第二节　药代动力学与毒代动力学研究的主要内容

一、吸收
药物从接触部位，通常是机体的外表面或内表面(如皮肤、消化道黏膜和肺泡)的生物膜进入生物体内起作用的过程称为吸收。

(一)药物吸收机制

一般情况下，药物通过生物学屏障可以通过以下几种机制:被动扩散、易化扩散、主动转运、胞饮和吞噬。

1.被动扩散

被动扩散是最简单的吸收机制，药物顺浓度梯度流动(从高浓度向较低浓度)，通过生物膜必定是被动的(生物体不消耗能量)。大多数药物是通过这种方式转运吸收的，即药物是借助于在生物膜中的脂溶性( lipid solubility)顺浓度差跨膜转运的。药物的脂溶性大小往往取决于离子化程度，膜两侧pH的大小和药物的p K a决定了药物的离子化程度。大多数药物为有机酸或有机碱，一般认为只有非离子型的药物才能吸收，浓度差也指非离子型而言。

2.易化扩散

不溶于脂质或脂溶性很小的药物在特殊膜蛋白的帮助下由高浓度侧向低浓度侧的扩散叫易化扩散，也是顺浓度梯度进行，所以不消耗能量，但必须在膜蛋白的中介下才能进行。根据参与中介的膜蛋白的不同又分为载体蛋白参加的载体转运以及通道蛋白参加的通道转运。

3.主动转运

主动转运通过细胞膜内载体蛋白特异性识别药物，逆浓度梯度和逆电化学梯度并消耗能量进行的。

4.胞饮和吞噬

某些高分子药物的吸收是凭借与细胞膜上某些蛋白质的特殊亲和力而附于细胞膜上，然后这部分细胞膜凹陷入细胞内形成小泡，将该药物包进去。

(二)药物吸收途径 1.经胃肠道吸收

胃肠道的任何部位都有吸收作用，但是胃的吸收表面积小，仅1m 2，血流速率也小，只有150ml/min，加之药物在胃中停留的时间较短，因此，胃不是药物的主要吸收部位。小肠因为肠道黏膜上有绒毛，可增加小肠吸收面积至200～300m 2，除了具有较大的吸收面积外，血流速率丰富( 1000ml/min)，药物在小肠内停留时间长也是小肠吸收的有利条件。因此小肠是营养成分、药物以及毒物的主要吸收部位。
药物经胃肠道吸收主要涉及被动扩散、膜孔过滤及载体中介吸收过程。被动扩散主要取决于胃肠道腔内pH、药物的p K a和脂溶性。由于不同物种消化道中pH差异较大，如大鼠胃pH为3. 8～5. 0，兔为1. 9，所以在吸收率上也存在物种的差异。消化道中从口腔至胃、肠各段的pH相差很大，有机酸和有机碱在不同pH溶液中的解离度是不同的，故在胃肠道不同部位的吸收有很大的差别。如有机酸在胃内( pH=2)主要呈非解离状态，脂溶性大，所以主要在胃和十二指肠内吸收，而有机碱因在胃内呈解离状态难以吸收，主要在小肠( pH= 6)吸收。小肠也可通过主动转运系统吸收药物，一些与营养成分相似的药物如氨基酸衍生物、嘧啶碱衍生物和嘌呤碱衍生物等，是通过相对应的载体主动转运吸收的，如氟尿嘧啶能为嘧啶的转运系统所吸收。当药物高剂量时会因载体饱和而吸收速率降低。此外，食物也可影响载体中介的吸收，因为食物中载体的天然底物将竞争载体。一些颗粒物质如偶氮染料和聚苯乙烯乳胶可通过吞噬或胞饮作用进入小肠上皮细胞。
某些化学毒物受胃肠道中的消化酶或菌群的作用后，可形成新的化学毒物而影响其吸收或改变其毒性。此外，其他因素诸如胃肠道的内容物减少，胃排空时间延长和肠蠕动减缓均有助于增加药物的吸收。

2.经呼吸道吸收

从鼻腔到肺泡整个呼吸道各部分由于结构不同，对药物的吸收情况不同。经呼吸道吸收，以肺泡吸收为主，经肺吸收的速度相当快，仅次于静脉注射。鼻腔的表面积较小，但鼻黏膜有高度通透性，因此经鼻腔吸收也受到重视。

