手性药物代谢的立体选择性 - njdmpk.com · 药物代谢酶 1.2万名“海豹 ... 手性色谱学 手性毛细管电泳法 手性超临界色谱法 手性薄层色谱法

浙江大学药物代谢和药物分析研究所

曾苏

手性药物代谢的立体选择性

临床使用药物中手性药物比例

Single

Enantiomer / One

Chiral Center

Racemates

Non-Chiral

Single

Enantiomer /

Multiple Chiral

Centers

35%

20%35%

10%

全球500种畅销药物中手性药物占59％

59%

手性药物 比例高 疗效好

一、背 景

FDA-approved Chiral Drugs（2010-2014）

� 生物大分子如酶、受体等是由L-氨基酸和D-糖类构成的手性系统，可识别和区分某一种对映体（立体选择性）

� 对映体可在PD、DMPK和Tox存在差异

震惊世界的反应停事件

N

N OO

O

O

H

N

CO2H CO2H

O

O

(-)-S-thalidomide(-)-S-phthalimidoglutamic acid

(RS)-反应停S-反应停 S-苯二酰亚氨基谷氨酸

毒性对映体代谢物毒性对映体杂质

药物代谢酶

1.2万名“海豹形”婴儿

� 药物手性杂质和代谢物

� 即使仅微量存在，也可能产

生各种毒性

� 直接影响到新药研发成功率

及药品的安全性和有效性

� 关系到用药者的健康与生命

安危

药 物 对映体相对活性

特步他林 - > + (3000:1)

吲哚洛尔 - > + (200:1)

普萘洛尔 S > R (100:1)

维拉帕米 - > + (18:1)

华法令 S > R (8:1)

氯胺酮 S > R (4:1)

美沙酮 - > + (3:1)

手性药物的“错误”对映体，不但无效甚至有严重的毒副作用

药名 S- R-

四咪唑 驱虫免疫增强 呕吐

青霉胺 抗关节炎 潜在致癌性

乙胺丁醇 抗结核 失明

酞胺哌啶酮 镇静 致畸

各国手性药物研究技术法规状况

� 美国FDA: Development of New Stereoisomeric Drugs，

1992

� 欧洲EMEA： Investigation of chiral active substances，

1994

� 加拿大Canada Minister of Health, Guidance For

Industry: Stereochemical Issues in Chiral Drug

Development, 2000

� 中国，手性药物质量分析指导原则，2012年

8 July 11, 2016

肝脏微粒体酶 (氧化,结合)

肝外微粒体酶 (氧化,结合)

肝脏非微粒体酶 (乙酰化，硫酸化, 醇醛脱氢酶，GST, 水解，氧化/还原) 生物体的手性环境

Absorption

Distribution

Metabolism

Excretion

手性药物代谢

9 July 11, 2016

对映体血浆浓度-时间过程的立体选择性

log C

Time

[RS]

[R]

[S]

CYP UGT

手性高效液相色谱法

手性气相色谱法

手性色谱学 手性毛细管电泳法

手性超临界色谱法

手性薄层色谱法

间接法： (Chiral Derivatization Reagent, CDR)

色谱法

直接法： (Chiral Mobile Phase Additives, CMPA)、

（Chiral Stationary Phase, CSP）

对映体选择性测定方法

Yu L, Wang S, Jiang H, Zhou H, Zeng S. Simultaneous determination of fluoxetine and norfluoxetine enantiomers using isotope discrimination mass

spectroscopy solution method and its application in the CYP2C9-mediated stereoselective interactions. J Chromatogr A. 2012 May 4;1236:97-104.

