋白(HSA)是人血浆含量最多的蛋白质，约45g/L，占血浆总蛋白的60%。HSA为水溶性蛋白质，其等电点大约为pH5，在人生理pH值下荷负电，与酸性药物的结合常在其N-末端基团。HSA主要由肝脏合成，占肝脏分泌蛋白的50%，半衰期大约为19天。HSA基因位于第4号染色体上，其初级翻译产物为前白蛋白原(preproalbumin)。在分泌过程中切除信号肽，生成白蛋白原(proalbumis)。继而在高尔基氏体经组织蛋白酶B切除N末端的一个6肽片断(精甘缬苯丙精精)，成为成熟的白蛋白。,白蛋白结合位点,HSA是由585 个氨基酸残基组成的一条多肽链，含有35 个半胱氨酸残基(Cys) ,除Cys34外,其余形成17 对二硫键。根据X-晶体衍射分析，白蛋白多肽链形成一个类似心型的形状。HSA 的二级结构包括I、II、III 三个-螺旋的结构域(domain) (如图)，其中每个结构域又分为A和B两个亚结构域(subdomain)，即IA，IB ，IIA ，IIB ，III A和IIIB。Sudlow等人根据荧光探针置换法的结果认为大多数药物的结合位点主要集中在两大位点：site I（华法林结合位点）和site II（地西绊/吲哚结合位点），分别位于亚结构域的IIA和III A上。,siteI是位于IIA上的一个“袋装”结构，内壁为氨基酸疏水侧链，“袋口”由带负电荷的氨基酸残基包绕。与siteI结合的药物多为二羟酸或中心带负电荷的杂环分子。据文献报道，siteI 含有多个结合位点，且结合位点之间有所重复。另外，siteI与药物分子结合具有“柔性”的特征，其空间构象是可变的，因此能够结合较大的药物分子。,（2）-酸性糖蛋白（可与碱性药物结合）,人血浆-酸性糖蛋白（AGP）是由183个氨基酸残基组成的单链，2-个二硫键（5-147和72-165），5个多聚糖链（占总重的42%）通过N-糖苷键于蛋白质上的天冬酰胺残基相连接，如图。AGP分子偏酸性，等电点约为pH3，主要肝脏合成和代谢，半衰期约为6天。因为分子内部带负电，因此AGP多与碱性药物结合。AGP是主要的急性时相反应蛋白，在急性炎症时增高，可能与免疫防御功能有关。根据大分子结构分析技术，如圆二色柱、X-晶体衍射分析表明，AGP构象绝大多数为折叠，,（3）脂蛋白（可与中性药物结合）,血浆脂蛋白（Lipoprotein）是由蛋白质（载脂蛋白）和脂类组成的，脂类主要包括甘油三酯、胆固醇及其酯、磷脂等。载脂蛋白主要有apoA、B、C、D、E、J及apo（a）等类，每类载脂蛋白又可分为若干亚类，如apoA又分为A、A、A；apoB又分为B48 及B100 ；apoC 为C、C、C。几种主要载脂蛋白的一级结构已确定，多数载脂蛋白与脂类结合的部位都在氨基酸链羧基末端的片段上。脂蛋白的分类方法很多，根据超速离心法分类，血浆脂蛋白可分为乳糜微粒(CM)，极低密度脂蛋白(VLDL)，低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。血浆脂蛋白一般为球状，其基本结构类似。脂蛋白的表面覆盖极性分子或亲水基团，如载脂蛋白（pr）、磷脂（pL）和游离胆固醇（C）的亲水性基团朝向表面，使脂蛋白得以在血液中运输。疏水分子或疏水基团构成脂蛋白的核心部分，如甘油三酯（TG）、胆固醇酯（ChE）、磷脂的脂肪酸链等。以下为HDL的结构模式图。,药物间血浆蛋白结合的相互作用,血浆结合率90%的药物，须做药物间相互作用实验（其他药物会与该药物竞争结合血浆蛋白，就把该药物替换下来了，该药被替换下来后（即游离药浓度升高后），毒性会升高）。临床上许多疾病治疗需要联合用药(combined treatment)时，须考虑有可能会发生药物间相互作用，从药动学角度考虑，相互作用可发生在体内过程的各个环节(吸收、分布、代谢及排泄)，而发生在分布环节的药物间相互作用主要是指药物与血浆蛋白结合的相互作用。当两种或两种以上药物同时结合血浆蛋白上的同一结合位点时，可能会发生“竞争置换”(competitive displacement)现象。