第二章 药物转运 刘 李 药代研究中心.

Presentation on theme: "第二章 药物转运 刘 李 药代研究中心."— Presentation transcript:

1 第二章 药物转运 刘 李 药代研究中心

2 引言 转运(Transport):包括药物吸收、分布与排泄等过程。 当药物代谢对药物体内过程影响较小时，转运成为药动学特征的重要原因。
药物转运多是药物的透膜位移过程。 药物体内过程包括吸收(Absorption)、分布(Distribution)、代谢(Metabolism)和排泄(Excretion)等过程。 2

3 第一节 药物跨膜转运的影响因素 一、生物膜 生物膜主要由脂质、蛋白和多糖组成。该脂膜呈液态骨架, 脂质形成一系列双分子层。

4 生物膜的组成与特点 1.组成：糖(Glycols)（1%-10%） 脂类(lipids)（50%） 蛋白质(proteins)（40%-50%） 2.特点： 1、类酯（酯溶性成分易于通过） 2、通道（小分子化合物） 3、转运体（特殊化合物，营养物质）

5 二、药物的跨膜转运方式

6

7

8 1、被动扩散 特点： 1）、顺浓度梯度转运 2）、无选择性，与药物的油/水分配系数有关 3）、无饱和现象 4）、无竞争性抑制作用 5）、不需要能量

9

10

11

12 2.主动转运（ Active transport）
特点： 1）、逆浓度梯度转运 2）、常需要能量 3）、有饱和现象 4）、有竞争性抑制作用 5）、有选择性

13 第二节 药物吸收 影响药物吸收的因素 1、剂型因素： 药物理化性质，剂型，赋形剂，制备 工艺等。 2、生理病理因素
第二节 药物吸收 影响药物吸收的因素 1、剂型因素： 药物理化性质，剂型，赋形剂，制备 工艺等。 2、生理病理因素 种族，年龄，性别，遗传，饮食，胃肠pH, 肝功能，运动

14 一、药物在胃肠道中的吸收 胃肠道的生理学特点 胃的生理特点 药物停留时间较短 较小的吸收表面积 强酸性和蛋白酶的破坏作用
胃是消化道中最膨大的部分，成人的容量一般约为1~2升，因而具有暂时贮存食物的功能。胃表面覆盖着一层粘膜组织, 胃液的pH值约为0.9~1.5。由于胃被一层厚厚的、高电阻的粘膜层覆盖，相对肠而言，胃的吸收表面积又小，仅1 m2，血流速率也小，只有150 ml/min，加之在胃中停留的时间较短，因此，胃不是药物的主要吸收部位

15 肠道的生理学特点 较大的表面积 药物停留时间较长 血流量丰富 代谢酶的作用 分泌功能
小肠是营养成份以及药物的主要吸收部位。人的小肠长约4米，它的粘膜具有环形皱褶，并有大量的绒毛。由于环形皱褶、绒毛和微绒毛的存在，最终使小肠的吸收面积比同样长的简单圆筒面积增加约600倍，达200 m2左右。 小肠除了具有较大的吸收面积外，在小肠内停留时间长、血流速率丰富(1000 ml/min)也是小肠吸收的有利条件。

16 一般来说，糖、氨基酸和脂肪以及大部分药物是在十二指肠和空肠吸收的。回肠有其独特的机能，即主动吸收胆盐和维生素B12。对于多数物质，当它们到达回肠时，基本上已吸收完毕。因此，小肠的内容物进入大肠时，基本上不再被吸收了。大肠主要吸收水份和盐类。一般认为结肠可吸收进入其内的80%的水和90%的Na+和Cl -。 物质在小肠内的转运时间约3-4 h, 在大肠中需要10-12 h。通常药物通透性与吸收表面积从十二指肠到直肠是逐渐下降的，多数药物在大肠是不吸收的。多数药物往往存在最佳吸收部位，即吸收窗（absorption window）。 因此，当药物在胃肠中的释放时间大于 4 h或更长，肯定会有一部分药物在大肠中释放。

17 通常认为弱酸性药物在胃中易吸收，而弱碱性药物在小肠中吸收。
二. 药物胃肠转运机制 通常认为弱酸性药物在胃中易吸收，而弱碱性药物在小肠中吸收。 1）药物通过不搅动水层 肠腔与小肠上皮细胞交界处有一个不搅动的水层, 其厚度大约400 nm，它成为药物吸收的一个重要的屏障。 2）药物通过肠上皮 药物通过肠上皮涉及到通过刷毛缘膜、细胞间隙及细胞侧膜（basolateral membrane）。若药物透过生物膜是被动扩散的，则取决于药物的脂溶性，刷毛缘膜是肠道药物吸收的主要屏障。

18 药物透过此层的流动速率（flux rate , J），服从Fick定律，即J与肠腔内溶质浓度C1与刷毛缘膜的水-脂质界面的药物浓度C2差值及扩散系数R呈正比， 而与UWL的厚度d呈反比：
若药物通过刷毛缘膜速度很快，则药物通过UWL扩散成为吸收的主要限制因素。因此，UWL限制了某些脂溶性药物如长链脂肪酸和胆固醇类药物的吸收。增加肠蠕动，特别是绒毛膜的收缩，可以降低UWL的厚度，从而加速药物通过UWL。

19 三、影响药物胃肠吸收的因素 1）药物和剂型的影响 2）胃排空时间的影响 3）首过效应 4）肠上皮的外排 5）疾病 6）药物相互作用

20 3. 影响药物吸收的因素 除药物本身因素物外，凡是能影响胃肠活动的因素均会影响药物的吸收。 1）药物和剂型 口服药物制剂，药物经过释放、溶解和跨膜转运三过程。药物制剂的释放速率和在胃肠中的溶解速率影响药物吸收速率和程度。如果药物的释放速率和溶解速率大于跨膜转运速率，则药物的跨膜转运速率是吸收的限速因素。如新霉素(neomycin)在胃肠道中溶解快，但该药难于透过胃肠壁，吸收差。另一种情况是药物的释放速率和溶解速率慢，释放速率和溶解速率是药物吸收的限制因素。如灰黄霉素在胃肠道溶液中很难溶解。当固体给药时，由于没有足够的时间溶解，因而吸收不完全。延长胃肠排空时间，可增加该类药的吸收。

