關(guān)鍵詞：Phase Ⅰ Metabolism，Metabolic Stability,，CytochromeP450,，CYP450，Liver microsomes,，Primary hepatocytes
藥物代謝又稱生物轉(zhuǎn)化(biotransformation),，是指藥物被機(jī)體吸收后，在體內(nèi)各種酶以及體液環(huán)境作用下發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變的過程,。藥物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化可分為Ⅰ相代謝反應(yīng)（Phase Ⅰ Metabolism）和Ⅱ相代謝反應(yīng)（Phase Ⅱ Metabolism）,，兩種類型的反應(yīng)都得到極性更強(qiáng)、水溶性更好的產(chǎn)物,，因此它們更易通過膽汁和尿被排泄出體外,。代謝穩(wěn)定性（Metabolic Stability）反映了化合物對(duì)生物轉(zhuǎn)化的敏感性，它會(huì)影響化合物的口服生物利用度以及體內(nèi)半衰期,，進(jìn)而影響到化合物在體內(nèi)的安全性和有效性,。因此，在藥物研發(fā)初期,，有必要對(duì)藥物的代謝穩(wěn)定性情況進(jìn)行考察,。與體內(nèi)代謝穩(wěn)定性研究相比，藥物體外代謝穩(wěn)定性研究可排除體內(nèi)諸多干擾因素的影響,，有助于更直接地觀察藥物的代謝特征,，具有省時(shí)、穩(wěn)定,、高效的特點(diǎn),，可用于候選藥物的高通量篩選,。本文簡(jiǎn)要介紹藥物體外Ⅰ相代謝穩(wěn)定性體外研究方法及數(shù)據(jù)分析，以供參考,。
一、藥物Ⅰ相代謝介紹
藥物Ⅰ相代謝（Phase Ⅰ Metabolism）是指藥物分子上引入新的基團(tuán)或除去原有小基團(tuán)的官能團(tuán)反應(yīng),，包括氧化,、還原和水解等反應(yīng)。Ⅰ相代謝反應(yīng)中最重要的酶系是細(xì)胞色素P450（CytochromeP450,，CYP450）,，屬于單加氧酶（momooxygenase），主要存在于滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的微粒體中,，能催化烷烴,、烯烴、芳烴和類固醇等多種物質(zhì)進(jìn)行氧化反應(yīng),。該酶系由細(xì)胞色素P450和NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶（以FAD為輔基的黃素蛋白）偶合組成,，需要分子氧和還原輔酶Ⅱ（NADPH）參與反應(yīng)，催化基本反應(yīng)為：
單加氧酶能直接激活氧分子,，使其中一個(gè)氧原子直接加入底物分子中形成羥化物或環(huán)氧化物,，另一個(gè)氧原子則被NADPH還原為水。由于一個(gè)氧分子發(fā)揮了兩種功能,，故單加氧酶系又稱為混合功能氧化酶,；又因底物的氧化產(chǎn)物是羥化物，所以又稱為羥化酶,。單加氧酶的反應(yīng)過程見圖1：
圖1 單加氧酶的反應(yīng)過程
此外,，參與Ⅰ相代謝過程還原反應(yīng)的酶主要有硝基還原酶和偶氮還原酶，能使硝基化合物和偶氮化合物還原生成胺類,；參與水解反應(yīng)的酶包括酯酶,、酰胺酶、糖苷酶等,，可分別催化酯類,、酰胺類、糖苷類化合物的水解以降低或消除其生物活性,。
由此可見,，Ⅰ相代謝是藥物代謝的重要環(huán)節(jié)，通過Ⅰ相代謝反應(yīng),，藥物分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化,，例如引入或暴露某些官能團(tuán)（如羥基、氨基等）,。這些結(jié)構(gòu)改變會(huì)使藥物的性質(zhì)產(chǎn)生變化,，影響其藥理活性、毒性以及藥代動(dòng)力學(xué)特征等。它在藥物研發(fā),、藥物療效和安全性評(píng)估等方面都有著關(guān)鍵意義,，如果藥物的Ⅰ相代謝穩(wěn)定性較差，可能導(dǎo)致在體內(nèi)過快或過慢地代謝,，從而影響藥物的有效性和安全性,。因此，了解待測(cè)化合物的Ⅰ相代謝穩(wěn)定性對(duì)于選擇具有良好藥代動(dòng)力學(xué)特征的候選藥物至關(guān)重要,。