药物间发生“竞争置换”一般须满足两个条件，一是“置换药”(displacing drug)与该血浆蛋白共同结合位点的亲和力要高于“被置换药”(displaced drug)；二是发生“竞争置换”作用的药物与该血浆蛋白比要有较高的摩尔浓度。“竞争置换”作用多发生在酸性药物之间(见下表)，其原因可能就是碱性药物较酸性药物有较大的分布容积和较低的血浆摩尔浓度。,第二节 药物的血浆蛋白结合率的测定方法,（一）平衡透析法1原理平衡透析法是国内外血浆蛋白结合率测定最常用、最经典的一种方法。此方法主要是利用与血浆蛋白结合的药物不能通过半透膜这一原理，将蛋白置于一个隔室内，用半透膜将它与另外一个隔室隔开，游离药物可以自由从半透膜自由透过，而与血浆蛋白结合的药物却不能自由透过半透膜，待平衡后，半透膜两侧隔室的游离药物浓度相等。如图所示。,示意图,平衡透析法,1方法（1） 缓冲液通常用与血浆侧等渗的缓冲液，调定其pH值为7.4，有时加入适量的中性盐如NaCl，以消除道南（Donnan）效应。（2） 血浆蛋白一般情况下是根据需要选择拟研究的人或动物的血浆。若要研究结合率常数等可采用市售血浆白蛋白，其白蛋白含量一般为95%，-球蛋白是其主要杂质。另外在白蛋白制备过程中可能带入氯仿、甲苯等杂质，可用透析、电泳、凝胶过滤等方法将其去除。白蛋白应首先100真空脱水，然后用含有五氧化二磷的干燥器干燥。在配制白蛋白溶液前，最好是先加少许水将其膨胀，以便再配成溶液。不要剧烈振摇，因为白蛋白表面可能被泡沫影响而变性，通常置于4环境中避免污染，最好是使用前新鲜配制。（3） 半透膜最常用的是醋酸纤维膜，具有不同的孔径和厚度。市售的透析膜在使用前应进行预处理，以除去水和甘油等杂质，如进行一般的结合试验，仅将膜在水或缓冲液中浸泡数小时即可。通常根据所要研究的药物分子量不同而选择不同孔径和型号的半透膜。（4） 透 析仪 器:最简单的可行的方法就是取一段透析袋，广口瓶或平底试管，也有很多形式的透析用仪器可供选购，但原理都大同小异。过 程：将处理后的透析袋一端折叠后结扎,将定量的血浆蛋白溶液或血浆加入透析袋中,透析袋内留有一小空气泡,将多余空气排出,并将透析袋的另一端折叠后用扎紧,放置悬浮于盛有透析外液的带塞广口瓶中,利用两端线调节透析袋内外液面,使其保持同一水平,并使透析袋不靠瓶壁,以免影响药物透析。盖严瓶盖,将其置于4冰箱或37的恒温箱中,直到药物扩散达到平衡。透析时间：透析时间理论上讲与膜厚度膜面积膜两侧浓度差以及温度等因素有关。但通常是在实验之前通过做预试验来确定达到平衡所需时间，然后对袋内外药物浓度定时取点，直到两者间浓度不随时间而改变，从而确定透析所需时间。药物浓度：最好选用三种以上的药物浓度测定，从而同时考察药物与血浆蛋白的结合是否呈线性，其中一种浓度应与体内的浓度相当。,平衡透析法要注意的几个问题,（1）道南（Donnan）效应：由于蛋白质和药物均带电荷，这样膜两侧药物浓度即使在透析达到平衡后也不会相等，这种现象就称之为道南（Donnan）效应。处理方法是采用高浓度的缓冲液或加中性盐溶液，可以最大限度地降低这种效应。（2）药物在半透膜上有无保留：药物与膜的吸附影响因素较多，结合程度取决于药物的特点及膜的化学特性，当结合程度很高时，就会对结果影响较大，所以必须重视。解决办法是设立一个对照组，考察药物与半透膜的吸附程度，如果吸附严重，就应该考虑换膜或者采用其他研究方法。（3）空白干扰：有时从透析膜上溶解下来的一些成分会影响药物的测定，如用紫外或荧光法，因此在实验之前应该对膜进行预处理，尽可能去除空白干扰。（4）膜完整性检验：透析结束后，要检查透析外液中是否有蛋白溢出，即检查半透膜的稳定性，如有蛋白溢出，需换膜重复实验。4评 价采用平衡透析法测定药物血浆蛋白结合率实验要求较低，简单易行，因此应用最为广泛。但缺点是比较费时，通常需要48小时左右才能达到平衡，故最好是在低温环境下进行，以防蛋白质可能被破坏。,（一）超过滤法,原理 基本原理和平衡透析法一样，也是通过药物、药物血浆蛋白结合物的分子量的差异而将两者分开。与平衡透析法不同的是在血浆蛋白室一侧施加压力或超离心力，使游离药物能够快速地透过半透膜而进入另一个隔室，而结合型药物仍然保留在半透膜上的隔室内。如图所示。