21 2） 胃肠排空作用 延缓胃排空时间，有利于一些碱性药物在胃中溶解时间，因此会促进其进入肠道吸收；对于某些酸性药物则相反，如普鲁本辛(probanthine) 延缓胃排空，使扑热息痛(paracetamol)吸收减慢。食物对不同药物在胃肠道中吸收影响不一。

22 3） 首过效应 口服给药必须经胃肠道（壁）和肝脏后才进入体循环，对于首过效应大的药物，口服给药往往生物利用度很低， 或个体差异大，难以获得满意的疗效。对于这类药物最好采取其它给药途径，避免首过效应。
4） 肠上皮的外排机制 近来研究发现在肠粘膜细胞上存在P-糖蛋白等外排系统，使得通过其它转运途径进入上皮细胞中的药物外排到肠腔，这也可能是多种药物生物利用度低的原因之一。

23 5） 疾病 有胃肠疾病的人往往药物吸收变异较大，这种变异与疾变的部位及严重程度无直接联系，故难以预测。
6） 药物相互作用 当两个或以上的药物合用时， 可通过以下途径影响药物的吸收：（1）改变肠腔pH, 使药物的解离度发生改变；（2）改变药物的溶解度；（3） 影响胃肠蠕动或胃排空；（4）形成复合物；（5）吸附剂作用；（6）抑制前药活化；（7）竞争同一转运载体。

24 四、研究药物胃肠道吸收的常用方法 （1）整体动物实验法 （2）在体肠灌流法 （3）离体肠外翻法 （4）Caco-2细胞模型

25 （1）整体动物实验法 整体动物试验能够很好地反映给药后药物的吸收过程，是目前最常用的研究药物吸收的实验方法。 但是整体动物法也存在以下缺点：
(1)不能从细胞或分子水平上研究药物的吸收机制； (2)生物样本中的药物分析方法干扰较多，较难建立； (3)由于试验个体间的差异，导致试验结果差异较大； (4)整体动物或人体研究所需药量较大，周期较长。这些缺点使整体动物模型和人体试验方法不适合应用于药物开发早期的快速筛选工作

26 （2）在体肠灌流法 图. 大鼠在体回肠灌流示意图 （一）肠灌流(intestine perfusion)模型
将动物麻醉后，打开腹腔。首先结扎胆管，量取一定长度的所需部位的肠段，将此段肠的两端接以插管，此过程保证血管和神经不被破坏。用37℃等渗生理盐水冲洗肠内容物后换为灌流液。用恒流泵将外接插管构成循环回路后，恒速灌流肠腔，使药液在肠腔内循环灌流。测定不同时间灌流液药物浓度，可以获得药物透过肠上皮细胞的情况。灌流方式具体可细分为:循环灌流( recirculating perfusion)和单向灌流(single-pass perfusion)。 图. 大鼠在体回肠灌流示意图 （a）血浆池；（b）血液灌流泵；（c）药物灌流泵；（d）颈静脉；（e）肠系膜静脉；（f）药物输入端；（g）回肠；（h）药物采集端；（i）血液采集端；（j）套管插入点

27 （3）离体肠外翻法(everted isolated sac)
方法：将动物脱颈处死后，取出小肠置于4℃氧饱和的Kreb’s培养液中，用生理盐水灌洗小肠，洗去小肠中的内容物。然后用手术线将小肠一端扎紧，用一根光滑的玻璃杆推动扎紧的小肠端，使玻璃棒穿过肠腔，翻转小肠，此时黏膜面朝外浆膜面朝内。小肠近端出口连接一段塑料管，再将取样器与塑料管连接，从塑料管中注入一定体积空白Kreb’s液于肠囊内，并将含有空白Kreb’s液的小肠囊置于37℃氧饱和的Kreb’s培养液中培养30min。在不同时间点取出肠腔内部分缓冲液测定其中的药物浓度，同时补充相同体积的空白Kreb’s缓冲液到肠腔，继续培养。 图. 肠囊外翻模型示意图 （a）微量采样器；（b）胶管连接接头；（c）瓶塞；（d）50ml磨口瓶；（e）导管；（f）37℃水浴锅；（g）采用手术缝合线结扎肠囊段；（h）外翻后肠囊；（i）混合气通入管道（O2:CO2=95％:5％）

28 （4）Caco-2细胞模型法 1977年，Fogh于人结肠腺癌细胞中分离出Caco-2细胞，这种细胞在培养过程中一旦达到单层厚度便自发地进行上皮样分化，并在20天内完成这种分化。分化的Caco-2单层细胞在肠腔侧形成一个界定明确的刷状边缘并具有紧密连接，其多种特性（包括形态学、标志酶的功能表达及渗透特征）与小肠上皮细胞类似，并且表达了典型的小肠微绒毛水解酶和营养物质的转运体，因此许多实验采用Caco-2细胞作为研究小肠表皮细胞药物转运和代谢的体外模型。

29 用Caco-2细胞单细胞层作为体外吸收模型， 具有以下优点:
1) 可作为研究药物吸收的快速筛选工具; 2) 在细胞水平上研究药物在小肠粘膜中的吸收、转运和代谢; 3) 可以同时研究药物对粘膜的毒性; 4) 由于Caco-2细胞来源于人, 不存在种属的差异性。

30 Caco-2细胞模型的主要应用 1. 研究药物的化学结构与吸收转运的关系 2. 预测药物在体内的吸收程度 3. 药物吸收机制的研究
1. 研究药物的化学结构与吸收转运的关系　 2. 预测药物在体内的吸收程度　 3. 药物吸收机制的研究 4. 药物的转运机制研究 5. 药物吸收相互作用的研究 6. 对药物代谢的研究 7. 药物毒性评价 8. 研究药物剂型对吸收的影响　 9. 肠腔pH值对药物吸收影响的评价

31 二、药物在其他部位的吸收 1. 药物在口腔粘膜中吸收
口腔粘膜仅有上皮和固有层。硬腭部为角化的复层扁平上皮，其余部分均为未角化的复层扁平上皮。固有层结缔组织向上皮形成乳头，其中有丰富的毛细血管。口腔粘膜薄，面积大，相对皮肤而言，药物容易通过。粘膜下有大量毛细血管汇总至颈内静脉，不经过肝脏而直接进入心脏，避免了肝脏的首过代谢。口腔粘膜层扁平上皮是药物吸收的主要屏障，不同部位的角化度不同，一般认为药物的通透性，舌下>颊>硬腭。粘膜细胞间有一些间隙，一些药物可以通过。药物在口腔粘膜可以看成是被动扩散。