3.经皮肤吸收

药物经皮吸收主要通过表皮和皮肤附属器官(毛囊、汗腺和皮脂腺)。但后者不如前者重要，因其只占皮肤面积的0. 1%～1%。药物通过表皮吸收需通过三层屏障:①表皮角质层:这是经皮吸收的最主要屏障，一般分子量大于300Da的物质不易通过无损的皮肤;②连接角质层:它能阻止水、电解质和某些水溶性解离的物质，但脂溶性物质则可通过;③表皮和真皮连接处的基膜。经皮吸收的限速阶段是毒物通过表皮角质层的穿透相。
一般来说，脂/水分配系数高的化学毒物经皮肤吸收。但有学者认为，脂水都溶的物质可为皮肤迅速吸收，只脂溶而水难溶的物质经皮吸收率相对较低。

4.其他途径吸收

药物通常经上述三种途径吸收。但在毒理学动物试验中有时也采用腹腔、皮下和肌内注射进行染毒。腹腔注射因腹膜面积大、血液供应充沛而吸收药物快，并首先经门静脉循环进入肝脏，然后到达其他器官。皮下或肌内注射时吸收较慢，但可直接进入体循环。

(三)预测吸收与生物利用度的体外模型

口服给药是临床最常见的途径，药物发挥作用，关键在于吸收。吸收过程的研究对药代动力学而言至关重要。近年来，通过肠上皮细胞的培养来作为与研究药物吸收机制的体外模型取得令人鼓舞的进展。最具有代表性的细胞是来自结肠癌细胞系的Caco-2细胞。研究发现了药物透过Caco-2单细胞层的体外过程与药物口服后在肠道中的吸收有良好的相关性，使得Caco-2细胞成为研究药物吸收的最经典的体外细胞模型，为药物的筛选和动力学研究奠定了基础。
二、分布
无论哪种给药途径，药物进入血液或其他体液后，随着血液和淋巴液的流动分散到全身各组织的过程称为分布。

(一)组织分布

药物被机体吸收后在体内的分布随时间推移而发生变化。在分配的开始阶段，器官或组织内药物的浓度主要取决于血液供应量，血供量越丰富的器官，药物的浓度越高。随后血液中药物的浓度逐渐降低，体内没有排出的药物将根据其与组织器官亲和力的大小重新分布。最后不能排出的药物蓄积于某些脏器或组织，缓慢释放进入血液循环并排出体外，因此，通过再分配后药物浓度较高的部位主要是代谢转化器官、靶器官、排泄器官及储存库。

(二)影响药物体内分布的因素

许多因素可影响药物在体内的分布，包括器官组织的血供量和血流速度，药物在血液中的存在形式，药物透过生物膜的能力和速度，药物与器官组织成分的亲和力等，此外，有些器官组织具有特殊的屏障功能，对药物的分布有重要影响。

1.药物与血浆蛋白结合

血浆蛋白是体内有效的药物传送载体。许多难溶于水的药物，与血浆蛋白结合后，在血液中被传送。通常酸性药物与血浆清蛋白( albumin)相结合，而碱性药物则多与α 1-糖蛋白(α 1-glycoprotein)结合。这种结合大多是可逆的，只有极少数是共价结合。通常用血浆中结合药物与总药物浓度比值表示血浆蛋白结合力大小，一般在0～1之间，比值大表示高血浆蛋白结合，反之比值小则表示低血浆蛋白结合。在一定的范围内，这种比值是常数，即线性结合。但达到一定浓度以上时，则出现非线性结合，血药浓度的增加，游离药物浓度剧增。由于血浆清蛋白与化学物结合的专一性不强，理化性质相近的药物间可产生相互作用，所以当有另一种药物或生理代谢产物存在时，可能发生竞争现象。

2.药物与其他组织成分结合

药物还可与其他组织成分结合，如多种蛋白质、黏多糖、核蛋白、磷脂、红细胞等，这些结合有分布意义，有的也有毒理意义。例如一氧化碳与血红蛋白具有高度亲和力，导致缺氧而中毒。

3.药物在脂肪组织和骨骼中贮存沉积

脂溶性药物可贮存于脂肪组织中，并不呈现生物学活性，只有在脂肪被动用、外源性化学物重新成为游离状态时，才出现生物学作用。骨骼也可作为许多长期使用药物的贮存沉积场所。

