多數(shù)情況下,
微粒體(Microsomes)是指在細(xì)胞勻漿和差速離心過(guò)程中獲得的由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結(jié)構(gòu),直徑大約100 nm左右,是異質(zhì)性的集合體,它包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和核糖體兩種基本成分,其內(nèi)主要含有
細(xì)胞色素P450(Cytochrome P450,簡(jiǎn)稱(chēng)CYP450))氧化酶,與氧化代謝有關(guān),是藥物代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶。在體外實(shí)驗(yàn)中,也具有蛋白質(zhì)合成、蛋白質(zhì)糖基化和脂類(lèi)合成等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基本功能。
Keywords:Microsomes, CytochromeP450, CYP450, Pharmacokinetics(PK), Drug Metabolism
圖片1 微粒體 來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
一、藥物代謝的關(guān)鍵器官
藥物代謝是指藥物在體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化,導(dǎo)致藥物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,也被稱(chēng)為藥物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化。
藥物代謝主要發(fā)生在肝臟(Liver)、腎臟(Kidney)、肺(Lung)、胃(Stomach)、腸(Intestine)道和皮膚(Skin)等部位,而肝臟是藥物代謝的主要部門(mén),腎臟則是僅次于肝臟的代謝器官。
藥物在肝內(nèi)藥物代謝酶的作用下經(jīng)過(guò)不同程度的結(jié)構(gòu)變化,一般可分為兩個(gè)階段,包含Ⅰ相代謝(Phase Ⅰ Metabolism)和Ⅱ相代謝(Phase Ⅱ Metabolism)反應(yīng)。其中,第一階段為氧化、還原及水解反應(yīng),產(chǎn)生一系列肝細(xì)胞毒性產(chǎn)物,主要包括親電子基和氧自由基,也稱(chēng)作Ⅰ相反應(yīng)(Phase I Reaction);第二階段為結(jié)合反應(yīng),即藥物解毒過(guò)程,也稱(chēng)作Ⅱ相反應(yīng)((Phase Ⅱ Reaction))。大部分藥物完成代謝后藥理作用減弱或消失,少數(shù)藥物才能發(fā)揮治療作用。
作為藥物代謝的主要器官,肝臟代謝約占總代謝量的70%-80%。
除肝臟外,腎臟也是藥物代謝的重要器官之一,約占總代謝量的10%-20%。腎臟可以通過(guò)濾過(guò)和分泌的方式將藥物及其代謝產(chǎn)物排出體外。但是,由于腎臟對(duì)藥物的排泄能力有限,因此一些藥物可能會(huì)在體內(nèi)積累并產(chǎn)生毒性作用。
因此,除主要的肝臟、腎臟外,人體內(nèi)腸道中的酶系統(tǒng)及肺部等其他部位也可以影響藥物的吸收和分布。
圖片2 加單氧酶的反應(yīng) 來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)
二、藥物代謝器官的關(guān)鍵酶
由上可知藥物在體內(nèi)代謝主要依賴(lài)于肝臟、腎臟、胃腸道及其他器官中多種酶系統(tǒng)的正常運(yùn)作,因此,充分地了解不同器官中富含的酶系有利于更好地研究藥物的代謝過(guò)程。
參與藥物代謝反應(yīng)的酶系通常分為兩類(lèi):微粒體(Microsomes)酶系和非微粒體酶系。微粒體酶系主要存在于肝細(xì)胞或其他細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的親脂性膜上。肝微粒體中最重要的一族氧化酶是肝微粒體混合功能氧化酶系統(tǒng)或稱(chēng)單加氧酶(CYP450),是藥物在體內(nèi)代謝的主要途徑,該類(lèi)酶系氧化反應(yīng)類(lèi)型極為廣泛,大多數(shù)藥物是通過(guò)這類(lèi)酶系進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的。在催化藥物氧化反應(yīng)過(guò)程中,需要
細(xì)胞色素P450(CytochromeP450
)、輔酶II、分子氧及Mg2+、黃素蛋白、非血紅素鐵蛋白等參與才能完成。
非微粒體酶系又稱(chēng)II型酶,主要包含尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(UDP glucuronosyltransferase, UGT)及硫酸轉(zhuǎn)移酶(Sulfotransferase,SULT)等酶系,其中UGT存在于肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔側(cè)面,因此微粒體中也含有UGT酶系。
除了維持水和電解質(zhì)平衡的生理功能以及排泄內(nèi)源性和外源性物質(zhì)外,
