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        藥物體外肝代謝的研究方法Δ

        2017-01-17 01:17:30張紅盼周本宏武漢大學人民醫(yī)院藥學部武漢430060武漢大學藥學院武漢43007
        中國藥房 2017年19期
        關鍵詞:研究

        陳 鵬,汪 靜,張紅盼,吳 玥,劉 剛,周本宏,2#(.武漢大學人民醫(yī)院藥學部,武漢 430060;2.武漢大學藥學院,武漢43007)

        藥物體外肝代謝的研究方法Δ

        陳 鵬1*,汪 靜1,張紅盼1,吳 玥1,劉 剛1,周本宏1,2#(1.武漢大學人民醫(yī)院藥學部,武漢 430060;2.武漢大學藥學院,武漢430071)

        目的:為藥物體外肝代謝研究方法在新藥研發(fā)中的應用提供參考。方法:以“藥物代謝”“體外肝代謝”“肝微粒體體外溫孵法”“肝細胞體外溫孵法”“肝灌流技術”“肝組織切片技術”“基因重組P450酶系”“Drugmetabolism”“Livermetabolism in vitro”“Metabolism of liverm icrosome in vitro”“Liver perfusion technique”“Liverbiopsy technique”“Recombination genetic cytochrome P450”等為關鍵詞,組合查詢1996年10月-2017年4月在PubMed、Web of Science、中國知網、中國生物醫(yī)學等數(shù)據(jù)庫中的相關文獻,對體外肝代謝研究方法進行綜述。結果與結論:共檢索到相關英文文獻220余篇、中文文獻750余篇,其中有效文獻30篇。常見的體外肝代謝研究方法有肝微粒體體外溫孵法、肝細胞體外溫孵法、肝灌流技術、肝組織切片技術、基因重組P450酶系等。藥物體外肝代謝不能全面反映體內藥物的綜合代謝情況,與體內的真實代謝情況存在差異,今后需結合體內實驗等方法來完善藥物在體內外的藥物代謝轉運研究;目前肝灌流技術和基因重組P450酶系等體外肝代謝研究方法對設備、實驗操作成本、數(shù)據(jù)處理技術等要求較高,其運用和推廣仍然受到一定的約束和限制,今后需建立簡單、快速、經濟、高效的科學技術方法和手段。

        體外肝代謝;肝微粒體體外溫孵法;肝細胞體外溫孵法;肝灌流技術;肝組織切片技術;基因重組P450酶系;新藥開發(fā)

        目前對于傳統(tǒng)藥物及其制劑的代謝研究一般都偏向于體內研究,但是在體內代謝研究過程中由于藥物在生物體內分布廣泛,代謝轉化極易受到各種臟器和多種酶系的干擾,使藥物及其代謝產物在體內濃度較低,增加了機體藥物代謝、分離和檢測的難度,這對于藥物體內代謝轉化的研究是非常不利的[1-2]。而體外代謝法能克服體內眾多因素的干擾,可快速方便地控制代謝條件,易于代謝產物的分離、提取;另外,對于毒性大、體內代謝清除率低、檢測手段靈敏度低的藥物,體外代謝法更是良好的研究手段。肝是血流量很高的器官,藥物的代謝大多在肝進行,主要包括藥物的Ⅰ相氧化和Ⅱ相偶聯(lián)反應。藥物經上述反應后性質發(fā)生變化,其藥效/毒性可能加強或減弱,體外肝代謝法成了藥物體外代謝研究的主要技術和方法。常見的體外肝代謝研究方法有肝微粒體體外溫孵法、肝細胞體外溫孵法、肝灌流技術、肝組織切片技術、基因重組P450酶系等[3-4],廣泛應用于藥物毒理學、藥動學及藥效學的研究,根據(jù)不同的要求和目的加以選擇和利用,可達到理想效果。筆者以“藥物代謝”“體外肝代謝”“肝微粒體體外溫孵法”“肝細胞體外溫孵法”“肝灌流技術”“肝組織切片技術”“基因重組P450酶系”“Drugmetabolism”“Livermetabolism in vitro”“Metabolism of liver m icrosome in vitro”“Liver perfusion technique”“Liver biopsy technique”“Recombination genetic cytochrome P450”等為關鍵詞,組合查詢1996年10月-2017年4月在PubMed、Web of Science、中國知網、中國生物醫(yī)學等數(shù)據(jù)庫中的相關文獻。結果,共檢索到相關英文文獻220余篇、中文文獻750余篇,其中有效文獻30篇?,F(xiàn)對常用的體外肝代謝研究方法進行綜述,以期為藥物體外肝代謝研究方法在新藥研發(fā)中的應用提供參考。