(三)体内屏障

许多药物进入血流后，快速分布到各组织，但往往难于进入到脑等具有生理性屏障的组织。药物进入这些组织必须通过相应的屏障。体内主要生理性屏障有血脑屏障( blood brain-barrier，BBB)、胎盘屏障( placental barrier)等。

1.血脑屏障

许多药物不易进入脑组织或脑脊液是由于血-脑存在特殊的屏障膜即血脑屏障( blood brain barrier，BBB)。血脑屏障的重要性在于保障血液和脑细胞之间的正常代谢物质的交换，阻止非需要物质的进入，从而维持脑的正常功能。一般外源性物质只有相对分子量小、脂溶性高的才能穿透血脑屏障。而电离的、离子型的、水溶性大的化学物则难于透过血脑屏障。
血脑屏障阻止许多药物进入中枢神经系统的解剖和生理基础是:①中枢神经系统的血管内皮细胞结合紧密，细胞间没有或仅有很小的孔隙。②脑毛细血管内皮细胞含有一种ATP依赖的转运体即多药耐受蛋白( mdr蛋白)，它可将某些化学物转运回血液。③中枢神经系统的毛细血管很大程度上被胶质细胞(星状细胞)包围。④中枢神经系统组织间液的蛋白质浓度较机体其他部位要低。这些特性防止了毒物分布到中枢神经系统，避免对中枢神经系统的毒性。对于水溶性小到中等的分子，毛细血管内皮的紧密连接和胶质细胞的脂质膜是主要的屏障。
新生动物的血脑屏障还没有发育完全，药物易通过血脑屏障，这也是吗啡、铅等化学物对新生儿的毒性较成人大的原因。

2.胎盘屏障

胎盘除了在母体与胎儿之间进行营养素、氧、二氧化碳和代谢产物的交换外，还有阻止一些药物由母体透过胎盘进入胚胎，保障胎儿正常生长发育的功能。胎盘屏障的解剖学基础是位于母体血液循环系统和胚胎之间的几层细胞构成。不同物种动物和同一物种的不同妊娠阶段胎盘细胞层数并不一样。较薄的胎盘，即细胞层数较少者，药物相对容易透过，例如，大鼠胎盘较人类薄，药物容易透过，故用受孕大鼠进行致畸试验可能更为敏感。大部分外源性化合物通过胎盘的机制是简单被动扩散，而胚胎发育所必需的营养物质，则通过主动转运进入胚胎。

3.其他屏障

除了以上两个屏障外，还有血-眼屏障、血-睾屏障等也可以保护这些器官减少或免受药物的损害。在性腺，由于有多层细胞将生殖细胞与毛细血管分隔开，可阻止水溶性毒物进入生殖细胞，如卵母细胞为粒层细胞包绕，精原细胞由支持细胞和血-睾屏障的其他成分包绕。
三、代谢(生物转化)
生物转化( biotransformation)是指药物在机体内经多种酶催化的代谢转化，生物转化是机体对药物处置的重要环节。药物经过代谢转化，有的可以减低毒性，但有的却可使毒性增强，甚至产生致癌、致突变和致畸效应，又称为代谢活化( metabolic activation)或生物活化。
药物代谢过程主要在肝脏进行，但肝外组织也有一定代谢能力，如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等。生物转化酶所催化的反应一般分为2大类，称为Ⅰ相反应和Ⅱ相反应，如表4-1所示。Ⅰ相反应包括氧化反应、还原反应和水解反应，这些反应涉及暴露或引入1个功能基团，如—OH、—NH 2、—SH或—COOH，通常仅导致水溶性少量增加。Ⅱ相反应包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、甲基化、与谷胱甘肽结合以及与氨基酸结合，如甘氨酸、牛磺酸和谷氨酸。这些反应的辅助因素与功能基团反应，功能基团可以是药物原有组成成分，也可以是经Ⅰ相反应引入或暴露的基团，大多数Ⅱ相反应可导致药物的水溶性极大地增加，且加速其排泄。

(一)Ⅰ相反应 1.氧化反应

醇类、醛类和酮类化合物可以经许多酶催化，这些酶包括醇脱氢酶、醛脱氢酶、羧基还原酶、二氢二醇脱氢酶，以及含钼酶——醛氧化酶和黄嘌呤氧化酶/脱氢酶。醇脱氢酶( ADH)是一种含锌酶，位于胞液，分布于肝脏(含量最高)、肾脏、肺脏及胃黏膜。

