近年来,在治疗社区获得性肺炎(Community acquired pneumonia, CAP)中,细菌尤其是革兰阳性菌对β内酰胺类和红霉素类抗菌药耐药率急剧上升,耐药性肺炎链球菌(Drug-Resistant Streptococcus pneumoniae, DRSP)和社区获得性耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(Community-Acquired Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus, CA-MRSA)日益增加,同时也出现了β内酰胺酶阴性但对氨苄西林耐药的流感嗜血杆菌。因此选择合适的抗菌药物和最佳的给药方案(体内达到最大杀菌效果)已成为提高抗菌药物治疗CAP有效性和遏制细菌耐药性产生的主要解决方法。抗菌药物有效给药方案的制定需基于药动学(PK)和药效学(PD)两者相结合原则,方能在人体感染灶内达到有效浓度,并清除其中的病原菌,达到最佳的临床和微生物学疗效。因此,在进行抗菌新药治疗临床研究中,有必要按照国际规范化的要求,开展群体药代动力学(Population pharmacokinetics, PPK)和药代动力学／药效学(Pharmacokinetics/Pharmacodynamics, PK/PD)研究,以获得该新药在感染患者人群中的药代动力学特点,结合该药的药效学资料,制定抗菌新药最佳给药方案。喹诺酮类抗菌药物具有抗菌谱广、药物不良反应少、口服生物利用度高且组织渗透性好等特点,尤其在肺部组织体液中浓度高,通常可达同期血药浓度的2-9倍。目前呼吸喹诺酮类药物被广泛用于敏感菌所致的呼吸道感染。苹果酸奈诺沙星是一种新型无氟喹诺酮类(Non-Fluorinated Quinolone, NFQ)抗菌药,该药为选择性细菌拓扑异构酶抑制剂,具有广谱抗菌活性,对青霉素敏感、中介或耐药肺炎链球菌(Penicillin-susceptible Streptococcus pneumoniae (PSSP), Penicillin-intermediate Streptococcus pneumoniae (PISP), Penicillin-resistant Streptococcus pneumoniae (PRSP)、甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌具有良好抗菌活性,对部分革兰阴性菌如卡他莫拉菌(Moraxelle catarrhalis)、流感嗜血杆菌(Haemophilus influenzae)等及非典型病原体如军团菌属(Legionnella)、肺炎支原体(Myxoplasma pneumoniae)和肺炎衣原体(Chlamydia pneumoniae)等也具有活性。目前作为1.1类创新药对该药开展Ⅰ～Ⅲ期的临床研究。在该药的临床研究中,我们首次在国内引入基于PPK和PK/PD研究的计算机仿真模型技术(Model Based Drug Development, MBDD)模式的概念,在苹果酸奈诺沙星胶囊Ⅱ期、Ⅲ期临床试验中开展PPK研究,并整合Ⅰ期临床研究中健康受试者全程血药浓度数据,建立PPK模型,通过建模与模拟的方法,定量考察CAP患者的生理和病理情况下对该药的体内过程的影响,获得影响药物吸收、分布、代谢和排泄(ADME)过程的协变量,并通过Bayesian反馈,获得患者个体PK参数,结合该药的体外药效学结果,建立PK/PD模型,通过Monte Carlo模拟方法筛选不同的给药方案,为提供该药在CAP患者体内达到最大杀菌效果的给药方案,以期达到最佳临床和细菌学疗效,同时对阻止耐药菌的产生也具有重要意义。本课题研究旨在建立基于抗菌新药PPK和PK/PD模型的MBDD方法,贯穿于抗菌新药Ⅰ～Ⅲ期临床研究全过程,以符合国际规范化的要求,与国际接轨。本课题研究内容包括以下4部分：一、苹果酸奈诺沙星胶囊在健康受试者中的药代动力学研究；二、苹果酸奈诺沙星胶囊在CAP患者中的药代动力学研究；三、苹果酸奈诺沙星胶囊在CAP患者中群体药代动力学研究；四、苹果酸奈诺沙星胶囊的PPK/PD研究及给药方案评价。