32 2．药物在直肠粘膜中吸收 直肠的吸收面积不大，但血流量较为丰富，药物容易吸收。直肠给药主要通过痔上、痔中和痔下静脉进入血液循环。由于痔上静脉经过肝脏后才能到达血液循环，直肠给药仍然存在肝脏的首过效应可能性。另外直肠给药吸收不规则，剂量难以控制。

33 3．药物透皮肤吸收 皮肤作为人体的最外层组织，为保护机体免受外界环境中有害因素的侵入的屏障，也能阻止机体内体液和生理必需成分的损失，同时具有汗腺和皮脂的排泄功能。皮肤可以简单地分为四个层次：角质层、生长皮层、真皮层和皮下脂肪组织。角质层、生长皮层合称表皮。在真皮层存在丰富的毛细血管丛、汗腺、皮脂腺和毛囊等。 对于一些局部外用药物可以考虑用皮肤吸收制剂, 有时利用药物皮肤吸收特点, 制成透皮吸收制剂, 以达到缓释和控释目的。在制剂中增加促吸收剂，可以增加药物的透皮吸收作用，以达到全身用药的目的。皮肤有较大的表面积, 皮肤吸收往往也是毒物（如农药）等吸收造成中毒的重要途径之一。

34 经皮吸收药物的主要屏障是角质层。在药物角质层中扩散有两种途径：1）通过细胞间隙扩散；2）通过细胞膜的扩散。一般认为，脂溶性强的药物，由于可以与角质层中脂质相溶，角质层屏障作用小，而分子量大、极性或水溶性的化合物难以通过。但当皮肤角质层受损时，药物的通透性显著增加，如在湿疹、溃疡或烧伤等创面上，药物的通透可增加数倍至数十倍。不同部位的角质层厚度不同，足底和手掌>腹部>前臂>背部>前额>耳后和阴囊。不同的药物在不同的部位吸收程度是不同的。

35 4．药物在肺部中吸收 气体或挥发性药物可以在肺上皮细胞或气管粘膜吸收。通常肺吸收速度很快，因吸收面积大，某些吸入性麻醉剂或治疗性药物采用这种方式。有些药物可通过雾化而吸收。这种方式的优点是药物吸收快，可避免肝肠分解， 若用于肺部治疗， 则可得到局部用的目的。但这种方式的缺点是药物的剂量难以控制，药物也会对肺上皮细胞产生刺激。肺吸收也往往是毒品和环境毒物重要的吸收途径。

36 5. 药物在眼部吸收 许多药物是可以通过眼而吸收的。眼结膜囊内局部用药是常见的用药方式。药物在眼部吸收有以下特点：1）简单、经济。许多药物通过眼部吸收与注射同样有效。2）可以避免肝首过效应；3）对免疫反应不敏感。适合于蛋白多肽类药物。 但眼部给药存在以下缺陷：1）眼部刺激性。眼睛感觉敏感，如药物有刺激性,不仅会损伤眼组织，而且会引起眼泪，使药物稀释。2）剂量损失。眼部用药的流失量大，容量小，一般眼部仅有7μl容量。3）药物在眼部的停留时间问题。一般制剂在眼部的停留时间短。停留长的制剂如眼药膏，又对视线有障碍。4）一般病人难以接受眼部给药。

37 6．药物在肌肉中吸收 肌肉注射给药也是常用的给药途径之一，水溶性药物注入肌肉后，迅速吸收，吸收速率取决于注射部位的血流速率。例如在大腿肌肉中注射胰岛素的降血糖的作用强于在臂部或臀部肌肉， 因前者运动时使肌肉的血流速率显著增加，从而加速药物的吸收。 一般来说，水溶性成分股外肌吸收比臀大肌快，在男性臀大肌的吸收比女性快，这主要由于皮下脂肪量差异所致。如注射剂为油剂或混悬液， 则会使吸收减慢。有些药物因溶解度低，在注射部位形成沉淀，再次溶解成为限制因素，造成难以吸收或吸收缓慢，如盐酸利眠宁(Librium)的肌肉注射吸收很慢，甚至无效。

38 7．药物在皮下部位吸收 一般来说，皮下注射给药吸收缓慢，可以维持稳定的效应。例如， 胰岛素混悬剂的吸收速率比水溶性制剂慢。血管收缩剂的使用可延缓药物的吸收。皮下植入给药往往可维持数周或数月的疗效。

39 第三节 药物的分布 一、药物的分布及其影响因素 1、组织血流速率（灌注速率）
第三节 药物的分布 一、药物的分布及其影响因素 1、组织血流速率（灌注速率） 组织的血流速率通常用每分钟血流量(ml/min)表示, 定义达到分布平衡时间T为: 式中Kp为平衡时组织/血液药物浓度比值, Q和VT分别为组织血流速率和组织大小。

40 例如乙酰普鲁卡因胺（N-acetylprocainamide）在肝和脂肪中Kp分别为1. 94和0
例如乙酰普鲁卡因胺（N-acetylprocainamide）在肝和脂肪中Kp分别为1.94和0.98，人肝和脂肪的体积分别为1500 ml和12200 ml, 血流速率分别为1580ml/min 和260 ml/min。利用2-5式算得药物在肝和脂肪中得分布平衡时间分别为1.8 min 和46.0 min。

41 2. 膜扩散速率(membrane diffusion-rate)
许多药物进入血流后, 快速分布到各组织, 但往往难于进入到脑等具有生理性屏障的组织。药物进入这些组织必须通过相应的屏障。体内主要生理性屏障有血脑屏障（blood brain-barrier，BBB）、胎盘屏障（placental barrier）和血睾屏障( blood testis barrier)等。药物透过这些屏障多以被动转运为主，往往取决于药物的脂溶性和解离度，膜扩散速率是主要限速因素。如水杨酸和戊巴比妥(pentobarbital)的油/水分配系数相近，但后者为弱酸，在血浆中大部分呈非离子型，进入脑脊液分布平衡时间仅4分钟，而水杨酸大部分以离子形式存在，入脑脊液分布平衡时间达115分钟。