2.还原作用

含有硝基、偶氮基药物以及醛、酮、亚砜和多卤代烃类化学毒物易被催化还原，在哺乳动物组织中，这类反应活性较低，但在肠道菌群内还原酶的活性较高。

( 1)硝基和偶氮还原:

由肠道菌群和两种肝脏P450及NAD( P) H醌氧化还原酶催化，后一种酶存在于胞浆中。此反应需NAD( P) H，可为O 2抑制。
肠道菌群催化的硝基还原对某些硝基芳香化学毒物的毒性起重要的作用。如雄性大鼠肝致癌物——二硝基甲苯的代谢活化，二硝基甲苯经肝P450氧化后与葡萄糖醛酸结合成葡萄糖苷酸排入胆汁，由肠道菌群进行生物转化，一个或两个硝基被硝基还原酶还原成胺，葡萄糖苷酸为β-葡糖苷酶水解。水解后的代谢物被重吸收转运至肝，新生成的氨基由P450催化N-羟化，并可乙酰化或与硫酸结合。这些结合物可裂解生成高度反应性的氮宾离子，氮宾离子可攻击DNA，引起肝细胞突变和肝癌。因此，某些化学致癌物的代谢活化涉及几个不同的生物转化酶，并可需要几个器官组织的配合。
表4-1　外源性化合物生物转化一般途径及主要的亚细胞分布

( 2)羰基还原:

醛、酮还原由醇脱氢酶和一组羰基还原酶催化。羰基还原酶是NADPH依赖性酶，存在于血液、肝、肾、脑及其他组织的胞浆中。

( 3)含硫基团还原:

含硫基团还原反应在体内较少。二硫化物还原并裂解成巯基化学毒物。肝和肾胞浆中硫氧化还原依赖性酶催化亚砜还原。在氧张力降低并存在NADH或NADPH时，N-氧化物可由线粒体或微粒体酶催化还原。

( 4)醌还原:

醌由NAD( P) H醌氧化还原酶催化还原成氢醌，此酶是黄素蛋白，又称为DT-黄递酶，催化醌二电子还原是无毒性的。但醌经NADPH-P450还原酶催化一电子还原，生成半醌自由基。半醌自由基可经自氧化，伴有氧化应激，生成具有细胞毒性的超氧阴离子、过氧氢自由基、过氧化氢、羟自由基。氧化应激是某些含醌或可转变为醌的化学毒物毒性作用的重要机制。

3.水解反应 ( 1)酯酶:

哺乳动物含有许多种水解酶，如羧酸酯酶、拟胆碱酯酶和对硝苯磷脂酶，可水解含有羧酸酯、酰胺、硫酯、磷酸酯及酸酐等功能基团的药物。
血清和组织中羧酸酯酶、血清中胆碱酯酶共同决定某些药物作用部位和持续时间。例如，普鲁卡因，一种羧酸酯化合物，可迅速水解。这就是为什么普鲁卡因主要用于局部麻醉剂的原因。与此不同，普鲁卡因胺是普鲁卡因的酰胺类似物，在体内的水解则慢得多，故它抵达全身循环，用作心律失常的治疗非常有效。一般酰胺的酶催促水解要比其酯水解慢得多，虽然电子因素可影响水解速率。当有电子回收取代的存在，可削弱酰胺键，使其更易进行酶催促水解作用。
羧酸酯酶是大约60kDa的糖蛋白，广泛分布于各种组织，包括血清。在肝脏，大多数羧酸酯酶与内质网有关，但是，在溶酶体和细胞质中也有较高的羧酸酯酶活性。羧酸酯酶可使几种酯类或酰胺类药物前体产生具有毒性作用的活性代谢物。由于羧酸酯酶可以水解药物前体，所以对治疗某些肿瘤有其临床意义。例如，它们可活化药物前体，使其在高度选择性的靶部位(如肿瘤细胞表面或细胞内)产生有效的抗癌作用。利用杂交单克隆技术，即双功能抗体，一识别肿瘤细胞，另一识别羧酸酯酶，可使羧酸酯酶到达肿瘤部位。或者利用病毒载体，将羧酸酯酶cDNA送到肿瘤细胞。例如伊立替康治疗时在肿瘤附近释放抗肿瘤药乙基喜树碱，可减少这种剧毒药物的全身用量和副作用。