        1 肝微粒體體外溫孵法

        肝微粒體體外溫孵法是一種先利用差速離心技術制備得到肝微粒體,然后再人工模擬體內生理溫度和環(huán)境等條件下輔以氧化還原型輔酶混合得到的生化反應體系[5]。此體系制備簡單、代謝時間短、易于重現(xiàn),方便大量操作以積累代謝樣品供結構研究。

        1.1 運用肝微粒體體外溫孵法進行藥物體外代謝途徑研究

        JiHY等[6]選擇抗過敏藥物紫堇堿(Corydaline)作為體外代謝底物,運用肝微粒體體外溫孵法對Corydaline體外代謝途徑進行了研究。結果表明,Corydaline體外肝微粒體代謝主要有M 1(Yuanhunine)、M 2(9-O-desmethylcorydaline)、M 3(Isocorybulbine)、M 4(Corybulbine)、M 5(9,10-di-O-desmethylcorydaline)、M 6(2,10-di-O-desmethylcorydaline)、M 7(3,10-di-O-desmethylcorydaline)、M 8(Hydroxyyuanhunine)、M 9(Hydroxycorydaline)等9種代謝產物;而以液相色譜-質譜聯(lián)用法對其肝細胞孵育代謝產物進行分析發(fā)現(xiàn),該代謝途徑下Corydaline的主要代謝產物只有M 1、M 5、M 6及M 9。可以看出,代謝酶系在肝微粒體和肝細胞中的分配和構成有一定的差異,即相同的物質在不同的途徑下由于代謝酶系的不同得到的代謝產物也會有所差異。因此,對于確認與體內代謝情況一致的體外代謝途徑目前依舊是一個難題。

        1.2 運用肝微粒體體外溫孵育法進行藥物體內代謝清除研究

        肝微粒體體外溫孵育法已廣泛應用于預測藥物體內代謝清除等方面的研究。一般是先通過酶促動力學試驗測定藥物的米氏常數(shù)(Km)等藥動學參數(shù),然后結合相應的藥動學軟件來推測藥物在體內的清除率。

        邸欣等[7]運用肝微粒體體外溫孵育體系對大黃素在大鼠體內代謝清除率進行了研究。結果顯示,大黃素在♀、♂大鼠肝微粒體中的酶促動力學參數(shù)存在顯著差異,其中♀鼠肝微粒體的最大反應速率約為♂鼠的2倍,而♂鼠肝微粒體的Km又小于♀鼠,說明相比于♂鼠肝微粒體,♀鼠肝內催化大黃素的代謝酶活性較高,而代謝酶與大黃素的親和力則較低。

        肝微粒體體外溫孵育法應用于藥物代謝物結構推測和藥物代謝酶活性劑毒理學及藥動學研究等方面均具有簡單、快速、高效的優(yōu)勢,在臨床藥動學研究制訂合理的給藥方案提供實驗依據(jù)等方面具有廣泛的應用價值。但肝微粒體體外溫孵育法不能完全反映藥物在體內的代謝情況,因此要綜合體內試驗才能最終確證[8-9]。

        2 肝細胞體外溫孵法

        肝細胞體外溫孵法的原理和制備思路與肝微粒體體外溫孵法一致,即先利用體外分離技術得到離體肝細胞,然后再人工模擬體內生理溫度和環(huán)境等條件下輔以氧化還原型輔酶進行混合,再對藥物進行孵育反應。此法適用于蛋白及mRNA水平藥物代謝酶誘導和酶活性的研究及藥物代謝過程中藥物相互作用的評估[10]。

