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-ac
2、etyltransferase)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(superoxidas
3、e)过氧化氢酶(catalase),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,（二）Cytochrome P450的特性和功能1.组成 Cytochrome P450
4、 细胞色素 Cytochrome b5 NADPH-cytochrome P450 reductase 黄素蛋白 Cytochrome b5 reductase Phospholipid,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。Cytochrome b5 NADPH-cytochrome P450 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CY
5、P450,2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 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
6、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450nm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
7、、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,TC
8、DD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
9、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，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
10、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, Chicken)P450313A1-6(Human, Rat, Rabbit)P450424A1-7,4B1(R
11、at, 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（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
12、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，
13、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P450 化学抑制剂的特异性评价化学抑制剂1A1 1A2 2A6 2C9
14、 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,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. CYP45
15、0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
16、.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)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
17、,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,正在进行临床试验的抗肿瘤ASON药物,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
18、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。,药物代谢 I 相酶CYP450,CYP71E1导入非生氰糖苷植物（防御害虫和草食者），加强植物抗性。大鼠CYP1A1 转基因烟草人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（glut
19、athione 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23000-28000。,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,
