蛋白多肽类药物

第8章蛋白多肽类药物的药物代谢动力学•蛋白多肽类药物的药代动力学十分复杂，这类药物是生物大分子,与传统的化学合成药物小分子在理化性质和体内过程等方面均有显著不同，其药动学特点和规律亟待阐明。该类药物的动力学研究不仅要解决相关理论问题，而且要求发展和应用新技术、新方法和建立新体系。第1节蛋白多肽类药物的体内过程蛋白多肽类药物的体内过程相当复杂。•化学结构特殊，其生理活性和体内过程不仅与其一级结构，而且与其二级和三级结构有关，•作用强，用药剂量小，•生物体内存在大量相似物质的干扰，•在体内经受广泛的蛋白降解作用以及•血液中存在多种不同类型的结合蛋白，如抗体、受体、受体拮抗剂等一、蛋白多肽类药物的吸收和生物利用度蛋白多肽类药物的吸收呈现明显的给药途径依赖性。(一)口服吸收多种屏障作用导致口服生物利用度很低，以致绝大多数蛋白多肽类药物口服后不能产生足够的有效血药浓度。这些屏障包括：●吸收屏障分子量大极性较强具有较低的分配系数和扩散性能使其不易为亲脂性生物膜摄取，故很难通过胃肠道吸收。●酸屏障该类药物对胃液的强酸性（pH1~2）敏感，易被胃酸分解破坏。●酶屏障胃肠道存在大量的酶，如胰丝氨酸蛋白酶中的胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶及弹性蛋白酶以及胃液中的胃蛋白酶都对蛋白分子产生消化降解作用。多数蛋白多肽类药物口服生物利用度很差，通常仅为2~3%，从而绝大多数这类药物不能采用口服途径给药。仅极少数肽类可供口服给药，如环孢素，由于其独特的分子结构（环状十一肽）使其成为高度脂溶性并对酶相对稳定，通常制成油溶液供口服用，即使如此，其口服生物利用度亦差，且高度可变（从2%至92%），多种生理因素可影响其胃肠吸收。已知，肽类化合物中二肽和三肽尚可借助于主动机制通过肠黏膜吸收，但这种转运方式显示有明显的立体选择性，含D-型氨基酸的肽类通常吸收差，如氨基末端的氮原子或肽键甲基化或羧基末端转变为酰胺结构，则吸收进一步减少。(二)皮下注射•该类药物皮下注射给药可避免体循环前的首关效应，吸收明显好于口服给药，但由于蛋白酶的普遍存在，这类药物也可部分受到皮下注射组织存在的蛋白酶的代谢破坏，致其生物利用度亦不理想•如重组细胞因子皮下注射通常生物利用度低于70%。(三)鼻腔给药•鼻吸收远大于口服途径：•●鼻黏膜上皮存在众多微绒毛而具有较大的表面积•●鼻黏膜具有广泛的血管网而成为亲脂性和亲水性药物的较好的吸收部位，•同时给予吸收促进剂可使肽类药物鼻吸收远大于口服途径。•这些肽类包括•▲黄体激素-释放激素（LH-RH），•▲丙氨酸-赖氨酸-促肾上腺皮质激素（Ala1-Lys17-ACTH），•▲胆囊收缩素八肽，•▲-硫代苯基青霉素以及头孢菌素类等，•▲胰岛素在大鼠的鼻吸收达30%，且吸收迅速，•由于这一点，鼻吸收途径引起了人们的很大兴趣。•●避免了肝脏的首关效应，•●拟首关效应（pseudo-firstpasseffect）。•鼻上皮的嗅觉区内的细胞色素P450活性甚至高于肝脏，主要由于NADPH-细胞色素P450还原酶含量较高（约高3~4倍），已发现在鼻黏膜中也存在肝脏中的三类可诱导的细胞色素P450同工酶，在鼻上皮中也发现第Ⅱ相结合反应活性。•●鼻腔给予的多肽类药物的生物利用度与其分子量显著相关[3]，•▲对于分子量小于10kDa的分子不需加入生物黏附剂和促进剂，常可产生足够量的药物进入体循环，生物利用度在1~10%左右。•▲较大分子，例如干扰素，人生长激素等即使使用生物黏附性给药系统，其较大的分子亦阻碍药物的有效吸收。•肽类药物的吸收能够通过应用酶抑制剂而改善，某些表面活性剂如胆盐可使蛋白变性而抑制蛋白水解酶，从而增加蛋白多肽药物的吸收。•在鼻黏膜中主要的酶类有•▲氨基肽酶、•▲肽链端解酶•▲肽链内切酶。•氨基肽酶酶抑制剂:•阿吗他定（amastatin）•贝他定（bestatin）•如鼻内单独给予lmg/kg人生长激素（rGH）溶液后的平均血药浓度显著低于rGH与以下2种氨基肽酶抑制剂的联合：0.015%阿吗他定（amastatin）以及0.015%贝他定（bestatin）。