合成生物学在阐明药物代谢酶及转运体相互关系研究中的应用

Drug metabolizing enzymes (DMEs) and drug transporters, the two biological systems governing the absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME) process, play critical roles in the efficacy and safety of a variety of therapeutic agents. Elucidation of the relative contribution of individual DME and transporter to the overall clearance of a given drug is an important task in personalized medicines. Using classical as well as targeted antitumor drugs (paclitaxel, sorafenib, etc.) as tool compounds, the present study aims to utilize synthetic biology techniques and established cell-based systems (surrogate hepatocytes), in conjunction with appropriate animal models, to investigate the interplay between underlying DMEs and drug transporters, define their contributions to drug-drug interactions (DDIs), and explore the feasibility of mechanism-based modulation of drug clearance network. It is believed that such efforts would not only lead to the development of more effective and safe combination therapies but also enhance the practice of personalized medicines.

代谢及跨膜转运是影响药物体内过程的两个关键因素。代谢酶和转运体对药物清除的贡献不但影响药效及安全性，同时也是个体化治疗方案优化的重要依据。因此，阐明药物代谢和跨膜转运机制以及代谢酶和转运体之间的相互关系尤为重要。以经典及靶向抗肿瘤药物（紫杉醇、索拉菲尼等）为工具化合物，本项目拟使用通过合成生物学技术建立的具有多功能的细胞模型及相关动物试验，对CYP3A4，CYP2C8，UGT1A9和BRCP、P-gp等介导的代谢及转运机制进行深入研究，阐明各个分子机制对药物清除及药物相互作用的相对贡献，考察通过干预药物清除网络实现降低不良药物相互作用的可能性。相关研究成果不仅有益于开发安全、有效的联合用药方案，更能提升基于代谢和转运机制的个体化治疗的广泛应用。

代谢及跨膜转运是影响药物体内过程的两个关键过程。代谢酶和转运体对药物清除的贡献不仅影响药效及安全性，同时也是个体化治疗方案优化的重要依据。因此，阐明药物代谢和跨膜转运机制以及代谢酶和转运体之间的相互关系尤为重要。本项目完成的研究内容包括：多种药物定量测试的LC-MS/MS方法开发与应用；体外药物代谢酶、转运体瞬时转染/稳定转染细胞株构建及功能验证与应用；基于代谢酶或转运体的体外相互作用机制研究；运用大鼠、小鼠（包括基因敲除小鼠）为动物模型，进行体内代谢、转运（组织分别）及药物之间的相互作用研究；构建小鼠肿瘤模型，考察药物药效与药物代谢动力学的相关性等；运用上述各种技术平台，筛选优化小分子化合物成药性。重要发现包括：甜菊醇酰基葡萄糖醛酸苷对CYP2C8介导的紫杉醇代谢具有可逆性抑制，但其抑制不具备时间依赖性；夫拉米定或吉西他滨前药Compound-3均能对CYP4F2产生较强的抑制作用；多种药物对OAT3介导的摄取有强抑制作用，影响药物的肾排泄；小鼠脑P-gp、Bcrp基因缺失影响多个药物的脑分布；辐射通过破坏胃肠道表皮细胞及上调P-gp表达降低抗肿瘤药物索拉菲尼的口服动力学；发育过程中，P-gp的表达和伊马替尼脑分布成反比关系。本项目的研究成果不仅阐明了代谢转运在药物处置的重要作用，有益于开发安全、有效的联合用药方案，更能提升基于代谢和转运机制的个体化治疗的广泛应用。