肝臟和腸道酯酶在藥物代謝及新葯研發中的作用

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肝臟和腸道酯酶在藥物代謝及新葯研發中的作用

Role of human liver and intestine sterases in drugdesign and development

作者

姜金方, 李秀立, 陳笑艷, 鍾大放

中國科學院上海藥物研究所

摘要

人羧酸酯酶(human carboxylesterase, CES) 和芳基乙醯胺脫乙醯酶(arylacetamide deacetylase，AADAC) 是絲氨酸水解酶多基因家族的重要成員, 不僅參與人體內源性膽固醇酯等的水解過程, 還廣泛參與藥物在體內的代謝、活化和解毒過程, 與酯類藥物的個性化安全用藥息息相關。

本綜述圍繞人體內與藥物代謝關係密切的酯酶, 總結其結構及分布、代謝特點及近年來的研究進展, 為新葯研發和合理藥物設計提供參考。

正文

藥物代謝研究在創新藥物研發中佔據重要作用。

藥物進入體內後, 在體內多種代謝酶的作用下代謝生成極性更大的化合物, 促進藥物排泄。

在藥物代謝中, 細胞色素P450 酶系是最重要的酶家族, 參與約75%臨床藥物的I 相代謝; 其次是酯酶, 參與約10%的臨床藥物代謝, 這些藥物結構中通常含有酯鍵、醯胺鍵或硫酯鍵。

一方面, 隨著人們對藥物代謝認識的增加, 在新葯研發中, 傾向於選擇不會被P450 酶代謝的化合物, 避免P450 代謝酶遺傳多態性以及藥物相互作用的潛在影響, 提高化合物的成藥性。

另一方面, 根據活性物質設計合適的前葯也成為創新藥物研發中的一大策略, 如吉利德公司設計合成的替諾福韋的前葯替諾福韋艾拉酚胺(TAF)[3]和江蘇威凱爾醫藥科技有限公司研發的維卡格雷。

隨著創新藥物中含有酯鍵、醯胺鍵的化合物比例越來越高, 對酯酶的深入研究不僅具有科學意義, 而且是新葯研發中迫切需要解決的關鍵問題。

不同類型的酯酶在藥物代謝中的作用已有研究, 人體血漿中主要的酯酶是丁醯膽鹼酯酶和對氧磷酶, 水解阿司匹林和班布特羅等藥物, 已有文章對其進行了綜述。

本文主要關注肝臟和腸道酯酶在藥物代謝及新葯研發中的作用, 總結其種類和分布、肝臟和腸道酯酶對藥物的水解作用、種屬差異、酯酶活性的個體差異等。

1

酯酶的分類和組織分布

1. 羧酸酯酶 1

哺乳類動物體內的酯酶是一個多基因家族, 在體內廣泛分布。

羧酸酯酶(carboxylesterase,CES, EC 3.1.1.1) 是其中一類重要的絲氨酸水解酶家族, 主要分布於多種組織細胞的內質網腸腔側, 是一種膜蛋白, 不分泌到血漿中。

CES 由多種同工酶組成, 其亞型分為5 個家族: CES1、CES2、CES3、CES4A 和CES5A。

CES1 相對分子質量約60 kDa,以180 kDa 的三聚體形式存在。

CES1 主要表達在肝臟和肺, 腸道幾乎無表達。CES1 一方面介導內源性物質的代謝, 如介導膽固醇酯和甘油三酯的水解, 進而在脂質代謝平衡中發揮重要作用, 是酯類代謝調控、肥胖和糖尿病治療的關鍵靶點。

而CES1 的功能紊亂與動脈粥樣硬化和高膽固醇血症有關。

另一方面,CES1 在代謝外源性物質方面發揮了重要作用, 可以代謝多種藥物, 如咪達普利、奧司他韋、伊立替康等, 也與酯類藥物的個性化安全用藥息息相關。

2. 羧酸酯酶2

除了CES1, CES2也在藥物代謝中起到了重要的作用。

CES2的相對分子質量為60 kDa。

其組織分布與CES1不同, CES2主要分布於小腸, 約佔腸道代謝酶總量的1/3, 其次是表達在腎臟, 但在肝臟的表達量有限。

作為腸道主要的羧酸酯酶亞型,CES2 介導大部分口服前葯進入血液循環前的首過水解代謝過程, 尤其是抗腫瘤前葯, 如吉西他濱的前葯LY2334737。

CES2 在藥物經胃腸道上皮細胞吸收過程的代謝活化中發揮重要作用。

3. 芳基乙醯胺脫乙醯酶

人體芳基乙醯胺脫乙醯酶(arylacetamide deacetylase, AADAC) 是一種微粒體絲氨酸酯酶, 相對分子質量為45 kDa, 主要表達部位為肝臟和腸道, 其次是膀胱。

