生物大分子藥物代謝消除途徑及體外代謝研究方法進展

摘要

由于理化及生物學性質的差異，生物大分子藥物與傳統小分子藥物相比，藥代動力學機制更加復雜，在體內表現出不同的吸收、分布、代謝、排泄過程。

大分子藥物一般不經CYP 450 酶代謝，其體內消除途徑主要有腎小球濾過、酶水解、受體介導的胞吞消除和抗藥物抗體介導的消除。

近年來，除了常用的免疫分析法、放射性同位素示蹤法、LC-MS/MS 等分析方法外， 還有計算機模型被開發用于模擬預測大分子藥物藥代動力學性質的研究并發揮越加重要的作用。

本文主要綜述了大分子藥物主要代謝消除途徑及體外研究模型TMDD、PBPK 的應用和發展。

隨著生物技術的迅猛發展，生物大分子藥物已被廣泛用于治療腫瘤、自身免疫性疾病和代謝性疾病等多種疾病。

與傳統小分子藥相比，生物大分子藥物具有分子量和流體半徑大，親水性好，穩定性差等理化性質，且與人體內源性蛋白組成結構類似的特點，決定了其特有的復雜的藥物代謝動力學特征（見表1），這增加了該類藥物的檢測難度。

由于缺乏高靈敏度和特異性的適用于大分子藥物的檢測方法，給研究者在臨床前對其藥動學帶來了諸多困難。而在藥物研發早期階段就評估候選分子代謝性質有助于提高研發成功率，減少藥物開發成本。

基于此，綜合大分子藥物的體內主要代謝途徑、建立體外預測其藥物代謝動力學（PK）特性的預測模型，并將其應用于大分子藥物早期研究階段顯得尤為重要。

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生物大分子藥物主要代謝消除途徑

蛋白質、多肽類藥物由氨基酸組成，與傳統化學小分子藥物相比，具有分子量大、結構復雜、穩定性差等特點，給臨床前藥動學研究帶來了諸多困難。

生物大分子藥物代謝消除途徑主要有腎小球濾過、酶水解、受體介導的胞吞消除和抗藥物抗體介導的消除。

1.1 腎小球濾過

藥物分子的大小， 形狀和電荷均會影響腎小球濾過，分子量較大的藥物通常不會被腎小球濾過，而對于分子量小于腎小球濾過閾值（60 kDa）的治療性蛋白，該消除途徑的作用不容忽視。

重組人粒細胞集落刺激因子（G-CSF）已被廣泛用于骨髓移植和腫瘤治療， 然而天然和重組G-CSF 易被腎小球濾過且存在酶降解，因而血漿半衰期較短。

研究者對GCSF融合人血清白蛋白第三結構域，一方面通過增大其流體半徑而降低腎小球濾過，另一方面可通過與FcRn 結合而避免酶降解，使得該融合蛋白的循環半衰期約延長為原型的2倍，提供了具有潛在應用價值的創新藥物分子。

相較于帶負電荷的分子， 中性或帶正電荷的分子更容易通過腎小球屏障，例如帶負電荷的白蛋白比同等大小乃至分子更大的含中性葡聚糖的蛋白更不易通過腎小球屏障。

1.2 酶水解代謝

人體中存在多種蛋白水解酶， 所以酶水解作用在蛋白類藥物代謝中也非常重要。胰高血糖素樣肽1（GLP-1）是葡萄糖依賴的腸降血糖素，具有良好的降血糖活性，但其在血清中易被二肽基肽酶IV（DPPIV）降解失活，致使其半衰期不足2 min，嚴重阻礙了其臨床應用。

GLP-1 天然類似物艾塞那肽（Exendin-4）不易被DPPIV 降解，穩定性有所改善，半衰期為2.5 h，成為首個獲批的GLP-1 類似物。此外，新型GLP-1類似物索瑪魯泰通過對氨基酸序列優化，增加了其對DPPIV的穩定性，半衰期延長至168 h，大大增加了患者依從性。

轉移抑素是由54 個氨基酸組成的多肽， 其截斷型轉移抑素（45~54）體外活性是原型轉移抑素的3~10 倍，但這兩種多肽都對代謝酶敏感，可在小鼠血漿中被迅速代謝。

ASAMI 等通過對轉移抑素改構，大大提高了其代謝穩定性，改構后的分子對胰凝乳蛋白酶、腦啡肽酶和基質金屬蛋白酶9 等血漿蛋白酶具有抗性。應用動力學模型分析改構后的類似物在人血清中的半衰期，結果表明半衰期大大延長。

在生物藥物研發早期，考慮酶水解造成的肽和蛋白質降解對分子代謝性質的影響， 并通過給予酶抑制劑或對水解酶易感部位進行改構，可以延長其半衰期。

1.3 受體介導的胞吞消除

參與細胞內吞作用的受體包括大分子藥物的靶受體以及除靶受體以外的消除型受體，后者包含糖蛋白受體、Fc 受體和FcRn 受體。

蛋白質藥物靶點明確， 特異性高，其發揮藥效會選擇性的作用于其專一性靶點，即靶受體。

靶受體與蛋白質藥物結合后，通常會攜帶已經結合的蛋白質藥物內化進入細胞， 并介導蛋白質藥物的胞內降解過程。因此，靶受體的作用不僅與其藥效學緊密相關，同時也會顯著影響蛋白質藥物消除過程。

靶受體介導的消除作用的大小取