药物代谢I相酶-CYP450

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ConjugatePhaseII(GST,UDPGT)PhaseII(GSH,UDPGA,SO42-)XenobioticsMetaboliteExcretedEndobioticsPhaseI(CYP450)OxidationCytotoxicityReductionMutagenicityHydrolysisCarcinogeneci药物代谢酶的种类及命名细胞色素P450(cytochromeP450)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(glutathioneS-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(alcoholdehydrogenase)乙醛脱氢酶(aldehydedehydrogenase)氧化还原酶单胺还原酶(monoamineoxidase)超氧化物歧化酶(superoxidase)过氧化氢酶(catalase)内容提纲一．PhaseIenzymes—CytochromeP450(CYP450)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．PhaseIIenzymes—GlutathioneS-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1955-Klingenbery1964-Omura,SatoEstabrookCooper1967-Conney,Remmer1969-LU,Coon,Junk1974-Sato,Coon,Lu1982-Fujii-Kuriyamaetal,DiscoveryofCO-bindpigmentat450nminlivermicrosomes.CYP450identifiedasahemeprotein(首次命名）CYP450asadrugmetabolizingenzyme(demethylation,hydroxylation)InductionbyPB,3MC(Tolerance)andeffectofage,sex,diet,developmentSolubilization,purification,reconstitutionandpreparationofantibody.（存在、含量、抑制酶反应、作用机制）MultipleformsofCYP450(separation,purification,substratespecificity,quantitation)Genecloning,P450cam,regulation.（活性中心）2000papers/year,转录因子、受体、aa改变-底物特异性和种属差异,人基因多态性药物代谢I相酶－CYP450（二）CytochromeP450的特性和功能1.组成CytochromeP450细胞色素Cytochromeb5NADPH-cytochromeP450reductase黄素蛋白Cytochromeb5reductasePhospholipid药物代谢I相酶－CYP450CytochromeP450:底物和分子氧的结合部位，决定底物和产物的特异性。Cytochromeb5NADPH-cytochromeP450reductase参与CYP450催化反应的电子传递Cytochromeb5reductasePhospholipid：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－CYP4502．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－CYP4503．催化反应及机制RH+NADPH+H++O2ROH+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(RH)Fe3+ye--(RH)Fe2+RH(H)2e-,2H-O2(RH)Fe2+(O2)(RH)Fe3+(O2-).(O2-).e-H2O22H+(RH)Fe3+(O2-2)2H+H2ORH(Fe-O)3+H2O2e-,2H-(R)(Fe-OH)3+.(ROH)Fe3+Fe3+ROHRH还原型氧化型NADPHNADPH,黄素蛋白还原酶B5还原酶CYP450作用的分子机制药物代谢I相酶－CYP4504.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。450nm420nm(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(aromatichydrocarbonreceptors)-P1孤儿受体(orphanreceptors-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－CYP450TCDD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XREArnt核Hsp90置换胞质Ah受体诱导剂DNA增强子序列外源性响应元件L螺旋蛋白－转录因子PASAh受体核转录因子药物代谢I相酶－CYP450DevelopmentalSignalSignalmRNAdegradationAcetoneProteindegradationEthanolAAASignalAcetoneethanol药物代谢I相酶－CYP450诱导剂对P450和NADPH-cytochromeP450还原酶的协同作用（ShenandKasper,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1.857(2B1)丙酮1.41.6R-氧化物1.638(2B1)乙醇1.21.4DDT8.91.2PCN1.21.4(3A1)TCDD1.32DEX1.54(3A1)3MC1.349(1A1)DEHP1.53β-NF1.023(1A1)DHEA1.817(4A1)2-AAF1.21.0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FamilySubfamilySpeciestrivialname(ref)P450121A1,1A2,1B1(Human,Mouse,Rabbit,Fish)P4502112A1-3,2B1-10,2C1-15,2D1-9,2E1-2,2F1,2G1,2H1,2J2,2R1,2S1(Rat,Human,Mouse,Chicken)P450313A1-6(Human,Rat,Rabbit)P450424A1-7,4B1(Rat,Rabbit,Human)药物代谢I相酶－CYP450CYP3A4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CYP2C11S-美芬妥英CYP3A1/2CYP1A2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）CytochromeP450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－CYP4501.Estradiol的体内代谢Fig3.Oxidativemetabolismandinactivationofestradiolandestroneinliver.17-BhydroxylaseOHHOEstradiol(E2)HOOEstrone(E1)HOOHO16-Hydroxy-estrone(16P4501A1/1A2,3As,1B1,2C11HOHOOH2-OH-E2OH+HOOHOCH3(+glucuronidesandsulfates)InactiveMetabolitesHOCH3O2/4-MethoxyE2OHHO4-OH-E2(catecholestrogens)OHCOMTBindingtoestrogenreceptor,DNA,etc.药物代谢I相酶－CYP4502．AFB1的体内代谢AFB1AFB1-8,9-epoxideAFM1AFQ1GSH-S-TGSHP4501A2P4502B1P4502CP4503Acellularmacromoleculescytotoxicity,mutationFig2.IllustrationofaflatoxinB1metabolisminliver.AFB1-GSHconjugatedetoxificationP4503AP4501A2药物代谢I相酶－CYP4503.APAP的体内代谢NHCOCH3glucaronideUDPGAUDPG-TNHCOCH3OH60%CytoP4505-10%NHCOCH3O+GSHGSH-S-TReactiveintermediatecellularmacromoleculesCellularnecrosisFig6.MechanismofacetaminophenO2activeoxygen(NAPQI)LipidperoxidationPAPSsulfatransferase20-30%NHCOCH3sulfate(O2-.,OH.)OHNHCOCH3S-GNHCOCH3macromolecule药物代谢I相酶－CYP450(四）CytochromeP450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－CYP4502.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-Ki1μmol。准不可逆抑制:可逆