腎臟也是一相和二相代謝生物轉(zhuǎn)化的重要器官。腎中的一相代謝酶主要有P450 酶、脫氫酶及各種單加氧酶等,但其含量或活性均明顯低于肝臟藥酶,所以藥物在腎臟中的一相代謝處于次要地位。腎中的藥物代謝酶主要是二相代謝酶,如葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(UGT)、硫酸轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶、N-乙;负桶被峤Y(jié)合酶等,因此
二相代謝在藥物的腎代謝中占據(jù)主要的地位。
此外,腸道作為人體最大的消化器官之一,不僅負(fù)責(zé)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),還扮演著重要的藥物代謝的角色。
在腸道內(nèi),許多藥物經(jīng)過(guò)一系列的代謝反應(yīng),被轉(zhuǎn)化為更容易排泄和清除的代謝產(chǎn)物。在這個(gè)過(guò)程中,藥物代謝通常由兩個(gè)途徑進(jìn)行:一是通過(guò)腸道上皮細(xì)胞內(nèi)的代謝酶,二是通過(guò)腸道內(nèi)微生物的參與。其中,前者主要依賴(lài)CYP450酶、UGT酶和脫脂酶等酶系,后者則是通過(guò)微生物參與代謝。
然而,隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,除常規(guī)口服類(lèi)藥物外,吸入型藥物具有吸收快、起效快及避免首過(guò)代謝的特點(diǎn),近年來(lái)備受關(guān)注。但吸入性制劑藥物通過(guò)肺部給藥,避免了肝臟首過(guò)效應(yīng),直接作用于肺部組織,通常認(rèn)為應(yīng)當(dāng)考察其在肺部的代謝情況。因此,了解肺部的主要藥物代謝酶對(duì)于吸入型制劑而言至關(guān)重要。
肺中含有許多藥物代謝酶,包括P450酶、水解酶、結(jié)合酶、單胺氧化酶、黃素單加氧酶等,其中肺 P450 酶在對(duì)異物的生物轉(zhuǎn)化及吸入的化學(xué)致癌物的失活和肺毒素的解毒方面發(fā)揮了重要的作用。
綜上所述,藥物的體內(nèi)代謝通常經(jīng)由多種器官、多種酶系協(xié)同完成,因此,作為藥物申報(bào)的非臨床早研階段,選擇合適的體外模型對(duì)于了解的藥物的代謝途徑或代謝酶系具有重要意義!
三、藥物的體外代謝模型——微粒體
相較于體內(nèi)代謝研究,體外代謝研究可以減少體內(nèi)因素的干擾,直接觀察藥物與酶的相互作用過(guò)程,已成為藥物早研階段的首要選擇。
藥物體外代謝研究的主要模型一般包括微粒體(Microsomes)、S9(S9 Fraction)、胞質(zhì)液(Cytosol)、組織勻漿(Homogenate)原代細(xì)胞(Primary Cells)等。
由于肝臟是藥物的主要代謝場(chǎng)所,
肝細(xì)胞及其亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)如肝微粒體、肝S9、肝組織勻漿及肝胞質(zhì)液成為了藥物代謝研究的主要模型。
但微粒體作為細(xì)胞勻漿和差速離心過(guò)程中獲得的由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結(jié)構(gòu),廣泛存在于肝臟、腎臟、腸道、肺等多個(gè)器官中,且主要為I相細(xì)胞色素CYP450酶和II相酶系如UGT、SULT等,囊括了多種類(lèi)型藥物的不同代謝途徑,因此,
選擇合適組織的微粒體是研究不同藥物體外代謝的首選模型!
此外,根據(jù)《藥物非臨床藥代動(dòng)力學(xué)研究技術(shù)指導(dǎo)原則》中指出,”試驗(yàn)動(dòng)物選擇常有小鼠、大鼠、兔、豚鼠、犬、小型豬和猴等,且對(duì)于創(chuàng)新性藥物應(yīng)選用兩種或兩種以上的動(dòng)物,其中一種為嚙齒類(lèi)動(dòng)物;另一種為非嚙齒類(lèi)動(dòng)物。而除了動(dòng)物種屬,非臨床ADME研究也應(yīng)主要采用人源化材料(如:人肝微粒體)”等。
因此,合適的多種屬微粒體選擇也是不同藥物研究的關(guān)鍵考察點(diǎn)!
鑒于此,IPHASE作為體外研究生物試劑引領(lǐng)者,成功開(kāi)發(fā)了包含人、猴、犬、大鼠、小鼠等多種屬在內(nèi)的多組織來(lái)源的微粒體產(chǎn)品,為種屬差異研究、代謝穩(wěn)定性研究、P450抑制研究、代謝酶表型研究等多類(lèi)型試驗(yàn)提供豐富的產(chǎn)品選擇,并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制,以便為客戶節(jié)省時(shí)間、提高效率,是體外非臨床研究的不二選擇!
組織 |
種屬 |
規(guī)格 |
肝 |
人、猴、犬、大鼠、小鼠、金黃地鼠、貓、小型豬、牛、雞、豚鼠、魚(yú)、羊 |
0.5mL,20mg/mL |
腸(PMSF) |
人、猴、犬、大鼠、小鼠、金黃地鼠、小型豬 |
0.15mL,10mg/mL
0.5mL,10mg/mL |
腸(PMSF-free) |
人、猴、犬、大鼠、小鼠、金黃地鼠、小型豬 |
0.15mL,10mg/mL
0.5mL,10mg/mL |
腎 |
人、猴、犬、大鼠、小鼠、小型豬 |
0.5mL,10mg/mL |
肺 |
人、猴、犬、大鼠、小鼠、小型豬 |
0.5mL,10mg/mL |
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