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1、细胞色素P450酶在药物研究中的应用,Cytochrome P450,细胞色素P450在药物合理用药中的作用,正确判断疾病,选择正确的药物,安全、有效、经济使用药物,最小的卫生资源投入,最大的医疗和社会效益,合理用药概念,目前医药界存在的问题,乱研,乱产,乱用,乱销,急于求成的科学家,急于接轨的管理,急于发财的商家,急于救人的医生、急于治病的病人,用药问题太多,滥用抗生素关于上感用抗生素，浪费25%养 殖 业 用药剂量过大产生毒性作用联合用药过多产生药物相互作用提高医生的用药水平！提高病人的自我保护意识！提高职业药师的责任感！,不良反应现状Adverse Drug Reaction ADR,*
2、WHO报道：因ADR住院5%住院病人ADR发生率10-20%美国ADR救治费760亿/年；英国39亿/年*我国5000-8000万残疾人，听力残疾占1/3，其中因药物至残占60-80%,不良反应现状Adverse Drug Reaction ADR,武汉地区1/7死于不合理用药，占住院死亡率11%处方错误：4%无必要甾体抗炎药 47%不良反应没有得到合理治疗23%例：年轻的癫痫死亡病例无明显病理变化 卡马西平+苯妥英钠 血药浓度降低,思考,比较注重知识的积累，较少讨论实际案例医生查房，主要讨论诊断，不查合理用药方案,医生诊断,药师参与用药决策,合理用药必备条件,临床药理学的基本知识,生物药剂学
3、的基本知识,药物的体内过程,靶部位浓度高、低、持续时间疗效,药物代谢是维持血药浓度的关键因素,催化药物代谢药物代谢酶决定药物代谢速度药物代谢酶活性药物代谢酶存在的部位肝、肠、脑、肾、肺药物代谢主要途径氧化、还原、水解、结合药物代谢酶类型细胞色素P450 非细胞色素P450,I 相,II 相,药物代谢结果,1 失活（减毒或解毒）大多数药物2 活性明显增加 非那西丁 对乙酰氨基酚 前药（prodrug)酶活化靶向前体药物3毒性明显增强 异烟肼4致癌性增加环境致癌物与肿瘤易感性,细胞色素P450概述,肝脏内存在许多药物代谢酶系统:微粒体药物代谢酶系统：主要为细胞色素450(cytochrome P4
4、50,CYP)，非微粒体酶系统肠道菌群酶系统；,CYP450酶系是因其主要组成P450的还原型与CO结合体在450nm处有特征光吸收蜂而得名。细胞色素 P450 分布广泛，各种脊椎动物、无脊椎动物、植物、真菌和细菌中均有它的存在。其分布具有一定的选择性，它分布于外源化合物进入体内的主要入口组织。,CYP450S的生化功能,CYP450S催化的主要反应有烷基羟基化、烷基环氧化、羟基的氧化、氨氧硫部位的脱烷基化、氧化性脱氨、脱氢、脱卤素、C-C断裂等等。总反应式：2e-,2H+RH+O 2 ROH+H2O P450 由450酶所催化的药物相反应常为其在体内代谢的限速步骤,可影响药物的生物利用度,而
5、药物在体内的药动学个体差异往往是由于参与代谢的450酶活性的个体差异所致,因为450酶活性常受到遗传因素、年龄、疾病状态或其它药物相互作用的影响而发生改变。,CYP450S分类,CYP450S由许多异构体组成,这些异构体组成了450酶家族或亚家族。(1)线粒体P450：参与类固醇激素的生物合成,与药物或外来物质代谢无关,不属于药物代谢酶的范畴;(2)微粒体P450：参与药物、致癌物、类固醇激素和脂肪酸的代谢。(3)线粒体和微粒体皆有分布的P450：参与一些具有重要生理功能的内源性物质的生物合成与代谢,如血栓素、前列环素、胆固醇、维生素3和胆汁酸等。,CYP450S命名,CYP450酶家族是由字
6、母CYP,CYP正体表示酶，斜体CYP 表示基因根据蛋白质一级结构氨基酸序列的同源性，40%归为同一类，由阿拉伯数字110来表示,如：CYP2;每个家族又分为亚家族（subfamily),同源性55%归于同一个亚族，用大写英文字母进行区分,如 CYP3A、CYP2D 等；同一亚族中，根据发现的顺序用阿拉伯数字编序，区分不同的个体，如CYP3A4、CYP2C19等再以 1表示野生型,2以后表示变异型的变种,如CYP11 2,几中重要的CYP450酶,CYP3A4 CYP2D6 CYP2C CPY1A2 CYP2E1,由各种p450酶代谢的药物的相对比例,CYP3A4,CYP34是成人CYP450
