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Conjugate Phase II (GST, UDPGT) Phase II (GSH, UDPGA, SO42-) Xenobiotics Metabolite Excreted Endobiotics 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-acetyltransferase) 	 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		(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	 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 reductase Phospholipid ：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	 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、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 						TCDD 的诱导机制						TCDD 置换Hsp90, 受体活化即Ah 与Arnt					 结合，结合调控区位点药物代谢I 相酶－CYP450 Developmental 			Signal Signal 		 mRNA degradation Acetone	 Protein degradation Ethanol 			 AAA	 			 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酶P450	 还原酶P450 苯巴比妥1.8	 57(2B1) 丙酮 1.4	 1.6 R- 氧化物1.6	 38(2B1) 乙醇1.2	 1.4 DDT	 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 β-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Family		Subfamily	Species trivial name(ref) P4501	 	 2		1A1, 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) P4503		1		3A1-6(Human, Rat, Rabbit) P4504		2		4A1-7,4B1(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（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 2．AFB1 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，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-Ki<1 μmol 。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 2C19 2D6 2E1 3A4 α－萘黄酮	 ＋＋＋－＋－ND － －－呋拉茶硷	 ＋＋－ －－ － －－ ８－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）*P<0.05, 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		 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) 药物代谢I 相酶－CYP450 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300 －923 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。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（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，