二,、藥物Ⅰ相代謝穩(wěn)定性體外研究方法
由于肝臟是藥物代謝的重要器官，是機(jī)體進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化的主要場(chǎng)所,，富含參與藥物Ⅰ相代謝反應(yīng)的各種酶,，因此，藥物體外代謝穩(wěn)定性研究多以肝臟為模型,。較常使用的肝臟體外代謝模型有肝微粒體（Liver microsomes）和原代肝細(xì)胞（Primary hepatocytes）等,。
（1）肝微粒體體外溫孵法試驗(yàn)方法
肝微粒體中包含了大部分Ⅰ相代謝酶，其中最重要的是以CYP450為主要成分的微粒體混合功能氧化酶系統(tǒng),，在用肝微粒體進(jìn)行研究時(shí),，如加入相應(yīng)的輔助因子NADPH，則可重組體外代謝體系,，從而通過體外溫孵法進(jìn)行Ⅰ相代謝穩(wěn)定性研究,。
① 樣本準(zhǔn)備：肝微粒體（人、猴,、犬,、大鼠、小鼠等種屬）,，試驗(yàn)體系中微粒體蛋白終濃度建議是在0.1mg/mL-1mg/mL之間,；待測(cè)藥物終濃度一般為1μM，不建議過高,。
② 溫孵反應(yīng)：將肝微粒體,、測(cè)試藥物溶液以及NADPH再生系統(tǒng)混合于合適的反應(yīng)容器（如小型離心管）中。通常反應(yīng)體系的體積在200-500μL左右,。將反應(yīng)容器置于37°C環(huán)境中孵育一定時(shí)間,，如0，5,，10,，15，30,，60 min,。每個(gè)樣品平行3次,，同時(shí)需設(shè)置空白對(duì)照組、陰性對(duì)照組和陽性對(duì)照組,。
③ 終止反應(yīng)與樣本處理：孵育結(jié)束后,，可通過加入有機(jī)溶劑（如乙腈等）進(jìn)行終止反應(yīng)。然后通過離心等手段進(jìn)行樣本處理,，離心條件如13000-15000 rpm離心5-10分鐘,，然后取上清液進(jìn)行檢測(cè)。
④ 檢測(cè)分析：使用HPLC,、LC-MS/MS等分析技術(shù)檢測(cè)樣本中的藥物原形剩余量及其代謝產(chǎn)物，進(jìn)而分析藥物的半衰期及固有清除率,，以此評(píng)估其在Ⅰ相代謝中的穩(wěn)定性,。圖2為采用LC-MS/MS測(cè)定某種藥物在人、犬和大鼠肝微粒體中的代謝情況,，從圖上可知,，該藥物在三種肝微粒體中均存在明顯代謝，但不同種屬間又存在顯著差異,。
圖2某種藥物在人,、犬、大鼠肝微粒體中的代謝情況
（2）原代肝細(xì)胞體外溫孵法試驗(yàn)方法
原代肝細(xì)胞保持了完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu),，擁有更完整的代謝酶系統(tǒng)和不同清除途徑的輔酶因子,。可采用原代肝細(xì)胞體外溫孵法進(jìn)行藥物代謝穩(wěn)定性試驗(yàn),。
① 原代肝細(xì)胞獲取與準(zhǔn)備：可以從新鮮肝臟組織通過機(jī)械和酶消化等方法獲取原代肝細(xì)胞（人,、猴、犬,、大鼠及小鼠等種屬）,。分離得到的肝細(xì)胞要進(jìn)行細(xì)胞活力檢測(cè)，只有活力較高（一般要求在80%以上）的細(xì)胞才適合用于后續(xù)試驗(yàn),。反應(yīng)體系中原代肝細(xì)胞的濃度可在0.5-2×106/mL之間調(diào)整,。
② 溫孵反應(yīng)：將原代肝細(xì)胞和測(cè)試藥物（建議終濃度為1μM）于適合的條件（如37℃、5% CO?）下進(jìn)行孵育一定時(shí)間,，如0,、15、30,、60,、90、120min,。
③ 終止反應(yīng)與樣本處理：孵育結(jié)束后,，可通過加入有機(jī)溶劑（如乙腈等）進(jìn)行終止反應(yīng),。樣本離心后取上清液進(jìn)行檢測(cè)。
④ 檢測(cè)分析：使用HPLC,、LC-MS/MS等分析技術(shù)檢測(cè)樣本中的藥物原形剩余量及其代謝產(chǎn)物,，進(jìn)而分析藥物的半衰期及固有清除率，以此評(píng)估其在Ⅰ相代謝中的穩(wěn)定性,。
由此可見,，肝微粒體和原代肝細(xì)胞都可通過體外溫孵法進(jìn)行藥物Ⅰ相代謝穩(wěn)定性研究。兩者的區(qū)別如下所示,，客戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇,。
