药代动力学新技术提高药物临床研究成功率

潘锋

由中国医师协会、中国医师协会血液科医师分会联合主办，国家血液系统疾病临床医学研究中心苏州大学附属第一医院、国家血液系统疾病临床医学研究中心北京大学人民医院、北京大学血液病研究所承办的“2020中国血液病大会暨第十四届中国医师协会血液科医师年会”，8月14—15日在苏州举行。本届大会在传承往届年会特色的基础上增加了创新环节，邀请我国多位院士、著名学者围绕科研方法、转化医学、血液学进展等热点话题进行了专题讲座，与会学者通过线上+线下方式共同探讨了血液病学未来发展趋势和方向。

大会主席、中国医师协会血液科医师分会会长、北京大学血液病研究所所长黄晓军教授说，年会特色鲜明，为开阔医生的职业生涯和临床视野提供了一个高水平的学术交流平台。大会主席、中华医学会血液学分会主任委员、国家血液系统疾病临床医学研究中心常务副主任吴德沛教授介紹说，年会每年举行的辩论赛，辩论内容紧密结合临床，辩出了水平和辩出了特色。中国工程院院士、中国药科大学原副校长、中国药科大学学术委员会主席王广基教授在题为“精准医学背景下药代动力学新技术在新药及临床研究中的探索”的主题报告中介绍说，由中国科学家首次提出的细胞PK/PD理论和技术方法，有力地推动了药代动力学研究从血浆到细胞的突破。

循证医学需向精准医学转换

王广基院士首先介绍说，基于循证医学建立的临床用药规则对药物使用有着的统一标准，所有患者用药“一刀切”，但却临床疗效各异且常常伴有不良反应，同一个用药方案部分患者有效，部分患者无效，部分甚至产生毒副作用。对2015年Nature发表的文章统计发现，常见临床药物对同一患者群体治疗的有效率仅为4%～65%，造成这一现状的原因复杂，既有基因多态性和遗传等基因方面的因素，也有饮食、吸烟、伴随药物等环境因素，因此，循证医学向精准医学转换是提高药物临床疗效的重要方向。美国前总统奥巴马2015年1月30日向美国国会申请实施“精准医学”项目，以实现对疾病的精准预防、精准诊断和精准治疗的3R诊疗。

“精准用药是精准治疗的核心关键科学问题之一，涉及用药种类、给药方案设计、给药时间、药物剂量等问题，精准医学对药代动力学研究提出了新挑战。”王广基院士说。

王广基院士介绍，药代动力学是通过研究机体对药物的处置能力，指导药物的剂量选择，从而达到精准用药的目的。具体地说，药代动力学就是定量研究药物在体内的吸收、分布、代谢、外排的一门科学，在血浆药物浓度测定的基础上通过房室模型等数学模型求算相应的药代动力学参数后，描述或预测药物的体内过程。基因组学是精准用药的一个重要方面，通过对疾病的分子分型将有助选择更为有效的药物种类。经典药代动力学认为血浆药物浓度与药效成正比，但其局限性性在于还不能完全解释所有临床用药问题，如小檗碱对抗利托那韦引起的炎性损伤，以及利托那韦增强小檗碱抗炎效应。越来越多的研究发现靶点位于细胞内的药物常出现药代动力学（PK）与药效学（PD）不相关的现象，有研究发现32%的药物靶点在细胞内，而作用靶点在细胞内的药物，药物进入人体后从血浆到达靶点需要穿透多重屏障。因此，与经典血浆药物浓度研究比较，细胞药代动力学通过研究细胞或亚细胞器内药物浓度的经时过程更具重要意义。

实现从血浆到细胞技术突破

王广基院士介绍说，细胞药代动力学的核心是以细胞为单元，定量研究药物在细胞和亚细胞内的吸收、转运、分布、代谢和外排的动力学过程，通过建立数学模型，阐明药物在细胞内的处置规律，科学评价药物的药效。经过多年努力，中国药科大学研究团队在细胞药代动力学研究方面取得多项进展。

