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1、新药药效学研究,中国医学科学院 中国协和医科大学药物研究所李燕,内容提纲,一.药效学基本概念二.新药药效学主要药效学一般药理学复方药理学三.药效学研究基本方法四.药效学研究基本技术要求五.药效学评价及统计,新药定义未在中国市场销售的药品药效学定义 研究药物的生化,生理效应及其机制,剂量与效应之间的规律。,药效学研究目的,(1)确定新药预期用于临床防、诊、治目的的药效(2)确定新药的作用强度和特点(3)阐明新药的作用部位和机理(4)发现预期用于临床以外的广泛药理作用,一.药效学研究的基本概念,1.药物作用的基本类型和选择性药物通过影响机体固有的生理生化功能而产生作用(1)兴奋:增强原有功能。如肾
2、上腺素使血压升高,速尿使尿量增加。(2)抑制:减弱原有功能。如胰岛素降低血糖,阿司匹林退热作用。,（3)选择性:a.由于结构的特殊性,只干扰某种器官和某种生化过程。如强心甙的心肌兴奋作用，苯巴比妥抑制中枢作用，链霉素抑制结核杆菌等。b.与药物剂量有关，如苯巴比妥随剂量增加可呈镇静 催眠 呼吸抑制意义：药物分类的基础，临床用药选择品种和剂量的依据。,2药物的量效关系,量效关系：药物效应的强弱与剂量或浓度呈一定关系。（1）量反应:效应强度,如血压 mmHg(上升和下降）,尿量 ml数（增加和减少）,心率/min(加速或减慢)。最小效应量：药物效应开始出现时的剂量或浓度效能：产生最大效应的剂量或浓度
3、。,（2）质反应:阳性率或%,如死亡,惊厥,睡眠,治愈等。ED50=50%effective dose,半数有效量LD50=50%lethal dose 半数致死量TI=Therapeutic index,治疗指数 LD50 和 ED50 的比值（LD1/ED99,LD5/ED95）,3药物作用的机理,药物作用原理：研究药物效应的始初反应,及其中间环节。（Where and How）意义：1 阐明药物治疗作用和不良反应的本质，有助于提高疗效，设计新药，2 了解生命现象。,结构非特异性药物：取决于分子的理化性质，如溶解度，渗透压，表面活性，两相分配性质（吸入性麻醉药，络合剂等）结构特异性药物：取
4、决于化学结构的特异性，如反应性，分子状态，体积和表面积，立体化学，功能基配置，电荷分布，受体结合模式等。,（1）改变细胞周围环境的理化性质：中和胃酸，利尿（高渗iv）（2）干扰和参与代谢过程：磺胺竞争二氢叶酸合成酶，Vit补充。（3）对生物膜的影响：抗心律失常影响Na+,Ca+,K+离子转运，多粘菌素B,E损伤细菌的胞浆膜，通透性增加，导致细胞内物质外漏而杀菌。（4）对生理递质或激素的影响：影响生理递质的合成，摄取，释放，灭活，（5）与受体的相互作用,药物与受体的相互作用,受体是能特异性地识别和结合配基(Ligind),并通过相应的信号传导机制，产生最终生物效应的分子。药物与受体的相互作用可用
5、下列方式表达：K1D+R DR EK2信号传导药物与受体的结合取决于对受体的亲和力(Affinity)，结合后产生的复合物仍可解离。,药物与受体的相互作用,1.占领学说（Occupatin theory）Clark提出 2.速率学说（Rate theory）Stephenson 和Paton等提出3.变构学说（Allosteric theory）Monod和Koshland等提出以占领学说最为重要，后三种学说是占领学说的修正和补充。药物与受体结合后产生效应，不仅需要药物具有亲和力，同时需要具有内在活性（Intrinsic activity）才能产生效应。只有亲和力而无内在活性的药物虽可与受体结