與CES 不同,AADAC 是一種II 型膜蛋白, N-端含有未清除的信號錨定序列, 從而保留在內質網的腔體側。

AADAC酶的催化活性口袋與激素敏感性脂解酶(hormonesensitivelipase) 有高度同源性, 因此, AADAC 被認為是一種脂肪酶。

Tiwari 等證實, 當表達在酵母菌時,AADAC 可以水解膽固醇酯類。

日本科學家Fukami團隊近年來研究發現AADAC也參與幾種臨床藥物如氟他胺、非那西丁、利福平和酮康唑的水解, 其水解代謝物被認為與其肝毒性或腎毒性相關。

AADAC 水解利福平生成人體內主要代謝物25-去乙醯基利福平是解毒途徑, 因為與原形相比, 25-去乙醯基利福平幾乎無細胞毒性。

據報道, 25-去乙醯基利福平是人體血漿中的主要代謝物, 但是在大鼠和兔血漿幾乎檢測不到, 因此25-去乙醯利福平可能是由人AADAC 代謝生成的人體內特有的代謝物。

在進行藥物水解酶研究時, 需要關注種屬差異性。

與其他酯酶相比, 目前報道的AADAC 研究結果尚少。

2

羧酸酯酶和芳基乙醯胺脫乙醯酶對藥物的水解作用

在人體肝臟和小腸中, 除了酯酶, 多種與藥物代謝相關的酶也有表達, 如細胞色素P450 酶、UDP-葡萄糖醛酸轉移酶(UGT)、硫酸轉移酶, 以及一些與藥物轉運相關的轉運體, 如P-gp、MRP2 和BCRP。

肝臟和小腸的酯酶與II 相代謝酶和藥物轉運體共同參與了藥物在體內的代謝、轉運和排泄過程。

與UGT 酶相似, CES 和AADAC 的表達部位在內質網膜的腔體側。

抗腫瘤葯CPT-11 經CES 水解後生成的活性代謝物SN-38, 同時又是UGT1A1的底物, 進而SN-38 生成之後就直接在內質網膜的腔體側經UGT1A1催化生成葡萄糖醛酸結合物。

除此之外, 經CES 水解生成的有機陰離子可能是MRP2或BCRP的底物, 進而被排出體外。

對於酶?酶相互作用或酶?轉運體相互作用來說, CES 是一種重要的藥物代謝相關酶。

水解反應通常是酯類藥物在體內處置過程的第一步, 水解產物可能具有藥理活性或不良反應, 因此鑒定參與酯類藥物水解的酯酶表型對了解藥物的代謝特徵非常重要。

臨床前多種動物的葯動學和藥效學數據是新葯 (特別是前葯) 進行人體試驗的重要參考數據, 因此闡明相關酯酶亞型的生物化學性質是非常重要的。

另外, 通過總結酯類藥物的水解酶表型和酯酶的底物特異性有助於設計更理想的前體藥物。

1. 底物特異性

4-硝基苯基乙酸酯(PNPA) 和7-乙醯氧基-4-甲基香豆素(4-MUA) 是常用的非選擇性酯酶底物, 常作為工具葯使用, 一般用於考察抑製劑對總體酯酶的抑制作用。