,1方法,在超滤之前最好将待测药物与蛋白漩涡混合后，水浴37温孵4h左右，以保证药物与蛋白能够充分结合，然后将含有血浆和药物的混合液加入到超滤管的滤膜分隔装置中，根据装置要求，离心或加压促使溶液透过滤过膜，测定过滤液的药物浓度，即游离药物浓度。通常有配套的装置可供选择。如药物的总浓度测定为Ca，滤过液中药物的浓度测定为Cb，则蛋白结合率可用下式计算得出。 2超滤离心法要注意的几个问题（1） 不同型号的滤过膜对结合率测定结果的影响。随着超滤膜截留蛋白分子量的增大而结合率降低，可能是此类膜在同条件下超滤时，有部分小分子量蛋白及其结合的药物渗漏过膜，使滤过液中的表观游离药物浓度增大，即测得的游离药物浓度增高，因此蛋白结合率会比真实值偏低。（2） 不同的超滤时间对结合率的影响。有实验结果表明，随着超滤时间的延长，结合率也有所增加，原因可能是随超滤时间增长，滤过液容量增多，当小分子溶剂留出量增加时，超滤液中的游离药物浓度因稀释而降低，因此测得的蛋白结合率会比真实值偏高。（3） 不同压力下超滤对结合率的影响。压力对结合率的影响是双向的。随着超滤时所受压力增大，即离心转速增加时，蛋白结合率会增大，因为压力大而使更多的溶剂分子透过滤膜。随着超滤压力的增加，虽然溶剂滤出量有所增加，但当滤过压力超过一定程度时会使部分药物蛋白结合物也渗漏过膜，这时滤出液中药物相对浓度会增高，使药物蛋白结合率降低。因此，超滤时，应根据样品性质和需要收集的超滤液体积，确定超滤速度和时间，一般超滤速度为3 000 10 000rpm，超滤时间为1025min。超滤液与超滤前蛋白质溶液体积之比不应太大(一般比值为0. 30. 6)否则，蛋白质溶液因超滤而过分浓缩，引起药物与蛋白结合常数变化。3评 价与平衡透析法相比，超滤法优点是快速，不仅设备简单，而且通常仅需离心十几分钟至数十分钟，即可收集到足够供测定的血浆超滤液，因此可用于不稳定的药物的蛋白结合率的测定。如果用微量超过滤装置，蛋白用量可少，故可用于在体的血浆蛋白结合率测定，但用量少的情况下，要特别注意与膜结合的问题。,其它方法,三、药物在特殊屏障中的转运,（一）、血脑屏障1、血脑屏障的特点（1）脂溶性药物易于透过（2）低导水性（3）高反射系数（4）高电阻性,图2-8.物质透过血脑屏障的主要途径： A、紧密联接；B、胞饮转运；C、跨膜扩散转运；D、受体、载体介导转运；E、外排系统。,血脑屏障,2、影响药物通过血脑屏障的因素,（1）药物因素 脂溶性 相对分子量（2）生理病理因素 渗透压 药物、毒物影响 电荷性的改变 脑缺血缺氧的影响 炎症的影响（3）药物相互作用,3、常用的研究药物透过血脑屏障的方法,（1）在体法 1）快速颈内动脉注射技术 2）静脉注射给药后脑部取样技术 3）脑灌流技术 4）脑血管灌流/除去毛细血管技术,血脑屏障,（2）研究药物透过血脑屏障的离体法 1）离体脑微血管片的制备 2）药物摄取试验（3）原代脑微血管内皮细胞培养技术 1）细胞摄取试验 2）转运试验,（二）胎盘转运,1、胎盘屏障的特点2、常用的研究方法（1）离体试验技术 1）离体胎盘绒毛叶双面灌流技术 2）胎盘刷状缘膜囊（2）在体试验,第五节 药物的排泄,一、肾排泄（一） 肾药物排泄特点及其影响因素1、肾小球滤过2、肾小管主动分泌3、肾小管的重吸收（1）主动重吸收（2）被动重吸收,（二）研究药物肾排泄的常用方法,1、在体法2、离体肾灌流法,二、胆汁排泄,1、 胆汁中药物排泄特点及其影响因素2、研究药物胆汁排泄的常用方法,三、粪排泄,1、 粪中药物排泄特点及其影响因素2、研究药物粪排泄的常用方法,第六节 多药耐药与药物转运体,一、多药耐药现象多药耐药（multidrug residence，MDR）现象最早在肿瘤细胞中发现的。对药物敏感的肿瘤细胞长期用一种抗肿瘤药物处理后，该细胞对药物敏感性降低，产生耐药性，同时也对其它结构类型的抗肿瘤药物敏感性也降低。,二、P-糖蛋白,P-糖蛋白特性 P-GP首先是Juliano和Ling 发现在耐药性中国仓鼠卵细胞表达的一种含磷糖蛋白， 分子量为170 kda。在人中存在两种P-GP蛋白基因家族（MDR1和MDR3）, 在小鼠中，存在3个家族（mdr1a，mdr1b和mdr2）。