( 2)肽酶:

随着重组DNA技术的出现，许多人体的肽类作为药物已批量生产。例如，已用于治疗的有几种重组肽激素、生长因子、可溶性受体以及人源性单克隆抗体等。为了避免在胃肠道的酸性沉淀和蛋白酶的降解，使用的肽类药物一定要经非胃肠道途径给予。即便如此，在血液和组织中仍有许多肽酶可水解它们。例如，氨基肽酶和羧基肽酶，分别在N-末端和C-末端水解氨基酸，而内肽酶则在特定内部部位裂解肽类，如胰蛋白酶水解肽类C-末端的精氨酸残基或赖氨酸残基。肽酶可裂解邻近氨基酸之间的酰胺键，其功能是酰胺酶。作为羧酸酯酶，肽酶的活性中心含有丝氨酸或者半胱氨酸，它引发对酰胺键的羰基部分的亲核攻击。正如前述，丝氨酸蛋白酶(如糜蛋白酶)的催化机制与丝氨酸酯酶( B酯酶)类似。

( 3)环氧化物水解酶:

环氧化物水解酶简称环氧(化)物酶，催化由细胞色素P450氧化脂肪烃和芳烃化合物生成烯烃环氧化物和芳烃氧化物(环氧乙烷)与水的反式加成物。虽然不同组织中酶的含量不同，但事实上环氧化物酶可分布于全身各组织中，包括肝脏、睾丸、卵巢、肺脏、肾脏、皮肤、小肠、大肠、脾脏、胸腺、大脑及心脏等。
在哺乳动物中，环氧化物酶有五种形式:微粒体环氧化物酶( mEH)、可溶性环氧化物酶( sEH)、胆固醇环氧化物酶、LTA 4水解酶及hepoxilin水解酶。

(二)Ⅱ相反应

Ⅱ相反应又称为结合作用。Ⅱ相反应中，药物原有的功能基因或由Ⅰ相反应引入/暴露的功能基因，与内源性辅因子反应。除了甲基化和乙酰化结合反应外，其他Ⅱ相反应显著增加药物的水溶性，促进其排泄。葡萄糖醛酸结合、硫酸结合、乙酰化作用、甲基化作用涉及活化的辅因子，而与谷胱甘肽( GSH)结合和与氨基酸结合则是与活化的化学毒物反应。

1.葡萄糖醛酸结合

葡萄糖醛酸结合( glucuronidation)是Ⅱ相反应中最普遍进行的一种，对化学药物的代谢(解毒和活化)具有重要的作用。
葡萄糖醛酸结合反应中葡萄糖醛酸供体是来自胞液的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸( uridine diphosphate glucuronic acid，UDPGA)。外源性底物包括羟基、羧基、胺基和巯基化学毒物。UDP-葡萄糖醛酸基转移酶( UDP-glucuronyl transferase，UDPGT)催化的结合反应中，UDPGA的葡萄糖醛酸部分C-1碳原子被活化受到底物中O、N、S或C原子的亲核攻击，形成有β构型的葡糖苷酸结合物，并释出UDP。葡糖苷酸结合物是高度水溶性，易于从尿和胆汁排泄。

2.硫酸结合

硫酸结合( sulfate conjugation)反应的供体是3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸( PAPS)在磺基转移酶( sulfotransferase)作用下，生成硫酸酯:

ROH+PAPS→ROSO3H+PAP

此反应中从PAPS转移- 至化学毒物。结合反应涉及亲核性氧或氮原子攻击PAPS分子中的亲电性硫原子，磷硫酯键断裂。磺基转移酶不被典型的诱导剂(苯并芘和3-甲基胆蒽)所诱导。
由于PAPS的前体自由半胱氨酸浓度有限，细胞PAPS浓度(～75μmol/L)显著低于UDPGA(～350μmol/L)和GSH(～10mmol/L)。硫酸结合与葡萄糖醛酸结合的底物功能基团相似，对于酚类，硫酸结合亲和力高、代谢容量低，而葡萄糖醛酸结合亲和力低、代谢容量高。因此，同一种化学药物与硫酸和葡萄糖醛酸结合的相对量取决于剂量。在低剂量时，主要的代谢产物为硫酸结合物，剂量增加则与葡萄糖醛酸结合的比例增加。外源性化合物的硫酸结合物主要经尿排泄，少部分从胆汁排泄。