6、合，但不能激动受体，不仅不产生效应还可能影响能激动受体的药物与受体结合。,药物与受体的相互作用,激动剂（Agonist）：既有亲和力又有内在活性完全激动剂 高亲和力和高内在活性，如吗啡 等。部分激动剂 高亲和力和低内在活性，如镇痛 新等）拮抗剂（Antagonist）：只有高亲和力而无内在活 性的药物，如纳洛酮等。,药物与受体的相互作用,直接改变细胞膜的通透性和离子转运，导致膜电位和胞内离子浓度的改变。通过细胞内第二信使影响生理生化功能。调节 DNA转录，改变蛋白质合成。受体的数目和反应性可因药物的作用或浓度而改变。,4.药物的治疗作用和不良反应,治疗作用:通过影响机体生理、生化机能或病变过程
7、起到防病,治病的作用。不良反应:药物引起生理生化功能紊乱 给病人带来痛苦的反应.“发挥治疗作用,避免和减少不良反应”,4.药物的治疗作用和不良反应,（1）副作用：（side reaction）药物选择性低，作用范围大，在治疗剂量出现与治疗目的无关的作用，多为可恢复的功能性改变。麻黄碱解除支气管哮喘 中枢兴奋，导致失眠（2)毒性反应：(toxic reaction)用量过大，用药过久或剂量不当急性毒性，慢性毒性，高敏人群，代谢排泄功能不全（肝肾）洋地黄过量 心律失常 水杨酸 恶心，呕吐，耳鸣,4.药物的治疗作用和不良反应,（3）后遗效应:（after effect）停药后阈浓度以下 残存的生物效
8、应。巴比妥类药 困倦 肾上腺皮质激素 皮质功能低下（4）继发反应：（secondary effect）药物作用之后 的继发反应 抗菌素 菌落失调和继发感染（5）变态反应：（allergy）与药物作用无关的不易 预知的不良反应（免疫病理过程）青霉素 过敏性休克氯霉素 再障,二.新药药效学研究,1.主要药效学研究2.一般药理学研究3.复方药理学研究“药理学家的工作是具有独特性的,他们不愿完全重复别人的技术,而是在应用过程中进行改造。然而，在评价新药的安全性时，必须遵循基本的原理和技术。（A.J.Lehman,1959,FDA）,1主要药效学研究,定义:与新药防治作用有关的主要药理作用。(1)研究方
9、法a.药效应在体内外两种以上实验方法获得证明，其中一种必须是整体的正常动物或动物病理模型。“体外实验简单,体内实验确实”b.实验模型必须能反映药物作用的本质。与治疗指征的关联性,(2)观察指标：应能反应主要药效作用的药理本质，应客观，定量或半定量。(3)剂量选择：应能反映量效关系，尽量求出ED50或有效剂量范围。量效关系不明确的药物应说明原因。(4)给药途径：应采用拟推荐临床应用的给药方法，如该方法在动物上无法实施时，应予说明，改用他法。(5)对照设置：应有空白对照和已知标准阳性药物或治疗措施对照。,2.一般药理学研究,定义:对新药主要药效作用以外广泛药理作用的研究。要求：(1)动物选择：小鼠
10、，大鼠，猫，狗等，循环和呼吸系统不宜用小鼠和兔，应尽量在清醒的动物上进行。(2)给药途径，剂量（2-3个，低剂量应参照ED50）及耐受剂量应与主要药效学一致。可一次或多次给药。观察指标应广泛。,a.神经系统：一般行为：外表，毛发，姿势，步态特殊反应：麻醉，催眠，镇静，体位变化，痛觉，对光反射异常，肌颤，流涎，眼球震颤，瞳孔变化等。对用药后动物的行为进行定性和定量的评价，判断有无兴奋和抑制作用。如有兴奋和抑制作用，可进行对小鼠或大鼠自发活动的影响。,b.心血管系统：心率，心律，血压的变化。EKG的QRS,ST,T波。如在治疗有效剂量出现血压和EKG的改变，应进行整体和离体分析实验，如血流动力学，
11、离体心脏等以确定对主要治疗作用的影响。,C.呼吸系统：呼吸频率和幅度的变化。如在治疗有效剂量出现明显的呼吸兴奋和抑制，应进行整体和离体分析实验，如呼吸中枢抑制的实验法，肺流溢法，隔肌隔神经法，判断药物对呼吸系统的影响.,3.复方药理学的研究,(1)复方组成的依据和合理性(2)各组分在复方中的相互关系(3)各组分对主要药效或毒副作用的影响,确定 组分间的拮抗和协同,(4)证明复方在药效和毒副作用方面的优点。,三药效学研究基本方法,1 分类:1002 方法(1)生理,生化,微生物,免疫,病理(2)体内:正常动物,病理模型(遗传性高血压模型,化学和物理性损伤模型,转基因模型）体外:器官,组织,细胞,