7、中最重要的成分,约占CYP450总量的30%40%,居第一位。该酶在许多内、外源化合物的代谢中起着重要作用包括38个类别共150多种药物在体内的代谢,还参与部分前致癌物的活化。外源性化合物：红霉素、尼莫地平、利多卡因、环孢素、奥美拉唑、可的松、雌二醇、-还原酶抑制剂等内源性化合物：雌二醇、可待因,CYP3A4,CYP34基因位于7号染色体2区1带,近年来发现的变异等位基因34 为5启动区290,其分布频率在白人为4.2%,黑人为66.7%,而在中国人中未见。变异体与酶活性关系有待更深入的研究。尽管CYP34活性存在广泛的个体差异,但目前尚无证据表明其存在遗传多态性。低的CYP34活性是浸润期膀
8、胱癌发展的危险因素。Romker等证实34的低活性与53的过度表达有显著联系,可能为CYP34参与了环境中一种目前尚不清楚的可诱导53突变的前致癌物的解毒反应。,CYP2D6-最具遗传多态性的酶系,CYP26占成人CYP450S的总量4%左右。参与异喹胍、抗心律失常、抗高血压药、三环类抗抑郁药等50多种临床药物的代谢。,CYP2D6-最具遗传多态性的酶系,人类的CYP26基因簇位于22号染色体的长臂上。最常见的变异等位基因为CYP26,是第4外显子1634处出现拼接错误。CYP26则为第5外显子2637的丢失,导致阅读框架移位。CYP26和CYP26占所有无效等位基因的70%。CYP26为CY
9、P26基因的缺失,占无效等位基因的15%。CYP26、CYP26等少见,加起来约占余下15%。,CYP2D6-研究热点,多态性研究：药物代谢 致癌机制。CYP26羟化活性可激活某些前致癌物,引发肺癌和膀胱癌,CYP2CCYP2C19具遗传多态性,CYP2亚族由CYP29、CYP210、CYP219等同工酶蛋白组成,占成人CYP450S总量的20%左右。在华法林、甲苯磺丁脲、美芬妥英、安定、氯丙嗪等药物的代谢起重要作用。,CYP2CCYP2C19具遗传多态性,CYP219具遗传多态性,基因族位于人10号染色体。（1）灭活突变形式:CYP219 2为第5外显子的681位突变,CYP219 3为第4
10、外显子的636位的突变,突变提前产生一个终止密码,使蛋白合成提前终止。（2）某一位点发生突变导致氨基酸发生取代,CYP219活性降低甚至丧失,包括CYP219 4、CYP219 5、CYP219 6、CYP219 7、CYP219 8。但东西方人种间存在着明显的种族差异。,CYP1A2,CYP12在肝脏组织中特异性表达,占肝脏CYP450S总量的13%参与某些黄嘌吟类药物如丙米嗪普奈洛尔茶碱等的代谢在许多前致癌物(杂环胺类、芳香胺类等)的激活过程中发挥作用。,CYP1A2,其含量与活性存在显著的个体差异：中国人弱代谢者()的频率为5%高加索人中则为%。CYP12基因在人15号染色体上,已发现两
11、种形式的突变:一为5-侧翼序列的突变,可产生一个酶切位点:另一为第1内含子上的突变,产生201酶切位点。突变频率在日本人中为23%(前者),高加索人中为44%(后者)。在烟民中,第一种点突变可将高活性表型转变为低活性表型。第二种点突变可能也是CYP2活性增加的直接原因之一,或是与其它遗传多态性的高诱导性呈基因连锁。许多研究报道CYP2与肠癌、乳腺癌、肺癌、膀胱癌、肝细胞肿瘤有关,但其多态性与上述肿瘤的关系仍不清楚。,CYP2E1,CYP21主要分布于成人肝脏,占肝脏中CYP450总量的7%左右。目前确定的底物多达75种,:如乙醇、蒽氟烷、氯唑沙宗、氟烷对乙酰氨基酚甲氧氟烷、异氟烷烟草中的许多成
12、份,CYP2E1,CYP21基因位于10号染色体上,其大小为11.4,存在6种限制性片断长度多态性(),即、和,以及5-端的和,其中和5-端的影响21的表达。频率存在种族差异,总的趋势是东方人最高,白人居中,黑人最低。,CYP2E1,CYP21参与了亚硝胺、黄曲霉毒素1等前致癌物的活化过程。5-端:野生型基因(1)存在的内切位点,突变型基因(2)的位点消失。已有研究报道,携带2/2个体发生鼻烟癌的危险性比携带其它基因型的个体高5倍左右,在胃癌的发生中,携带/2或2/2基因型者,其易患性增高,若同时有吸烟史者,则胃癌的危险性显著升高。,CYP450S与药物不良反应,基因多态性 苯乙双胍在20世纪