人类MDR1（又称MDR1 P-糖蛋白，MDR1 P-glycoprotein, MDR1 P-GP）和鼠mdr1a/mdr1b 基因表达的蛋白是药物外排载体，而MDR3和 mdr2 表达的 P-GP 认为参与磷脂转运。但近来发现，人MDR3 P-GP也参与药物转运。MDR1 P-糖蛋白在分类上归为ABCB1. 又称为MDR1，P-GP 或PGY1。,2P-GP 底物,P-GP有广泛结构类型的底物。常见的有钙拮抗剂：维拉帕米(verapamil)，尼莫地平等；抗癌药：阿霉素（adriamycin）、长春新碱（vincristine）和长春碱（vinblastine）、比生群（bisantrene）, 丝裂霉素（mitoxantrone）、柔红霉素、道诺霉素（daunorubicin）、表柔吡辛（epirubicin）、依托甙（epitoside）、替尼泊甙（teniposide）、放线菌素D（actinomycin D）和紫杉醇（paclitaxel）等；HIV蛋白酶抑制剂：塞喹那韦（saquinavir）、利托那韦（ritonavir）, 奈菲那韦（nelfinavir）、印地那韦（indinavir）、洛吡那韦（lopinavir）和安泼那韦（amprenavir） ; 类固醇类：地塞米松(Dexamethason)、可的松（corticosteron）和氢化可的松（hydrocortisone） 等；免疫抑制剂：环孢素A和FK506等；抗生素类：红霉素、缬霉素（valinomycin）和短杆菌素D(gramicidin D)等; 其它如吗啡（morphine）、秋水仙碱(colchicine)、地高辛（Digoxin）、罗丹明123、Hoechst 33342、伊维菌素（ivermectin）和阿巴菌素（abamectine）等。由于底物的广泛性，表现出对多种药物的交叉耐药性。,3. P-GP 抑制剂,许多物质可以抑制P-GP转运底物，这类物质称之为MDR逆转剂(MDRreversing agents) 或P-GP 抑制剂(P-GP inhibitor)。多数抑制剂如维拉帕米、环孢素A等本身也是P-GP 底物, 属于竞争性抑制剂。但也有些抑制剂是P-GP不良底物或不是P-GP底物，提示通过其它机制发挥作用的。 最早的抑制剂主要集中在肿瘤细胞的MDR逆转方面，这些抑制剂在调节机体中药物作用是很有用。但所谓第一代P-GP抑制剂如维拉帕米往往作用抑制作用比较弱，有的本身也有很强的药理活性如维拉帕米、环孢素A 等，合用常常引起严重的不良反应。新发现的抑制剂如PSC 833, GF120918, LY335979, XR9576和 OC144-093 属于第二代或第三代抑制剂，本身没有其它的药理活性， 但其抑制作用较强， 多数正在进行临床试验。,4P-GP生理功能,在人中，P-GP主要表达于一些特殊组织如肠、肾、肝、脑血管内皮、睾丸和胎盘等，成为血脑屏障、血-睾屏障和胎盘屏障的一部分。P-GP将毒物从细胞排出胞外，保护相应组织，免受毒物的危害。P-GP也与一些药物的治疗失败和某些疾病的发生发展有关。如P-GP的表达也是Imatinib 在治疗慢性骨髓性的白血病( CML)和急性淋巴性白血病（ALL）中出现耐药的原因。,三多药耐药相关蛋白 (MRP),MRP1(AUCC1) 的分子量190 kDa, 属于ABCC1。 MRP1最早是在产生 多药耐药的肺肿瘤细胞中发现的, 也是多种肿瘤细胞耐药的原因之一。在正常组织中也有MRP1的表达, 在肺和睾丸中表达量相对较高。MRP1是两性有机阴离子转运载体，也转运脂溶性药物或化合物，多数底物是葡萄糖醛酸结合或硫酸结合物。,四乳腺癌耐药蛋白,BCRP （breast cancer resistance protein， ABCG2）的结构与功能 BCRP 又称为胎盘特异性ABC载体（ placental ABC protein， ABCP），乳腺癌耐药蛋白（BCRP），丝裂霉素耐药 （mitoxantrone resistance，MXR）。根据命名规则，BCRP 应定义命名为ABCG2。 BCRP 结构不同于P-GP和MRP家族。BCRP 只有一个NBF 和TM 域，为一半ABC 载体。 BCRP mRNA 最早发现于胎盘中， 主要存在于细胞的顶侧面膜上。,