42 二、药物与血浆蛋白或组织成分的结合 蛋白种类： 血浆蛋白 白蛋白 a-酸性糖蛋白 脂蛋白 组织蛋白 Y蛋白

43 药物的血浆蛋白结合率的测定方法 （一）平衡透析法 1．原理
平衡透析法是国内外血浆蛋白结合率测定最常用、最经典的一种方法。此方法主要是利用与血浆蛋白结合的药物不能通过半透膜这一原理，将蛋白置于一个隔室内，用半透膜将它与另外一个隔室隔开，游离药物可以自由从半透膜自由透过，而与血浆蛋白结合的药物却不能自由透过半透膜，待平衡后，半透膜两侧隔室的游离药物浓度相等。如图所示。

44 示意图 平衡时，两室的游离药物浓度相等。测定两室药物浓度，就可以计算相应的血浆蛋白结合率。 式中C1和C2分别为血浆室和缓冲液室中药物浓度。

45 平衡透析法要注意的几个问题 （1）道南（Donnan）效应：由于蛋白质和药物均带电荷，这样膜两侧药物浓度即使在透析达到平衡后也不会相等，这种现象就称之为道南（Donnan）效应。处理方法是采用高浓度的缓冲液或加中性盐溶液，可以最大限度地降低这种效应。 （2）药物在半透膜上有无保留：药物与膜的吸附影响因素较多，结合程度取决于药物的特点及膜的化学特性，当结合程度很高时，就会对结果影响较大，所以必须重视。解决办法是设立一个对照组，考察药物与半透膜的吸附程度，如果吸附严重，就应该考虑换膜或者采用其他研究方法。 （3）空白干扰：有时从透析膜上溶解下来的一些成分会影响药物的测定，如用紫外或荧光法，因此在实验之前应该对膜进行预处理，尽可能去除空白干扰。 （4）膜完整性检验：透析结束后，要检查透析外液中是否有蛋白溢出，即检查半透膜的稳定性，如有蛋白溢出，需换膜重复实验。 4．评 价采用平衡透析法测定药物血浆蛋白结合率实验要求较低，简单易行，因此应用最为广泛。但缺点是比较费时，通常需要48小时左右才能达到平衡，故最好是在低温环境下进行，以防蛋白质可能被破坏。

46 超滤法 原理 基本原理和平衡透析法一样，也是通过药物、药物血浆蛋白结合物的分子量的差异而将两者分开。与平衡透析法不同的是在血浆蛋白室一侧施加压力或超离心力，使游离药物能够快速地透过半透膜而进入另一个隔室，而结合型药物仍然保留在半透膜上的隔室内。如图所示。

47 超滤离心法要注意的几个问题 （1）在超滤之前最好将待测药物与蛋白漩涡混合后，水浴37℃温孵4h左右，以保证药物与蛋白能够充分结合， （2）不同型号的滤过膜对结合率测定结果的影响。随着超滤膜截留蛋白分子量的增大而结合率降低，可能是此类膜在同条件下超滤时，有部分小分子量蛋白及其结合的药物渗漏过膜，使滤过液中的表观游离药物浓度增大，即测得的游离药物浓度增高，因此蛋白结合率会比真实值偏低 （3）不同的超滤时间对结合率的影响。有实验结果表明，随着超滤时间的延长，结合率也有所增加，原因可能是随超滤时间增长，滤过液容量增多，当小分子溶剂留出量增加时，超滤液中的游离药物浓度因稀释而降低，因此测得的蛋白结合率会比真实值偏高 （4）不同压力下超滤对结合率的影响。压力对结合率的影响是双向的。随着超滤时所受压力增大，即离心转速增加时，蛋白结合率会增大，因为压力大而使更多的溶剂分子透过滤膜。随着超滤压力的增加，虽然溶剂滤出量有所增加，但当滤过压力超过一定程度时会使部分药物蛋白结合物也渗漏过膜，这时滤出液中药物相对浓度会增高，使药物蛋白结合率降低。 因此，超滤时，应根据样品性质和需要收集的超滤液体积，确定超滤速度和时间，一般超滤速度为3 000 ～10 000rpm，超滤时间为10～25min。超滤液与超滤前蛋白质溶液体积之比不应太大(一般比值为0. 3～0. 6)否则，蛋白质溶液因超滤而过分浓缩，引起药物与蛋白结合常数变化。 3．评 价 与平衡透析法相比，超滤法优点是快速，不仅设备简单，而且通常仅需离心十几分钟至数十分钟，即可收集到足够供测定的血浆超滤液，因此可用于不稳定的药物的蛋白结合率的测定。如果用微量超过滤装置，蛋白用量可少，故可用于在体的血浆蛋白结合率测定，但用量少的情况下，要特别注意与膜结合的问题。

48 药物间血浆蛋白结合的相互作用 临床上许多疾病治疗需要联合用药(combined treatment)时，须考虑有可能会发生药物间相互作用，从药动学角度考虑，相互作用可发生在体内过程的各个环节(吸收、分布、代谢及排泄)，而发生在分布环节的药物间相互作用主要是指药物与血浆蛋白结合的相互作用。 当两种或两种以上药物同时结合血浆蛋白上的同一结合位点时，可能会发生“竞争置换”(competitive displacement)现象。药物间发生“竞争置换”一般须满足两个条件，一是“置换药”(displacing drug)与该血浆蛋白共同结合位点的亲和力要高于“被置换药”(displaced drug)；二是发生“竞争置换”作用的药物与该血浆蛋白比要有较高的摩尔浓度。“竞争置换”作用多发生在酸性药物之间(见下表)，其原因可能就是碱性药物较酸性药物有较大的分布容积和较低的血浆摩尔浓度。 被置换药 (displaced drug) 置换药 (displacing drug) 利多卡因(Lidocaine) 布比卡因(Bupicaine) 苯妥英 (Phenytoin) 水杨酸(Salicylic acid) 卡马西平(Carbamaepine) 丙戊酸(Valproic acid) 甲糖宁(Tolbutamide) 地西泮(Diazepam) 保泰松(Phenylbutazone) 华法林(Warfarin) 甲胺碟呤 (Methotrexate) 青霉素(Penicillin) 阿司匹林(Aspirin) 丙磺舒(Probenecid) 邻二氮杂苯(Pyridazine) 硫代异唑(Sulfisoxazole)