        2.1 運用肝細胞體外溫孵法進行藥物體外代謝途徑研究

        Vacek J等[11]利用原代培養(yǎng)的肝細胞懸液溫孵法研究了槲皮素、蘆丁、異槲皮素和花旗松素的體外代謝,運用高效液相色譜-電噴霧四級桿飛行時間質譜法分析鑒定了其代謝產物。結果顯示,這4種黃酮類化合物體外肝代謝的主要產物為甲基黃酮醇和葡萄糖苷酸化產物。在孵育的24 h過程中花旗松素的平均生物轉化率最高,為52.45%,主要被轉化為硫酸結合物;槲皮素和花旗松素比蘆丁和異槲皮苷在原代肝細胞懸液中更容易發(fā)生代謝。原代培養(yǎng)的細胞具有充足的天然水平的酶系和輔助因子,能保持細胞的完整性,適用于藥物代謝的生物轉化和藥物體外代謝途徑等的研究。

        2.2 運用肝細胞體外溫孵法進行藥物體外代謝清除研究

        王新茹[12]利用體外代謝的方法制備了13C標記的甲霜靈代謝物標樣,對選擇性代謝的研究結果表明,在肝微粒體中,S-甲霜靈優(yōu)先降解,代謝物的生成也具有明顯的選擇性;在肝細胞中,R-甲霜靈的消除速度快于S-甲霜靈,代謝物生成的選擇性一致,都是S-甲霜靈的生成量多于R-甲霜靈。因此,肝細胞體外溫孵法在藥物開發(fā)早期的試驗研究中具有試驗周期短、效率高、操作簡單等優(yōu)勢,可廣泛用于藥物代謝生物標志物的篩選[13]。

        2.3 運用肝細胞體外溫孵法進行藥物代謝相互作用研究

        吳雅麗等[14]采用人肝細胞溶質體外孵育法,在孵育體系中加入底物法舒地爾和系列濃度的黃酮類化合物共同孵育,然后采用液相色譜-串聯(lián)質譜法測定孵育液中法舒地爾的代謝物羥基法舒地爾的濃度。通過與對照組比較,確定各種黃酮類化合物對法舒地爾代謝的抑制程度,并采用GraphPad Prism 6.0軟件計算各化合物的半數(shù)抑制濃度(IC50)。結果顯示,槲皮素、高良姜素、山柰酚、蘆丁、柚皮素、橙皮素、喬松素、表兒茶素、金合歡素及黃豆苷元對法舒地爾均有較強的代謝抑制作用,其IC50值均低于1μmol/L;蒙花苷、黃芩苷及燈盞花乙素對法舒地爾代謝的抑制作用較弱。臨床上使用法舒地爾時應關注其與富含黃酮的中藥或食物間可能發(fā)生的代謝性相互作用。

        2.4 運用肝細胞體外溫孵法進行肝細胞體外活性維持研究

        為了解決肝細胞活性體外維持時間短的問題,減少新鮮肝組織的消耗,尤其在目前人肝細胞的應用越來越普及的情況下,維持肝細胞的活性有積極意義。Aghdai MH等[15]通過對傳統(tǒng)的肝細胞冷凍技術進行優(yōu)化,考察了二硫蘇糖醇和果糖對大鼠正常肝細胞和肝癌細胞HepG2在冷凍條件下活力的影響。結果發(fā)現(xiàn),孵化前通過加入二硫蘇糖醇和果糖進行冷凍保存后,可增加大鼠正常肝細胞和肝癌細胞HepG2的生存能力和解凍功能。

        肝細胞體外溫孵法與肝微粒體體外溫孵法整體研究思路幾乎相同,在代謝產物分析和藥動學研究等方面有很多相似之處,但是細化到具體的代謝類型、代謝產物的種類及相應的代謝酶等方面還是存在較多差異。目前藥物體外代謝模型仍以肝細胞體外溫孵法為主,隨著肝細胞冷凍技術的逐步發(fā)展,肝細胞體外活性試驗的穩(wěn)定性和可靠性也會不斷得到改善[16]。