3.乙酰化结合

乙酰化作用( acetylation)涉及酶催化或非酶催化的从乙酰辅酶A将乙酰基转移到含伯胺、羟基或巯基的化学毒物。这些酶分布在很多器官，但肝脏是N-乙酰化作用的主要器官。芳香伯胺和肼的伯胺基乙酰化作用是这些化学毒物的主要生物转化途径。
人类的乙酰化也有多态性，根据对异烟肼乙酰基结合反应的速度，将人类的乙酰化作用分为快乙酰化型和慢乙酰化型。

4.氨基酸结合

与氨基酸结合( amino acid conjunction)有两类化学毒物，即羧酸和芳香羟胺。羧酸必须首先经酰基辅酶A合成酶催化，需要ATP和乙酰辅酶A，活化生成酰基辅酶A硫酯，再由N-乙酰转移酶催化与氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、牛磺酸的氨基反应，形成酰胺键。例如苯甲酸与甘氨酸结合生成马尿酸。羧基的氨基酸结合是解毒反应。芳香羟胺则是由氨酰-tRNA合成酶催化并需要ATP，与氨基酸的羧基反应，生成N-酯，后者可形成亲电子的氮宾离子和碳宾离子，因此是活化反应。

5.甲基化结合

内源性底物的甲基化( methylation)如组胺、氨基酸、蛋白质、糖和多胺对细胞的正常调节有重要意义，但当化学毒物符合这些酶的要求，甲基化作用才有重要性，甲基化反应不是化学毒物结合的主要形式。甲基化反应由S-腺苷基甲硫氨酸( SAM)供给甲基。甲基化反应可分为N-、O-、S-甲基化。这些结合形成的产物虽然可能比母体化学毒物水溶性降低，但一般都能使化学毒物解毒。

6.谷胱甘肽结合

谷胱甘肽S-转移酶( glutathione S-transferase，GST)催化还原性GSH(亲核剂)与含有亲电子C、N、S、O的化学毒物反应，生成络合物。GST的底物的共同点为:有一定疏水性，含有亲电子原子，并可与GSH发生非酶反应。GSH结合物具有极性和水溶性，可经胆汁排泄，并可经体循环转运至肾脏。在肾脏内GSH结合物经一系列酶催化反应转变为硫醚氨酸( mercapturic acid)衍生物，由尿排泄。GST在细胞内含量很高，可高达细胞总蛋白的10%，主要存在于胞液中，在微粒体内含量较低，GST是可诱导酶。
GST催化的GSH结合反应是亲电子剂解毒的一般机制，并在自由基解毒中也起重要作用。然而，如果上述亲电性物质在体内的量过大，则可引起谷胱甘肽的耗竭，导致明显的毒性反应。
结合作用的主要类型及结合酶定位小结于表4-2。
表4-2　结合作用的主要类型及结合酶定位

(三)药物代谢酶 1.肝微粒体酶系统与细胞色素P450

参与药物代谢的酶主要有肝微粒体酶系统和非微粒体酶系统两大类。肝微粒体是肝组织匀浆除去细胞核、线粒体后经超速离心沉淀下来的细胞内质网囊泡碎片，属亚细胞成分。几乎所有药物的Ⅰ相反应及Ⅱ相反应中的葡萄糖苷酸化、甲基化等药物代谢酶都存在于肝细胞的微粒体中。
细胞色素P450( cytochrome P450)是微粒体中催化药物代谢的活性成分，由一系列同工酶组成，分子质量约为45～55kDa。根据其氨基酸序列以及底物专一性和可诱导性，各种同工酶可被分为不同的家族，对于外源性物质代谢有重要意义的主要是CYP1、CYP2和CYP3三个族。根据其氨基酸序列的相对性又被进一步分为亚族:一族的成员以40%的序列一致性为标志，一亚族的成员以77%的序列一致性为标志。
至今人体中已有30多种CYP450同工酶被分离和鉴定，其中包括一些主要的药物代谢酶CYP2E1、2C19、2C9、2D6、3A4等，3A4在多数人群中占人体总CYP450的50%，2D6和2C19与代谢多态性有关。