49 三、药物在特殊屏障中的转运 血脑屏障： 是血液与脑组织 间的一种特殊屏障，它主要 由脑毛细血管内皮细胞及其 间的紧密连接,毛细血管基底
膜及嵌入其中的周细胞和星 形胶质细胞等形成的胶质膜。

50 血--脑屏障电镜图 血--脑屏障模式图

51 主要结构--紧密连接 主要组成 1.跨膜蛋白 2.胞质附着蛋白 (紧密连接支持结构的基础) 3.细胞骨架蛋白 (维持紧密连接的稳定)

52 主要结构--内皮细胞 脑血管内皮细胞与其他组织内皮细胞的主要区别在于前者具有复杂的紧密连接和丰富的线粒体,但缺少跨膜转运的质膜小泡(plasma vesicle) 以及缺乏细胞孔。 另外, 脑血管细胞内皮细胞的胞膜上含有一些特殊蛋白: 碱性磷酸酶、r - 谷氨酸转肽酶、糖转蛋白、转铁蛋白受体等。 以上结构是脑血管内皮细胞特有的, 它们对维持脑血管内皮紧密连接功能具有重要作用。

53 星形胶质细胞 脑血管的超微结构研究表明星形胶质细胞环脑血管现象，是脑血管的 一个独有的特点。大量 事实表明:星形胶质细胞
脊椎动物中枢神经系统中呈星形的神经胶质细胞，支持脑血屏障 脑血管的超微结构研究表明星形胶质细胞环脑血管现象，是脑血管的 一个独有的特点。大量 事实表明:星形胶质细胞 对EC 有极大的影响, 对 BBB 的维持有着重要的 作用。

54 基膜 IV 型胶原 层连蛋白内肌动蛋白 纤维连接蛋白 一些糖蛋白等
基膜主要组成 IV 型胶原 层连蛋白内肌动蛋白 纤维连接蛋白 一些糖蛋白等 研究发现 IV 型胶原可以直接与层连蛋白, 也可以通过内肌动蛋白与层连蛋白连接, 形成聚合体网 同时, 纤维连接蛋白可将基膜与周围组织以及细胞外间 质相连,基膜对BBB 的屏障作用维持起着重要作用。 另外,基膜对周围细胞的生长分化也起着调节作用, 脑血 管内皮细胞生长和分化就是星形胶质细胞通过基膜来完成的。

55 血脑屏障的特点 （1）脂溶性药物易于透过 （2）低导水性 （3）高反射系数 （4）高电阻性

56 血脑屏障作用 1.阻止某些物质（多半是有害的）由血液进入脑组织的结构 2.减少受甚至不受循环血液中有害物质的损害 3.保持脑组织内环境的基本稳定 4.维持中枢神经系统正常生理状态

57 决定血脑屏障通透性的因素 物质通过血脑屏障的难易取决于两方面的影响因素： (一)是物质本身的性质和状态； （二）另一是血脑屏障的结构和功能。
（1）药物因素 脂溶性 相对分子量 （2）生理病理因素 渗透压 药物、毒物影响 电荷性的改变 脑缺血缺氧的影响 炎症的影响 （3）药物相互作用 ◆物质的脂溶性 　　血中溶质必须通过脑毛细血管的内皮细胞才能到脑组织，而内皮细胞膜是以类脂为基架的双分子层的膜结构，具有亲脂性，脂溶性物质容易通过。因此血中溶质的脂溶性高低决定其通过屏障的难易和快慢。脂溶性越高的溶质通过屏障进入脑组织的速度也越快。根据这一规律可将某些中枢神经系统药物加以改造，使之更容易进入脑组织以便更快发挥药物的效果。例如，巴比妥是一种中枢麻醉药但其亲脂性弱，故进入脑组织很慢，但如改造成苯巴比妥，由于具有较强的亲脂性，故能更容易通过血脑屏障进入脑组织，很快发挥其催眠麻醉效应。又如吗啡改造成二乙酰吗啡就比较容易通过亲脂性内皮细胞膜到达脑组织更快发挥其镇痛作用。 　　◆物质的亲水性 　　不论带正电荷或负电荷的溶质，溶于水时即与水分子的氧原子形成氢键，溶质所带电荷越多形成氢键的能力越强，水溶性也越强，通过血脑屏障的能力也越差。但是水本身和葡萄糖等溶质因分子量很小，可通过内皮细胞和星形胶质细胞的连接部入脑。肾上腺素和去甲肾上腺素由于水溶性强而且羟基多，很难通过屏障入脑。氨基酸能通过血脑屏障，但胺则很难。 　　◆与血浆蛋白的结合程度 　　血浆中许多化合物是与血浆蛋白结合的。小分子化合物如激素，与血浆蛋白质结合后就不容易透过血脑屏障，因此无从发挥其生理效应；必须待其游离以后才能通过屏障发挥其效应。例如甲状腺素，在血浆中有99％以上与血浆蛋白结合，游离的不到1％；脑脊液中甲状腺素含量较低，但与血浆中游离的甲状腺素含量相近，故仍能满足生理的需要。游离的甲状腺素很容易进入脑组织间液。任何能阻止甲状腺素与血浆蛋白结合的药物，都可以增加血浆中游离的甲状腺素，增加通过屏障的剂量。 　　◆载体运转系统 　　脑毛细血管内皮细胞有多种载体蛋白，能将血中物质运出内皮细胞。载体蛋白有较高的选择性，一种载体蛋白常只能转运一种物质，脑血管内皮细胞的特异性载体蛋白，可使一些难于通过血脑屏障的物质顺利转运迅速入脑，例如葡萄糖是脑组织代谢的主要能源，本来通过血脑屏障较慢，但借葡萄糖载体可以很快通过血脑屏障及时满足脑代谢需要。已经肯定的载体有：己糖载体、中性氨基酸载体、碱性氨基酸载体和短链的单羧基酸载体，它们都有利于合适转运物质顺利通过血脑屏障。 　　正常情况下中枢递质几乎都不能通过血脑屏障，这有利于维持脑内中枢递质水平的稳定，排除脑外刺激因素的干扰。所以能如此，可能与脑毛细血管内皮细胞中的酶系统有关，已经发现其中含有单胺氧化酶，而多种中枢递质是单胺类化合物，如儿茶酚胺、5羟色胺、组织胺等，都可被单胺氧化酶灭活，这种内皮细胞胞浆内的生物化学转化作用加强了血脑屏障的功能，从而可使脑组织内环境保持稳定，少受一般循环血液中有强烈生理作用的物质含量剧烈变动的干扰。

