【恒兴大讲堂】药物的代谢活化与化学结构的关系及其机理（四）
来源：恒兴医药
今天是《药物的代谢活化与化学结构的关系及其机理》的第四期啦！还记得我们之前聊到的内容吗？从结构到途径还有机理大家都有好好在看吗？那么，我们继续今日之旅吧！
N-甲基甲酰胺（N-methylformamide, NMF）是常用的化学品，被发现在小鼠体内具有一定的抗肿瘤活性①，但在临床中经常可发现该物质引起乏力、恶心和剂量相关的肝损伤等毒副作用。
进一步的研究推测，NMF在P450酶(尤其是CYP2E1）的作用下被氧化为强反应性的甲基异氰酸酯，可以与生物大分子进行共价结合，也可随后被水解为胺排出体外②。实际上，甲基异氰酸酯极其不稳定，并没有被真正测到。但在另一项研究中，试验者们对化学品N-（1-甲基-3,3-二苯基丙基）甲酰胺在大鼠中的代谢途径进行了研究，发现了稳定的异氰酸酯中间产物的生成③，也从另一个角度证实了人们所推测的NMF的代谢活化途径。N,N-二甲基甲酰胺是另一种常见的含有甲酰胺结构的化学品，该物质也可通过甲基异氰酸酯的生成而引起急性毒性④。
甲酰胺结构在已上市药物中几乎没有，目前的观点认为所有含有甲酰胺结构的化合物几乎都具有潜在的毒性。
降血糖药甲苯磺丁脲被发现在动物模型和人体中具有致畸和胚胎毒性作用，因此在受孕患者中的使用受到了很大的限制。Guan等人通过研究认为，甲苯磺丁脲中的磺酰脲结构代谢生成的异氰酸酯可能就是导致其生殖毒性的原因⑤。礼来公司开发的二芳基磺酰脲类细胞毒性抗肿瘤化合物磺氯苯脲对多种肿瘤具有药理活性作用，但在其临床研究中发现其可引起溶血性贫血和正铁血红蛋白症⑥。与甲苯磺丁脲一样，研究也发现了磺氯苯脲中的磺酰脲结构被代谢成为反应性的异氰酸酯产物⑦。尽管可以将异氰酸酯代谢物确定为这两个化合物产生毒性的重要原因，但该代谢过程中参与的酶并不清楚。韩国同和制药研发的DW2282也是二芳基磺酰脲类抗肿瘤化合物，该化合物的脲亚结构处于一个五元环上。有意思的是，该五元环状结构似乎比较稳定，不太容易开环生成异氰酸酯而产生相应的毒性⑦。这一有趣的事实似乎可以为该类化合物避免代谢活化提供一些视角和切入点。
噻唑烷二酮是格列酮类Ⅱ型糖尿病药物的共同结构。有趣的是，格列酮类降糖药自始就一直受到严重的毒副作用的困扰。环格列酮、恩格列酮和达格列酮在临床试验阶段发现包括肝毒在内的严重毒副作用而未能成功上市；首个噻唑烷二酮类降糖药曲格列酮，在1997年被FDA批准上市后即造成大量的肝衰竭和由此导致的死亡案例，最终在2000年从美国退市；罗格列酮于1999年被FDA批准上市，但在2007年被FDA予以黑框警告，并在2012年曾一度被令下架，2010年罗格列酮在欧盟被退市，如今在美国和中国则被严格限制使用。
噻唑烷二酮结构的代谢活化被推测是该类降糖药产生毒性的主要原因之一⑧。噻唑烷二酮首先经由P450介导形成不稳定的S-氧化物，继而开环形成反应性的α-羰基异氰酸酯。研究证实曲格列酮、罗格列酮和吡格列酮均存在这一代谢活化途径⑨。
苄胺在已上市的药物结构中并不多见，主要是一些抗真菌药如特比萘芬、 布替萘芬等，其它的如降糖药帕吉林等。有一些开发中的抗凝血的Xa因子抑制剂如DPC423和DPC602也含有该结构。研究发现苄胺也可以被代谢活化。
帕吉林是MAO⑩和ALDH⑪的机理性抑制剂。科学家们早期就发现，苄胺是引起ALDH机理性抑制的的可能原因之一⑪⑫。而Mutlib对DPC423和DPC602的体外及体内研究提示，未取代苯胺主要通过两条途径被代谢活化⑬。其一是氧化脱胺后形成羧酸，进一步形成反应性的酰基葡萄糖醛酸结合产物；其二是氨基首先被羟基化，继而形成亚硝酸/肟。可以认为，在分子中没有其它更易代谢的位点存在的情况下，未取代苄胺都可能发生代谢活化。N-取代苄胺若有机会被生物转化为未取代苄胺之后，也可以发生同样的代谢活化。
参考文献
①Pagnotta E, Calonghi N, Boga C, et al. N-methylformamide and 9-hydroxystearic acid: two antiproliferative and differentiating agents with different modes of action in colon cancer cells [J]. Antic-ancer Drugs, 2006, 17:521-526.