2.非微粒体酶

人体内还有一些药物代谢酶不存在于微粒体中，这些酶主要与内源性物质的代谢有关，少数药物的代谢也受其催化。
线粒体中存在单胺氧化酶、脂肪族芳香化酶及一些内源性物质代谢的混合功能氧化酶等。氨基酸结合反应也发生在线粒体中。醇、醛脱氢酶，黄嘌呤氧化酶及硫氧化物和氮氧化物的还原酶等，存在于胞浆中的可溶性部分，胞浆中还可发生谷胱甘肽结合、硫酸结合、乙酰化等反应。
此外，血浆中也存在一些重要的酶系，如酰胺酶、磷酸酶、胆碱酯酶等。胃肠道中存在一些酶，主要是结合酶类和分解酶类，肝微粒体的CYP3A4也存在于人体小肠中。

(四)体外药物代谢研究

研究药物在某一特殊组织中的代谢，最好的方法是用该组织样品(如肝脏)直接分析其药物代谢能力，这样可得到该组织药物代谢的可靠资料。但是要在人体进行这种试验从伦理方面和取样方法上考虑都是很困难的。一种可接受的方式就是进行活组织检查时得到组织样本，但因此得到的组织样本多有疾病，不能反映正常组织的代谢情况。另一方式是来自器官捐献者，这会受到伦理道德的一些限制，另外往往缺乏捐献者的背景资料。目前，获得人体肝组织的方式极为有限，所以往往用哺乳动物(如大鼠)作为基础试验的对象。常用的方法有以下几种。

1.离体肝灌流法

离体肝灌流法一方面保留着完整细胞的天然屏障和营养液的供给，因而能在一段时间内保持肝脏的正常生理活性和生化功能;另一方面，具有离体系统的优点，能够排除其他器官组织的干扰，可控制受试物质的浓度，定量地观察受试物质对肝脏的作用。在获得整个新鲜肝组织的情况下，可以考虑采用离体肝灌流法。人体肝组织应在离体后尽快插管。动物在麻醉状态下，开腹，将肝组织分离移至体外并保持37℃。灌流液经门静脉插管进入肝脏，由出肝静脉插管回到循环泵中，继续循环。在不同时间取一定量灌流液，测定药物及其代谢物的浓度。动物试验可同时胆管插管，测定药物及代谢物在胆汁中的排泄情况。该方法难度高，为保证肝药物代谢酶的活性，插管时间应在数秒内完成，插管后立即灌流供氧。灌流状态基本保持了肝脏的生理状态，接近体内情况。

2.肝切片法

新鲜肝组织先用打孔机制成肝条，再用切片机切成厚度为几毫米的切片，试验时用肝切片与药物同时孵化。该方法保留了所有肝药酶及各种细胞器的活性，而且保留了细胞与细胞间的联系及一定的细胞间质，但在制备过程中易造成肝细胞的破坏。

3.肝细胞培养法

肝细胞培养适合于所取得的组织极为有限的情况下，如人体肝组织，通过细胞培养可扩大样品量，并易于保存。该方法保持了完整细胞的功能，与正常生理状态接近，适合进行药物代谢酶的诱导等研究，与体内有一定相关性，但不足之处是在细胞培养过程中，并非所有的CYP450都有表达，可能丢失某些药物代谢酶的活性。另外，肝细胞制备技术复杂，且体外肝细胞活性仅能维持4小时，不利于储存和反复使用。

4.肝亚细胞成分研究方法

这是体外研究药物代谢最常用的方法。其中最常用的亚细胞成分是肝微粒体。
首先是肝匀浆的制备。动物一般采用断头处死，应尽量避免使用乙醚、三氯甲烷及巴比妥类麻醉剂，人体肝组织应尽量新鲜处理。肝脏离体后用适当缓冲液制成匀浆，为保证酶的活性，整个过程应保持不超过4℃。一般采用超离心法分离微粒体。如经1万～2万g离心20分钟即可沉淀出去细胞核、线粒体、未破坏细胞等，上清液再经10万g离心60分钟得到的沉淀即为微粒体成分，用适当缓冲盐悬浮后即可用于代谢研究。该方法特别适合代谢酶活性研究，在目前常用方法中最为简单，且重现性好，易于大批量操作，便于收集和积累代谢样品供代谢物结构确证研究，但不足之处在于缺乏与体内的相关性，得到的结果尚需体内代谢研究的进一步证实。
显然，没有任何一种方法是绝对理想的，选择何种方法应根据实验目的确定。各种体外药物代谢研究方法的优缺点见表4-3。一般来讲，如要研究药物代谢酶含量的变化，则肝微粒体较为适用;若要考察肝毒性，则整体肝灌流更为合适。
表4-3　体外药物代谢研究方法比较
四、排泄
药物或其代谢物从体内通过排泄排出体外，主要排泄途径为肾脏排泄和消化道排泄，其他组织器官如肺、皮肤也参与某些物质的排泄。