王广基院士介绍，研究团队建立了细胞药代动力学研究技术平台，基于质谱定量检测和荧光可视化，建立了全细胞吸收、亚细胞分布、细胞药效动力学研究平台，旨在解决亚细胞内药代动力学研究的难题。根据阿霉素靶点位于细胞核内这一特征，建立了阿霉素全细胞吸收测定方法这一细胞药代动力学研究方法，将细胞接种在培养瓶中，在培养瓶中进行药物处理后弃去含药培养基、洗涤细胞和消化细胞等，再加入磷酸盐缓冲液，冻融裂解细胞后进行样品处理和仪器测定。研究人员通过对阿霉素全细胞吸吸收动力学过程研究发现，在敏感乳腺癌细胞和耐药乳腺癌细胞上阿霉素的全细胞摄取动力学存在显著差异，敏感细胞摄取阿霉素快且多，耐药细胞摄取阿霉素慢且少。独创的阿霉素亚细胞分布测定方法是将细胞接种在培养瓶中，在培养瓶中进行药物处理后弃去含药培养基、洗涤细胞、消化细胞，加入裂解液并在冻融条件下手动匀浆，离心沉淀后，沉淀物为细胞核。然后将上清液再离心，上清部分为胞浆成分，沉淀为线粒体成分，之后进行样品处理和仪器测定。阿霉素亚细胞分布动力学过程研究提示，亚细胞摄取阿霉素后在细胞核的分布显著高于胞浆和线粒体，阿霉素有核靶向性，在耐药细胞上核内阿霉素浓度显著低于敏感细胞，耐药细胞对阿霉素核摄取减少可能是肿瘤耐药的机制之一。

王广基院士介绍，研究人员还通过应用细胞药代动力学发现了肿瘤多药耐药逆转剂人参皂苷Rh2，人参皂苷Rh2可增加阿霉素在耐药细胞的吸收，增加阿霉素在耐药细胞在亚细胞的分布。当在耐药细胞上给予人参皂苷Rh2和维拉帕米后，可以时间、浓度依赖性地显著增加阿霉素在细胞核、线粒体和细浆内的积累，尤其以细胞核内的增加最为明显，阿霉素进入细胞器的量增多且进入速度提高浓度-时间曲线上移。人参皂苷Rh2增加了阿霉素在耐药细胞的胞核与胞浆比，活细胞工作站定量分析发现，在耐药细胞上人参皂苷Rh2不仅在阿霉素细胞内聚集，同时增强阿霉素细胞核分布，但在敏感细胞上人参皂苷Rh2没有显示出明显作用。

此外，研究发现人参皂苷Rh2还可协同增敏诱导细胞凋亡，通过荧光显微镜观察及流式细胞仪定量研究发现，人参皂苷Rh2浓度依赖性地增加了阿霉素诱导的耐药细胞凋亡，显示出明显的增敏阿霉素作用。研究人员还建立了人参皂苷Rh2协同增敏阿霉素PK/PD模型，细胞PK模型拟合显示，在敏感细胞和耐药细胞的各亚细胞器内，细胞动力学模型都能很好地拟合阿霉素在细胞内的亚细胞分布过程;细胞PD模型拟合显示，药效学模型拟合效果较好，能够描述阿霉素诱导的耐药细胞凋亡作用，由中国学者率先提出的细胞药代动力学研究获得国内外高度认可。进一步深入研究发现阿霉素耐药细胞的细胞核以及核膜上存在的高表达P-jp形成了“双重屏障”，降低了阿霉素向细胞核内的转运速度和程度，阻碍了阿霉素有效到达细胞核内靶点。以优化阿霉素向核内转运速率和程度为目标，通过细胞、整体药代动力学和药效学结合研究，中国药科大学研究人员发现了具有开发前景的肿瘤多药耐药逆转剂23-HBA，23-HBA作为临床候选药物获得国家重大专项资助。