58 物质的亲脂性与亲水性 细胞膜是以类脂为基础的双分子层结构，物质的极性与亲脂性之间呈负相关。在药物学上应用这一原理，可以把某些作用于中枢神经系统的药物进行化学修饰，降低其极性，增强其亲脂性，使其能更迅速地透过血脑屏障，从 而提高药物的疗效。例如把巴比妥 转变为苯巴比妥而提高催眠药的效 果。

59 病理情况下血脑屏障的变化 中枢神经系统疾病常引起血脑屏障结构和功能的剧烈变化。
如新生儿核黄疸和血管性脑水肿，使脑毛细血管内皮细胞间紧密连接开放，屏障的通透性显著提高以致血浆白蛋白（分子量为69000）这样的大分子物质都可通过屏障。 严重脑损伤导致血脑屏障的严重破坏，使血清蛋白也可通过屏障进入脑组织。 电离辐射、激光和超声波都可使血脑屏障的通透性增加。 　中枢神经系统疾病常引起血脑屏障结构和功能的剧烈变化。如前已提及的新生儿核黄疸和血管性脑水肿，使脑毛细血管内皮细胞间紧密连接开放，屏障的通透性显著提高以致血浆白蛋白（分子量为69000）这样的大分子物质都可通过屏障。严重脑损伤导致血脑屏障的严重破坏，使血清蛋白也可通过屏障进入脑组织。随损伤的修复，大分子物入脑首先停止。完全恢复后小分子物交换加快现象也会消失，此时血脑屏障功能已经正常。电离辐射、激光和超声波都可使血脑屏障的通透性增加。

60 第四节 多药耐药与外排转运载体 药物转运体在药物ADME过程中的作用

61 药物转运体、ABC转运体、外排转运体三者关系

62 转运体的分类 可溶性物质载体(Solute Carriers, Slc) 已发现48个亚家族，364个成员。
ABC转运体(ABC Transporters) 已发现7个亚家族，49个成员。 其中P-糖蛋白（P-gp）属于B亚家族，MRPs属于C亚家族。 质子/寡肽转运体(POT) 现仅发现2个成员。 随着人类基因组学与蛋白组学研究的进展，有研究预测人类约15％的基因与转运体相关，估计Slc至少包括2300个成员。而现在仅发现了仅不到10％，并且其中大部分的功能尚不明确。

63 目前已发现的人类ABC转运体 发现48 个ABC 载体。 这些基因根据区域的构成和氨基酸的同组关系分成7个亚型。

64

65 ABC类转运体 ATP结合盒(ATP-binding cassette，ABC)类物质外排转运载体。 这类转载体转运各种类型的底物如糖、氨基酸、金属离子、多肽、蛋白质以及各种脂溶性物质外排式跨膜转运。 ABC类载体是许多生命过程必须的，缺陷可以引起多种疾病或与多种疾病有关如囊性纤维化、神经系统疾病、视网膜变性、胆固醇和胆汁转运缺失、贫血症和药物反应异常等。

66 特点： 1.与ATP结合，利用ATP跨膜转运物质。底物分子转运是单向的，通常是泵出细胞外。 2. 结构上：ATP-结合域, 称之为核苷结合包( NBF) 和跨膜(TM)域。该域一般由6个-螺旋段组成。NBF 含3个保守区域Walker A、Walker B和Walker C。在Walker A和B存在ATP结合点，而Walker C 为一签名区, 位于Walker B 的上游，C 区是相应ABC载体特有性的。 3. 典型的ABC 载体有两个NBF 和两个TM域, NBF 存在于胞浆侧。

67 1. MDR1 P-糖蛋白(MDR1 P-glycoprotein) ABCB1. 又称为MDR1，P-GP 或PGY1。
P-GP首先是Juliano和Ling 发现在耐药性中国仓鼠卵细胞表达的一种含磷糖蛋白， 分子量为170 kda。在人中存在两种P-GP蛋白基因家族（MDR1和MDR3）, 在小鼠中，存在3个家族（mdr1a，mdr1b和mdr2）。 MDR1 药物 人 MDR基因 药物，脂质 MDR3 Mdr1a/mdr1b 药物 小鼠 MDR基因 mdr2 药物，脂质

68 2. P-GP 底物 P-GP有各种类型的底物如秋水仙碱阿霉素、长春碱、脂质、类固醇、化学异物和多肽等. 似乎无共性． 1）多数底物是两性分子 2)化合物脂溶性和氢键的数目决定底物与P-GP亲和力的重要参数。 脂溶性大或氢键数目多，P-GP的亲和性高. 3）电子供体基团间距离有一定范围是识别P-GP结合点必需的，至少其中一个2.5 ± 0.3Å，另一个为4.6 ± 0.6Å

69 P-GP 底物 P-GP有广泛结构类型的底物。常见的有钙拮抗剂：维拉帕米(verapamil)，尼莫地平等； 抗癌药：阿霉素（adriamycin）、长春新碱（vincristine）和长春碱（vinblastine）、比生群（bisantrene）, 依托甙（epitoside）、和紫杉醇（paclitaxel）等； HIV蛋白酶抑制剂：塞喹那韦（saquinavir）、利托那韦（ritonavir）, 奈菲那韦（nelfinavir）、印地那韦（indinavir）、洛吡那韦（lopinavir）和安泼那韦（amprenavir） ; 类固醇类：地塞米松(Dexamethason)、可的松（corticosteron）和氢化可的松（hydrocortisone）等 免疫抑制剂：环孢素A和FK506等；抗生素类：红霉素、缬霉素（valinomycin）和短杆菌素D(gramicidin D)等; 其它如吗啡（morphine）、秋水仙碱(colchicine)、地高辛（Digoxin）、罗丹明123、Hoechst 33342等。 由于底物的广泛性，表现出对多种药物的交叉耐药性。

70 3．P-GP生理功能 在人中，P-GP主要表达于一些特殊组织如肠、肾、肝、脑血管内皮、睾丸和胎盘等，成为血脑屏障、血-睾屏障和胎盘屏障的一部分。P-GP将毒物从细胞排出胞外，保护相应组织，免受毒物的危害。P-GP也与一些药物的治疗失败和某些疾病的发生发展有关。如P-GP的表达也是Imatinib 在治疗慢性骨髓性的白血病( CML)和急性淋巴性白血病（ALL）中出现耐药的原因。