儘管CES1 和CES2活性催化位點的氨基酸同源性很高, 但兩者的底物選擇性卻不同。

另一方面, 底物特異性受醯基?酶結合體容量的限制, 在酯酶的活性口袋存在構象干擾,底物特異性區別不是很嚴格。

一般來說, CES1 傾向於水解含有大醯基小醇基的底物藥物, 如氯吡格雷、非諾貝特、奧昔布寧和奧司他韋等。

CES2 底物藥物特點與CES1 相反, 多含有小醯基大醇基結構, 如CPT-11、普拉格雷和普魯卡因等。

AADAC 的底物一般為小醯基大醇基結構, 與CES2 的底物性質相似。

AADAC 與CES2 的某些底物存在重疊, 如AADAC 和CES2 可以共同參與氟他胺和普拉格雷的水解, 但是非那西丁、利福黴素和茚地普隆僅由AADAC 水解。

對於一個特定的藥物結構, 酯酶的選擇性與酯鍵結構的空間位阻有關。

例如維卡格雷, 其結構中兩個酯鍵分別由CES1 和CES2 催化代謝。

維卡格雷結構中苄位的酯鍵與氯吡格雷相同, 由肝臟的CES1 特異性代謝; 而噻吩環上的酯鍵卻表現出CES2代謝的特異性, 經CES2 代謝的清除率是CES1 的10 倍以上。

維卡格雷在腸道吸收過程中經歷完全的首過代謝, 因此CES2在水解維卡格雷生成2-氧代氯吡格雷途徑中發揮了重要作用。

同時有多個酯酶參與一個藥物的水解代謝是很常見的, 因此需要在藥物研發過程中鑒定參與藥物水解的酯酶, 不僅幫助預測藥物?藥物相互作用(DDI), 同時對藥物的設計提供思路。

表1列出了部分目前已報道的CES1、CES2 和AADAC 的典型底物及其水解動力學參數等信息。

2. 特異性抑製劑

根據酯酶的底物特異性規則,從化合物的結構可以大概推測其酯酶表型。

但是該規則並不是完全適用於所有化合物, 如抗孕葯雙炔失碳酯, 其結構中的酯鍵類型是大的醇基和小的丙醯基, 符合CES2 的底物特徵, 但實際上肝臟中CES1的貢獻率約90.7%, 遠高於CES2。

因此, 確定一個化合物的酯酶表型時, 除了利用底物特異性規則來大概推測參與代謝的酯酶類型, 還需要通過具體的實驗來驗證。

多個酯酶可能同時參與藥物的水解代謝過程,因此特異性抑製劑一般作為工具葯來考察藥物的酯酶表型, 並評價各個酶的貢獻。

考察藥物的水解酶表型時, 一般從兩個方面來驗證, 首先考察藥物在各個重組酶體系中的水解速率, 再在人肝微粒體或腸微粒體的孵化體系中加入各個酯酶的特異性抑製劑,從另一方面驗證藥物的酶表型。

目前發現的唯一一個CES1 特異性抑製劑是洋地黃皂苷, 在重組CES1 中抑制利多卡因的IC50為25.8 μmol·L-1, 抑制PNPA的IC50為9.2 μmol·L-1。

但是在人肝微粒體的孵化體系中卻不能抑制CES1的特異性底物利多卡因和非諾貝特的水解, 可能由於其他蛋白的干擾表現不出抑制活性。

CES2 的特異性抑製劑有黃酮哌酯、洛哌丁胺、替米沙坦和非諾貝特, 但黃酮哌酯在酶體系中也會水解, 水解產物對AADAC和CES都有一定的抑制作用, 因此黃酮哌酯並不是一個很好的特異性CES2 抑製劑。

替米沙坦在人肝微粒體(HLM)中抑制CPT-11 水解的IC50約0.5 μmol·L-1, 在重組CES2 中IC50約0.4 μmol·L-1, 是一個專屬性的強抑製劑。

洛哌丁胺抑制CES2的IC50約0.38 μmol·L-1。

長春鹼和毒扁豆鹼經常作為AADAC 的特異性抑製劑使用, 但兩者對CES2 酶也有一定的抑制作用,目前為止, 還未發現AADAC 的特異性抑製劑。

BNPP(雙-p-硝基苯基磷酸鹽) 和DDVP [O,O-二甲基-O-(2,2-二氯乙烯基) 磷酸酯] 不僅是羧酸酯酶的廣泛抑製劑, 還可以抑制血漿中水解酶的活性, 如對氧磷酶和丁醯膽鹼酯酶, 常用的濃度為0.1～1 mmol·L-1。