(一)经肾脏排泄( renal excretion)

肾脏是排泄外来化学毒物最重要的器官，涉及肾小球的被动滤过、肾小管的重吸收和肾小管主动分泌。

1.肾小球滤过

肾小球的毛细血管有较大的膜孔(约7～10nm)，并有滤过压，因此除与大分子蛋白结合的药物外，分子量＜60 000Da的药物分子几乎都能通过肾小球滤过而到达肾小管。通常成人的肾小球滤过率( glomerular filtration rate，GFR)约为125ml/min，若药物仅从肾小球滤过，既无重吸收，也无肾小管的分泌，则其游离药物肾清除率等于肾小球滤过率。当游离药物肾清除率大于肾小球滤过率时，提示存在肾小管的主动分泌。

2.肾小管重吸收

肾小管的重吸收主要有主动重吸收和被动重吸收2种。肾小球滤过的很多重要的机体内源性物质(如葡萄糖、氨基酸)主要由载体转运方式重吸收。由于原尿中水分被重吸收，药物可经被动扩散从肾小管重吸收回到血液中，药物重吸收的程度取决于药物的脂溶性和解离度。尿pH一般低于血浆pH，因此pH分配倾向于增加弱酸的排泄。碱化和酸化尿液均会影响药物的重吸收，服用氯化铵可降低尿pH，碳酸氢钠则可升高尿pH。尿呈酸性时有利于碱性毒物的解离和排出，呈碱性时则酸性化学毒物较易排出。如苯巴比妥中毒时可服用碳酸氢钠使尿碱性而促进排泄。

3.肾小管分泌

近曲小管有有机酸类和有机碱类的主动转运系统，药物可经阳离子和阴离子主动转运系统逆浓度梯度分泌至肾小管。此两系统可饱和，选择性不高。很多碱性或酸性药物和它们的代谢产物(特别是Ⅱ相结合产物)可分泌至肾小管。

(二)经消化道排泄

血液循环中药物进入胃肠道的最主要的机制是经过胆汁排泄。胆汁排泄可看作为经尿排泄的补充途径，小分子经肾排泄，较大分子经胆汁排泄。胆汁是很多结合产物(如谷胱甘肽结合物和硫酸结合物)的主要排泄途径。经胆汁排泄的分子量存在物种差异。在大鼠，分子量小于350Da不从胆汁排泄，分子量大于450Da不从尿排泄，分子量350～450Da则由此两种途径排泄，一种途径排泄受阻可导致另一途径排泄增加。
药物及其代谢物由胆汁进入肠道，一部分可随粪便排出，一部分由肠液或细菌的酶催化，增加其脂溶性而被肠道重吸收，重新回到肝脏，形成肠肝循环( enterohepatic circulation)，这就使药物从肠道排泄的速度显著减慢，生物半衰期延长，作用持续时间延长。
药物也可能通过其他机制进入胃肠道，如经胃肠壁直接扩散或分泌，随唾液排出，有机碱经pH分配排至低pH的胃内，以及随胰液排出等。从这些途径的排出量并不重要，但这些途径对于需经胃肠道菌群代谢才具有毒性的化学毒物可能有一定的意义。

(三)经呼吸道排泄

在体温下优先以气态存在的物质，主要经肺排泄，如一氧化碳、醇类等可通过简单扩散经肺排出。经肺排泄速率与吸收速率成反比。气/血分配系数低的物质(如乙烯)排泄快; 气/血分配系数高的物质(如三氯甲烷)排泄慢。

(四)经其他途径排泄

药物在体内还可经乳汁等途径排出。乳汁虽非排泄药物的主要途径，但是具有特殊的意义。因有些药物可经乳汁由母体转运给婴儿。此外，有些药物可通过汗腺和毛发排泄。
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