71 1）血脑屏障上的功能 大多数P-GP 底物，是脂溶性的，理论上应该容易进入脑内。然而由于在脑血管内皮细胞的腔侧面上P-GP高度表达，促使已进入细胞内的药物泵回到血液中，结果净通透结果显著降低。如在mdr1a/mdr1b基因缺陷小鼠，由于血脑屏障上P-PG缺乏，导致P-GP底物通透性可以增加10和100倍, 药物的毒性和活性显著增加。

72 2）胎盘屏障 P-GP 存在于胎盘合胞体滋养层顶侧面膜上。合胞体滋养层构成胎儿-母体屏障，交换必需的营养物质和代谢产物，也起着保护作用。 P-GP功能类似于血脑屏障， 防止有毒物质从母体进入胎儿。如在P-GP缺陷或基因敲除动物，阿维菌素（avermectin）、地高辛、塞喹那韦和紫杉醇通透性增加10∼20倍。 对于多数治疗药物而言，在胎盘上的低通透性当然是需要的，但在有些情况下，成为治疗上的障碍。如对于HIV治疗，希望在婴儿出生前，有一个合适的“负荷剂量”，以降低在出生过程中母-婴HIV感染的频率。

73 3）血睾屏障和血神经屏障（blood–nerve barrier） 在许多敏感组织如睾丸、神经中的微血管内皮细胞上有P-GP表达，类似血脑屏障，阻止相关物质进入这些敏感组织。
4）在肝-胆和肠中作用 在肝细胞的胆管侧细胞膜上和肠的上皮细胞腔侧面膜上，表达丰富的P-GP，功能是促进药物、毒物从肝细胞进入胆汁和促进药物从肠上皮细胞进入肠腔。肠上皮细胞中P-GP分泌功能成为许多药物吸收差的主要原因之一。.

74 6）肠上皮细胞中P-GP分泌功能成为许多药物吸收差的原因之一, 成为药物口服吸收的障碍。
5) 保护机制 防止毒物由胃肠道进入体内。 6）肠上皮细胞中P-GP分泌功能成为许多药物吸收差的原因之一, 成为药物口服吸收的障碍。 野生型小鼠灌胃 50 mg/kg 紫衫醇约有95%的药物原型从粪中排泄. 同时口服P-GP抑制剂环孢素A( 50 mg/kg), PSC 833(50 mg/kg), GF120918(25 mg/kg), LY335979(80mg/kg) 或R101933(80 mg/kg) , 显著降低粪中原型药物的排谢分数，分别为32.4%, 12.5%, 6.2%, 34.9%和73.6%。 在mdr1a/1b基因敲除小鼠，粪中原型排泄分数只有6%。 肠中P-GP也是机体重要保护机制之一，免受各种肠中毒素的侵害。如Mdr1a缺陷小鼠产生一种大肠炎症，类似人类的肠内部炎。正常情况下，肠中的P-GP 阻止毒素进入肠壁内. 复杂性和注意问题: 抑制胃肠道上P-GP功能, 必然降低屏障功能,增加毒物(素)进入体内!

75 7）P-GP介导的药物外排也符合载体转运的特点,即存在饱和现象。
地高辛在大鼠空肠、回肠、结肠和人结肠中转运的Km分别为81、74、51 和 59 μmol/l。环孢素 A在Caco-2 细胞中转运 Km 为3.8 μmol/l。这些结果提示治疗剂量情况下，多数口服药物，在肠内的浓度可能会超过Km 值，P-GP的外排功能往往是处于饱和的状态。这可以解释一些药物如他利洛尔（talinolol）等P-GP底物的在人体内吸收程度随剂量增加而增加的现象。

76 8）一些疾病如癫痫诱导P-GP表达, 成为顽固性癫痫的原因之一
Fig. Western blot showed expression of P-gp from the cerebral cortex of normal rats and PTZ-kindled rats. n=3. (**p<0.01 vs Normal)

77 乳腺癌耐药蛋白（breast cancer resistance protein ,BCRP, ABCG2）
BCRP 又称为胎盘特异性ABC载体（ placental ABC protein， ABCP），乳腺癌耐药蛋白（BCRP），丝裂霉素耐药 （mitoxantrone resistance，MXR）。根据命名规则，BCRP 应定义命名为ABCG2。

78 BCRP 结构不同于P-GP和MRP家族。BCRP 只有一个NBF 和TM 域，为一半ABC 载体。 BCRP mRNA 最早发现于胎盘中, 第一次在耐阿霉素的MCF7乳腺癌细胞株(MCF-7/AdrVp)中克隆到BCRP。 BCRP 是细胞株对丝裂霉素、阿霉素和柔红霉素抗癌药物等产生耐药的主要原因。由于BCRP 首先是从乳腺癌细胞中分离得到的，故称之为乳腺癌耐药蛋白。人BCRP 为655 氨基酸ABC 蛋白，含一个N-端的ATP 结合盒, 连有6个TM段。

79 BCRP是类固醇的硫酸结合物和化学异物硫酸结合物有效外排载体。如雌二醇3-硫酸酯, 脱氢表雄酮硫酸酯和4-甲基-7-羟基香豆素硫酸酯、6-羟基-5,7-二甲基-2-甲氨基-4-(3-吡啶甲基) 苯并噻唑硫酸酯均为BCRP的底物。雌二醇3-硫酸酯和脱氢表雄酮硫酸酯可能是BCRP的生理性底物。BCRP也参与其他结合物如E217βG、GS-NDP和 4-甲基-7-羟基香豆素-葡萄糖醛酸苷的转运。

80 2）BCRP/Bcrp1 介导的耐药 BCRP 的底物与P-GP, MRP1和MRP2的底物间有较大的重叠性。表达BCRP/Bcrp1细胞株对丝裂霉素, 拓朴替康, 柔红霉素, SN-38, flavopiridol, 吲哚咔巴唑, 拓朴酶抑制剂( NB-506 和 J ) 等药物存在耐药性。提示这些药物的外排转运是BCRP/Bcrp1介导的。BCRP/Bcrp1转运一些细胞染料如罗丹明123, Lysotracker绿( Lysotracker Green) , BBR3390以及荧光素-哌唑嗪（prazosin）。但对长春新碱, 紫杉醇和顺铂等抗癌药无耐药性, 提示这些药物不是BCRP/Bcrp1 的底物。