【肝微粒體使用場(chǎng)景及選擇】
√ 化合物分子水溶性較強(qiáng)，強(qiáng)烈推薦選擇肝微粒體,。
√Ⅰ相代謝為主要代謝途徑(尤其是經(jīng)由CYP450酶代謝)等情況下,，強(qiáng)烈推薦選擇肝微粒體。
√ 肝微粒體成本相對(duì)較低,、易于儲(chǔ)存和使用,，操作簡(jiǎn)便，適用于大量化合物的初步篩選,、評(píng)估化合物代謝穩(wěn)定性,、指導(dǎo)結(jié)構(gòu)修飾等研究。
√ 肝微粒體缺乏完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu),，無法模擬藥物的攝取,、轉(zhuǎn)運(yùn)等過程，試驗(yàn)結(jié)果可能與體內(nèi)實(shí)際情況存在一定差異,，需要結(jié)合其他試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合評(píng)估,。
【原代肝細(xì)胞適用場(chǎng)景及選擇】
√ 肝微粒體中非特異性蛋白結(jié)合較高時(shí)，可選擇原代肝細(xì)胞,。
√ 肝微粒體體中代謝不明顯時(shí),，可嘗試使用原代肝細(xì)胞。
√ 化合物主要經(jīng)由醛氧化酶（AO）或者單胺氧化酶（MAO）等非CYP450氧化酶代謝或者水解反應(yīng)為主要代謝途徑時(shí),，可選擇原代肝細(xì)胞,。
√ Ⅱ相代謝為主要途徑時(shí)，選擇原代肝細(xì)胞,。
√ 原代肝細(xì)胞具有完整的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和各類藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體,，更適用于需要模擬真實(shí)體內(nèi)代謝環(huán)境、評(píng)估藥物口服生物利用度,、預(yù)測(cè)人體清除率等研究,。但原代肝細(xì)胞試驗(yàn)成本較高，操作相對(duì)復(fù)雜,，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求較高,。
三,、IPHASE 體外Ⅰ相代謝穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
1.代謝正常
一般情況下，體外代謝穩(wěn)定性試驗(yàn)的要求是：如果藥物發(fā)生了代謝,，則R2>0.9,；3個(gè)平行數(shù)據(jù)間的CV%需在15%之內(nèi)，允許有一個(gè)時(shí)間點(diǎn)超限,；如果有2個(gè)時(shí)間點(diǎn)超限可依據(jù)情況舍點(diǎn)取平均值,；如果底物剩余<5%，則CV%值沒有限制,。如上表所示,，該次試驗(yàn)符合體外代謝穩(wěn)定性的試驗(yàn)要求，是正常代謝的情況,?？梢钥闯觯撍幬镌诟挝⒘ｓw中的半衰期是5.54min,，體外固有清除率為250μL/mg/min,。
2. 藥物在肝微粒體中不代謝
某次在進(jìn)行肝微粒體藥物Ⅰ相代謝穩(wěn)定性結(jié)果統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn),，隨著時(shí)間的延長,，藥物的剩余量基本沒有變化，可認(rèn)為該藥物在肝微粒體中沒有發(fā)生代謝,。排除產(chǎn)品本身質(zhì)量問題后,，可能的原因有：（1）藥物通過非CYP450酶代謝，而該酶在肝微粒體含量很低,，活性較弱,；（2）該藥物主要代謝途徑是Ⅱ相代謝，可嘗試進(jìn)行Ⅱ相代謝穩(wěn)定性試驗(yàn)觀察結(jié)果,；（3）該藥物為慢代謝藥物,，不適合用肝微粒體代謝模型進(jìn)行試驗(yàn)。因此,，針對(duì)Ⅱ相代謝的藥物,，客戶可以嘗試使用微粒體進(jìn)行Ⅱ相代謝穩(wěn)定性測(cè)試，也可以更換為原代肝細(xì)胞或者肝S9等體外代謝模型,。針對(duì)肝微粒體中該藥物代謝酶活性低的情況,，則需要選擇原代肝細(xì)胞或者肝S9等模型進(jìn)行測(cè)試。而針對(duì)慢代謝藥物,，常規(guī)的微粒體和肝細(xì)胞代謝模型無法滿足試驗(yàn)要求,，可以選擇肝細(xì)胞共培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。
