药物代谢酶分子药理学课件.ppt

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1、药物代谢酶调控与生物学效应,中国医学科学院 中国协和医科大学 药物研究所李燕,内、外源物体内生物转化途径,ConjugatePhase II(GST,UDPGT)Phase II(GSH,UDPGA,SO42-)Xenobiotics Metabolite ExcretedEndobiotics Phase I(CYP450)Oxidation Cytotoxicity Reduction Mutagenicity Hydrolysis Carcinogeneci,药物代谢酶的种类及命名,细胞色素P450(cytochrome P450)药物代谢转移酶N-乙酰化转移酶(N-acetyltran

2、sferase)甲基转移酶(methyltransferase)尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferase)磺基转移酶(sulfotransferase)谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferase)酯酶乙酰胆碱酯酶(cholinesterase)对氧磷酸/芳香酯酶(A-esterases)脱氢酶乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase)乙醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase)氧化还原酶 单胺还原酶(monoamine oxidase)超氧化物歧化酶(superoxidase)过氧化氢酶(cat

3、alase),内容提纲,一Phase I enzymes Cytochrome P450(CYP 450)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在新药研究中的应用二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,一.药物代谢 I 相酶CYP450,（一）CYP450的发现,药物代谢 I 相酶CYP450,CYP450:底物和分子氧的结合部位，决定底物和产物的特异性。Cytochrome b5 CYP45

4、0 reductase 参与CYP450催化反应的电子传递Cytochrome b5 reductasePhospholipid：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,药物代谢 I 相酶CYP450,2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。,药物代谢 I 相酶CYP450,*肝外组织 脑P450:表达低（为肝脏1-10%），参与神经递质和类固醇

5、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,药物代谢 I 相酶CYP450,3催化反应及机制RH+NADPH+H+O2 ROH+NADP+H2O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,还原型,氧化型,NADPH,NADPH,黄素蛋白还原酶B5还原酶,CYP450作用的分子机制,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45

6、0nm出现吸 收峰，用于含量测定。450nm 420nm(失活）,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（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,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

7、然和合成的甾醇类等（3A）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),药物代谢 I 相酶CYP450,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,DNA增强子序列外源性响应元件,L螺旋蛋白转录因子PAS,Ah受体核转录因子,药物代谢 I 相酶CYP450,Developmental SignalSignal mRNA degradationAcetone Protein degradationEthanol AAA,Signal,Acetoneethanol,药物代谢 I 相酶CYP450,诱导剂对

8、P450和NADPH-cytochrome P450还原酶的协同作用（Shen and Kasper,1993）诱导剂 诱导倍数 诱导剂 诱导倍数 还原酶 P450 还原酶 P450苯巴比妥 1.8 57(2B1)丙酮 1.4 1.6R-氧化物 1.6 38(2B1)乙醇 1.2 1.4DDT 8.9 1.2 PCN 1.2 1.4(3A1)TCDD 1.3 2 DEX 1.5 4(3A1)3MC 1.3 49(1A1)DEHP 1.5 3-NF 1.0 23(1A1)DHEA 1.8 17(4A1)2-AAF 1.2 1.0,药物代谢 I 相酶CYP450,外源化合物诱导剂 激素，细胞因子，

9、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),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FamilySubfamilySpecies trivial name(ref)P4501 21A1,1A2,1B1(Human,Mouse,Rabbit,Fish)P4502 11 2A1-3,2B1-10,2C1-15,2D1-9,2E1-2,2F1,2G1,2H1,2J2,2R1,2S1(Rat,Human,Mouse,Ch

10、icken)P450313A1-6(Human,Rat,Rabbit)P450424A1-7,4B1(Rat,Rabbit,Human),药物代谢 I 相酶CYP450,CYP 3A4特非那定(terfenadine)C-脱烷基化 N-羟基化 4-羟基化美芬妥英(mephenytoin)R-美芬妥英 CYP2C11 S-美芬妥英 CYP3A1/2 CYP1A2米帕明(mipramine)甲基化反应 CYP3A4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,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 类固醇类、激素和生理活性物质（