81 3）BCRP/Bcrp1 组织分布 在人的胎盘中，BCRP mRNA 表达非常高，而在鼠类胎盘相对弱。 相反，在小鼠的肾脏表达最高，而在人的肾脏表达低。用两种独立的特异性单克隆抗体BXP-21和BXP-34研究显示BCRP 在胎盘合胞体滋养层膜的母体侧、在肝细胞的胆管侧、肠的腔面侧膜，与P-GP的定位相似。

82 多药耐药 多药耐药（multidrug residence，MDR）现象最早在肿瘤细胞中发现的。对药物敏感的肿瘤细胞长期用一种抗肿瘤药物处理后，该细胞对药物敏感性降低，产生耐药性，同时也对其它结构类型的抗肿瘤药物敏感性也降低。 原发性耐药 获得性耐药

83 MDR的分类 原发性耐药 feature necessity 获得性耐药 肿瘤细胞固有的对化疗不敏感，如非小细胞肺癌，直肠癌
肿瘤细胞初始对化疗药物敏感，但经过数个疗程的进一步治疗，疗效逐渐降低，最后至肿瘤复发 获得性耐药 necessity

84 肿瘤耐药机制 药物作用 细胞表面药泵蛋白外排 靶点改变 凋亡通路 DNA修复异常 阻滞
Text in here 肿瘤耐药机制 . 凋亡通路 阻滞 DNA修复异常 Text in here 临床上对于肿瘤MDR及其预防与逆转的研究主要集中在药物转运泵上，药物转运泵即耐药蛋白

85 耐药蛋白介导的MDR MDR有关的 药物转运泵 MDR有关的 药物转运泵 ABC类载体 MDR1 P-糖蛋白 （MDR1，P-gP）
乳腺癌耐药蛋白 (BCRP） ABC类载体 多药耐药相关蛋白 （MRP） 肺耐药蛋白 （LRP） 胞浆转运体

86 P-gp BCRP MRP LRP的比较

87 P-gP是最早被发现的ABC转运蛋白，P-gP的高度表达也是最经典的耐药机制。
(ATP—binding cassette，ABC)。ABC转运蛋白是膜整合蛋白，它利用水解ATP的能量对溶质中各种生物分子进行跨膜单向转运，其转运的底物包括:糖、氨基酸、金属离子、多肤、蛋白质、细胞代谢产物和药物等。 P-gP是最早被发现的ABC转运蛋白，P-gP的高度表达也是最经典的耐药机制。

88 P-gP的结构 P-gP由4个基本结构域组成 ,2 个跨膜区和2 个位于细胞浆内的核苷酸结合区.核苷酸结合区参与 ATP 的结合和水解 ,而各由6 个α跨膜螺旋组成的2个跨膜区联合构成了底物跨膜转运的通道.

89 P-gP生理功能 （1）肿瘤细胞：耐药原因之一 （2）正常体内：生理性屏障（肠上皮、脑血管内皮细胞、胆小管上皮细胞、胎盘合胞体滋养细胞）

90 P-gP的作用模式 in out （1）药物膜泵
药物扩散进入细胞后，与 P-gP 结合，ATP 水解提供能量，将药物从胞内排出，导致细胞内药物浓度不断下降，其细胞毒作用因而减弱至丧失。 out in ADP ATP

91 （2）疏水真空泵模型 许多亲脂性抗癌药物穿过细胞膜所需的时间较长，在脂质双分子层之间便足以与P-gP相结合，导致药物未进入细胞内就被排出。 out in ATP ADP

92 P-gP 的逆转策略 使用 P-gP 逆转剂 与化疗药物竞争P-gP 上的结合位点，完全或部分逆转MDR 免疫治疗
基因治疗 单链抗体技术、反义核酸技术、 核酶技术和小分子干扰 RNA 技术等，在 DNA或 RNA 水平阻断MDR 。

93 P-gP 逆转剂的分类 P-gP 第1代P-gP抑制剂 第2代P-gP抑制剂 第3代P-gP抑制剂 新P-gp抑制剂 维拉帕米 右维拉帕米
环胞素A 右维拉帕米 伐司朴达 部分是CYP3A4 的底物 与其他转运蛋白底物结合 活性有限 不良反应多 第1代P-gP抑制剂 第2代P-gP抑制剂 P-gP 第3代P-gP抑制剂 新P-gp抑制剂 Zosuquidr Lanquidar 制药辅药 草本类 毒性低 安全性高 无药理学活性 高效且专一性地与P-gP结合，剂量小

94 P-gP逆转剂的比较 抑制剂 药物名称 体外 体内 临床应用 抗癌药物血液动力学 Zosuquidr 第一代 VRP 环孢霉素A 有效 无效
有影响 第二代 右维拉帕米 三苯氧胺 部分有效 第三代 Zosuquidr S9788 无影响

95 P-gP逆转剂作用类型 1 2 3 抑制ATP，减少能量释放，实现其逆转活性
同药物竞争同一个结合位点，减少细胞毒性药物从细胞内的转出，增加其累积，消除耐药性 ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc. 3 与生物膜的脂质层相互作用，从而改变P-糖蛋白的构型，使其失去药物转运功能 ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.

96 第五节 药物的排泄 一、肾排泄 （一） 肾药物排泄特点及其影响因素 1、肾小球滤过 2、肾小管主动分泌 3、肾小管的重吸收 （1）主动重吸收
第五节 药物的排泄 一、肾排泄 （一） 肾药物排泄特点及其影响因素 1、肾小球滤过 2、肾小管主动分泌 3、肾小管的重吸收 （1）主动重吸收 （2）被动重吸收 二、胆汁排泄 三、粪排泄

97 （二）研究药物肾排泄的常用方法 .代谢笼实验法
整体动物实验一般采用代谢笼，预先收集空白尿样，然后再收集给药后不同时段的尿样，记录体积。通过体积和各个时间段的药物浓度计算出排泄量，和给药量相比就可以得出累积排泄率。

98 思考题 1、影响药物胃肠吸收的因素有哪些？ 2、简述常用的研究肠吸收的方法及其特点？
3、平衡透析法与超滤法研究药物蛋白结合率的优缺点及注意事项。 4、常见的药物外排转运体有哪些？试述转运体与多药耐药的关系。