HO

HO

CO2H

NH2

N

N N

NN

CO2H

O CO2H

Me

NH2

H2N

S

N

NPh

NH2

O

CO2H

MeO

H H H HO

OH

NBu

OHH

t

L-dopa methotrexate

cephalexin terbutaline

Drugs With Stereoselective Absorption

Cl

N

N

O COOH

Cl

N

N

O COOH

1. ABSORPTION

cetirizine

西替利嗪对映体双向转运试验

A B

Transport rate of cetirizine enantiomers across Caco-2 cell monlayers in the

absorptive (A) and secretary (B) direction. The insets represented the

Eadie-Hofstee transformation of the data for the secretary direction

0

200

400

600

800

0 20 40 60 80C(µmol/L)

Tra

nsp

ort

Rat

e(×

10

-9m

olc

m-2

s-1)

R-cetirizine

S-cetirizine

0

400

800

8 10 12 14V/C

V

0

100

200

300

400

500

0 20 40 60 80C(µmol/L)

Tra

nsp

ort

Rat

e(×

10

-9m

olc

m-2

s-1)

R-cetirizine

S-cetirizine

2. DISTRIBUTION

Drug Free Fraction Ratio (+/-)

+ -

disopyramide 0.27 0.39 0.7

ibuprofen 0.006 0.0039 1.5

mexilitine 0.283 0.198 1.4

methadone 0.092 0.124 0.7

propoxyphene 0.018 0.018 1.0

propranolol 0.203 0.176 1.2

tocainide 0.17 0.14 1.2

verapamil 0.064 0.11 0.6

warfarin 0.012 0.009 1.3

O

OH

O

Ph

Et

O

OH

O

Ph

Me

O

Cl N

NO

Cl

OH

H

NN

Ph

Ph

O

O

SPh

O

Cl N

NO

Ph

H

H

OCOCH2CH2CO2H

Cl N

N

Ph

OH

MeO

MeO

N

N

Me

MeOOMe

Et

Cl N

MeO

Ph

H

N

CO2H

NH2

H

NCO2H

Cl

H

Me O

Ph CO2H

Me

PhCO2H

Me

phenprocoumon (-)-S-warfarinS-lorazepam

sulfinpyrazone S-oxazepam succinate des-methyl diazepam

S-tofisopam 4,5-dihyddrodiazepam L-tryptophan

(+)-S-carprofen ketoprofen fenoprofen

Chiral Drugs

Stereoselectively

Binding with

HSA

0

10

20

30

40

50

1 2

Bound f

ract

ion(%

)

The binding of S-ketoprofen (1) and R-ketoprofen (2)

(1.25 µmol·mL-1) to HSA DOM III (5.2 µmol·mL-1)

(n = 3)

S-ketoprofen

R-ketoprofen

*

Cytochrome P 450Chiral Drug

3. METABOLISM

N

N

O O

H O

H

H

（ 1）N

NO O

PhPhH

H

(2) N

NOO

O H

H

H

(-)-S - d iphenylhydanto in m etabolism (+)-R -

S + · ·O

Et

M e

FID

S + · ·· ·

E t

M e

S + · ·· ·

E t

M e

a

(+)-R -4-to ly l e thyl su lph ide m etabolism (-)-S -

b

N

O O

M e

H

Et

N

O O

M e

O H

H

Et

N

O O

M e

H

E t

N

O O

M e

H

E t

S -

R -

c m epheneto in m etabolism

most of species

CYP

（1:4 R:S）

S-enantiomer

R-enantiomer

dog

FAD

（20:1 R:S）

N

HMe

NH

HMe

NH2

HMe

NHNH

Pt

O

Me

NH2

Me

a (S)-(+)-deprenyl (S)-(+)-methamphetamine (S)-(+)-amphetamine

b (R)-(-)-prilocaine 0-toluidine

对映体生物转化增加毒性

Toxicity!

S

R

R'

S

R

R'

O[O]

C

C

H

HR

R'

C

OH

HR

R'[O]

A

C O

R'

R[H]

C

OH

HR'

R

D

C C

R H

R"R'

[H]C C

HR

H R"H R'E

N

R

R'

R"

[O]N

R

R'

R"

OB生物体内

产生手性中心的代谢反应

A.亚甲基氧化

B.叔胺氧化

C.硫化物氧化

D.酮基还原

E.双键还原

H3C

CH3 COOH

H

H3C

S-Ibuprofen

H3C

CH3 COOH

H

H3C

R-Ibuprofen

Inhibits platelet thromboxane production twice as effectively as does the racemate