12、(亚细胞组分),受体,酶,离子通道,基因等相关程度依下列顺序增加:分子模型 细胞器 器官 整体清醒动物,例1.镇痛药,1.热刺激法(1)辐射热:小型聚光灯照射大,小鼠的尾巴或家兔的鼻部,以甩头和甩尾为指标.实验潜伏期-对照潜伏期 反应%=x100%中断照射时间(2)小鼠热板法:55度的金属热板上,以踢腿,舔后足,跳跃作为指标,例1.镇痛药,2.电刺激法(1)齿髓刺激法:麻醉下用电钻在牙髓上打孔,慢性埋藏电极,不同强度电刺激,以咀嚼,舔舌,抬高鼻子,头前伸,摆头等为指标(2)小鼠足跖刺激法(3)小鼠尾刺激法,例1.镇痛药,3.机械刺激法(1)大鼠尾尖部压痛法(2)小鼠尾根部压痛法4.化学刺激法(
13、1)钾离子透入:KCl 皮下注射，直流电透入，以缩腿，挣扎，扬爪为指标(2)醋酸扭体:0.3%,腹腔注射,以腹部内凹,躯干后腿伸张等为指标.,例1.镇痛药,药效评价1量效关系,ED 50 和ED 952呼吸抑制的剂量和LD503依赖性实验,判断麻醉还是非麻醉性镇痛药4非麻醉性镇痛药应作解热实验,判断是否解热镇痛药5非麻醉性镇痛药的阳性对照药为吗啡,哌替啶等6麻醉性镇痛药的阳性对照药为阿司匹林或扑热息痛,例2 抗肝炎药,1.急性肝损伤模型（GPT和GOT升高，病理形态改变)(1)四氯化碳模型:CCl4 代谢生成 CCl3自由基,引起膜脂质过氧化并和生物大分子进行共价结合,引起肝细胞损伤.(2)D
14、-半乳糖胺模型:D-半乳糖胺与肝细胞内UDP结合,形成UDP-半乳糖胺复合物,引起UTP 耗竭,导致RNA和蛋白质合成受阻,糖和磷脂代谢障碍,Ca+内流增加,最后引起细胞死亡。(3)扑热息痛模型：过量扑热息痛经P450代谢成半醌类毒性代谢产物，与生物大分子进行共价结合,引起肝细胞损伤.,例2 抗肝炎药,2.慢性肝损伤模型（1）慢性四氯化碳肝损伤模型：肝损伤和肝纤维化并存。（2）免疫性肝损伤模型：丙酸杆菌加脂多糖可导致单核细胞和巨噬细胞在致炎因子的作用下致敏，释放毒性介质（TNF,IL-1等）造成细胞损伤。,四.药效学研究基本技术要求,1.实验者:专门培训,技术熟练,操作准确,结果可靠。2.药物
15、:制备工艺及质量规格稳定,试剂标明厂家 规格并符合等级要求。3.实验动物:正常成年动物,必要时可用特定年龄,性 别,和特定模型。4.实验仪器:专人效验,误差在允许范围之内。,5.实验设计:随机,对照和重复的原则。6.实验记录:客观仪器记录,表格化,指标和评判标准 要事先指定,多人实验要统一标准。7.记录未预见现象,差错及时发现并注明,记录保存到上市后两年。,五.新药药效评价与分析,1基本要求（1）实验设计：随机分组，组间可控条件均衡，必须设阴性对照，阳性对照和新药三个剂量组，各组例数基本相同，数量不可过少，应同步进行。（2）数据表达：提供原始数据，均数，标准差，例数，P值，数据至少有3位有效数
16、字，标准差有2位有效数字，均数的小数数位与标准差相同。（3）图表表达：以数据表格为主，同时用直观图，图表用三星法（4）统计表达：写出统计方法（X2,t值，方差分析）作出专业结论。单侧检验要作出说明。,2.计数资料统计分析原则：常用X2,有配对关系用配对X2,样本小或数据有0或1用确切概率法,有等级关系用Ridit或等级序值法。,新药药效学研究进展,一.抗肿瘤药物死亡人数：全世界500万/年，中国120万/年治疗关键：降低死亡率和发病率 药物治疗：癌细胞的分化诱导及癌的分化治疗单克隆抗体及癌的导向治疗细胞因子及免疫治疗、癌基因治疗,DNA拓扑异构酶(Toposisomerase,TOPO)为靶点
17、的药物,DNA拓扑异构酶：控制和改变DNA拓扑异构状态（三 维结构）的酶系TOPO I:DNA单链断裂TOPO DNA双链切断参与DNA复制、转录、重组、染色体的组织肿瘤细胞具有快速增殖的特性，其TOPO 的含量及活性高于正常体细胞，抑制TOPO 活性可阻止肿瘤细胞快速增殖，进而杀死肿瘤细胞。,DNA拓扑异构酶(Toposisomerase,TOPO)为靶点的药物,TOPO 毒剂（TOPO poison）：稳定TOPO 介导的可切割复制物而杀死肿瘤细胞。如依托泊苷（Etoposide,VP16）和阿霉素、喹诺酮类如CP-115953、紫杉醇 TOPO 催化抑制剂（TOPO inhibition
