正常菌群与药物代谢

第七章正常菌群与药物代谢正常菌群对药物的代谢药物及其代谢产物对正常菌群的影响第一节药物在体内代谢的部位及意义第二节肠道菌群对药物代谢的反应类型第三节肠道菌群在药物代谢中的作用第四节影响肠道菌群对药物代谢的因素第五节在有关药物制剂质量检测中增设检测正常菌群的指标药物在体内代谢的部位主要部位是肝脏，以氧化反应为主。其次是在消化道和肠粘膜。消化道以微生物酶分解反应为主在肠粘膜内则以结合反应为主此外，在肾、胃、脑、血液、皮肤等部位进行。药酶药物在体内的代谢都属于酶系统催化反应，这些酶称为药酶。药酶在体内的定位：肠道内容物细胞内部主要是在肝细胞微粒体其次是细胞溶酶体和线粒体药物在体内代谢的意义(一)寻找新药：有些药物的代谢产物比母核活性大而副作用少，因此，可根据分离的代谢产物进一步研制新药。药物在体内代谢的意义(二)临床检查如苯甲酸和氨基苯甲酸与甘氨酸结合，研究它们由肝脏向胆汁中排泄的能力来检查肝功能。药物代谢已应用于临床检验，价值较大。药物在体内代谢的意义(三)中毒物质鉴定药物中毒时，有毒物质往往不能以原形物质检出，如果其代谢产物清楚，可鉴定其代谢物。在法医上已有应用肠道菌群对药物代谢的反应类型一、水解二、还原三、芳香化四、杂环裂解五、碳—硫键裂解六、脱官能团一、水解水解是药物代谢的重要途径，属于这类降解的药物主要有:酯类（包括内酯）酰胺类（包括内酰胺）甙类1、酯类药物的水解含有酯键的药物，在肠道菌群及H+、OH-的催化下，水解反应生成醇和酸。特别在碱性溶液中，由于酯分子中氧的电负性比碳大，故酰基被极化，亲核性试剂OH-易于进攻酰基上的碳原子，而使酰-氧键断裂，生成醇和酸。ORCOR’OH-肠道菌群酯水解的药物较多如盐酸普鲁卡因水解后生成对氨基苯甲酸与二乙胺基乙醇，此分解产物无明显的麻醉作用。H2NCOOCH2CH2N(C2H5)2HCl+H2O盐酸普鲁卡因H2NCOOH+HOCH2CH2N（C2H5）+HCl对氨基苯甲酸二乙胺基乙醇如氯霉素棕榈酸酯，受肠道菌群水解，游离出原形氯霉素而发挥抗菌作用。O2NNHCOCHCl2CHCHCH2OCOC15H31OH氯霉素棕榈酸酯O2NNHCOCHCl2CHCHCH2OH+C15H31COOHOH氯霉素棕榈酸2、酰胺类药物的水解酰胺类药物水解以后生成酸与胺如氯霉素、青霉素类、头孢菌素类、巴比妥类等药物肠道菌群对青霉素的水解因为肠道菌群可产生β-内酰胺酶和酰胺酶β-内酰胺酶使青霉素β-内酰胺环开环失活，这种酶主要由革兰氏阴性杆菌以及某些革兰氏阳性细菌产生；酰胺酶使青霉素侧链上的酰胺链水解而失活，该酶主要由某些需氧菌产生。SCH3CH2—CONH—CH—CH3HOOCHN———COOHSCH3CH2—CONH—CH—CHCH3O=C——N——CH—COOH青霉素SCH3NH2—CH—CH3O=CN———COOH3、甙的水解该类型水解反应多见于中草药的有效成分。α型、β型的甙均可被肠道菌群水解。脱葡萄糖脱乙酰毛花一级甙A乙酰基洋地黄毒甙洋地黄毒甙水解水解强心甙在植物中多以其前体形式存在，如洋地黄毒甙以其前体毛花一级甙A存在于植物毛花洋地黄中，当动物误食后，其中的毛花一级甙A能为肠道菌群水解失去1分子葡萄糖得乙酰基洋地黄毒甙，再去乙酰基得洋地黄毒甙，从而产生中毒。（1）强心甙（2）腈甙中药杏仁、桃仁中的苦杏仁甙是一种腈甙，动物口饲后毒性很强。把杏仁甙和从小鼠肠内分离出的菌株一起培育，证明肠杆菌和肠球菌将苦杏仁甙水解为苯乙醇腈，进一步分解生成氢氰酸和苯甲醛而有毒。（硫醇尿酸）CNβ-糖甙酶CH—O—葡萄糖—葡萄糖水解CNCH—OH+葡萄糖苦杏仁甙苯乙醇腈HCN+CHO氢氰酸苯甲酸（3）皂甙许多补益类中草药含有皂甙，口服后可为肠道菌群水解。如甘草甜素是中药甘草中的一种三萜类皂甙，在肠道菌群的糖甙酶催化下水解生成其甙元甘草次酸。