•表面活性剂:•羟乙酸钠（sodiumglycolate）•与促肾上腺皮质激素-释放激素（CRH）同用可使后者的鼻内给药生物利用度达100%。但表面活性剂的促渗效果因不同药物而异，如同样的羟乙酸钠对生长激素释放激素GHRH的促渗作用较弱，鼻内给予（GHRH）的生物利用度仅为7.1%。•鼻腔途径目前已成为肽类药物静脉外给药的颇受重视的重要给药途径，不少这类药物已制成喷鼻剂或滴鼻剂用于临床实践。最早被采用的肽类药物为垂体激素，如催产素、加压素及其类似物，其中•去氨加压素由于鼻腔吸收良好，不良反应少，已成为尿崩症治疗的首选给药方法。醋酸布舍瑞林(LH-RH类似物)已有鼻内喷雾剂商品，其鼻腔给药是仅次于注射的有效给药方式。•胰岛素鼻用制剂已在美国有商品出售。表8-1某些蛋白多肽类药物鼻腔给药的吸收药物相对生物利用度*达峰时间h氨基酸残基数目实验对象胰岛素1~305~1051大鼠、狗、人生长激素释放因子2~2020~4040~44大鼠、狗、人胰高血糖素70~905~1029人LH-RH激动剂和拮抗剂2~510~309~10猴、人加压素类似物6~1210~209人催产素30~405~109人脑啡肽类似物70~905~105大鼠、人促甲状腺释放激素10~205~153大鼠、人*相对于静脉、肌肉和皮下给药(四)透皮吸收透皮吸收已成为令人注目的给药途径，可避免肠道和肝脏对药物的首关效应，并可提供较好的传输控制和维持药物治疗水平于较长时间。通常认为皮肤的蛋白水解酶活性较低.影响蛋白多肽类药物透皮吸收因素主要来自吸收屏障:•▲较大的分子量•▲荷电性•使这类药物很难通过被动转运吸收，为克服这种屏障作用，通常采用离子电渗疗法，如LH-RH（一种十肽）分子量1182D，在pH6.0时荷正电，可用这种方法通过皮肤吸收。•●增强肽类药物的透皮吸收:•▲透皮吸收促进剂、•▲pH调节•▲蛋白水解酶抑制剂。(五)其他途径•阴道内和肺内给予–LH-RH类似物吸收程度达40~95%，–胰岛素达57%。•直肠给予–四胃泌素（Tetragastrin）生物利用度达16%，胰岛素达28%。二、蛋白多肽类药物的体内代谢•影响这类药物体内命运的一个最重大因素是它们给药后在体内经受广泛的酶介导的代谢分解，通常导致生物活性的丧失。•(1)肝脏、肠道以及其他器官组织均存在大量代谢蛋白多肽的酶，就其反应类型可涉及第I相和第II相代谢反应。•(2)静脉注射给药时这类药物的代谢失活主要发生在肝脏，当口服给药时则主要发生在肠道，造成显著的肠道体循环前消除。•(3)细胞色素P450与蛋白多肽类药物的代谢关系密切，•如环孢素（环状十一肽）的代谢是细胞色素P4503A4介导的，其生物转化包括其分子上不同部位的单羟基化和双羟基化以及N-脱甲基反应。•(4)酶抑制剂红霉素、维拉帕米、尼卡地平、酮康唑及依曲康唑可使环孢素血浓度升高，而酶诱导剂如利福平、苯妥英以及苯巴比妥能够降低环孢素的血药浓度。(一)肝脏对蛋白多肽类药物的代谢•●肝脏对链长小于8个氨基酸的小肽具有高度的摄取•●这种摄取呈现结构特异性•●被摄取的多肽可以完整形式或代谢物形式排入胆汁中•肝脏对多肽的摄取机制涉及以下两个过程：•●被动转运:疏水性肽类•●主动转运过程:低疏水性肽类；•▲内吞•▲载体介导•多数水溶性的不能通过特异机制清除的肽类被认为是通过内吞作用进入肝细胞。•●受体介导的内吞继以溶酶体的分解作用适用于解释多种药物的肝脏代谢•机制•这些药物有神经生长因子，绒毛膜促性腺激素、催乳素、促甲状腺释放激素、TGF、上皮生长因子等。（二）胃肠道对蛋白多肽类药物的代谢•胃肠道内存在大量代谢蛋白多肽的酶，可分为以下三种类型。–胃肠道腔内酶•这类酶参与蛋白质的消化，包括胃蛋白酶、胰蛋白酶、-糜蛋白酶、弹性酶以及羧基肽酶A和B。