《药物设计学：第八章 类药性及其评价方法和应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《药物设计学：第八章 类药性及其评价方法和应用（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章第八章第八章第八章类药性及其评价方法和类药性及其评价方法和应用应用候选药开发失败原因候选药开发失败原因失败原因失败原因比例（）比例（）药动学性质不良药动学性质不良39临床疗效差临床疗效差30副作用大副作用大10毒性大毒性大11商业原因商业原因5药效和药代的关系药效和药代的关系吸收吸收分布分布代谢代谢排泄排泄强度强度选择性选择性解决方法解决方法u在研发早期对在研发早期对 ADME/T 进行评价进行评价研发中药物研发中药物研发中药物研发中药物发现、临床前发现、临床前发现、临床前发现、临床前一期一期一期一期 二期二期二期二期 三期临床三期临床三期临床三期临床及时淘汰及时淘汰及时淘汰及时淘汰及早
2、淘汰及早淘汰及早淘汰及早淘汰 理想模式理想模式理想模式理想模式传统模式传统模式传统模式传统模式ADMETu吸收（吸收（Absorption）u分布（分布（Distribution）u代谢（代谢（Metabolism）u排泄（排泄（Excretion）u毒性（毒性（Toxicity）类药性类药性u类药性就是指和已知药物的相似性类药性就是指和已知药物的相似性u类药性分子：具有类药性的类药性分子：具有类药性的化合物化合物u并不一定是药物，成药可能大并不一定是药物，成药可能大u类药性是类药性是药代动力学性质药代动力学性质和和安全性安全性的总和的总和类药性评价类药性评价u理化性质：分子量、亲脂性和理化性
3、质：分子量、亲脂性和pKau拓扑结构特征：可旋转键、氢键数拓扑结构特征：可旋转键、氢键数目、极性表面积目、极性表面积u药代动力学性质：生物利用度、代药代动力学性质：生物利用度、代谢稳定性、血浆蛋白结合率谢稳定性、血浆蛋白结合率u毒性特征：药物毒性特征：药物-药物相互作用药物相互作用类药性评价方法类药性评价方法u基于基于经验经验判断的类药性评价判断的类药性评价u基于基于理化性质理化性质的类药性评价的类药性评价u基于基于ADMET性质性质的类药性评价的类药性评价一、基于经验判断的类药性评价一、基于经验判断的类药性评价u在已知药物数据库中提取与类药性在已知药物数据库中提取与类药性相关联的相关联的理化
4、性质和拓扑结构特征理化性质和拓扑结构特征的基础上形成的经验规律的基础上形成的经验规律u用途：用于化学库（组合化学物库用途：用于化学库（组合化学物库或虚拟化合物库）的早期设计和评或虚拟化合物库）的早期设计和评价价u缺点：不能区别单个化合物是缺点：不能区别单个化合物是“类类药药”还是还是“非药非药”数据库数据库u药物数据库药物数据库u世界药物索引，世界药物索引，World Drug Index（WDI）uMDL药物数据报道数据库，药物数据报道数据库，MACCS- Drug Data Report （MDDR）u综合药物化学数据库：综合药物化学数据库：Comprehensive Medicinal
5、Chemistry ( CMC)u非药物数据库非药物数据库u现有化学品目录数据库，现有化学品目录数据库，Available Chemical Directory ( ACD）基于经验的类药性评价方法基于经验的类药性评价方法uLipinski法法uGhose法法uVerber法法u类药片段分析法类药片段分析法u非类药片段分析法非类药片段分析法（一）利平斯基规则（一）利平斯基规则uWDI数据库中总结数据库中总结uLipinski，RO5规则，五倍率规则规则，五倍率规则u分子量分子量500u氢键给体氢键给体 （OH和和NH）5u氢键受体氢键受体10uCLogP 5.0 或（或（MLogP 4.15
