1、1毒代动力学及其研究方法毒代动力学及其研究方法全国药物安全性评价专题负责人第二期高级培训班中国毒理学会药物毒理与安全性评价专业委员会中国药学会药物安全性评价专业委员会中国药理学会药物毒理专业委员会李川（021-50803106；）中国科学院上海药物研究所上海药物代谢研究中心2009年11月成都演讲内容演讲内容一新药安评与体内药物暴露二影响体内药物暴露的因素三毒代动力学的概念四毒代动力学的研究方法与实施五小结一新药安评与体内药物暴露二影响体内药物暴露的因素三毒代动力学的概念四毒代动力学的研究方法与实施一新药安评与体内药物暴露一新药安评与体内药物暴露0%15%30%45%FinancialImpr
2、ovedCandidateFormulationADME/PKCommercialHumanAEsAnimalToxicityClinicalEfficacyOtherNature Rev./Drug discovery 3: 711 (2004)Br. J. Clin. Pharmacol. 25: 387 (1988)过去 20多年在新药研发领域发生的变化化合物资源1 药物先导化合物的发现2 药物先导化合物的结构优化药物候选化合物药物候选化合物1 临床前研究2 临床试验新药药物发现新药开发新药安全有效评价体系药效药代安评质量非临床安评研究由于开展临床试验的伦理限制，必须先在动物上进行全面的
3、新药安评，以揭示新药对动物器官组织的毒副作用，研究其剂量依赖性、体内暴露相关性和可恢复性等，帮助确定临床试验的初始安全剂量和应观察的潜在毒副作用。新药上市前必须对其安全性进行仔细评估临床试验中的新药安全性考察安全性 始终是临床试验关注的重点，影响临床试验的推进。先从低剂量、小范围人群开展临床试验，在 安全性 得以保证后，再增加给药剂量、扩大人群已验证药物的有效性。为什么在药物安评中要考虑体内药物暴露？（确定药物的两个要素：功能和物质）给药剂量毒副作用体内药物暴露（化学形式/浓度）剂量-暴露浓度-效应药物 对 机体 的作用机体 对 药物 的作用反映药物“物质”的一种形式好用，但不准确反映药物“物
4、质”的一种形式相对准确2体内药物浓度MetabolismConcentrationsDoseA.R.PharmacokineticsSizeFreq.D.F.i.v.i.m.p.o.DrugresponseEfficacycacySafetySafetyActivitiesAbsorptionPresystemicdispositionDispositionConcentrationat action siteDrugresponseDistributionExcretionH.M.B.E.I.M.I.E.SystemicexposureActionmechanismsDose-respons
5、erelationshipi.v. Drug administrationp.o.M.P.药物安全性评价Hazard identificationHazard characterizationExploration of risk assessment from animals to humans二影响体内药物暴露的因素二影响体内药物暴露的因素影响体内药物暴露的因素给药因素药代因素种属因素它物影响给药因素 给药途径 给药剂量 给药频率 给药剂型 化学稳定药代因素药物的 吸收 与其 在体内的变化过程药物在吸收部位药物在体内排出体外的药物代谢物吸收Absorption排泄Excretion代谢Me
6、tabolism分布Distribution排泄Excretion排出体外的代谢物在吸收部位在体内排出体外的代谢物排泄代谢排出体外的药物原形从给药部位到达体内可检测部位的过程药物在体内从一个部位向其它部位的可逆地转移药物在体内发生生化转变，生成了代谢物药物原形的另一种消除途径，代谢物也由此离开机体ADME3吸收肠肝屏障Gut WallMetabolism MetabolismTo FecesTo Site ofMeasurement(Blood in an arm vein)LiverGutLumenPortalVeinA drug given as a solidFirst-pass Eff
7、ect口服给药的吸收过程口服给药的吸收过程Clin. Pharmacol. Ther. 2005 肠上皮细胞紧密连接（ 膜通透性 ） 肠上皮细胞肠腔测外排 （ P-gp等 ） 肠上皮细胞内酶代谢 （ CYP3A、 UGT等 ） 肝细胞内酶代谢（ CYP、 UGT等 ） 肝细胞胆小管测外排（ OATP/OCT/P-gp/MRP2）吸收是指药物原形从给药部位到达体循环的过程。药物吸收的延迟和吸收过程中药物的损失均会影响药效，甚至造成药物治疗的失败。口服给药的吸收过程口服给药的吸收过程 ） （ 等 ） （ 、 等 ） 、 等 ） ）。首过效应通过测量动物各组织中的药物浓度可获取药物分布信息，人的药物