Racemizes to the S-form and does not cause G.I. lesions

布洛芬 服用的S/R比例 排泄的S/R比例

(S)-(+) 95:5 95:5

(R)-(-) 6:94 80:20

外消旋体 50:50 70:30

手性转化增加毒性

4. EXCRETION

Drug Clearance Form (+) (-) Ratio

chloroquine CLR,u racemate 824 519 1.6

Disopyramide CLR,u isomer 338 182 1.8

mexilitine CLR racemate 0.5 0.5 1.0

pindolol CLR,u racemate 453 534 1.2

terbutaline CLR isomer 2.7 1.5 1.8

tocainide CLR isomer 55 55 1.0

Drug Clearance Form (+) (-) Ratio

propranolol CLiv racemate 1.21 1.03 1.17

CLu,iv racemate ~6.0 ~5.9 1.02

CLo racemate 2.78 1.96 1.42

CLu,o racemate 13.7 11.1 1.23

verapamil CLiv isomer 0.80 1.40 1.75

CLu,iv isomer 5.96 5.85 1.02

CLo racemate 1.72 7.46 4.33

warfarin CLo racemate 0.234 0.333 1.42

CLu,o racemate ~21.9 ~37.0 1.69

Poor metabolizer

Extensive

metabolizerCYP 2C19

Metabolic phenotyping

� Peak 1: R-(+)-PPL glucuronide

� Peak 2: S-(-)- PPL glucuronide

� Peak 3: RS-PPL

Blank without

UDPGAUGT2B7 UGT1A9

Stereoselectivity of Propranolol side chain(-OH) glucurnidation

0

50

100

150

200

250

5 10 20 40 60 80

Time(min)

Propranolol glucuronide

produced(pmol)

R-PL-Glu(UGT1A9)

S-PL-Glu(UGT1A9)

R-PL-Glu(UGT2B7)

S-PL-Glu(UGT2B7)

O

OH

N CH3

CH3

HO

UDPGT O

O

N CH3

CH3

OUDP OH

OH

COOH

HO UDP

O

OH

OH

COOH

HO

H

Chirality. 2010；22:456-61.

The cumulative excretion percentage of S-(-)- and R-(+)-

propranolol glucuronide in Chinese Han subjects urines

after 20mg oral administration of RS-(±)-propranolol

tablet (x±s%, n=16)

0

5

10

15

20

0 10 20 30

Time(h)

The cumulative

excretion%

S-glucuronide

R-glucuronide

UGT1A9 play a key role for stereoselectivity of Propranolol glucurnidation

NSAIDs的乙酰葡萄糖醛酸苷与哺乳动物的宿主蛋白作用，可导致免疫反应调节的过敏和其他副反应

NSAIDs

UGTsUGT基因多态性对非甾体抗炎药

(NSAID)形成毒性葡醛酸苷立体选

择性的影响

28/39

6对洛芬类NSAIDs对映体HN

ClHO

O

CH3H HN

Cl HO

O

HH3C

O

HO

O

CH3H

O

HO

O

HH3C

HO

O

CH3

H

F

HO

O

HCH3

F

H3C H

OH

O

H CH3

OH

O

OH

O

O

CH3H

OH

O

O

HH3C

S

O

OH

O

CH3H

S

O

OH

O

HH3C

CPF

FePF

FPF

IPF

KPF

ZPF

30/39

UGT2B7*1

UGT2B7*71S(C3Y)

UGT2B7*2(H268Y)

UGT2B7*5(D398N)

UGT1A9*1

UGT1A9*2(C3Y)

UGT1A9*3(M33T)

UGT1A9*5(D256N)

Wang H, Yuan L, Zeng S. Characterizing the effect of UGT 2B7 and UGT1A9 genetic polymorphisms on enantioselective glucuronidation of flurbiprofen.

Biochem Pharmacol. 2011;82:1757-63.

UGT1A9和2B7对氟吡洛芬的代谢

� UGT1A9活性顺序为*2>*1,*5,突变体立体选择性增加(S/R=0.6-

0.3) , UGT2B7活性顺序为*1>*71S>*2,立体选择性不变

(S/R=2.2-1.8),个体化用药依据

� 二者对FPF代谢的立体选择性相反

氟吡洛芬

敬请批评指正！