二、还原还原反应在体内难以发生主要由肠内细菌的还原反应完成在药物分子结构中具有硝基、偶氮基团、烯、酮基、醛基的药物易产生还原反应。1、硝基还原许多口服硝基化合物，在吸收前可被肠道菌群还原为相应的胺类化合物。如氯霉素分子中的硝基还原生成芳香胺类化合物，给大白鼠或豚鼠口服该药物时，约有75%—80%作为硝基还原体在尿中排泄。但静脉注射时，硝基的还原代谢物不超过2%—4%。因为药物与胆汁经过肠道，氯霉素葡萄糖醛酸钠盐与肠内细菌接触，产生大量硝基还原体。2、偶氮还原偶氮药物的药理作用与菌群的分解代谢有关。偶氮化合物还原分解形成氨化合物，如百浪多息分解形成磺胺。偶氮染料的发色团偶氮基可被肠道细菌还原，而在生物体内则很少被还原。在肠道内的还原反应主要由厌氧菌完成。H2NNH2N=NSO2NH2H2NNH2NH2+HN2SO2NH2百浪多息磺胺百浪多息分解形成磺胺3、烯还原桂皮酸及其衍生物中的双键易为肠道菌群氢化还原。如咖啡酸、香豆酸、亚麻油酸等可被氢化为相应的饱和脂肪酸。CH=CH—COOH桂皮酸CH2—CH2—COOH肠道菌群在药物代谢中的作用肠道菌群几乎全为分解反应，使药物分子量减小，极性减弱，脂溶性增强，往往伴有药效及毒性作用的增强。肝脏对药物兼有分解与合成反应两个方面的功能，多数药物经肝脏代谢后分子量增大，极性增强而易于从体内排除，从而主要表现为解毒作用。肠道菌群对药物代谢的特点（1）肠道菌群对药物的代谢能力在许多方面已超过肝脏。因为不同类型的细菌能够产生不同的酶，并催化不同类型的药物代谢反应。肠道菌群对药物的代谢反应可视为肝脏对药物代谢的补充或对抗。肠道菌群对药物代谢的特点（2）肠道菌群99％为厌氧菌，肠内保持很高的厌氧度，氧的存在可抑制肠道菌群的药物代谢反应。肠道菌群对药物代谢的特点（3）肠道菌群所进行的一些代谢反应为一般组织所没有；这可能成为决定口服给药与胃肠外给药时药物代谢命运不同的主要因素。肠道菌群在药物代谢中的作用增强药物的药理活性增强药物的毒性作用肠道菌群对药物的代谢与药物的肠肝循环增强药物的药理活性某些药物只有经过肠道菌群的代谢活化才能具有药理活性和治疗价值。水杨酸偶氮磺胺吡啶能有效地治疗和预防溃疡性结肠炎。口服给药后，水杨酸偶氮磺胺吡啶→结肠内菌群还原→磺胺吡啶（强抑菌作用）+5-氨基水杨酸（抗炎作用）大黄、番泻叶等植物性泻药含有蒽醌甙类，原药并无致泻活性，口服后在小肠不被吸收，进入大肠经菌群水解释放出甙元--蒽醌类化合物才具有泻下作用。小鼠静注番泻甙40mg／kg，无泻下作用，而口服则有100％的泻下效果。研究发现：番泻甙→在大肠水解→甙元→被菌群还原裂解→大黄酸蒽酮（泻下活性最强）楔样梭状芽孢杆菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、青春型双歧杆菌等治疗消化道感染的酞酰磺胺噻唑、琥珀酰磺胺噻唑必须在肠道经菌群酰胺酶水解，释放出磺胺噻唑后才有治疗作用。代谢可增强药物的毒性作用肠道菌群通过催化药物水解、还原等分解性反应常可产生脂溶性增强、易于吸收、毒性增强的代谢产物，导致药物毒性反应。尤其是与某些化合物的致癌性有关。苦杏仁甙动物口饲苦杏仁甙有很强毒性，但非口饲或予投抗生素再口饲以及给予无菌大鼠则无毒性反应。如用500mg／kg苦杏仁甙灌胃小鼠，80％死亡。但相同剂量静注，全部存活，每天肌注2500mg／kg，15天未见明显毒性反应。离体细菌孵育证明，肠道菌群产生的β-糖甙酶将苦杏仁甙水解成HCN，小鼠口服中毒剂量苦杏仁甙后，血中能测出氰化物。将苦仁甙用于肿瘤治疗，口服该药伴有大的毒性反应，注射给药毒性较低，且尿中回收的原形苦杏仁甙接近给药剂量的100％。苏铁素苏铁素是苏铁种子中的成分，被肠道菌群代谢后有致癌作用。通过无菌鼠和普通鼠的比较，可证实肠道菌群对苏铁甙毒性具有专一作用。给予含0.2％苏铁甙的饲料，普通大鼠体重不增加，且在3周内全部死亡。相反，无菌鼠排泄物中可发现97％食入的苏铁甙，而在普通鼠分泌物中仅见26％。