二異丙基氟磷酸(DFP) 在100 μmol·L-1濃度時可以抑制CES 和AADAC 的活性。

苯甲基磺醯氟(PMSF)在100 μmol·L-1濃度時可以抑制CES活性, 但是不抑制AADAC 活性。

降脂類藥物辛伐他汀和美伐他汀可抑制CES 及AADAC 活性。

根據不同的化學抑製劑對酯酶的選擇性抑制, 可以在一個混合的酶體系 (如人肝微粒體或腸微粒體) 加入單個或多個抑製劑, 以評價各個酶的貢獻。

表2 總結了部分抑製劑的作用酶及抑制的IC50值。

3.肝臟酯酶在藥物代謝中的作用

哺乳動物肝臟的酯酶對酯類化合物的水解起到了重要的作用, 也參與內源性的短鏈或長鏈醯基甘油、長鏈肉毒鹼、長鏈乙醯輔酶A 酯等物質的水解。

人體肝臟中同時表達有CES1、CES2 和AADAC。

CES1 含有一個靈活的和剛性的口袋, 很多化合物可以結合CES1。

被CES1 催化的同時可能會發生轉酯現象, 特別是對於疏水性醇, 在底物被CES1 水解的同時即發生了轉酯反應。

Brzezinski 等研究發現, 在乙醇存在時,CES1 可以催化可卡因的轉酯反應, 生成活性代謝物可卡乙鹼。

在水解可卡因的兩步反應中, 可卡因的羧基甲酯首先與CES1生成了共價的醯基?酶中間體, 然後乙醇的羥基進攻該中間體, 與羰基結合重新生成一個酯結構的代謝物, 即可卡乙鹼。

在類似的情況下, 一些化合物在被水解酶代謝的同時可能會產生一個新的酯類化合物。

相比CES1, CES2 幾乎無轉酯活性。近幾年受到專註的一種肝臟酯酶是芳基乙醯胺脫乙醯酶(AADAC)。

C57BL/6J 小鼠體內高鐵血紅蛋白水平與非那西丁的水解代謝物對氨基苯乙醚濃度水平相關; 提前給予水解酶的抑製劑後, 小鼠血漿中高鐵血紅蛋白和對氨基苯乙醚的生成均下降。

推測非那西丁經AADAC 水解後繼續由CYP1A2 和CYP2E1 催化生成羥胺結構, 進而產生毒性反應。

前葯一般被設計用來提高生物利用度或改善葯動學特性。

霉酚酸酯、吉西他濱的前葯LY2334737等在腸道或肝臟被CES部分水解, 從而釋放出活性成分。

人體腸道含有的酯酶類型為CES2和AADAC,若一個口服藥物是CES1 的底物, 則通過胃腸道吸收時不會被水解代謝, 而在肝臟代謝, 如替莫普利;而若一個口服藥物是CES2 或AADAC 的底物, 由於腸道的水解能力較弱, 一般經過腸道吸收時會被部分水解代謝, 剩餘的部分在肝臟被代謝, 如AADAC的底物氟他胺。

人體肝臟中同時表達有CES1、CES2和AADAC, 其蛋白表達水平表現出很大的個體差異。

由於底物選擇性和蛋白表達量的差異, 各個酯酶亞型對藥物水解的貢獻率是不同的。

Watanabe 和Kurokawa 等提供了計算各個酯酶對藥物水解過程的貢獻率的方法。

該方法稱為相對活性因子法(RAF), 首先需要測得待測物在各個混合基質 (人肝微粒體或腸微粒體) 和純化的重組酶的水解速率, 而各個酶的RAF 值為探針底物 (部分探針底物總結在表1中) 在混合基質和純化的重組酶中的水解速率比值, 將RAF 值作為校正因子參與待測物貢獻率的計算, 從而計算得到各個酶對待測物水解過程的貢獻率。

如Kurokawa 等選取CES1、CES2 和AADAC的探針底物為非諾貝特、普魯卡因和茚地普隆, 計算的RAF 值分別為0.83、0 和2.60 [人腸微粒體(HIM)與重組酶之間比較], 最終得到普拉格雷在HIM 中水解時AADAC和CES2的貢獻率分別為50.6%和46.4%。