第一部分苹果酸奈诺沙星胶囊在健康受试者中的药代动力学研究本部分研究分三个阶段。第一个阶段采用随机、开放、三周期、三剂量拉丁方交叉设计,研究12例健康受试者(男女各半)分别单次空腹口服苹果酸奈诺沙星胶囊250mg、500mg和750mg的药动学特征；第二阶段采用随机、开放、自身交叉试验设计,12例健康受试者(男女各半)在进食高脂试验餐或空腹状态下口服苹果酸奈诺沙星胶囊500mg,研究进高脂餐对奈诺沙星药动学的影响。第三阶段采用开放设计,共入组24例健康受试者,分为两个剂量组,每组男女各半。受试者口服苹果酸奈诺沙星胶囊500mmg或750mg,每日1次,连续10天给药方案,研究空腹多剂口服苹果酸奈诺沙星胶囊500mg或750mg的药动学特征。上述3阶段试验中均按时留取受试者的血浆、尿液样本,以LC-MS/MS法测定其血浆和尿液样本中奈诺沙星的浓度,采用WinNonlin6.0软件以非房室模型和二房室模型分析法计算各项药代动力学参数(PK)参数。健康受试者单次空腹口服苹果酸奈诺沙星胶囊250mg、500mg和750mg后吸收迅速,约在给药后1～1.5h达到血药峰浓度(C max),C max分别为(3.237±0.667) μg/mL,(5.909±1.349)μg/mL和(8.525±1.739)μg/mL, AUC0-∞分别为(21.52±3.36) μg·h/mL、(42.41±5.83)和(66.54±7.90)μg·h/mL。3剂量组T1/2相近,分别为(10.73±2.71)h、(12.83±3.72)h和(11.01±3.61)h。统计分析结果显示奈诺沙星250mg-750mg剂量范围内AUC0-∞、AUC0.72h和C max与剂量间呈线性比例关系,提示该药在250mg～750mg呈线性PK特性。健康受试者进高脂餐后口服苹果酸奈诺沙星胶囊后的吸收速率减慢,和吸收程度降低,与空腹给药组相比,血药浓度达峰时间(Tmax)延迟约2.5h,Cmax降低约20%,AUC0-∞降低约18%。提示该药宜空腹给药。多剂PK研究结果显示健康受试者每日口服奈诺沙星500mg或750mg,连续给药10天后,体内无蓄积。上述单、多剂PK结果亦显示,奈诺沙星主要消除途径在肾脏,健康受试者给药后72h内药物以原形从尿中排出给药量的70%左右。第二部分苹果酸奈诺沙星胶囊在CAP患者中的药代动力学研究本课题在“评价两种剂量的苹果酸奈诺沙星胶囊治疗成人社区获得性肺炎患者有效性和安全性的多中心、随机、双盲双模拟、平行对照Ⅱ期临床研究”中进行CAP患者PK研究,并与健康受试者结果进行比较。本研究采用开放试验设计,12例受试者口服奈诺沙星胶囊500mg,另6例口服该药750mg,均每日一次,连续口服7-10天,末次给药后72h内不同时间留取受试者的血浆、尿液测定其中药物浓度,采用WinNonlin6.0软件以非房室模型和二房室模型分析法计算各项药动学参数。结果CAP患者多剂口服苹果酸奈诺沙星胶囊500mg和750mg后Tmax分别为(1.71±1.18)h和(1.92±±1.2)h,Cmax分别为(5.42±2.12) μg/mL和(8.49±3.4)μg/mL。AUC0-∞分别为(54.5±18.25)μg·h/mL和(71.2±16.15)μg·h/mL。T1/2分别为(9.15±1.37)h和(8.87±1)h。两个剂量组Cmax和AUC随剂量增加的比例与剂量增加比例大致相当,两组T1/2相仿。比较相同剂量下CAP患者和健康受试者非房室模型主要PK参数Tmax、Cmax、Cmin、Cave、AUC0-∞间差异均无统计学意义(p>0.05)。房室模型参数结果显示500mg和750mg组的CAP患者T1/2,Ka均长于健康受试者,约为健康受试者3-5倍。此可能和CAP患者不限制饮食相关。此与第一部分研究中高脂餐对奈诺沙星吸收的影响结果不同,虽然CAP患者药物吸收减慢1.25-1.5h,但是AUC和健康受试者相仿。本研究结果提示CAP患者可能不需要空腹给药。CAP患者给药后72内尿累积排出率与健康受试者大致相仿。