抗肿瘤新化合物WJD-A-1的临床前药物代谢动力学研究

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近年来,世界范围内恶性肿瘤的整体发病率不断上升。白血病是常见的血液系统疾病,属于恶性肿瘤的一种,主要表现为骨髓及其他造血组织中有大量白血病细胞无限制地增生,并进入外周血液,而正常血细胞的制造被明显抑制,其中急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)是最常见的成人急性白血病。目前针对急性髓系白血病发病因素、预后因素等相关研究日益深入,但仍有近1/3的成人急性髓系白血病无法得到治愈,其中复发难治性白血病和白血病耐药现象是白血病治疗的难点。通过细胞生物学和分子生物学的手段,分析不同类型白血病的发病机制,找到相应的关键靶点进行精准的靶向治疗是研究的趋势。组蛋白乙酰化与去乙酰化对于机体的生长发育,维持肿瘤基因与抗肿瘤基因之间的动态平衡具有重要作用。组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase,HDAC)可通过去极化移除组蛋白末端上赖氨酸残疾上的乙酰基,降低乙酰化程度,从而使染色质构象“相对的变密”,抑制相关基因的转录,在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用,被认为是近年来最有潜力的抗肿瘤药物靶点之一。基于HDAC在肿瘤发生、发展过程中的重要作用,组蛋白去乙酰化酶抑制剂(Histone deacetylation inhibitors,HDACIs)可从多方面影响肿瘤的生物学行为,主要表现在促进细胞分化、阻滞细胞周期和诱导凋亡,调控相关的抗肿瘤基因的转录和表达,缓解特定致癌基因产物引起的转录抑制,抑制肿瘤转移和侵袭等,其中HDACIs对白血病的治疗机制主要包括诱导细胞分化,特别是对全反式维甲酸(All-trans-retinoic acid,ATRA)耐药的病人,恢复白血病细胞对ATRA的敏感性,诱导白血病细胞的凋亡及抑制细胞增殖,细胞周期阻滞等。维甲酸类化合物是一组与维生素A在结构上类似的多种化合物的总称,是目前治疗急性早幼粒细胞白血病(Acute promyelocytic leukemia,APL)的一线药物。ATRA可与维甲酸受体(Retinoic acid receptor,RAR)或核维甲酸类X受体(Retinoid X receptors,RXR)形成二聚体,通过启动子上的维甲酸反应元件(Retinoic acid responsive element,RARE)发挥信号调节作用,诱导目标基因的表达,从而发挥诱导细胞分化、抑制细胞增殖和诱导凋亡的作用。他米巴罗汀(Tamibarotene,AM80)于2005年在日本上市属于新一代的RARα选择性激动剂,可用于对ATRA耐药及复发难治性APL的治疗。恶性肿瘤疾病包括白血病在内均属多因素诱发和多重发病机制的疾病,采用传统药物治疗往往存在疗效不高、多药耐药、毒副作用大等缺陷。釆用联合用药通常比单一药物具有更佳的治疗效果和更少的副作用,例如组蛋白去乙酰化酶抑制剂和RAR激动剂合用增强对白血病的疗效及减少毒副作用。同时,针对恶性肿瘤的多重发病机制以及多个病理环节设计多靶点药物或协同前药也成为当前药物设计领域的重要策略。根据上述理念设计合成新型抗肿瘤化合物WJD-A-1,化学名为6-[4-[5,6,7,8-四氢-5,5,8,8-四甲基-2-萘基)氨甲酰基]-苯甲酰氨基]-N-羟基己酰胺,是以RARα选择性激动剂AM80为疏水性基团,以异羟肟酸、羧基等作为锌离子螯合基团,通过酰胺键将二者融合,设计合成的一个结构全新的HDAC抑制剂。目标化合物进入到体内后,通过抑制HDAC的活性,从而抑制肿瘤细胞的增殖、促进其分化和诱导其凋亡,同时其在体内酰胺酶催化下可代谢释放出AM80,AM80作用于RARα受体而诱导白血病细胞的分化和抑制其增殖,不仅可以实现与前体药物的协同调节作用,而且还能发挥多靶点的药物治疗作用。前期体外细胞试验结果可以看出,WJD-A-1对3种白血病细胞表现出了较好增殖抑制活性,对NB4细胞的增殖抑制活性明显高于AM80,但对HL-60和K562细胞的抗增殖活性与AM80相当。本论文的研究目的是建立体内分析方法,探索化合物WJD-A-1在大鼠体内药物代谢动力学行为,考察WJD-A-1在大鼠体内组织分布和血浆蛋白结合的情况,研究WJD-A-1在大鼠体内的代谢和排泄情况,并评价其对人肝细胞色素CYP450酶活性的抑制作用。结果如下:一、确定了WJD-A-1静脉给药在大鼠体内的药代动力学相关参数1.首次建立了简单、专属和灵敏的测定大鼠血浆中WJD-A-1和AM80浓度的LC-MS/MS方法,该法经沉淀蛋白处理,采用ESI正离子检测,MRM扫描。测定血浆中WJD-A-1和AM80的线性范围为5.405.40×103 ng/mL和5.085.08×103ng/mL,定量下限为5.40 ng/mL和5.08 ng/mL。以质控样品计算,检测方法日内精密度(RSD)为1.55%4.02%,日间精密度(RSD)为0.60%5.09%,准确度(RE)为-2.55%6.80%。结果表明本方法专属性强、灵敏度高、操作简便,具有良好的精密度和准确度。2.