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编号:10275020
创新药研究早期阶段的口服特性筛选
http://www.100md.com 《中国新药杂志》 1999年第4期
     作者:曾衍霖

    单位:(中国科学院上海药物研究所,上海 200031)

    关键词:

    中国新药杂志990401 口服是常用的给药途径,为治疗慢性病需长期服药时,传统的口服剂型一般价格便宜,很受患者欢迎。但口服剂型有其必不可少的前提,就是药物必须是口服吸收良好的。

    有人建议创新药的筛选(包括口服药物)应明确规定每个阶段的具体要求和筛选目标,采取流程作业法,即定期召开总结鉴定会,只有符合要求的候选化合物,才允许进入下一阶段的研究[1]。根据他们的经验和要求,如果口服吸收不良,就要被及时淘汰。自从组合化学问世以来,候选化合物的合成速度大大加快,如何在早期阶段就对候选化合物进行高通量的转运、代谢、毒性等包括口服特性的体外筛选,并结合体外疗效筛选结果,尽早作出综合评价,已成为目前创新药研究的主导趋势。1998年10月国际药物代谢学会(ISSX)第五届国际大会上,特别组织了专题研讨会[2],11月在美国Berkeley还召开了相关专题的国际会议[3]。就口服吸收的体外筛选模型来说,Caco-2细胞系模型经过二十多年的探索,现已被大多数人认可为口服吸收的体外筛选模型,现对该模型作简单介绍,希望引起国内医药界的注意。
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    1 Caco-2细胞系体外模型

    Caco-2细胞来源于人体结肠腺癌细胞,能在培养过程中进行肠细胞分化,其单细胞层可作研究小肠表皮细胞转运和代谢的体外模型。Caco-2细胞接种到碳酸聚酯多孔膜等基质上,经过培养可形成单细胞层。

    药物经Caco-2单细胞层的转运包括以下过程:从面对肠腔一侧AP(apical)的摄入,再穿过表皮细胞或经过细胞间隙,到达面对肠壁一侧BL,然后从细胞中排放。

    1.1 Caco-2细胞的培养[4,5] 细胞种植在直径为3 cm的Snapwell小井上(也可种植在75 cm2T瓶中或直径为100 mm的塑料培养皿中),Snapwell小井放置在六穴组合培养皿中,种植密度为每个Snapwell小井10万个细胞。培养液是含有小牛血清、非必需氨基酸、抗生素的DMEM缓冲液,在37℃的CO2培养箱中培养数周后待用。种植后第1周,每天换一次培养液,1周后可隔天更换一次。Caco-2细胞可向美国American Type Culture Collection(Rockville,Md.)订购。
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    1.2 Caco-2单细胞层的形成和活性[5]

    判断单细胞层是否良好形成及其活性,可采用以下一些手段和方法:① 用电子显微镜或光学倒置显微镜进行形态学上的检查,细胞层的分化程度可观察微绒毛的特征表现和细胞接点的紧密性。② 可在单细胞层培养的不同阶段,测碱性磷酸酶的活性,该酶是小肠表皮刷细胞的标志性酶。③ 测量单细胞层的电阻(TEER)。④ 用Lucifer yellow CH、菊糖、葡聚糖等测定其转运功能。⑤ 用辣根过氧化物酶测胞饮功能。

    1.3 筛选实验过程[4] 可参考如下步骤:取Caco-2细胞生长良好的Snapwell小井,用Hank’s缓冲液(HBSS)小心冲洗,以去除附在表面的代谢物,在细胞层AP端的培养液中加入待试药物,置培养箱中进行细胞培养实验,定时从单细胞层的BL侧培养液中,取样测定被转运的药物量。除了Caco-2细胞系的维护、活性验证等常规工作的必要设备外,实验室还应有现代化的药物分析技术(现国外主要为LC-MS)、数据库等。
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    1.4 体外-体内的相关性 Artursson P等[6]用Caco-2模型研究了属被动扩散的20种不同结构的药物机制,通过小肠表皮细胞的吸收,首次测定了这些药物的表观通透系数(apparent permeability coefficient),发现Caco-2模型所得结果与人体口服吸收程度相关性良好,因此认为Caco-2模型可作为研究药物经肠吸收的体外模型。Kim DC等[7]研究了Caco-2模型与大鼠在位空肠灌注模型对多种肽类化合物转运的相关性,认为Caco-2模型所得的通透性数据有很好的预测值。Conradi RA等[8]比较了Caco-2模型转运可抗高血压的多肽类化合物和大鼠体内肠转运,发现相关性很好,认为Caco-2模型可用作筛选模型。

    Stewart BH等[9]比较了多种体外和在位模型同人体吸收的关系,认为Caco-2模型与大鼠单程肠灌注模型相结合,在他们所研究过的模型中相关性是最好的。Yamashita S等[10]比较了Caco-2模型和大鼠游离空肠及结肠模型对多种药物的被动扩散过程,以及同体内过程的关系,结果也认为Caco-2模型较好。Yee SY[11]利用Caco-2模型研究了在人体具有不同吸收程度的35种各类化合物,并分别测定了它们的表观通透系数,发现该系数与人体吸收程度相关良好,并规定该系数在1×10-6,(1~10)×10-6和>10×10-6 cm/s时,分别相当于人小肠吸收不良(0~20%)、中等吸收(20%~70%)和吸收良好(70%~100%)。
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    1.5 Caco-2模型的生物转化特性 Abid A等[12]研究了Caco-2细胞微粒体的葡萄糖醛酸结合过程,提示存在多种UGT1*6同功酶。Prueksaritanont T等[13]比较了狗、猴、人小肠和Caco-2细胞中的生物转化酶,第Ⅰ相酶中Caco-2细胞只发现羧酸酯酶,第Ⅱ相酶中发现N-乙酰化酶(NAT),其中NAT1酶的活性比NAT2酶强得多。