8、分布信息通常利用血药浓度数据进行初略估计。Bound BoundTissueUnbound UnboundPlasma分布药物通过血脑屏障（BBB） 足够的脂溶性 极性适中 不是P-gp的底物 药物与血浆蛋白和组织蛋白结合的差异 器官组织的血液流速 药物的脂溶性Clin. Pharmacol. Ther. 2005代谢Drug (Xenobiotics)Lipophilic HydrophilicAbsorptionDistributionExcretionMetabolismMetabolism provides a mechanism for ridding the body of und
9、esirable foreign compounds and drugs.Enzyme(s)肝脏是最主要的药物代谢器官，其它有肠、肾和肺；药物在细胞中的代谢主要在内质网和胞液中进行。药物代谢反应可分为“一相代谢反应”和“二相代谢反应”一相代谢反应（ Phase I reactions/Functionalization reactions）在原药分子中引入或使其暴露功能团二相代谢反应（ Phase II reactions/Conjugation reactions）让内源性的葡萄糖醛酸、硫酸、谷胱甘肽或氨基酸等与原药分子或一相代谢物分子上的功能团产生共价结合药物代谢酶胆汁排泄大分子药物和代谢
10、物，MW 500（人）、MW 300（大鼠）种属差异较大，小鼠、大鼠及犬的排泄较强，兔、豚鼠、猴、人的较弱肾排泄极性、水溶性、小分子（MW 500）及代谢慢的药物涉及肾小球过滤、肾小管重吸收及肾小管主动分泌肾功能尿的pH值（4.58.5）（血：7.37.5）肺呼吸排泄挥发性药物排泄l-Stepholidine口服生物利用度低的原因：II相代谢后随胆汁排泄SPD-O-glucuronide(M2)胆汁排泄UDPGAUDPSPD-O-sulfate(M4)SPD肠道吸收良好(人)(大鼠/人)(大鼠)SPDSPD易于通过血脑屏障l-SPDSPDPAPS PAP肠肝屏障血脑屏障鼠鼠Br. J. Pha
11、rmacol. 2009Clin. Pharmacol. Ther. 2005BiotranslocationBiotransformation药物的吸收与其在体内的变化过程转移转化膜通透转运体血浆蛋白药物代谢酶核受体机体对药物的暴露机体对药物的暴露机体对药物的暴露种属因素(Drug-induced toxicity is often species-dependent, which can be explained by PK and PD effects of drugs. )CYP、 UGT、羧酸酯酶等药物代谢酶均表现出种属差异。这些种属差异表现在底物特异性、代谢速率、代谢物谱（代谢途径
12、、手性代谢）、酶受抑制剂、诱导剂、激素等的影响、性别差异等上。药物胆汁排泄有显著的种属差异。(Parent compounds/metabolites/reactive intermediates)它物影响 饲料影响 饮水影响 麻醉剂影响 DDI、HDI4有关体内药物暴露的信息药物原形的系统暴露及其与剂量的关系药物的代谢途径及主要暴露形式（主要代谢物的活性）系统暴露与组织暴露的同步性尿排泄与系统暴露的相关性尿排泄与系统暴露的相关性系统暴露的体内关键调控环节系统暴露的个体间、雌雄间、种属间差异体内药物暴露信息的获取药物在作用靶位的浓度药物的体内浓度药物的血中浓度（血浆、血清、全血）药物的组织浓度
13、（组织匀浆、细胞间液）药物在排泄物中的浓度（尿、胆汁、粪便）实测目标浓度替代标识浓度检测部位（样品）药物代谢物谱比较药物原型的浓度（总浓度、游离浓度）药物的代谢物浓度（活性代谢物、主要代谢物、多个代谢物、手性化合物）药物及其代谢物浓度（水解后的汇总浓度）PD和toxicity反映暴露实测目标浓度替代标识浓度检测对象（化合物）三毒代动力学的概念三毒代动力学的概念毒代动力学（ Toxicokinetics）的概念ICH Topic S3AToxicokinetics: A Guidance for Assessing Systemic Exposure in Toxicology StudiesD
14、ate for Coming into Operation: June1, 1995www.edura.org/emea.htmlToxicokinetics is defined as the generation of pharmacokinetic data,either as an integral component in the conduct of non-clinical toxicity studies or in specially designed supportive studies, in order to assess systemic exposure. Thes