一些研究者認為, 不能單純的以水解速率來考察酯酶的貢獻活性, 應該考慮各個酯酶的實際表達量。

但是目前報道的肝臟酯酶蛋白表達量數據差異較大,如人肝微粒體中CES1 的平均表達量有報道約為10pmol·mg-1蛋白, 也有報道約為360 pmol·mg-1蛋白, 報道的表達量水平差異30 倍以上, 無法達成統一的基準, 且AADAC 在肝臟的表達量未見報道,因此推薦使用RAF 法計算酯酶的貢獻率。

4.腸道酯酶在藥物吸收過程中作用

對於前葯和易水解藥物的口服給葯過程來說, 腸道的酯酶對其首過代謝產生了重要的影響。

腸道上皮細胞表達有CES2 和AADAC 酶, 對於易水解藥物, 如普拉格雷, 在腸道吸收過程中經歷了完全的首過代謝, 生成水解代謝物普拉格雷硫代內酯並且被進一步氧化代謝。

而對於相對難水解的前葯, 如氟他胺, 腸道吸收時僅經歷部分首過代謝, 未被水解部分進入體循環。

氯吡格雷和普拉格雷雖然結構相似, 卻表現出了不同的吸收特徵。

氯吡格雷結構中苄位的酯基被CES1 選擇性代謝, 不會被腸道的CES2 或AADAC 水解代謝, 因此經腸道吸收時未經歷水解代謝過程, 而是在肝臟被水解生成羧酸代謝物。

普拉格雷的酯基在噻吩環上, 易被CES2 或AADAC 水解, 因此在腸道吸收時經歷完全的首過代謝, 人體血漿中幾乎檢測不到普拉格雷。

由此可以看出,結構相似化合物的代謝途徑並不是一致的, 利用酯酶的底物特異性和組織分布的特點, 合理地設計藥物可以加速新葯的研發。

對介導藥物水解代謝的酯酶研究是一個逐漸深入的過程。

對普拉格雷而言, Williams 等證實其水解代謝酶為CES1 和CES2, 並且利用純化的重組酶考察了水解動力學特徵。

普拉格雷在穿過體外Caco-2單層細胞的頂膜側到達基底側時, 完全轉化為水解代謝物R-95913。

而在後續的研究中發現普拉格雷在比格犬的腸道中可以水解, 而犬的腸道不含有CES活性, 由此推測腸道還有除CES2 外的其他酶參與普拉格雷的水解代謝。

Kurokawa 等發現人腸AADAC 酶也參與普拉格雷的水解過程, 利用RAF法計算得到其貢獻率為50%左右, CES2 的貢獻率為46%左右。

該結果也說明, 雖然比格犬的腸道不含有CES 活性, 但是含有相當量的AADAC 活性, 因此在選擇物種進行臨床前葯動學評價時需要引起關注。

Kazui 等發現除了已被報道的酯酶參與普拉格雷水解代謝, 人體腸道的Raf激酶抑制蛋白(RKIP) 也參與其水解過程, 並將該酶從人小腸S9 中分離出來,利用LC-MS/MS 確證了RKIP 的氨基酸序列。

越來越多的參與藥物代謝的酯酶將會被發現, 有助於藥物代謝研究和安全性評價。

考察藥物在人體腸道的吸收過程時, 通常使用Caco-2 細胞模型。

Caco-2 細胞系是一個快速篩選藥物在腸道吸收特徵的體外模型。

可以得到表觀滲透係數(Papp) 和表觀滲透係數的比率(Papp ratio =Papp(B→A)/Papp(A→B)), 用以評價藥物在人腸道細胞中的滲透性和是否有腸道外排轉運體的參與。

該模型在協助藥物開發階段發揮了很大的作用, 但是對於酯類藥物而言, Caco-2細胞模型不能考察藥物的吸收過程, 因為在Caco-2 細胞系中, 雖然CES1 和CES2 的mRNA 和蛋白表達水平都呈現時間依賴性的趨勢,但是CES1 的表達水平總是高於CES2。