6、）u化合物如果违背上述规则中的化合物如果违背上述规则中的两条或多两条或多条条，就很难被生物体所吸收，就很难被生物体所吸收（二）（二） Ghose法法uCMC数据库中数据库中80%药物的理化性药物的理化性质具有以下特征质具有以下特征u分子量在分子量在160480之间，平均之间，平均357u原子数在原子数在20 70之间，平均之间，平均48uALogP在在-0.4 5.6之间，平均之间，平均2.52u摩尔折射率在摩尔折射率在40 130之间，平均之间，平均97（三）（三） Verber法法uLipinski的补充的补充u极性表面积极性表面积PSA 1402（或氢键供（或氢键供体和受体数之和体和受体
7、数之和12 ）u可旋转单键数可旋转单键数10（四）类药片段分析法（四）类药片段分析法u对对CMC数据库中的药物分解为骨数据库中的药物分解为骨架和侧链架和侧链类药片段分析法类药片段分析法uCMC数据库数据库5121个分子中含有个分子中含有u1179组不同的骨架组不同的骨架u32个骨架出现在个骨架出现在50的药物分子中的药物分子中u六元环是最常见的结构六元环是最常见的结构u1246组不同的侧链组不同的侧链u20中最常见的侧链出现的频率中最常见的侧链出现的频率73u最常见：羰基、甲基、羟基、甲氧基最常见：羰基、甲基、羟基、甲氧基常见骨架常见骨架常见骨架常见骨架常见的侧链片段常见的侧链片段（五）非类药
8、片段分析法（五）非类药片段分析法u非类药性化合物：非类药性化合物：non-drug-likeu分子特征可能导致毒性、生物利用分子特征可能导致毒性、生物利用度低下等不适宜成药的特性度低下等不适宜成药的特性排除非类药化合物的标准排除非类药化合物的标准u分子中存在分子中存在“非药物非药物”元素（如过渡金元素（如过渡金属元素）属元素）u相对分子量小于相对分子量小于100或大于或大于1000u碳原子总数小于碳原子总数小于3u分子中无氮原子、氧原子或硫原子分子中无氮原子、氧原子或硫原子u分子中存在一个或多个预先确定的毒性分子中存在一个或多个预先确定的毒性或反应活性子结构或反应活性子结构常见的毒性或反应活性
9、子结构常见的毒性或反应活性子结构u可以和蛋白质形成共价键并产生可以和蛋白质形成共价键并产生假假阳性或毒性。阳性或毒性。二、基于理化性质的评价二、基于理化性质的评价u亲脂性亲脂性upKau水溶性水溶性（一）亲脂性（一）亲脂性u亲脂性是药物吸收、分布、代谢、排泄亲脂性是药物吸收、分布、代谢、排泄和毒性的主要决定因素之一和毒性的主要决定因素之一u亲脂性与溶解度、透膜性、代谢稳定性、亲脂性与溶解度、透膜性、代谢稳定性、蛋白结合率密切相关蛋白结合率密切相关u脂水分配系数脂水分配系数ulogP：中性化合物的脂水分配系数：中性化合物的脂水分配系数ulogD：酸性或碱性化合物在特定的：酸性或碱性化合物在特定的
10、pH条条件下的脂水分配系数件下的脂水分配系数脂水分配系数脂水分配系数ulogD可由化合物的可由化合物的logP与与pKa计算计算u在一定的在一定的pH条件下，有机弱酸与条件下，有机弱酸与有机弱碱化合物的计算公式分别为：有机弱碱化合物的计算公式分别为：亲脂性亲脂性u测量方法：高通量摇瓶法，毛细管测量方法：高通量摇瓶法，毛细管电泳法和反相色谱法电泳法和反相色谱法u预测方法：预测方法：A logP，ACD logP, ClogP, MlogP，X logP（二）（二）pKaupKa决定水溶性和透膜性的主要因素之决定水溶性和透膜性的主要因素之一一u酸性或碱性较强的分子，在体内以较酸性或碱性较强的分子，
