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前言

 

隨著人口老齡化的加劇及人們生活方式的改變，眼部疾病的發(fā)病率愈發(fā)增高，且呈現(xiàn)低齡化患病趨勢(shì)。屈光不正、干眼癥、白內(nèi)障、青光眼、黃斑病變等眼部疾病極大地影響人們的視力和生活質(zhì)量。為改變這一現(xiàn)象，諸多科學(xué)家致力于進(jìn)行眼科藥物的研發(fā)，而在該類(lèi)藥物研發(fā)過(guò)程中，目前主要面臨以下挑戰(zhàn)，一是眼部各組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)造成了許多生理屏障，二是眼部各組織中的代謝酶，使藥物經(jīng)過(guò)眼部各個(gè)組織到達(dá)病變部位發(fā)揮藥效受到影響。本文將分別從眼球的基本結(jié)構(gòu)、眼部組織代謝酶的表達(dá)與分布、眼科藥物的給藥方式等方面進(jìn)行闡述，并介紹眼科藥物的體外代謝穩(wěn)定性研究體系的建立。

 

1、眼球的基本結(jié)構(gòu)及眼部組織代謝酶

 

眼組織是身體最復(fù)雜的器官之一。其中眼球以晶狀體為界被分為兩部分，即眼前段和眼后段，晶狀體及晶狀體之前的眼結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為眼前段，約占眼球的1/3，主要由角膜、房水、虹膜、睫狀體、結(jié)膜和晶狀體組成，眼前段疾病主要有干眼癥、白內(nèi)障、青光眼等；晶狀體之后的眼結(jié)構(gòu)為眼后段，約占眼球的2/3，主要由玻璃體腔、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜、鞏膜和視神經(jīng)組成，眼后段疾病主要有年齡相關(guān)性黃斑變性、視網(wǎng)膜疾病如色素性視網(wǎng)膜炎、糖尿病性視網(wǎng)膜病變等[1]。

 

圖1. 眼球的基本結(jié)構(gòu)[2]

 

眼球的復(fù)雜結(jié)構(gòu)造成許多眼部屏障，如淚液流出、不同眼層的親脂性差異、角膜前排泄、房水逆流、結(jié)膜吸收、玻璃體內(nèi)的擴(kuò)散、消除性分泌物以及通過(guò)角膜上皮、視網(wǎng)膜色素上皮和其他膜的通透性等，使得可能發(fā)生的病變部位多且復(fù)雜。同時(shí)，藥物經(jīng)過(guò)眼部各組織時(shí)，也會(huì)被其中的代謝酶所代謝[1,3,4]。這些屏障在正常情況下可以保護(hù)眼組織免受外部刺激，但當(dāng)眼部病變時(shí)，則有可能阻礙藥物到達(dá)病變部位發(fā)揮藥效。

 

與肝臟相比，雖然眼組織的代謝能力較弱，很少會(huì)被認(rèn)為是藥物的代謝器官，但在眼部各種結(jié)構(gòu)中含有多種I相和II相代謝酶。

 

表1. 不同眼部組織I相和II相代謝酶的表達(dá)與分布[5-6]

通過(guò)檢測(cè)藥物在眼組織的代謝情況，可以幫助化學(xué)家優(yōu)化藥物設(shè)計(jì)，以改善藥物療效和減少藥物的副作用，此外還可以通過(guò)代謝激活改善眼科藥物遞送的潛力。眼部代謝酶目前已得到較好的表征，這使得它們成為眼科藥物設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中不可或缺的考慮因素，因此在進(jìn)行眼科藥物的設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮通過(guò)眼部代謝酶作用來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，如前藥和聯(lián)合藥物等方法[7]。

 

2、眼科藥物的給藥方式

 

目前眼科藥物有2種給藥途徑，即系統(tǒng)給藥和眼組織局部給藥。系統(tǒng)給藥患者依從性高，但由于血腦屏障，常難以發(fā)揮藥效。因此，對(duì)于眼科藥物，臨床上主要采用眼組織局部給藥方式。眼組織局部給藥又分為眼表給藥、眼內(nèi)給藥和眼周給藥。

 

眼表給藥是最常用的眼部給藥方式，大約90%的藥物以滴眼液的形式給藥，主要用于治療眼前段疾病，患者能夠自行給藥，但需要突破角膜屏障；

 