11、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。,药物代谢 I 相酶CYP450,1.Estradiol 的体内代谢,药物代谢 I 相酶CYP450,2AFB1的体内代谢,药物代谢 I 相酶CYP450,3.APAP的体内代谢,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、骨软化。外源物代谢:（1）肝毒性：PB加

12、重APAP的肝坏死，乙醇诱导NDMA的致癌性。（2）药物：代谢增加而失效，药物相互作用，毒性和不良反应。如诱导剂增加环孢素的用量，华法令的半衰期缩短，利福平使避孕药失效。,药物代谢 I 相酶CYP450,2.抑制（酶蛋白水平）可逆性抑制：快速、可逆的结合，竞争活性中心，抑制程度取决于 抑制剂的浓度和亲和力，强度-Ki1 mol。准不可逆抑制:可逆但作用时间长，形成中间代谢复合体（M1复合 体），中间代谢产物形成时间长，解离速度慢。不可逆抑制：活性丧失，不可逆的共价结合，抑制程度取决于抑制剂 总量、酶的数量和抑制剂在酶与其他生物大分子之间 的分配比。,药物代谢 I 相酶CYP450,常用人P45

13、0 化学抑制剂的特异性评价化学抑制剂1A1 1A2 2A6 2C9 2C19 2D6 2E1 3A4萘黄酮 ND 呋拉茶硷 甲氧扫若仑ND ND毛果芸香硷 ND 磺胺苯吡唑 奎宁丁 二乙二硫代氨甲酸盐ND 醋竹桃霉素ND 孕二烯酮ND ND ND 酮康唑 ND:0-49%,:50-100%,:有不同结果，ND：未测,UNDERSTAND WHAT CYTOCHROME P450 CAN DO?,Substrate M.W.range:from ethylene(28),acetone(58)to cyclosporin A(1201)Substrate structure:hydrophobi

14、c compounds with diverse structures.Even the very stable compounds such as DDT and Dioxin can be metabolized by P450,although at rather slow ratesNumber of substrates:unlimited.Virtually all drug candidates are metabolized by P450.The only question is the rate of metabolismNumber of P450 isoforms:57

15、 in human,more than 10 involved in drug metabolism;total P450s found in nature,more than 4,000,HUMAN CYTOCHROME P450SINVOLVED IN DRUG METABOLISM,FAMILY 1CYP1A1,CYP1A2;CYP1B1FAMILY 2CYP2A6;CYP2B6;CYP2C8,2C9,2C18,2C19;CYP2D6;CYP2E1;CYP2F1;CYP2J2 FAMILY 3CYP3A4,CYP3A5,CYP3A7,Ametryne Metabolism by CYP3

16、A4,T.Carlson&K.Korzekwa,药物代谢 I 相酶CYP450,（五）CYP450与疾病1.CYP450与肝病CYP450总量和同工酶水平下降（基因调控紊乱），药物清除能力下降,药物代谢 I 相酶CYP450,肝脏疾病对CYP450蛋白的影响（与对照的比）*P0.05,与对照组相比,药物代谢 I 相酶CYP450,药物代谢 I 相酶CYP450,2.CYP450与甲状腺疾病 甲状腺功能低下CYP450和CYP450还原酶水平降低 甲状腺素对CYP4503A是负调控,对1A2是正调控 影响药物代谢 3.CYP450与垂体疾病和激素治疗 生长激素（GH）和T3下调大鼠3A2的表达