11、在体内以较多解离形式存在，导致透膜性和生物利多解离形式存在，导致透膜性和生物利用度差，改善用度差，改善pKa可提高生物利用度可提高生物利用度u胺类化合物：胺类化合物： pKa 1011u酸类化合物：酸类化合物：pKa 35pKau测量方法：毛细管电泳法和光谱梯测量方法：毛细管电泳法和光谱梯度分析法度分析法u预测方法：商业软件预测预测方法：商业软件预测（三）水溶性（三）水溶性uLogS表示表示uS：化合物饱和水溶液浓度（浓度单：化合物饱和水溶液浓度（浓度单位：位：mol/L）u85%的药物：的药物：LogS在在 15之间之间u其余药物：小于其余药物：小于5u少数药物：大于少数药物：大于1水溶性水
12、溶性u影响水溶性的因素影响水溶性的因素u化合物的亲脂性化合物的亲脂性u分子大小分子大小upKau晶体能晶体能u熔点等熔点等水溶性水溶性u测量方法：浊度法、散色法，直接测量方法：浊度法、散色法，直接紫外以及高效液相法紫外以及高效液相法u预测方法：商业软件预测预测方法：商业软件预测水溶性水溶性u结构修饰改善化合物水溶性结构修饰改善化合物水溶性u增加离子化基团增加离子化基团u降低亲脂性降低亲脂性增加离子化基团增加离子化基团降低亲脂性降低亲脂性u降低亲脂性，增加水溶性，提高生降低亲脂性，增加水溶性，提高生物利用度物利用度RLogP 水溶性水溶性Cmax苄氧羰基苄氧羰基4.670.001 0.108-磺
13、酰基喹啉基磺酰基喹啉基 3.70.001 0.102,4-二氟苄基二氟苄基3.690.00120.733-吡啶甲基吡啶甲基2.920.0711.4三、基于三、基于ADMET性质的类药性性质的类药性u透膜性透膜性u转运蛋白转运蛋白u代谢稳定性代谢稳定性u血浆稳定性血浆稳定性u血浆蛋白结合血浆蛋白结合u细胞色素细胞色素P450酶的抑制或诱导作用酶的抑制或诱导作用uhERG通道阻滞通道阻滞（一）透膜性（一）透膜性uPermeability：化合物通过生物膜：化合物通过生物膜的能力的能力u决定因素决定因素u亲脂性亲脂性( log P) u氢键数目氢键数目u离子化特征离子化特征u大小及柔性大小及柔性口服
14、吸收程度评价口服吸收程度评价u通常以表观渗透系数通常以表观渗透系数( Papp )表示。表示。u评价模型评价模型uCaco - 2人肠上皮细胞系人肠上皮细胞系u犬肾上皮细胞系（犬肾上皮细胞系（MDCK）uQSAR模型预测模型预测u极性表面积和亲脂性系数（极性表面积和亲脂性系数（log P）是决）是决定膜渗透率（对于被动转运）重要的因素定膜渗透率（对于被动转运）重要的因素血脑屏障穿透能力血脑屏障穿透能力u血脑屏障血脑屏障(blood-brain barrier， BBB）u血脑分配系数血脑分配系数(logBB)：平衡时化：平衡时化合物在脑和血液中的浓度分配合物在脑和血液中的浓度分配: BB =
15、C脑脑/C血血血脑屏障穿透能力血脑屏障穿透能力u穿透血脑屏障的决定因素与膜渗透决定穿透血脑屏障的决定因素与膜渗透决定因素相似因素相似u亲脂性亲脂性( log P) u氢键数目氢键数目u离子化特征离子化特征u大小及柔性大小及柔性u对化合物性质要求更加严格，性质范围对化合物性质要求更加严格，性质范围更小更小血脑屏障穿透能力评价血脑屏障穿透能力评价u评价模型评价模型u过度表达过度表达P-糖蛋白的糖蛋白的MDR1- MDCK II，TR-BBB和和TM-BBB等细胞单层等细胞单层模型模型u预测模型预测模型Log (C脑脑/C血血)=0.0148PSA+ 0.152ClogP+0.139（二）转运蛋白（
16、二）转运蛋白u转运蛋白介导的主动转运是药物透转运蛋白介导的主动转运是药物透膜的主要方式之一膜的主要方式之一u小肽转运蛋白小肽转运蛋白u氨基酸转运蛋白氨基酸转运蛋白u单羧酸转运蛋白单羧酸转运蛋白u有机铵盐转运蛋白有机铵盐转运蛋白u外排转运蛋白：外排转运蛋白：P-糖蛋白糖蛋白转运蛋白转运蛋白u提高药物的主动转运效率，可在分子中提高药物的主动转运效率，可在分子中加入与底物相似的片段，如氨基酸片段加入与底物相似的片段，如氨基酸片段u伐昔洛韦的生物利用度提高伐昔洛韦的生物利用度提高35倍倍（三）代谢稳定性（三）代谢稳定性u代谢稳定性描述化合物的代谢速度代谢稳定性描述化合物的代谢速度和程度和程度u代谢稳定