②Mutlib A, Jiang P, Atherton J, et al. Identification of potential genomic biomarkers of hepatotoxicity caused by reactive metabolites of N-methylformamide: Application of stable isotope labeled c-ompounds in toxicogenomic studies [J]. Chem Res Toxicol, 2006, 19:1270-1283.
③Mutlib AE, Talaat RE, Slatter JG, et al. Formation and reversibility of S-linked conjugates of N-(1-methyl-3,3-diphenylpropyl)isocyanate, an in vivo metabolite of N-(1-methyl-3,3-diphenylpropyl)formamaide, in rats [J]. Drug Metab Dispos, 1990, 18:1038-1045.
④Wang P, Huang JS, Li XJ, et al. [Occupational acute dimethylformamide poisoning: an analysis of 16 cases] [J]. Zhonghua Lao Dong Wei Sheng Zhi Ye Bing Za Zhi, 2013, 31:765-767.
⑤Guan X, Davis MR, Tang C, et al. Identification of S-(n-butylcarbamoyl)glutathione, a reactive car-bamoylating metabolite of tolbutamide in the rat, and evaluation of its inhibitory effects on glutathione reductase in vitro [J]. Chem Res Toxicol, 1999, 12:1138-1143.
⑥Guan X, Hoffman BN, McFarland DC, et al. Glutathione and mercapturic acid conjugates of sulofenur and their activity against a human colon cancer cell line [J]. Drug Metab Dispos, 2002, 30:331-335.
⑦Jochheim CM, Davis MR, Baillie KM, et al. Glutathione-dependent metabolism of the antitumor agent sulofenur. Evidence for the formation of p-chlorophenyl isocyanate as a reactive intermedi-ate [J]. Chem Res Toxicol, 2002, 15:240-248.
⑧Kennedy EL, Tchao R, and Harvison PJ. Nephrotoxic and hepatotoxic potential of imidazolidinedione-, oxazolidinedione- and thiazolidinedione-containing analogues of N-(3,5-dichlorophenyl)s-uccinimide (NDPS) in Fischer 344 rats [J]. Toxicology, 2003, 186:79-91.
⑨Alvarez-Sanchez R, Montavon F, Hartung T, et al. Thiazolidinedione bioactivation: a comparison of the bioactivation potentials of troglitazone, rosiglitazone, and pioglitazone using stable isotope-labeled analogues and liquid chromatography tandem mass spectrometry [J]. Chem Res Toxicol, 2006, 19:1106-1116.
⑩Wang J and Edmondson DE. Topological probes of monoamine oxidases A and B in rat liver mitochondria: inhibition by TEMPO-substituted pargyline analogues and inactivation by proteolysis [J]. Biochemistry, 2011, 50:2499-2505.
⑪DeMaster EG, Shirota FN, and Nagasawa HT. Role of propiolaldehyde and other metabolites in the pargyline inhibition of rat liver aldehyde dehydrogenase [J]. Biochem Pharmacol, 1986, 35:1481-1489.
⑫Mutlib AE, Chen SY, Espina RJ, et al. P450-mediated metabolism of 1-[3-(aminomethyl)phenyl]-N-[3-fluoro-2'-(methylsulfonyl)-[1,1'-biphenyl]-4-yl]-3-(trifluoromethyl)-1H-pyrazole-5-carboxam-ide (DPC 423) and its analogues to aldoximes. Characterization of glutathione conjugates of postulated intermediates derived from aldoximes [J]. Chem Res Toxicol, 2002, 15:63-75.
⑬Mutlib AE, Shockcor J, Chen SY, et al. Disposition of 1-[3-(aminomethyl)phenyl]-N-[3-fluoro-2'- (methylsulfonyl)-[1,1'-biphenyl]-4-yl]-3-(trifluoromethyl)- 1H-pyrazole-5-carboxamide (DPC 423) by novel metabolic pathways. Characterization of unusual metabolites by liquid chromatography/mass spectrometry and NMR [J]. Chem Res Toxicol, 2002, 15:48-62.
下期我们将会聊到关于硝基芳烃、肼、硫脲、环丙胺、巯基/双硫键的代谢活化途径，欢迎大家留言参与讨论，那么我们下期再见咯！