应用该方法对大鼠分别经灌胃、静脉给予化合物WJD-A-1后的吸收情况进行了系统的研究。结果表明:对大鼠灌胃给药8.0、16.0、32.0 mg/kg后的血浆样本进行采集、处理和测定,结果所有样品中均未检测到WJD-A-1和AM80,说明该化合物体内吸收极差,生物利用度极低,不适宜开发用作口服药物。3.大鼠静脉给予WJD-A-1低、中、高三个剂量(75、150、300μg/kg)后血浆中WJD-A-1的半衰期t1/2分别为(0.10±0.05)h、(0.24±0.02)h、(0.51±0.06)h;其浓度-时间曲线下的面积AUC(0-t)分别为(150.60±21.69)μg·h/L、(883.07±135.68)μg·h/L、(3311.59±418.15)μg·h/L,WJD-A-1的AUC(0-t)值与剂量呈正相关,相关系数r>0.9,提示该化合物的体内暴露量与给药剂量成正比。大鼠静脉给予WJD-A-1低、中、高三个剂量后,血浆中AM80的半衰期t1/2分别为(0.08±0.01)h、(0.13±0.01)h、(0.30±0.07)h;其浓度-时间曲线下的面积AUC(0-t)值分别为(14.36±1.97)μg·h/L、(65.71±3.27)μg·h/L、(315.11±27.89)μg·h/L,AM80的AUC(0-t)与剂量呈正相关,相关系数r>0.9,表明在此剂量范围内WJD-A-1的体内代谢物AM80的暴露量与给药剂量也呈线性关系。二、明确了WJD-A-1静脉给药在大鼠体内的组织分布情况通过已建立的血浆样本中检测化合物浓度的LC-MS/MS法,考察了化合物WJD-A-1静脉给药后在大鼠体内的组织分布情况,从而对化合物WJD-A-1在大鼠体内的靶向性以及各组织中的蓄积情况进行评价。结果表明:大鼠静脉给予WJD-A-1(150μg/kg)后,血浆含量最高,除血浆外,WJD-A-1更易于在心、肝、肾和脾等血量丰富的组织分布;而在脂肪、肌肉等血流量较少的组织分布较少;尚未检测到WJD-A-1在脑中的含量,表明WJD-A-1不易通过血脑屏障;在卵巢、子宫、附睾、睾丸中均检测到了WJD-A-1。采用平衡透析法,对WJD-A-1与新鲜大鼠血浆和人血浆的血浆蛋白结合率进行了研究,测定了不同浓度的WJD-A-1在大鼠血浆和人血浆中的蛋白结合率。结果表明:WJD-A-1在50、100、200 ng/mL三个浓度水平与大鼠血浆蛋白的平均结合率为(84.16±1.84)%、(84.35±2.63)%、(82.39±2.11)%;WJD-A-1在50、100、200 ng/mL三个浓度水平与人血浆蛋白的平均结合率分别为(86.12±2.58)%、(83.10±2.01)%、(80.86±1.88)%。结果表明:WJD-A-1在体外实验中与血浆蛋白结合率高,平均在80%90%之间,提示给药后WJD-A-1在体循环中主要以与血浆蛋白结合的形式存在。三、确定了WJD-A-1在大鼠体内的代谢与排泄情况收集大鼠静脉给予WJD-A-1前和给药后012 h的累计胆汁和尿样品,经处理后采用质谱进行代谢产物研究。通过对代谢产物的研究并结合化合物WJD-A-1的结构特点,确定了主要的代谢产物为AM80。本次实验通过已经建立的测定血浆样本中的WJD-A-1及其代谢产物AM80含量的LC-MS/MS法,研究了WJD-A-1和AM80在大鼠体内的排泄情况。研究结果表明:血浆中WJD-A-1和AM80的联合测定方法同样适用于排泄物(胆汁、粪便、尿液)中两种化合物的含量测定,其线性、准确度和精密度均符合要求;在该方法的基础上,研究发现大鼠静脉给予WJD-A-1后,原形药物及代谢物AM80的排泄迅速,12 h内累积排泄达给药量的80%以上;胆汁是最主要的排泄途径,其累计排泄量约为给药剂量的97%;尿液占比较小,约为1.35%;原形药是最主要的排泄形式,其次是代谢物AM80,二者的累积排泄量分别约占剂量的63.3%和22.5%。四、明确了WJD-A-1对人肝细胞色素CYP450酶的影响与肝脏药物代谢密切相关的重组酶有CYP1A2、CYP3A4、CYP2C9、CYP2C19和CYP2D6。本研究利用高通量荧光扫描技术研究了化合物WJD-A-1对主要的CYP450酶亚型CYP1A2、CYP3A4、CYP2C9、CYP2C19和CYP2D6的影响,结果证实除CYP3A4外,IC50均明显大于10μmol/L;对于CYP3A4,其IC50数值为8.56μmol/L。WJD-A-1对5种主要代谢酶的抑制实验结果表明WJD-A-1对CYP2D6、CYP1A2、CYP2C19和CYP2C9的抑制作用很弱,没有临床意义;对CYP3A4可能存在抑制作用。本研究的意义在于利用经过确证的LC-MS/MS分析方法为基础测定了生物样品中的化合物WJD-A-1及其代谢产物AM80的浓度,系统进行了WJD-A-1在大鼠体内的药代动力学实验,探讨了WJD-A-1在大鼠体内动态变化的规律及其特点,确定了CYP450酶在WJD-A-1代谢中的作用,为该化合物进入临床研究提供了科学的实验依据。所建立的LC-MS/MS分析方法具有准确、灵敏、快捷、可重复等特点。所得的实验结果对于WJD-A-1药物的研发、预测药物相互作用以及指导临床安全合理用药均提供重要的理论依据和应用价值。
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