13、70年代口服用于治疗糖尿病，由于太高的乳酸酸中毒事件而从市场上撤消，后来研究发现该要是由CYP2D6所代谢，PMs者产生最严重的乳酸酸中毒反应，这显然与 血药浓度有关。,CYP450S与药物不良反应,基因多态性 可待因的镇痛效果据认为是由于从一个CYP2D6催化的反应中形成了吗啡，PMs者不产生任何吗啡，因此没有从可待因获得镇痛作用 EMs者和PMs者服用可待因和吗啡都会有不同样的效果。EMs 效果好，但毒性可能增加,CYP450S与药物不良反应,基因多态性,PMs,与浓度相关的不良反应,EMs,对药物相互作用易感,CYP450S与药物不良反应,CYP450S的活性改变（1）诱导对乙酰氨基酚的
14、毒性是由其活性代谢产物所引起。长期合用乙醇和对乙酰氨基酚会诱导肝毒性。（2）抑制酮康唑是CYP3A的抑制剂，合用特非那丁会引起后者的血药浓度显著升高以致室性心律失常。,影响CYP450活性的因素,药物的诱导和抑制激素水平时间因素环境因素饮食因素维生素及微量元素,一、药物的诱导和抑制,涉及药物不良反应的酶,新药研究、报批,药物代谢类型,药物代谢酶的影响,完整说明书需药代动力学资料,二、激素对CYP450酶活性的影响,激素水平能影响CYP450含量，大鼠初生时肝中药物代谢酶缺乏，对药物氧化和形成葡萄糖醛酸或硫酸酯结合能力低。在出生5周内雄雌的药物代谢能力无差别。随着性成熟，雄性药酶比雌性高，这与雄
15、激素促进药酶产生有关。甲状腺功能提高可使分子量17.594ku之间的CYP450酶含量增加，甲状腺功能降低时则相反作用。,三、时间节律对CYP450酶活性影响,研究表明CYP450含量峰值在晚间21时至0时，凌晨3时已下降，至6时达最低，然后缓慢上升，至傍晚18时后明显上升，21时达最高值，CYP450水平的峰值与谷值间比较有显著性差异。,6点,18点,缓慢上升,21点,3点,6点,对乙酰氨基酚,四、环境对CYP450酶活性影响,环境中杀虫剂、除草剂能影响CYP450的含量。如净地灵、六氯对二甲苯能抑制大鼠及豚鼠肝微粒体代谢酶，引起CYP450含量降低。氟乐灵、氰戊菊酯对CYP450起诱导作用
16、,五、食物对CYP450酶活性影响,碳水化合物降低肝脏药物代谢能力。高蛋白饮食可增强美芬妥英、地西泮和普罗帕酮的代谢消除及使尿中醋氨酚和奥沙西泮的葡萄糖醛酸结合产物及醋氨酚结合产物增多。其机制可能是提高肝微粒体蛋白和细胞色素CYP450含量，使肝细胞滑面内质网面积增加。纤维素可抑制肝微粒体细胞色素CYP450，降低细胞色素CYP450的含量和乙基吗啡-N-脱甲基酶以及苯胺羟化酶的活性。酒精是CYP2E1的诱导剂，增加毒物、致癌物的活化，增加这些化学物质的毒性。,六、维生素及微量元素 对CYP450酶活性影响,维生素中的某些成分是生物膜合成和稳定必须的营养成分。维生素缺乏可损害肝脏微粒体混合功能
17、氧化酶系统。维生素A摄入不足，可降低肝脏微粒体细胞色素CYP450及其还原酶的含量，使其活性减低。维生素B1 缺乏会增加肝微粒体细胞色素CYP2E1的含量，加快与之相关的药物代谢。维生素C缺乏可减少肝微粒体CYP450的含量。而大剂量维生素C在体内与硫酸盐竞争，降低醋氨酚和水杨酰胺的硫酸结合反应；微量元素缺乏可降低肝脏对药物的氧化代谢和清除能力，铁的缺乏可增加肝脏微粒体细胞色素CYP450的活性。,与合理用药有关的技术手段个体化用药,治疗血药浓度监测（TDM),监测血药浓度，调整给药剂量，间隔时间,剂量个体化,与合理用药有关的技术手段个体化用药,药物基因组学（pharmacogenomics）,从基因水平了解药物作用靶点受体代谢药物的酶的遗传多态性,处方个体化,与合理用药有关的技术手段,CYP450s的研究,处方个体化,CYP450诱导活性高通量筛选方法（诱导机制）竞争结合测定 共转染报道基因系统 人源性转基因小鼠人源化整体动物模型 CYP450基因敲除动物模型 CYP450转基因动物模型,应用与研究热点,CYP450引起的前药活化与癌症基因治疗CYP450酶异源表达系统 生物反应器 毒理学 药物开发CYP450S多态性与癌症的关系CYP450与癌症基因治疗,