15、e data may be used in the interpretation of toxicology findings and their relevance to clinical safety issue.“毒代动力学 ”的基本研究目标 揭示安评中新药在试验动物体内的系统暴露水平、及其与给药剂量的相关性和随时间变化的过程。“毒代动力学 ”的其它研究目标 将安评中新药的体内暴露情况与其出现的毒副反应相关联，并将此用于预测在下一步临床试验中可能出现的毒理学反应； 为非临床毒性试验确定合适的动物种属和给药方案提供帮助； 与安评中出现的毒副反应相结合，为设计拟开展的非临床安评试验提供信息支
16、持。解释毒副反应帮助试验设计解释毒副反应帮助试验设计毒代动力学研究是做好药物安评工作的一个工具，不应机械地将其看成一项规定必做的内容。毒代动力学服务于药物安全性评价研究Single-dose toxicity studiesRepeated-dose toxicity studiesGenotoxicity studiesCarcinogenicity studiesReproductive toxicity studies5SFDA指导原则中的毒代动力学化学药物非临床药代动力学研究技术指导原则（2005）化学药物长期毒性实验技术指导原则（2005）中药、天然药物长期毒性研究技术指导原则（20
17、05）细胞毒类抗肿瘤药物非临床研究技术指导原则（2006）药物遗传毒性研究技术指导原则（2007）上海仁济医院江苏豪森药业江苏豪森药业江苏豪森药业江苏豪森药业江苏恒瑞医药/上海恒瑞医药上海睿星基因武汉利元亨药物技术中国科学院上海药物研究所/上海医药（集团）有限公司申请人化药1.2类2009L00634注射用熊果酸纳米脂质体2化药1.1类2007L04739羟尼酮胶囊3槐果碱注射液酒石酸长春氟宁注射液吗啉硝唑注射液吡美拉唑肠溶片注射用马来酸氨柔比星甲磺酸阿帕替尼片(5R)-5-羟基雷公藤内酯醇片药品名中药1类2005L015779化药1.1类2005L017208化药1.1类2005L02858
18、7化药1.1类2006L040646化药4类2007L028255化药1.1类2007L008374化药1.1类2009L034641毒代动力学注册分类批件号No.中国科学院上海药物研究所李川课题组近五年由完成药代研究后获SFDA临床试验批件的新药四毒代动力学的研究方法与实施四毒代动力学的研究方法与实施怎样做好毒代动力学研究工作？以药代动力学研究为基础，借助其方法和手段，努力为药物安全性评价工作提供帮助，按GLP规范研究行为。从药代动力学研究中获取体内药物暴露特征的有用信息，支持药物安评研究引进信息，帮助解释毒代数据体外酶代谢研究大鼠及 /或犬毒代研究多次给药药动学研究引进信息，增进对体内暴露
19、的理解血浆蛋白结合率测试引进信息，帮助解释毒代数据药物代谢酶影响研究引进信息，帮助毒代实验设计犬血浆药动学研究引进信息，安评关注代谢物可能的毒性大鼠代谢研究引进信息，尿中药物也可能用做反映体内暴露的 Marker大鼠排泄研究引进信息，帮助解释安评数据大鼠组织分布研究引进信息，帮助毒代实验设计大鼠血浆药动学研究引进方法， GLP生物样品分析方法的建立， Non-GLP毒代动力学研究/安评研究药代动力学研究反映药物从体内被清除的速率，即单位时间里药物被清除的血浆体积大小。给药后，药物吸收的程度和快慢。一种药物在体内被溶解的表观体积计算值。药物浓度下降一般所需要的时间。药物口服剂量中到达循环系统的比
20、例。基本药代动力学参数（Primary PK Parameters）从属药代动力学参数（Secondary PK Parameters）基本药代动力学参数（）从属药代动力学参数（）分布体积清除率吸收半衰期口服生物利用度给药频率给药剂量体内药物暴露毒副反应6毒代动力学的试验设计反映体内药物暴露的分析对象、样品及方法动物实验的安排数据处理及报告需考虑的其它影响因素反映体内药物暴露的分析对象、样品及方法 体内药物暴露（反映安评试验剂量下的暴露情况，反映种属、剂量及性别等差异） 分析对象（药物原形； 代谢物：前药、活性代谢物、代谢物是主要暴露形式且比药物原形易测；手性化合物） 分析样品（血浆、尿、组织
21、等；采样引起最小的损伤，但反映暴露） 分析方法（满足安评研究需求，可靠-Cross-validation，与临床试验的一致）动物实验的安排 动物实验的类型（针对某个具体安评试验还是真个安评研究；单独试验；相伴试验：测安评试验大动物的暴露、设小动物卫星组测暴露；雌雄兼用） 给药途径（特殊情况：对难以反复多次给药的途径，根据药代信息采用替代给药途径；新药研发中原来的给药途径发生了改变） 给药剂量（低剂量：无毒副作用剂量，动物暴露等于或略超过人的最大暴露；中剂量：根据安评试验的需求是低剂量暴露的几倍；高剂量：根据安评研究的考虑而设。当暴露主要受制于吸收时的Top剂量） 采样安排（原则：在满足反映暴露
22、水平的情况下，尽可能减少采样点和量）数据处理及报告 反映暴露的毒代数据（ Cmax、AUC；代谢物谱/代谢途径） 数据的精密度（由于动物个体间差异、个体内的试验前后差异、每组动物数少等原因，难以过高要求毒代数据的精密度。有时，动物个体的数据比统计后的平均数据更重要） 报告内容（阐明毒代动力学研究的定位和目的，系统说明分析方法及其可靠性，全面分析毒代数据的含义及其对新药毒副反应的解释）需考虑的其它影响因素 种属差异（除了暴露水平外，种属差异还可能涉及蛋白结合、组织摄取、受体性质、代谢途径的方面） 系统暴露水平低（有些药物虽然系统暴露水平相对较低，但该药或其代谢物在某些特殊组织中的浓度水平可能很高