探索新药研究

王广基院士说，传统药物筛选与评价只重视药物在细胞内的总量，只是研究了药物摄取进入与外排排出细胞的过程，但忽视了药物在细胞内分布和与亚细胞器结合过程，细胞药代动力学在药物筛选中的应用主要体现在对靶点位于细胞内的药物，特别重视药物透过亚细胞器膜的功能研究。如已发现新型抗肿瘤药物是PARP酶抑制剂的活性与药物细胞内浓度不相关，而与细胞核内的浓度具有很好的相关性，提示在进行此类新药设计时应更多关注新药透过细胞核膜的能力。

王广基院士举例介绍了细胞药代动力学在氨基糖苷类药物耳肾毒性机制的研究和甘草酸制剂保肝研究的进展。

王广基院士说，近年来由于抗感染药物的滥用，细菌耐药性在全球蔓延，导致有效治疗药物越来越少，细菌耐药已成为严重威胁人类健康的全球性问题。氨基糖苷类药物是目前临床上用于应对革兰阴性菌和耐药菌的重要抗感染药物，但氨基糖苷类药物有较为严重的耳肾毒性，限制了这类药物如阿米卡星、庆大霉素、依替米星等的临床的使用。动物研究显示，连续7天腹腔注射给予相同剂量的阿米卡星、庆大霉素等，病理结果显示庆大霉素所致肾损伤即肾小管上皮细胞坏死最为严重，庆大霉素组耳蜗毛细胞及纤毛缺失排列紊乱;连续两周给药后，阿米卡星高剂量组、庆大霉素组的听觉诱发电位（ABR）阈值显著升高，听力严重损伤，表明氨基糖苷类药物的听力损伤是从高频开始的。此外，氨基糖苷类药物多次给药后虽然广泛分布于各组织中，但在肾脏和内耳组织中表现出明显蓄积，以庆大霉素蓄积最为显著。亚细胞分布实验研究发现，氨基糖苷类药物在线粒体分布最多，浓度最高，胞浆和细胞核内分布较少，提示线粒体可能是其作用的靶点之一;进一步深入研究发现氨基糖苷类药物对线粒体复合物活性具有抑制作用，主要损伤线粒体复合物Ⅳ。

王广基院士表示，在药物毒理学研究中经典的药代动力学研究主要是发现靶器官药物蓄积，细胞药代动力学研究则是通过发现亚细胞器的作用部位，针对作用靶部位和机制来探索药物致毒机制和预防药物损害。上述研究首先从血浆到组织再到靶细胞/细胞器，多纬度揭示了氨基糖苷类药物在耳肾组织的高度蓄积是其耳肾毒性的重要原因;第二是基于细胞/亚细胞药代动力学研究揭示了氨基糖苷类药物靶向分布于线粒体，证实线粒体复合物是此类药物毒副作用的重要靶点，为筛选评价高效低毒的新型氨基糖苷类药物提供了新思路;第三是发现依替米星的耳肾毒性小于其他氨基糖苷类药物的机制，与其在耳蜗毛细胞、肾小管上皮细胞线粒体中蓄积量较少密切相关。

王广基院士继续介绍说，恩替卡韦是抗乙肝病毒一线药物，但临床长期使用后有一定的肝损害。甘草酸制剂是临床常用的保肝药物，具有抗炎、抗氧化、抗病毒和免疫调节作用，《慢性乙型肝炎防治指南》等多部指南都推荐甘草酸制剂可用于肝损伤治疗，临床数据显示，恩替卡韦联合甘草酸制剂能够增强恩替卡韦的治疗效果并减少肝损伤。细胞药代动力学研究证实，恩替卡韦主要分布于细胞浆中，其次为细胞核，极少量分布于线粒体。甘草酸的体内代谢产物甘草次酸对MRP、BCRP外排转运具有较强的抑制作用，而恩替卡韦是外排转运体底物。甘草次酸通过抑制外排显著提高了胞浆及细胞核内的恩替卡韦浓度，这与抑制病毒DNA的药理作用部位一致，并且体内外药效试验均证实甘草次酸可增加恩替卡韦在胞内靶部位的分布从而增强了其抗病毒的药效。