3. 酶活問題
如上表所示,，在進(jìn)行肝微粒體Ⅰ相代謝穩(wěn)定性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),，藥物在10min后的代謝情況不明顯,，代謝趨于平緩，從而在進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合時(shí)線性關(guān)系不佳（R2=0.7359＜0.9）,。出現(xiàn)該情況可能的原因有：（1）酶活問題,。代謝該藥物的酶在肝微粒體中的含量較低，活性較弱,，因此在10min后,，藥物的代謝趨于平緩，呈現(xiàn)出基本不代謝的情況,。此時(shí)可嘗試適當(dāng)提高體系中微粒體蛋白的濃度再嘗試一下（建議體系中的蛋白濃度≤1mg/mL,，蛋白濃度過高會(huì)和藥物發(fā)生非特異性結(jié)合）。（2）產(chǎn)品問題或者批間差異,。產(chǎn)品本身質(zhì)量問題或者批次間的差異所致,，可更換不同批次的肝微粒體產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)。因此,，發(fā)生該情況后可進(jìn)行重復(fù)驗(yàn)證,，以找到出現(xiàn)該問題的原因。
4. 檢測(cè)方法或者處理溶劑問題
在實(shí)際操作中,，可能會(huì)遇到這樣一種情況：隨著孵育時(shí)間的延長,，在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)后，底物的剩余量反而增多,，如圖上表中的數(shù)據(jù)一樣,，在第10min時(shí)，底物剩余量為97%,，第15min時(shí),，底物剩余量增至105%，之后達(dá)到了123%,，針對(duì)這一“反常"情況,，我們分析可能的原因有：（1）檢測(cè)方法問題。檢測(cè)方法不合適,，底物中包含了代謝產(chǎn)物的峰,，導(dǎo)致峰面積變大，此時(shí)需要優(yōu)化檢測(cè)方法,。（2）處理溶劑問題,。在終止反應(yīng)時(shí)所用的有機(jī)溶劑不合適，可嘗試更換終止液（如由乙腈更換為甲醇等）,。
綜上所述,，代謝穩(wěn)定性是影響化合物暴露量和生物利用度的主要因素之一，在藥物的有效性和安全性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。因此,，在藥物研發(fā)初期,，進(jìn)行體外代謝穩(wěn)定性試驗(yàn)對(duì)于預(yù)測(cè)人體內(nèi)清除率、篩選優(yōu)勢(shì)化合物及構(gòu)建IVIVE模型等方面具有重要意義,。
IPHASE作為體外研究生物試劑引-領(lǐng)者,，以肝微粒體體外溫孵法為指導(dǎo)，開發(fā)了一款專門用于Ⅰ相代謝穩(wěn)定性研究的試劑盒,，該產(chǎn)品可直接用于藥物的Ⅰ相代謝穩(wěn)定性研究,，省去了肝微粒體制備和試劑配制的繁瑣過程，大大縮短了實(shí)驗(yàn)周期,，且試劑盒各組成成分經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè),，符合Ⅰ相代謝穩(wěn)定性研究試驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確,、可靠,、重現(xiàn)性好。除試劑盒外,，IPHASE 還可提供人,、猴、犬,、大鼠及小鼠等不同種屬的的肝微粒體和原代肝細(xì)胞,，助力廣大客戶進(jìn)行藥物代謝穩(wěn)定性研究。
IPHASE/匯智和源憑借多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),，推出了多領(lǐng)域,、多種類的高-端科研試劑,，為藥物早期研發(fā)提供篩選工具,，為生命科學(xué)領(lǐng)域的探索提供新材料、新方法和新手段,，為食品,、藥品、化學(xué)品等的遺傳毒性研究提供便捷產(chǎn)品,，望廣大科研工作者咨詢,。
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