17、性低：药物在体内容易代代谢稳定性低：药物在体内容易代谢谢u生物利用度低生物利用度低u半衰期短半衰期短u清除率高清除率高代谢稳定性评价代谢稳定性评价全肝细胞代谢分析全肝细胞代谢分析肝微粒体代谢分析肝微粒体代谢分析S-9肝匀浆液肝匀浆液代谢分析代谢分析代谢稳定性评价代谢稳定性评价全肝细胞全肝细胞肝微粒体肝微粒体 仅包括仅包括I I相代谢酶相代谢酶 易于保存易于保存 分析操作容易、费用低分析操作容易、费用低 包括所有代谢酶和转运蛋白包括所有代谢酶和转运蛋白 费用高，细胞保存不易费用高，细胞保存不易S9肝匀浆液肝匀浆液 包括主要包括主要I I、IIII相代谢酶相代谢酶 分析操作容易、费用低分析操作容易
18、、费用低 匀浆液保存不稳定匀浆液保存不稳定提高代谢稳定性提高代谢稳定性u引入不易代谢的原子或基团引入不易代谢的原子或基团u增加易代谢片段的位阻增加易代谢片段的位阻引入不易代谢的原子或基团引入不易代谢的原子或基团t1/2=52.3mint1/2=4.6min易氧化羟基化易氧化羟基化增加易代谢片段的位阻增加易代谢片段的位阻u例：倍他洛尔的甲基：易发生去甲例：倍他洛尔的甲基：易发生去甲化代谢化代谢t1/2=3.56h t1/2=1622h（四）血浆稳定性（四）血浆稳定性u化合物在血浆中被水解的速率和程度化合物在血浆中被水解的速率和程度u血浆中含有大量的水解酶，可水解特定血浆中含有大量的水解酶，可水解
19、特定的官能团的官能团u酯，酰胺，氨基甲酸酯，内酰胺，内酯，酯，酰胺，氨基甲酸酯，内酰胺，内酯，磺酰胺等磺酰胺等u血浆稳定性低：高清除率和较短的半衰血浆稳定性低：高清除率和较短的半衰期期提高血浆稳定性提高血浆稳定性u经结构修饰提高特定基团耐受水解经结构修饰提高特定基团耐受水解酶的能力酶的能力u酰胺基代替酯基酰胺基代替酯基u增加易水解片段位阻增加易水解片段位阻酰胺基代替酯基酰胺基代替酯基u半衰期延长半衰期延长t1/21min t1/2=69h增加易水解片段位阻增加易水解片段位阻t1/2=0.5ht1/2=1.5ht1/2=6ht1/2=16h（五）血浆蛋白结合（五）血浆蛋白结合u药物与血浆蛋白结合
20、可降低药物的药物与血浆蛋白结合可降低药物的分布容积，肝脏代谢和组织穿透能分布容积，肝脏代谢和组织穿透能力，延长半衰期力，延长半衰期u研究方法：平衡透析和超过滤研究方法：平衡透析和超过滤血浆蛋白结合血浆蛋白结合u提高提高血浆蛋白结合率：增加药物的血浆蛋白结合率：增加药物的亲脂性亲脂性u引入烷基、芳基、卤素等疏水基团引入烷基、芳基、卤素等疏水基团u降低降低血浆蛋白结合率：引入极性基血浆蛋白结合率：引入极性基团，如氨基、羟基和羧基团，如氨基、羟基和羧基（六）细胞色素（六）细胞色素P450酶的抑制酶的抑制或诱导作用或诱导作用u药物对药物对CYP450的抑制和诱导作用的抑制和诱导作用是导致药物相互作用的
21、重要因素是导致药物相互作用的重要因素u70：酶的抑制：酶的抑制u23：酶的诱导：酶的诱导u7：其他：其他（七）（七）hERG通道阻滞通道阻滞u阻滞钾离子通道产生心率失常阻滞钾离子通道产生心率失常u格帕沙星格帕沙星u阿司咪唑阿司咪唑u西沙比利西沙比利研发中药物研发中药物研发中药物研发中药物发现、临床前发现、临床前发现、临床前发现、临床前一期一期一期一期 二期二期二期二期 三期临床三期临床三期临床三期临床及时淘汰及时淘汰及时淘汰及时淘汰及早淘汰及早淘汰及早淘汰及早淘汰 理想模式理想模式理想模式理想模式传统模式传统模式传统模式传统模式类药性研究的目的类药性研究的目的u指导药物化学指导药物化学家不仅仅设计家不仅仅设计并合成具有特并合成具有特定生物活性的定生物活性的化合物化合物u更重要的是指更重要的是指导导设计并合成设计并合成出能够发展成出能够发展成为药物的分子为药物的分子