王广基院士说，由中国学者建立的药物在细胞/亚细胞的动态可视化检测技术体系，可定量描述藥物在单层、三维和多细胞的转运动力学过程;建立的基于细胞的PK/PD模型以及创建的“靶细胞药代动力学—药效学结合研究”新理论和新模型，解决了细胞内靶向药物或制剂PK/PD不相关，体内预测难这一重大科学问题，提高了药物从临床前到临床研究的成功率。

精准治疗血液病

血液病精准治疗是本届年会的热点议题之一，河南省肿瘤研究院院长、河南省血液病研究所所长、郑州大学附属肿瘤医院副院长宋永平教授介绍说，弥漫大B细胞淋巴瘤（DLBCL）是最常见的一种非霍奇金淋巴瘤（NHL），需要根据患者年龄和预后分层进行精准治疗，DLBCL具有高度异质性，原因在于其细胞起源、肿瘤微环境、原发部位、遗传因素、免疫病理和细胞内信号传导通路等存在差异。初诊DLBCL患者中有11%～34%通过骨髓活检病理学检查即确认有淋巴瘤骨髓侵犯，临床分期归为Ⅳ期，属进展期淋巴瘤。但即使同为骨髓侵犯也存在异质性，以骨髓同样被侵袭性大B细胞淋巴瘤浸润的病理一致性骨髓侵犯占多数，而骨髓被惰性的小B细胞浸润的病理不一致性骨髓侵犯占少数，因此DLBCL的精准诊疗就显得尤为重要。DLBCL精准诊断需要病理切片、免疫组化、流式细胞、FISH和PCR检测，明确患者是否存在克隆性基因重排、T细胞受体基因重排、特殊的标志基因，不仅要明确DLBCL分型，还要通过PET-CT、骨髓活检等进行精准的分期和预后分层，为精准治疗提供依据。

宋永平教授强调，由于DLBCL的高度异质性导致患者的临床特征及对治疗反应的不同，高达半数的患者不能通过标准治疗方案获得治愈，经初期治疗缓解后仍有30%～40%的患者会复发。因此在标准治疗方案的基础上，还要根据患者的年龄和预后分层进行精准治疗，如对于年轻高危患者，可以选用更强的化疗方案或造血干细胞移植，合并大肿块患者可以增加局部放射治疗。

中国医师协会血液科医师分会副会长、中国医学科学院血液病医院副院长、白血病诊疗中心主任王建祥教授说，近年来随着国家的工业化和城市化的发展以及人口逐步老龄化，急性髓性白血病（AML）发病率逐年增加，AML占儿童和青少年急性白血病的15%～20%和成人的85%。王建祥教授介绍说，随着对白血病的细胞遗传学、免疫分型以及基因表达谱分析等领域的进展，人们对其本质的认识也越来越清晰，随着基因检测的普及人们开始逐渐认识到不同AML患者存在不同基因突变，不同的基因突变对患者的预后有直接的影响，AML的治疗策略也发生了里程碑式的进展，即通过对AML进行危险度分层，根据不同的级别再确定相应的治疗策略，一是将患者分类，分为适合强烈化疗和不适合强烈化疗组，需依据患者年龄、合并症、体能和认知情况进行综合评估;二是根据患者分类决定患者是否进行移植或非移植，通常高危或中危患者建议进行异基因造血干细胞移植。

专家简介

王广基，中国工程院院士，教授，博士生导师，现任中国药科大学学术委员会主席，江苏省科学技术协会副主席，江苏省药物代谢动力学重点实验室主任，国家中医药管理局中药复方药代动力学重点实验室主任。国家“863”重大专项“临床前药代动力学关键技术及平台研究”的全国牵头人，在国内建立了国际先进的临床前药代动力学技术平台体系，成为我国创新药物研发的重要支撑，促进了我国创新药的研发及产业化。开拓了中药多成分药代动力学研究理论方法，解决多个关键技术难题，推动了我国中药新药研发现代化与中药国际化进程。获国家科学技术进步奖二等奖3项、部省级科技进步奖一等奖4项，获2012年何梁何利基金科学与技术进步奖。