    2 Caco-2细胞系模型的应用

    2.1 筛选口服药物的吸收特性 此为该模型的主要应用。Ranaldi G等[14]研究了抗菌药oxazolidin-2-one及其10种衍生物从AP到BL和BL到AP的转运。Hovgaard L等[15]研究了O-cyclopropane carboxylic acid ester前药的转运,发现增加亲脂性,可使前药的通透性较母药提高17倍。Hovgaard L等[16]研究一些环糊精对吸收的促进作用,发现二甲基环糊精能使PEG-4000的吸收提高10倍,而所用浓度对细胞的毒性很低,认为值得作进一步研究。众所周知,了解化学结构对小肠吸收的影响,可大大促进有效口服药物的发现。Stewart BH等[17]研究了内皮素拮抗剂,找到了一些作用较强的多肽类化合物,因为是多肽,所以口服吸收是一难题,故用Caco-2模型进行筛选其在肠液中稳定并经小肠表皮转运良好的候选化合物。Obermeier MT等[18]利用Caco-2模型研究了BMS-183920前药的代谢和转运,找到了血管紧张肽Ⅱ受体拮抗剂BMS-183920,但其在大鼠的生物利用度只有11%左右;大鼠引流胆汁实验证明该化合物经肝生物转化不多,故推测生物利用度低是由于其口服吸收不良。于是他们合成了5种酰-酯类前药,结果筛选找到tetrazole-酯的前药,生物利用度可提高到37%。 Taylor EW等[19]利用二“肽”和三“肽”(peptoids)各3类共24个化合物,研究了化学结构和吸收的关系,认为所得结果对将来工作有指导意义。Annaert P[20]利用Caco-2模型研究了抗病毒药物PMEA的酯类前药,结果初步找到几种SATE酯,其转运特性、稳定性、酯解后变回DMEA的能力都较佳,正拟进行毒性和体内实验。
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    2.2 口服药物吸收机制研究 Hu M等[21]用Caco-2模型研究苯丙氨酸在AP到BL方向的摄入和排出,结果发现AP及BL端的摄入与BL端的排出机制显然不同,提示相应的转运载体有所不同。他们还认为BL端的排出是限速因素。Thwaites BT等[22]利用Caco-2模型研究了ACE抑制剂的转运,发现二肽Gly-Sar在AP到BL方向的转运,以及进入细胞后的蓄积,都可因酸性环境而提高。Gly-Sar的转运能力被依那普利和卡托普利所抑制,但里西普利(lisinopril)的此种抑制作用则较小,因前2种抑制剂能使细胞内pH值降低,而里西普利则无此影响,据此他们认为前2种抑制剂与Gly-Sar的转运过程似共享H+-偶联机制,也可说明前2种抑制剂吸收较佳的原因。Chan OH等[23]用Caco-2等体外、在位模型和体内实验研究了神经激肽受体拮抗剂Cam-2445为何吸收不良的机制。Cam-2445在Caco-2模型及大鼠单程肠灌注模型中都转运良好,但口服生物利用度仅1.4%。研究结果认为主要是因为它在肠道内沉淀析出,并非其在肠内不稳定,也不是膜转运过程中存在障碍。众所周知,环孢素A(CyA)的人体吸收个体差异甚大(<5%~89%),Fricker G等[24]用Caco-2模型与健康志愿者研究了其机制,CyA被肠细胞摄取时并不存在饱和机制,且对温度也不敏感,提示其转运机制属被动扩散;但通过Caco-2模型发现,从AP到BL方向转运则存在饱和机制,且在与长春碱、柔毛霉素等合用时提高,这些合用药物都能抑制p-糖蛋白介导的转运过程。对单克隆抗体C219研究证实所试细胞系中存在p-糖蛋白。在健康志愿者试验中发现,如在不同肠段用肠导管给药,则血浆CyA的AUC将随不同肠段而降低,其次序是胃>空/回肠>结肠,而这一排序则与不同肠段mRNA对糖蛋白的不同表达明显相关。这些事实都可作为依据,提示CyA是胃肠道中p-糖蛋白的底物。又如HIV蛋白酶抑制剂Invirase的口服生物利用度较低,但与另一HIV蛋白酶抑制剂ritonavir合用后,Invirase的生物利用度可以显著提高。Alsenz J等[25]用Caco-2模型研究了这一促进吸收现象的机制,结果认为这2种药物都可进行BL到AP以及AP到BL的双向转运,但二种方向转运速率有差别,BL到AP方向较快,Invirase与ritonavir分别相差50~70及15~25倍。AP和BL方向的转运特性可受温度制约,存在饱和机制,且被维拉帕米及CyA所抑制。Invirase与ritonavir合用后,能相互抑制BL到AP方向的转运,从而提高了AP到BL方向的转运,即吸收途径的转运。
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    参考文献

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    (收稿:1999-03-22), http://www.100md.com