然而在人體腸道細胞中是相反的情況, 腸道上皮細胞幾乎不表達CES1, 而高表達有CES2 和AADAC。

替莫普利在穿過Caco-2 細胞時會很快水解為替莫普利拉, 因為其是CES1 的典型底物, 但其實際上在人體小腸內不水解。

因此, 在Caco-2 細胞系中評價一個CES1 底物的細胞滲透性是非常不準確的。

考察藥物在腸道的吸收特徵對於新葯的藥性評價非常重要,但是需要關注體外模型和實驗動物的選擇。

3

種屬差異

在各種屬肝臟CES 比較中, 猴CES1、比格犬CES D1 和兔酯酶1 與人肝臟CES1 的同源性約92.9%、79.7%和 81.1%。

大鼠的血漿和組織中都含有豐富的羧酸酯酶, 大鼠CES1 家族的水解酶A、B、C 和egasyn 與人CES1 有77.6%、67.0%、67.4%和 75.0%的同源性。

值得注意的是, 比格犬小腸中無CES 活性, 但是有AADAC 活性, 因此選用比格犬做實驗動物時, 其表現出的藥物動力學特徵可能與其他種屬有差異。

就血漿中酯酶種類而言, 小鼠、大鼠、兔、馬等動物的血漿中都含有豐富的CES活性, 但是人血漿中不含CES。

人血漿中含有的酯酶類型與比格犬血漿相似, 主要為丁醯膽鹼酯酶(BChE)、對氧磷酶(PON1) 和白蛋白。

由於酯酶在各種屬體內的組織分布存在差異,因此對於一個特定的藥物來說可以產生葯動學差異。

如比格犬體內維卡格雷活性代謝物的暴露量是大鼠的6 倍以上, 苄位和噻吩環上酯鍵水解後的羧酸代謝物 (CAM) 的暴露量是大鼠的25%左右。

產生這一現象的原因是維卡格雷在比格犬腸道水解為2-氧-氯吡格雷後不再繼續水解為CAM, 而是在腸道CYP450 的作用下生成活性代謝物。

大鼠的腸道和血漿中都分布有豐富的羧酸酯酶, 因此在維卡格雷水解為2-氧-氯吡格雷後會繼續水解為CAM, 使活性代謝物的生成量減少。

卡培他濱口服後在腸道和肝臟都會水解為5"-DFCR, Shindoh 等發現在人和猴腸道的水解清除率比肝臟低6倍左右, 而大鼠和小鼠體內則表現出相反的現象, 腸道的清除率高於肝臟。

由於大鼠和小鼠的肝臟和腸道中胞苷脫氨酶活性很低,而猴與人對卡培他濱的水解表現相似的特點, 因此選擇猴作為模型動物來評價卡培他濱的安全性是比較合適的。

Liu 等發現治療風濕性關節炎的候選藥物GDC-0834的醯胺水解代謝物M1在臨床前實驗動物體內濃度很低, 大鼠、比格犬、猴體內M1 與原形暴露量比值約1.5%、26%、0。

但是在人體內M1 卻是主要的藥物相關物質, 體內暴露量很高, 且原形藥物血漿中濃度低於定量下限(-1), 醯胺水解是GDC-0834 在人體內主要代謝途徑。

體外考察測得人肝微粒體中M1 的生成速率比大鼠、比格犬和猴高23～169 倍。

GDC-0834 的例子說明雖然臨床前考察的幾種動物模型都顯示出相似的代謝和葯動學特徵, 但是與人體的代謝差異很大。

不同種屬體內酯酶的組織分布和種類不同, 因此選擇種屬考察藥物 (特別是前葯) 體內ADME 時需謹慎。

4

酯酶活性的個體差異

健康人體中CES1 在肝組織中高分布, 血漿中僅有少量分布; 但肝細胞受損後血中CES1 會急劇升高,因此CES1 可作為急性肝損傷及肝癌等肝臟疾病早期診斷的標誌物。

我國的一些研究者也根據CES1 和CES2 的特點合成了專屬性熒光探針, 可專一、實時地反映特定環境下目標酶的活性, 從而實現對特定功能蛋白實時定量監測的目的。

由於羧酸酯酶表達量的個體差異和基因多態性等原因, 導致酯酶活性存在較大的個體差異。

Hines等發現CES1 在白種人、非裔美國人和西班牙人肝微粒體中的表達量分別為17.95、14.99 和10.86pmol·mg-1蛋白, 在白種人肝臟中表達高於其他兩個人種; 而CES2在3個人種的表達分別為2.99、2.79和1.79 pmol·mg-1蛋白, 表達量比值CES1/CES2 約6 左右。