17、GH上调人3A4的表达,药物代谢 I 相酶CYP450,药物代谢 I 相酶CYP450,致癌物（苯并芘，亚硝胺，AFB1，内源物）P450s细胞生长分化 肿瘤 抗肿瘤药（代谢）信息传递，AA,PG GST P450与分化正相关（标志物抗药性）肿瘤细胞P450低表达基因多态性和易感性,4.CYP450与肿瘤,药物代谢I相酶CYP450,（六）Cytochrome P450的应用1.医药：(1)新药研究：,药物代谢,生物转化,毒性,新药开发,PK,多态性,致突变性不良反应,结构/活性关系,HTS,CYP450s高表达,(Friedberg et al,1999),药物代谢I相酶CYP450,(2)

18、肿瘤的基因治疗原理：利用肿瘤细胞中无或低内源性生物转化能力的特点，通过反转录病毒-CYP450的侵染，直接导入编码前药活化酶的“化学致敏”或自杀基因，使肿瘤靶细胞对无活性前药敏感，减低宿主细胞的毒性，增强药物作用。,药物代谢 I 相酶CYP450,CPA CPA(Waxman et al,1999),宿主细胞,肿瘤,肿瘤,宿主细胞,药物毒性,抗肿瘤,降低药物毒性,增强抗肿瘤,传统化疗,P450基因治疗,肝P450,肝P450,前药活化基因,药物代谢 I 相酶CYP450,P450酶系代谢的抗癌药物需要P450代谢活化 非必需P450代谢活化 P450代谢不加强，但 可但活性可能加强，使药物失活

19、环磷酰胺 硫-TEPA 替尼泊苷异环磷酰胺 阿枚素 红豆杉醇甲苄肼 伊托泊苷 长春新碱氮烯咪胺 三苯氧胺 氯己基亚硝基脲,药物代谢I相酶CYP450,(3)农业与环境A.害虫治理P450抑制剂杀虫剂的增强剂（花椒毒素，氧吡磷，补骨酯素，PBO,增效300923倍）P450（6D1)杀虫剂抗药性(除虫菊酯）代谢解毒P450基因转入天敌昆虫，提高对天敌昆虫对农药的抗性。B.转基因植物 改良品种，提高植物抗性(病、虫、除草剂）。,药物代谢 I 相酶CYP450,植物中生氰糖苷具有防御害虫和草食者，CYP71E1介入其生物合成。将CYP71E1导入非生生氰糖苷可加强其他植物抗性。大鼠CYP1A1 转基

20、因烟草人CYP1A1转基因马铃薯加快除草剂代谢大豆CYP1A10转基因烟草改变花卉颜色（P450具有类黄酮羟基化作用，花色兰化），叶片的形态设计（宽窄长短）C.生物除污1.预测污染程度：测定鱼肝（加单氧酶）和摇蚊（EROD)代谢毒物和致癌物2.天然P450cam（假单孢菌）的生物净化（除草剂，化学毒物）,二.药物代谢 II 相酶谷胱甘肽巯基转移酶（glutathione S-transferase GST）,1.分布肝脏、肺、胎盘、肾脏、肠道、红细胞、淋巴细胞、卵巢、睾丸等2.类型6种同工酶，GST1-6,，每个家族中70%氨基酸同源。3.组成纯二聚体或杂二聚体，亚单位分子量23000-280

21、00。,药物代谢 II 相酶GST,4.特性存在于胞质内，具有多型性，可被诱导,遗传多态性（GST1缺陷-肝病和肿瘤）。5.催化反应 GST X+GSH X-SH,药物代谢 II 相酶GST,6.生理意义 药物代谢：与各种外源物和内源物结合 肝损伤：GST2释放，比ALT敏感 肿瘤早期诊断：GST3(),消化系统肿瘤的血清学诊断。抗肿瘤药耐药性 7.调控GST基因增强子外源性化合物反应元件(PAH)抗氧化剂反应元件（OH,ROS）糖皮质激素反应元件（DEX）巴比妥类反应元件（PB）,思考题,1.CYP450的组成，特性及功能2.CYP450的诱导和抑制3.CYP450与新药研究,学业顺利事业有成,