第三部分苹果酸奈诺沙星胶囊在CAP患者中群体药代动力学研究在“评价两种剂量的苹果酸奈诺沙星胶囊治疗成人社区获得性肺炎患者有效性和安全性的多中心、随机、双盲双模拟、平行对照Ⅱ期临床研究”和“评价口服苹果酸奈诺沙星胶囊对比左氧氟沙星治疗成人社区获得性肺炎患者的有效性和安全性的多中心、随机、双盲双模拟、平行对照Ⅲ期临床研究”分别入选56例(包括第2部分18例开放试验全程PK试验的CAP患者)和57例CAP患者进入PPK研究。共测定463份血样中药物浓度,并整合Ⅰ期临床研究48例70例次受试者1528个血药浓度数据,共计1991个血药浓度数据。采用NONMEM程序,PDXPOP软件,R程序包和XPOSE程序建立PPK模型并做验证。结果奈诺沙星基础PK模型为二房室模型,模型参数包括药物清除率CL、中央室分布容积V2、室间清除率Q、外周室分布容积V3和吸收速率常数Ka,随机效应中个体间变异为乘法模型,个体内变异(残差)符合乘法模型。固定效应模型共筛选29个协变量,结果显示发现疾病状态(健康者或CAP患者)和肌酐清除率的变化对CL有意义,体重、基础疾病和年龄的变化对V2有意义,是否空腹对Ka有意义。确定最终模型如下：CL/F、V2/F、Q/F、V3/F和Ka的群体典型值分别为12.8L/h、91.9L、1.14L/h、21.6L和2.531/h。采用Bootstrap自举法验证PPK模型,运算1000次模型收敛率99.8%,各PPK参数自举运算结果和最终模型很接近,95%置信区间基本重合,偏差小于9%,且各参数分布特征都基本符合正态分布。结果证明PPK模型稳定,参数估算值有较好可信度。通过贝叶斯反馈法并按年龄、体重,肾功能或疾病状态协变量分层后进行各群体PK参数统计分析,结果显示,患者不同生理和病理情况影响奈诺沙星在人体内吸收、分布、代谢和消除过程。肾功能轻度减退者、有基础疾患者、年龄≥60岁老年人或体重<60kg者,奈诺沙星在其体内消除(CL)减缓；空腹给药者、有基础疾患者、年龄<40岁或体重<60kg者的中央室分布容积(V2)减小；CAP患者和进餐后给药者的吸收速率常数(Ka)减小,提示进食可减慢奈诺沙星在人体内吸收速度。此与第二部分结果相仿。第四部分苹果酸奈诺沙星胶囊的PPK/PD研究及给药方案评价根据第三部分获得的奈诺沙星PPK模型,固定群体典型值,模拟113例Ⅱ期和Ⅲ期临床试验的CAP患者500mg每日一次和750mg每日一次连续10日给药后达到稳态时血药浓度值,每个值模拟20次,共得到113例个体0-72h内不同时间点2260个个体的血药浓度值,然后采用WinNonlin软件计算出每个CAP患者PK参数,结合本单位前期完成的CAP常见病原菌药敏结果包括青霉素敏感PSSP、PISP、PRSP、流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、MSSA、 MRSA共计302株。以Matlab软件采用蒙特卡洛方法计算奈诺沙星500mg和1750mg给药方案对上述CAP常见病原菌的AUC24/MIC90以及Cmax/MIC90达到药效学靶值的累积反应百分率(Cumulative fraction of response, CFR)和达标概率(Probability of target attainment, PTA)。CFR计算结果显示,当AUC24/MIC90=25和Cmax/MIC90=5时,上述2种给药方案对CAP常见病原菌CFR均达到95%及以上；当AUC24/MIC90=63和Cmax/MIC90=8时,CFR值亦能达到90%及以上,除了500mg给药方案对MRSA的CFR略低于90%(88.5%和83.4%)。PTA计算结果显示,当奈诺沙星对CAP病原菌的MIC<lmg/L时,500mg和750mg给药方案达到AUC24/MIC90=25和Cmax/MIC90=5的PTA均大于90%及以上,对需达到AUC24/MIC90=63和Cmax/MIC90=8的PTA为90%及以上时,则奈诺沙星对CAP病原菌的MIC需<0.5mg/L。奈诺沙星PPK/PD分析结果显示,苹果酸奈诺沙星胶囊500mg以及750mg口服7-10日给药方案治疗社区获得性肺炎预期在临床上均可获得最佳的临床和微生物学疗效。