近期一些研究利用液相色譜聯合質譜檢測 (LC-MS/MS) 的方法可準確地測得肝臟內CES的表達量。

Sato 等利用LC-MS/MS 法測得CES1 和CES2 在人肝微粒體中的平均表達量為363 和22.2pmol·mg-1蛋白, 表達量比值CES1/CES2 約16 左右;Wang 等同樣利用LC-MS/MS 法, 測得CES1 在肝組織中平均表達量約176 pmol·mg-1蛋白, 與Hines等測得的數據 (蛋白印跡法) 相差很大。

CES 在不同個體間的表達差異很大, CES1表達量的差異在5～10倍左右, CES2 表達量差異在3～6 倍左右。

儘管不同研究者測得數據差異明顯, 但是從中可以看出, CES1 和CES2 在不同個體間的表達水平差異顯著, 且CES1 的表達量是CES2 的10 倍左右。

而AADAC 在肝臟中的蛋白表達量沒有報道。

除了個體間蛋白表達量差異外, 酯酶的活性與基因多態性相關。

Zhu 等發現CES1 的兩個突變體p.Gly143Glu 和p.Asp260fs 對其活性有顯著影響, 完全喪失對哌甲酯的水解能力, 對PNPA的水解活性降低至野生型的21.4%和 0.6%。

而突變體p.Gly143Glu在白種人、黑種人、西班牙人和亞洲人種的出現頻率分別為3.7%、4.3%、2.0%和 0。

在健康白種人志願者中, 突變體p.Gly143Glu 攜帶者服用氯吡格雷後,羧酸代謝物CAM的暴露量為不攜帶突變基因的53%,活性代謝物的暴露量升高67%, 表明在攜帶突變基因的人中, 氯吡格雷的水解代謝被抑制, 從而提高了活性代謝物的暴露量。

CES2 的R34W 和V142M 氨基酸的替換可能導致水解CPT-11 的能力喪失。

Kubo等研究發現, 體外野生型CES2 重組酶水解CPT-11的清除率約92 pmol·min-1·nmol-1, 而R34W和V142M突變CES2 酶的清除率小於5.0 pmol·min-1·nmol-1。

羧酸酯酶基因多態性的存在可能會造成顯著的臨床上藥動學和藥物響應的改變。

5

結語與展望

為避免由CYP450 酶代謝引起的藥物?藥物相互作用以及基因多態性造成的葯動學變化, 新葯研發中設計出了越來越多的酯類化合物。

酯水解過程對不同的化合物可能是解毒、活化或致毒過程, 與藥物的有效性和安全性密切相關。

人體肝臟和腸道中主要的酯酶是羧酸酯酶(CES) 和芳基乙醯胺脫乙醯酶(AADAC)。

對AADAC 酶的研究起步較晚, 但是從近年來發表的研究成果來看, AADAC 對藥物的吸收、代謝過程起到的作用不容忽視。

不同酯酶有較明顯的底物特異性, 此規律可以指導新葯的合理設計, 或者推測各個酶對化合物水解過程的貢獻。

目前觀察到CES和AADAC存在廣泛的種屬差異, 對臨床前藥物的安全性和葯動學評價, 需慎重選擇動物模型。

在個體差異方面, 酯酶的蛋白表達量和基因多態性嚴重影響其水解活性, 攜帶突變基因的患者將成為某些酯酶底物的弱代謝者。

這些因素使得預測個體患者的葯動學特徵和藥物響應變得困難。

不僅如此, 幾乎沒有酯類藥物單獨設計臨床試驗以評價基於酯酶的藥物?藥物相互作用, 這可能會低估DDI 產生的影響。

本文通過具體的實例展示了近年來國內外學者對酯酶的研究進展, 以期為含酯鍵藥物的合理設計提供理論指導, 加速新葯研發進程。

來源：藥學學報Acta Pharmaceutica Sinica 2018, 53 (2): 177 ?185

本文由凡默谷原創排版與編輯，如轉載，請註明來源。

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