        3 肝灌流技術

        肝灌流技術也稱體外全肝灌流,即先從機體分離得到完整的肝,然后通過人工灌注以維持肝細胞活性和生化功能,再對藥物進行代謝作用。此法免受其他器官組織的作用干擾,可以定量研究試驗藥物在肝的代謝情況,極大地發(fā)揮了離體系統(tǒng)試驗的優(yōu)越性[17]。

        Moghtadaee S等[18]運用肝離體再灌流技術對具有選擇性酪氨酸激酶抑制作用的靶向抗癌藥伊馬替尼進行大鼠體外研究。結果表明,伊馬替尼灌流質量濃度為1、5μg/m L時,色譜條件下檢測出其在大鼠肝灌流液中主要代謝物為N-去甲基伊馬替尼,且與人和大鼠肝微粒體代謝試驗結果一致。張如洪等[19]運用肝灌流技術研究了異甜菊醇在大鼠肝內的代謝情況,結果表明,異甜菊醇的藥動學在體內和體外的特征為其在肝中會發(fā)生葡萄糖酸化,肝是異甜菊醇消除的主要途徑,而其在腎的消除幾乎可以忽略。

        肝灌流技術在定量研究藥物體外代謝行為和特點方面具有優(yōu)勢,對于藥物開發(fā)和毒理學研究具有不可或缺的重要意義。但該法對實驗設備和數(shù)據(jù)處理技術要求很高,應用范圍受限。

        4 肝組織切片技術

        1923年德國生物化學家瓦勃首次建立了手工肝組織切片技術,用微刀片所切取的肝組織厚度不一,此類肝切片中的細胞缺乏再生能力,容易缺氧死亡[20]。為了克服手工肝組織切片只適合短期試驗研究的缺陷,20世紀80年初有人使用了組織切片機進行切片,使肝組織切片在切割后達到了厚薄均勻的效果,對肝組織損傷比較小。隨后精確切取的肝組織切片技術被廣泛用于病理學、藥理學等研究中。

        M cpherson S等[21]在超聲條件引導下運用自動化肝組織切片技術對丙型肝炎病毒(HCV)感染的獼猴進行肝組織活檢,證實了HCV能加劇肝纖維化和肝硬化的進程。劉智文等[22]探討了腹腔鏡下膽道探查聯(lián)合術中快速冰凍切片肝活檢對膽道閉鎖的診斷價值,通過在腹腔鏡膽道探查術中剪取肝邊緣少量肝組織,送快速冰凍切片活檢,并將肝組織內病理形態(tài)改變與術后石蠟切片進行比較研究。結果顯示,術中肝組織冰凍切片與腹腔鏡探查、膽道造影及術后石蠟切片相對照符合率高,能準確判斷肝纖維化以及小膽管增生程度,有助于膽道閉鎖的術中診斷及預后評估。

        5 基因重組P450酶系

        基因重組P450酶系即利用基因工程技術將調控人或動物肝中的P450酶系所表達的基因整合到大腸桿菌或昆蟲細胞中,通過細胞培養(yǎng)表達產生高水平的P450酶系,并將其分離純化提取得到高效單一的P450同工酶[23]。

        5.1 運用基因重組P450酶系進行誘導藥物代謝的P450亞型研究

        SiD等[24]運用基因重組P450酶系研究了細胞色素氧化酶P4502C9(CYP2C9)與黃酮及黃酮醇類化合物的相互作用。結果顯示,除黃酮外,黃酮醇類化合物對CYP2C9介導的4′-羥基雙氯芬酸代謝均有抑制作用,6-羥基黃酮是CYP2C9的非競爭性抑制劑,其余是競爭性抑制劑。因此,臨床使用黃酮醇類藥物時要避免與CYP2D6的抑制劑合用。魏春敏[25]運用基因重組P450酶系考察了CYP1A2、CYP2A6、CYP3A4、CYP2B6、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1酶對去甲斑螯酸體外代謝的影響。結果表明,CYP2C19、CYP2C9、CYP2E1酶是誘導去甲斑螯酸代謝的主要P450亞型酶,而其他5種亞型酶對此物質代謝沒有明顯的誘導作用。