18、）：抑制TOPO 的催化活性而达到抑制肿瘤的作用。如新生霉素（Novobiocin）、美巴龙（Merbarone）、舒拉明（Suramin）、福丝曲星（Fostriecin）、氯喹（Chloroquine）,反义寡核苷酸药物,反义药物一般指以特定基因（如mRNA）为靶点，合成与之特异性互补结合的一段约由20个核苷酸组的人工合成寡核苷酸即反义核苷酸。（Antisenseoligonucleotide,ASON）。ASON可进行人工大规模合成和化学修饰，具有特异、高效的药理作用,反义寡核苷酸药物,已知与肿瘤相关的基因有500种之多。癌基因类，如c-myc,c-myb,bcl-2,N-Ras,K-R
19、as,H-Ras,c-jun,c-fos,cdc-2,c-mos 等。宿主基因类：如多药耐药基因、细胞周期（Cyclin）、前胸腺素、T细胞受体、表皮生长因子受体、蛋白激酶C等。细胞因子类：如IL-2,IL-1,IL-等。,研究思路,1.细胞信号转导系统细胞信号转导异常，导致恶性肿瘤快速增殖和无限生长。信号蛋白的构象/配基受体结合蛋白以及细胞信号转导过程中的关键蛋白因子（酶）等。蛋白酪氨酸激酶（PKA）、法尼基转移酶（Ftase）和丝裂原活化的蛋白激酶（Mitogen activated protein Kinase,MAPK）信号转导通路等。,研究思路,2.细胞周期及其调控肿瘤细胞增殖与细胞
20、周期密切相关，并受细胞周期调节的关卡(Checkpoint,CHK)调控。如调节G2和S期CHK的重要基因CHK1和CHK2等。此外，细胞癌变与细胞周期依赖性激酶（CDK）过量表达有关。,研究思路,3.肿瘤血管生成过程VEGF及其受体、血管生成素（Angiogen）、基质金属蛋白（MMP）、尿激酶（uPA）、细胞黏附分子（整合素）等。4.细胞寿命端粒酶（telomerase）,二.抗病毒药1.抗 HBV药20亿人感染过乙型肝炎病毒（Hepatitis B varies,HBV）我国感染率高达50%-70%，1.2亿人是HBsAg携带者，3000万慢性肝炎病人在社会流动WHO已把乙型肝炎列为世界
21、第九大死因。,抗 HBV药,病毒复制：吸附、穿入、脱壳、基因及蛋白的复制、装配和释放1.阻断HBV感染宿主细胞:阻断病毒与受体的结合、内在化及脱壳2.阻断HBV的复制:抑制逆转录过程和cccDNA的合成，嘌呤核苷类似 物和萘啶酸、喜树碱 3.HBV复制的负调控:反义RNA药物 4.宿主细胞处于抗病毒状态：干扰素 5.免疫调控：乙肝疫苗、特异性转移因子、白细胞介素-2(IL-2),抗HIV药物,2.抗HIV药物复制周期:吸附、融合、脱壳、逆转录、整合、DNA复制、转录、蛋白质翻译、成熟和出芽等10个步骤靶点：逆转录酶（Reverse transcriptase,RT）、蛋白酶、整合酶及病毒吸附融
22、合,抗HIV药物,新靶点HIVgp120 与CD4结合的抑制:用于研究干扰HIV病毒与宿主细胞吸附和结合的药物基因重组的RT:是抗HIV最主要的靶点蛋白酶（Protease,PR）:以体外多肽为底物，用HPLC分析PR的多肽产物，计算药物对PR活性的抑制作用；HIVRNA逆转录成双链DNA后，在整合酶（Intergrease,IN）的作用下使病毒DNA整合到宿主细胞染色体DNA，也是抗HIV药物研究的重要靶点HIV NC p7蛋白锌指结构是病毒内围绕HIV RNA的病毒核衣壳蛋白，在病毒颗粒的包装和释放中起重要作用，药物可通过将锌原子逐出锌指结构，干扰锌指结构与病毒的结合，从而抑制新感染病毒的成熟。,思考题,1.药效学研究的目的和意义2.简述药物作用的基本原理3.何为药物的治疗作用和不良反应,