眼內(nèi)給藥方式的生物利用度高，但由于是侵入性給藥，患者依從性不高。其中玻璃體注射，主要用于治療眼后段疾病，也可擴(kuò)散到眼前段組織；前房注射主要用于治療眼前段疾病，無(wú)法治療眼后段疾??；

 

眼周給藥作用持久，可擴(kuò)散到眼前段和眼后段，但有出血風(fēng)險(xiǎn)，且對(duì)眼后段的疾病治療效果不如玻璃體注射[3,8]。

 

圖2. 眼部不同給藥方式[2]

所以，用于治療眼前段疾病的藥物常采用眼表給藥方式，其中以滴眼液形式給藥最多。治療眼后段疾病的藥物常采用眼內(nèi)給藥和眼周給藥方式，其中玻璃體注射是常用的方法。

 

表2. 不同眼部給藥方式的優(yōu)勢(shì)與局限性

 

3、眼科藥物的體外代謝穩(wěn)定性研究體系的建立

 

1、實(shí)驗(yàn)體系和測(cè)試化合物選擇

 

眼表給藥和眼內(nèi)給藥中的玻璃體注射分別是常用于治療眼前段和眼后段疾病的給藥方式。眼表給藥需要突破角膜屏障，角膜由上皮、Bowman層、基質(zhì)、后彈力層和內(nèi)皮五個(gè)不同的層組成，角膜上皮是角膜屏障最重要的部分，約占角膜的10%，它具有多層角膜上皮細(xì)胞，會(huì)嚴(yán)重限制藥物的眼部滲透，尤其是許多類(lèi)型的親水分子，基質(zhì)約占角膜的90%，限制疏水分子的通過(guò)，角膜中表達(dá)多種代謝酶，分布在角膜各個(gè)組織層，其中角膜上皮和內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)代謝酶的種類(lèi)和含量較多，眼表給藥會(huì)受到角膜生理屏障和清除機(jī)制的雙重影響[9,10]。

 

圖3. 角膜組織各層示意圖[11]

 

玻璃體是半固體結(jié)構(gòu)，在眼組織的前段和后段之間提供屏障，它是凝膠狀結(jié)構(gòu)，所以玻璃體中的藥物分布模式是異質(zhì)的，藥物分布在很大程度上取決于藥物的分子量和玻璃體病理生理狀況，小分子可以在玻璃體中迅速擴(kuò)散，而分子量超過(guò)40 kDa的線性分子或大于70 kDa的球狀分子在玻璃體中的保留時(shí)間較長(zhǎng)，且藥物的消除和分布與藥物通過(guò)玻璃體的擴(kuò)散速率及其半衰期成正比。玻璃體內(nèi)注射可以使玻璃體和眼內(nèi)組織，包括脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜中的局部藥物濃度較高，有助于藥物擴(kuò)散至病變部位發(fā)揮藥效[10]。

 

對(duì)于在眼組織局部起效的藥物，需要在眼組織進(jìn)行代謝研究，針對(duì)眼表給藥和玻璃體注射給藥的眼科藥物，藥明康德DMPK對(duì)眼科藥物在角膜組織和玻璃體液中的體外穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。角膜組織和玻璃體液中均含有酯酶，Rhopressa（奈他地爾）會(huì)在角膜組織和玻璃體液中產(chǎn)生代謝，此外，我們選取了3個(gè)眼部用藥的酯類(lèi)前藥Latanoprost（拉坦前列素）、Dipivefrin（地匹福林）、Mycophenolate mofetil（霉酚酸酯）進(jìn)行驗(yàn)證。Rhopressa 是Rho激酶抑制劑，可用于治療青光眼和角膜內(nèi)皮損傷；Latanoprost為異丙酯化的前藥，可被角膜中的酯酶水解轉(zhuǎn)化為具有生物活性的拉坦前列素酸，可用于治療青光眼；Dipivefrin是腎上腺素的雙特戊酸二酯鹽，角膜是地匹福林眼內(nèi)水解的主要部位，其進(jìn)入眼組織后在酶的作用下迅速水解成腎上腺素，可用于治療青光眼[12]；Mycophenolate mofetil是霉酚酸的酯類(lèi)前體藥物，可用于治療對(duì)甲狀腺相關(guān)性眼病。這些測(cè)試化合物分別在不同種屬的角膜組織和玻璃體液中進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