23、）毒代动力学研究的实施研究团队（SD、顾问、操作人员、技术支持、对外联络）实验条件（分析仪器、样品储存设备等；仪器校验与监控）学科知识、实验技术及培训制度GLP制度建设715毒代生物样品分析68合计6设施管理（ FCI）11毒代用仪器使用和维护规程（ TKT）20动物试验操作（ ANI）5试验实施（ STU）11组织、人员和综合管理（ ADM）数量类别中国科学院上海药物研究所李川课题组开展毒代研究的SOPs研究实例介绍()-Sophocarpine的比格犬毒代动力学研究()-Sophocarpine (SC) 是一种抗病毒性心肌炎的在研新药。在本项研究中，我们建立了一种基于液-质联用技术的分析
24、方法检测血浆样品中SC浓度的灵敏、快速、可靠的方法，并请其应用于与SC三个月长毒试验相伴的毒代动力学研究中。前期动物药代动力学研究表明，血中SC浓度可用于反映i.v.给药后，机体对SC的暴露。NNOHHHH()-SophocarpineMS/MS spectra of M+H+at m/z 247 for SC and 328 for IS LC/MS/MS chromatograms of a mixture of standards SC and IS (1), a typical blank beagle plasma sample (2), the same blank plasma
25、sample spiked with SC and IS (3), and an IS-spiked plasma sample obtained from a beagle 4 h after receiving a i.v. dose of SC at 7.5 mg /kg/day (4) 分析方法简介样品前处理： MTBE-液液提取法；LC： C18柱， 3-min等梯度洗脱法；MS/MS： ESI（ +）， SRM；内标法： ()-stepholidine。分析方法的优化Comparison of extraction efficiencies for plasma SC and IS
26、 when different organic solvents were used. Comparison of matrix effects on the ionization of SC and IS in five different lots of blank dog plasma samples spiked after extraction with MTBE or EtOAc样品前处理的优化基于：不同有机溶剂对 SC和 IS提取效率的高低和带来的基质效应大小首先检验 SC及 IS是否在整个分析过程保持稳定。分析方法的可靠性验证（一）Stability of SC and IS8
27、分析方法的可靠性验证（二）Absolute recoveries of SC and IS from plasma using MTBE as the extraction solvent Matrix effect data for SC and IS in plasma extracts from five individual beagle dogs 考察使用 MTBE作为提取溶剂时，从犬血浆样品提取 SC及 IS的回收率及基质效应干扰情况 。分析方法的可靠性验证（三）考察分析方法的准确性和精密度，以及稀释样品对它们的影响 。Within-run and between-run accu
28、racy and precision for assay of SC in dog plasmaAccuracy and precision of the assay of over-curve* samples by dilution in water SC犬毒代动力学数据Semi-logarithmic plot of mean plasma concentration of SC against the time of blood sampling during a repeated-dose toxicity study in beagle dogs Toxicokinetic parameters for assessing systemic exposure to SC in repeated-dose toxicity study in beagle dogs 以 AUC0 23 h为观察指标，雌雄犬对 SC的暴露水平未见显著的性别差异；在三个约连续的试验周期里，未见 SC在犬体内出现明显蓄积现象；以 AUC0 23 h为观察指标，SC的暴露水平与给药剂量呈良好的正相关，且在给药周期中保持。五小结五小结针对药物暴露的活性/主要形式以药代研究为基础，根据安评需求设计试验安评动物实验、生物样品质量相伴毒代研究及单独毒代研究毒代：GLP研究；药代：非GLP研究