这些酶类分别特异水解疏水性、碱性、大分子疏水性、小分子脂族及芳香族和碱性C-末端氨基酸，上述酶类的典型底物分别为：Z-His-Phe-Phe-oMe，苯甲酰基精氨酸甲酯（BAEE）、苯甲酰基酪氨酸乙酯（BTEE）、Ala-Ala-Ala甲酯、马尿酸-苯丙氨酸，马尿酸-精氨酸。2.黏膜细胞酶•主要指与刷状缘膜结合的酶类。刷状缘膜构成了肠道上皮细胞的腔面，富含有多种酶和转运蛋白，参与各种蛋白类在细胞表面的代谢转化和吸收。•这些酶类依其作用方式分为4种类型，即氨基肽酶、羧基肽酶、二肽酶及肽链内切酶。前三种酶属于肽链端解酶，它们从肽类分子的氨基末端或羧基末端顺序水解肽类，氨基肽酶是肠刷状缘膜中最丰富的酶。•尽管某些刷状缘酶是种属及底物依赖性的，但总的说来，其对肽类的药物水解速率遵循下列顺序：二肽＞三肽＞大分子肽。3.刷状缘胞液酶这类酶包括氨基三肽酶、脯氨酸肽酶、脯氨酰肽酶、二肽酶及肌肽酶，其典型的底物分别为：中性二肽、N末端为脯氨酸的三肽、C-末端为脯氨酸/马尿酸的亚胺二肽、N-末端为脯氨酸/马尿酸的亚胺二肽、肌肽（-丙氨酰组氨酸）。胞液酶优先水解二肽，对二肽的水解能力超过对三肽和大分子肽。(二)肾脏对蛋白多肽的代谢•肾脏是最重要的蛋白分解代谢的器官之一，特别是分子量低于60kDa的蛋白。•通常，血循环中的肽类和蛋白能够自由地通过肾小球滤过，•肽类可在刷状缘膜水解，其水解产物，游离氨基酸及短链多肽通常不经溶酶体的分解而通过近曲小管进入血液，•当这些多肽分子量接近3~5kD或更大时，则往往在近曲小管的刷状缘膜被内吞（而不是水解）并随后被溶酶体消化，生成的游离氨基酸和短链多肽返回血液循环中。(三)其他器官组织对蛋白多肽的代谢•由于蛋白水解酶的普遍存在性，蛋白多肽药物在体内的代谢部位极其广泛。•在肝、肾和肠道以外的组织也都存在各种水解蛋白多肽的酶，即使在一般认为蛋白水解酶活性较低的皮肤，也发现降解肽类的酶屏障，皮肤中的酶代谢活性主要在表皮，在培育的小鼠角质细胞和小鼠表皮的匀浆中测得了氨基肽酶的亚细胞分布。三、蛋白多肽类的化学结构和化学修饰对其体内过程的影响（一）糖蛋白分子中糖基的作用•近年，大量细胞因子被开发，它们在化学结构上属于糖蛋白。糖基在糖蛋白的体内血浆时程的调节中起着重要的作用。典型的药物为•红细胞生成素（Erythropoietin,EPO）为含唾液酸的糖蛋白激素，分子中约40%为糖类，包括一个O-联结和三个N-联结的寡糖。该激素的糖基在体内外活性表达中十分重要，业已表明，这些糖基是EPO体内活性所必需。不含唾液酸的EPO在体内无活性，这种活性的丧失可通过脱唾液酸EPO从血循环的快速清除加以解释。该蛋白脱去唾液酸后暴露出半乳糖残基，后者能为肝细胞表面存在的半乳糖受体识别，从而促进了EPO被肝细胞半乳糖结合受体的结合和内吞，继被溶酶体消化。••在大鼠肝灌流系统，脱唾液酸的天然和重组人EPO的血浆消除比完整的EPO快，原形EPO的分布半衰期和清除半衰期分别为53分钟和180分钟，而脱唾液酸EPO的消除半衰期仅为2分钟。大鼠静脉滴注125I标记的rhEPO后其消除缓慢，血浆半衰期约为2小时，而脱唾液酸EPO则在10分钟内迅速自血循环中清除，给药后30分钟85%的注射剂量在肝内被回收。•近年许多重组细胞因子被研制，它们多数在血循环中不稳定或引起不良反应，但EPO的临床治疗获得较大成功，一方面由于EPO指向于特定的成红细胞，另一方面则由于其体内较稳定。这种稳定性主要取决于分子中高比例的糖类的存在，从而逃脱肝细胞的摄取。（二）氨基酸残基对寡肽的肝清除的影响•肽类分子中氨基酸残基对肽类的肝清除速率有显著影响。•●随着丙氨酸数目的每一增加即伴有肽消失速率的显著增加；•●相反，随着甘氨酸残基数目的每一增加，肽的消失速率显著减少。（三）蛋白多肽一级结构的PEST假设•Roger等通过文献资料的总结发现，那些在真核细胞内快速分解的蛋白质分子结构通常含有共同的氨基酸序列，此即所谓PEST假设。•该假设认为细胞内半衰期短于2小时的蛋白质的氨基酸序列具有一个或一个以上富含脯氨酸（P）、谷氨酸（E）、丝