        5.2 運用基因重組P450酶系進行藥物間相互作用研究

        Haza AI等[26]運用基因重組P450酶系技術,通過表達人CYP1A1和尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉移酶1A4的桿狀病毒細胞考察了楊梅黃酮和槲皮素對雜環(huán)胺誘導DNA氧化損傷的調節(jié)能力。結果顯示,這2種物質發(fā)揮保護DNA氧化損傷的作用主要與其抑制CYP1A1酶活性有關。Jin SE等[27]運用基因重組P450酶系方法評估了葛根湯、神速湯、小青龍湯、小柴胡湯、人參敗毒湯散、九味羌活湯等6種中藥配方在治療傳統(tǒng)感冒過程中對4種關鍵P450酶亞型的影響。結果表明,葛根湯能顯著抑制CYP2C19、CYP2D6和CYP2E1的活性;九味羌活湯對CYP2D6、CYP2E1活性的抑制作用要強于其他P450酶亞型;神速湯與小柴胡湯能改變CYP2C19、CYP2E1介導的藥物代謝;人參敗毒湯散與小青龍湯對CYP3A4、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1介導的藥物代謝沒有任何抑制作用。基因重組P450酶系的運用還可推廣到人體藥物氧化代謝多態(tài)性的預測評估中。

        5.3 運用基因重組P450酶系進行藥物毒性機制研究

        金桂芳等[28]運用基因重組P450酶系研究了多氯聯(lián)苯(PCBs)代謝活化的主要人類CYP亞型,三氯聯(lián)苯、四氯聯(lián)苯遺傳毒作用的結構-活性關系,以及人硫酸基轉移酶1A1(SULT1A1)是否參與PCBs的代謝減毒。結果顯示,除2個二英類PCBs(PCB 77、81)外,14個PCBs中 PCB4、5、16、17、18、20、22、28、52、60、66、74都對表達人CYP2E1與人SULT1A1的V79細胞有細胞毒作用,均呈濃度依賴性和結構-效應關系,而SULT1A1抑制劑五氯酚并不影響或僅在一定程度上增強個別PCBs的作用。此研究結果提示人CYP2E1可能是特異代謝活化一系列非二英類PCBs為強作用誘變劑的主要生物轉化酶,而人SULT1A1對某些PCBs的活性代謝物則具有一定的解毒作用,這為以后研究藥物毒性分子作用機制方面提供了新的思路。

        相對于其他幾種體外代謝研究方法,基因重組P450酶系在研究藥酶誘導特異性和選擇性方面具有分子水平的優(yōu)勢,可為藥物與酶結合位點的相互作用提供更多思路和信息,能解決藥物代謝微觀領域等細節(jié)問題,對新藥藥理作用機制的研究探索具有指導性意義[29]。但該法的試驗成本較高,不利于生產應用和推廣。

        6 結語

        體外肝代謝在離體條件下進行,能直接觀察酶與底物代謝的作用結果,相對于體內代謝在掌握藥物代謝途徑及代謝產物結構鑒定等方面具有突出的優(yōu)越性,在藥物先導化合物的篩選、新藥開發(fā)及藥物代謝酶活性研究等領域中具有廣闊的應用前景[30]。但是隨著對藥物代謝法研究的不斷深入,體外藥物肝代謝也存在一些問題:(1)藥物體外肝代謝研究作為一種體外代謝研究方法,不能全面反映體內藥物的綜合代謝情況,與體內代謝情況存在差異。今后需結合體內實驗等方法來完善藥物在體內外的藥物代謝轉運研究。(2)肝灌流技術和基因重組P450酶系等體外肝代謝研究方法目前對設備、試驗操作成本、數(shù)據(jù)處理技術等要求較高,其運用和推廣仍然受到一定的約束和限制。今后需建立簡單、快速、經濟、高效的科學技術方法和手段。

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        R917;R969.1

        A

        1001-0408(2017)19-2703-05

        2016-11-05

        2017-05-09)

        (編輯:余慶華)

        國家自然科學基金資助項目(No.31570349)

        *碩士研究生。研究方向:中藥及天然藥物活性成分。電話: 027-88041919。E-mail:2282968908@qq.com

        #通信作者:教授,碩士生導師,博士。研究方向:中藥及天然藥物活性成分。電話:027-88041919。E-mail:benhongzh@whu.edu.cn

        DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2017.19.31

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