将无菌鼠与能水解苏铁甙的细菌联系，无菌鼠便获得了分解苏铁甙的能力，并对苏铁甙的毒性敏感，进一步证实了菌群的作用。肠道菌群的β-糖甙酶将苏铁素水解为有毒的能吸收的甙元--甲基氧化偶氮甲醇，最终形成偶氮甲烷而致癌。硝基化合物被肠道菌群的硝基还原酶还原生成相应的胺类化合物而有毒。据认为在硝基的这种还原过程中产生了具有反应活性的亚硝酰(-N＝O)和羟胺（-NHOH）中间产物，从而导致药物的毒性。甲硝哒唑增加肿瘤发生率，具有致突变性。该药在肠道菌群作用下，分子中硝基还原形成羟胺中间体，进而咪唑环裂解生成N(2-羟甲基)氨羰甲酸和乙酰胺。另外，如硝基苯所致的变性血红蛋白血症，2，4-二硝基甲苯和呋喃西林的致癌作用均与肠道菌群的硝基还原酶活性有关。肠道菌群对药物的代谢与药物的肠肝循环肠道菌群对药物水解，特别是对葡萄糖醛酸结合物水解，是药物肠肝循环的重要决定因素之一。许多药物吸收后在肝内转化为葡萄糖醛酸结合物随胆汁排入肠腔。这类结合物极性很大，不易吸收，但由于肠道菌群的葡萄糖醛酸甙酶活性很高，能够使之水解释放出游离药物，后者可全部或部分经肠壁吸收，从而构成肠肝循环。己烯雌酚肠肝循环己烯雌酚吸收后在肝内形成单或双葡萄糖醛酸结合物，并分泌至胆汁中，完成肠肝循环的过程。如用糖1，4内酯抑制葡萄糖醛酸甙酶，则其肠肝循环阻断，或给予抗生素抑制肠内菌群，则肠肝循环受抑制。甘草次酸肠肝循环用甘草次酸给大鼠灌胃，绝大部分经胃吸收，在肝内与葡萄糖醛酸或硫酸结合，随胆汁排入肠道，在肠内再被菌群水解出原来的甘草次酸，经肠粘膜再次吸收后进入血循环，从而形成肠肝循环。其它肠肝循环吗啡、丙咪嗪、导眠能等许多药物均可在肠道菌群的作用下产生肠肝循环。由于药物在肠肝系统中循环，从而延缓药物自体内的消除，使药物半衰期延长，药物作用维持时间延长。洋地黄毒甙具有较长的半衰期，实际上依赖于这种肠肝循环过程。第四节影响肠道菌群对药物代谢的因素一、种属差异、饲料及抗菌药物的使用来自宿主方面的因素可在不同程度上决定或影响不同种属动物以及同一种属不同个体间肠道菌群的构成，从而影响其对药物的代谢作用。二、代谢适应与酶抑制三、其它种属差异芦荟（有效成分芦荟甙）对人和大鼠有泻下作用，但对小鼠则基本没有泻下作用。可能是由于种属不同，代谢芦荟甙形成蒽醌类致泻活性成分的菌群在活性上或数量上存在差异。由于种属差异，将一种种属中所得结果应用到另一种属时应慎重。目前，多数药物代谢资料来自大鼠，已知大鼠消化道内的菌群分布和其他动物存在差异。饲料不同饲料可明显影响胃肠道菌群的组成和菌群的酶活性。高蛋白饲料使梭状芽孢杆菌增加；谷类饲料使酵母菌大量繁殖；脂肪性饲料使人及大鼠粪便葡萄糖醛酸甙酶活性增高，还可使大鼠粪便中氮和硝基还原酶活性增高；饲料中缺乏维生素C，饲育出的豚鼠对苯巴比妥、普鲁卡因等药物的感受性增加，因而药效也增强；饲料中缺乏维生素E，可导致雄性大鼠体内药酶活性降低。饥饿也影响菌群的性质，大鼠禁食24小时，动物口服苦杏仁甙可中毒致死；但禁食48小时的动物，能抑制引起甙水解的肠道菌群，使动物免于中毒。抗菌药物的使用口服抗菌药物可抑制肠道菌群的生长，从而抑制菌群对药物的代谢。利用抗菌药物有助于说明肠道菌群对药物的代谢作用。若代谢物因预先投予抗菌药物而消失，则可推测这种代谢物的形成可能与肠道菌群有关。用于这一目的的抗菌药物主要为新霉素、四环素、杆菌肽、林可霉素等。代谢适应药物对微生物酶的合成具有诱导作用。当对某种药物本无代谢能力的肠道细菌经常与该化合物接触时，就能被诱导产生代谢该药物的酶，一旦停药，酶的诱导即行消失，这种现象称为肠道菌群的代谢适应。如动物初服甜精环己烷氨基磺酸钠时，仅以原形药从尿排出。反复给药后，动物就能裂解N-S键，生成具有拟交感和致癌作用的代谢产物环已烷胺。但停药后肠道菌群迅即失去代谢该药的能力。酶抑制某些化合物可在不改变肠道菌群的条件下抑制某特定代谢反应，从而