 

2、測(cè)試化合物在不同種屬，角膜組織勻漿中的代謝

 

將測(cè)試化合物Dipivefrin、Latanoprost、Mycophenolate mofetil、Rhopressa分別在兔子、猴、大鼠的角膜組織勻漿中，經(jīng)37℃水浴孵育6小時(shí)后，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。所有測(cè)試化合物均有明顯代謝趨勢(shì)；其中Dipivefrin、Latanoprost、Mycophenolate mofetil在兔子和大鼠的角膜組織勻漿中的代謝速度明顯快于猴的角膜組織勻漿；Rhopressa在兔子的角膜組織勻漿中的代謝速度稍快于猴和大鼠的角膜組織勻漿。

 

圖4. 測(cè)試化合物在不同種屬角膜組織勻漿中的代謝穩(wěn)定性

 

3、測(cè)試化合物在不同種屬，玻璃體液中的代謝

 

將測(cè)試化合物Dipivefrin、Latanoprost、Mycophenolate mofetil、Rhopressa分別在兔子、猴、大鼠的玻璃體液中，經(jīng)37℃水浴孵育6小時(shí)后，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，所有測(cè)試化合物在兔子、猴、大鼠的玻璃體液中均有明顯代謝趨勢(shì)，其中Dipivefrin、Mycophenolate mofeti、Rhopressa在兔子玻璃體液的代謝速度明顯快于大鼠和猴的玻璃體液；Latanoprost在大鼠玻璃體液的代謝速度明顯快于兔子和猴的玻璃體液。

 

圖5. 測(cè)試化合物在不同種屬玻璃體液中的代謝穩(wěn)定性

 

以上結(jié)果表明，Rhopressa在兔子的角膜組織勻漿和玻璃體液中有明顯代謝趨勢(shì)，說(shuō)明其可以被角膜組織和玻璃體液中的代謝酶所代謝；酯類(lèi)前藥Latanoprost、Dipivefrin、Mycophenolate mofetil在角膜組織勻漿和玻璃體液中均有明顯代謝趨勢(shì)，說(shuō)明Latanoprost、Dipivefrin、Mycophenolate mofetil可以通過(guò)角膜組織和玻璃體液中的酯酶代謝，其中在角膜組織中的代謝速度明顯快于玻璃體液，說(shuō)明角膜組織中酯酶的表達(dá)可能高于玻璃體液，且這4個(gè)化合物在角膜組織和玻璃體液中代謝均具有種屬差異，可能因?yàn)椴煌N屬酶的表達(dá)與含量有所區(qū)別[6]。

 

綜上所述，我們分別建立了角膜組織勻漿代謝穩(wěn)定性模型和玻璃體液代謝穩(wěn)定性模型，用于評(píng)估眼科藥物的體外代謝。對(duì)于眼表給藥的藥物和玻璃體注射給藥的眼科藥物，可在體外角膜組織和玻璃體液進(jìn)行代謝研究，可選動(dòng)物種屬包括小鼠、大鼠、兔子、犬和猴。

 

結(jié)語(yǔ)

 

對(duì)于在眼組織局部起效的藥物，需要在房水、玻璃體液、角膜等部位進(jìn)行分布、代謝和消除過(guò)程的評(píng)估，體內(nèi)代謝研究動(dòng)物實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，樣品生物分析難度大，因此體外模型評(píng)估眼科藥物的代謝穩(wěn)定性有著更為直接和高效的優(yōu)勢(shì)。針對(duì)眼表給藥和玻璃體注射給藥的眼科藥物，藥明康德DMPK建立了評(píng)估眼科藥物體外代謝穩(wěn)定性的研究體系，可在體外角膜組織和玻璃體液中進(jìn)行研究。該研究體系可針對(duì)眼科藥物的研發(fā)進(jìn)行早期化合物篩選、指導(dǎo)結(jié)構(gòu)修飾、開(kāi)發(fā)藥物構(gòu)效關(guān)系，還可以提供通過(guò)代謝激活以改善眼科藥物遞送的潛力。

 

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