吸收(Absorption)

药物吸收,说白了就是药效的“第一道关卡”。药吃得再好,进不到血里也是白搭。我做了这么多年ADMET建模,最深的感受是:吸收预测往往比代谢毒性更难搞定。
为什么?因为吸收牵扯的因素太杂——理化性质、生理环境、剂型工艺,哪一环断了都不行。

吸收的定义与机制

先讲定义。
吸收是指药物从给药部位进入血液循环的过程。
对口服药来说,起点是胃肠道,终点是体循环。

那药物是怎么穿过小肠上皮的?无非四条路:

  • 被动跨细胞扩散——脂溶性分子直接穿过细胞膜,最常见。
  • 被动细胞旁路——小分子水溶性药走细胞间隙,但这条路很窄。
  • 主动转运——需要转运蛋白帮忙,比如PEPT1、OATP。
  • 外排——P-gp等外排泵把药再吐回肠腔,这是“反吸收”。
我早期做一个Caco-2实验,测了20个化合物的渗透性。结果有个化合物表观渗透性极低,但我换用P-gp抑制剂后再测,渗透性直接翻了三倍。
这就是外排在捣鬼。所以只看一个方向的数据,容易被误导。

口服药物吸收的理化参数

药物自身的理化性质,很大程度上决定了它能走哪条路、走多远。
我习惯从以下三个参数下手:

1. logP(脂水分配系数)

logP是药物在辛醇/水中的分配比。数值越高越亲脂。
你想想看,细胞膜是磷脂双分子层,太亲水的药根本穿不过去。
但logP也不是越高越好——太高了溶解度差,溶出慢,照样吸收不了。

经验值:口服小分子药物中位logP大约在2.5左右。超过4就要警惕了,很可能是“高渗透、低溶解”的BCS II类。

2. pKa(酸解离常数)

pKa决定了药物在肠道不同pH下的离子化程度。
中性分子才能穿透细胞膜,离子则“困”在水相里。
所以我做PK预测时,一定会把化合物的pKa和肠道的pH梯度一起考虑。

举个例子:
弱酸药(pKa~4.5)在胃里(pH 1-2)几乎全以中性形式存在,可以被吸收。
弱碱药则相反,在胃里是阳离子,吸收很差,到了小肠(pH 5-7)才“解冻”。

3. 溶解度

溶解度是溶出速率的“天花板”。
药物吃下去,必须先在胃肠液中溶解,才能被吸收。
我见过不少logP漂亮的项目,因为溶解度过低而在临床前阶段被毙掉。

常用的溶解度测定方法:

  • 热力学溶解度——平衡态,更准确但慢
  • 动力学溶解度——模拟胃到小肠的快速溶解过程
  • FaSSIF / FeSSIF 介质——模拟禁食或进食后肠液,做体外预测更靠谱
注意:溶解度是一个“场景依赖性”参数。同一化合物在纯水和在FaSSIF中的溶解度可能差10倍以上。
我曾经遇到一个化合物在纯水中测得0.1 mg/mL,看起来还行,一测FaSSIF连0.01都没有。
所以体外数据一定要选对介质,不能只看纯水结果。

生物药剂学分类系统(BCS)

BCS把口服药分成四类,依据是溶解度和渗透性。

BCS类 溶解度 渗透性 典型特征
I 高 高 “幸运儿”——吸收好,不依赖剂型
II 低 高 溶出速率是限速步骤,微粉化或固体分散体常用
III 高 低 渗透性是瓶颈,常靠前药或增强子
IV 低 低 “噩梦”——溶解、渗透都差,开发价值低

我记得有个项目,候选化合物是BCS II类,溶解性差得离谱。团队花了大半年做固体分散体,才把生物利用度从5%提到30%。
从这个例子就能看出,BCS分类的价值——它帮你瞄准“问题在哪”。

做模型时,我习惯把BCS类作为吸收预测的一个重要特征。
一个简单的规则:I类相信吸收好,II类卡溶出,III类卡渗透,IV类能绕就绕。

Caco-2细胞模型与PAMPA模型

体外渗透性模型是吸收预测的“照妖镜”。
两个主流工具:Caco-2和PAMPA。

Caco-2细胞模型

Caco-2是一种人结肠癌细胞,在Transwell上培养21天会自发分化,形成紧密的单层。它的转运蛋白表达谱和小肠上皮比较接近。
测出的表观渗透系数(Papp),能很好地预测人体口服吸收百分比。

我在项目中曾用Caco-2数据建了一组QSPR模型,当时选了几十个化合物,测试结果和人体PK数据相关性极好。但要注意:

  • Caco-2单层的TEER值必须达标(>300 Ω·cm²)
  • pH要匹配肠道环境(A→B通常用pH 7.4/7.4)
  • 必须测A→B和B→A两个方向,才能判断外排

PAMPA模型

PAMPA不用细胞,只用人工磷脂膜。它只反映被动跨细胞扩散,排除了主动转运和外排的干扰。
好处是快、重复性好。坏处是看不全——尤其是被P-gp外排严重的药,PAMPA会“乐观高估”。

我个人习惯把PAMPA当作“筛选漏斗”的第一层:先拿PAMPA筛掉被动扩散差的化合物。
过了这关,再上Caco-2看主动转运和外排情况。
这样既省钱又省时间。
Caco-2 vs PAMPA 快速对比:
模型机制覆盖成本通量主要用途
Caco-2被动+主动+外排高中化合物最终确认
PAMPA仅被动跨细胞低高早期快速初筛
我曾经使用PAMPA筛了一个系列,发现有8个化合物渗透性不错,很兴奋。
结果一测Caco-2,其中6个被P-gp严重外排,实际渗透性差得远。
所以先别急着高兴,遇到PAMPA的高渗透化合物,别忘了补做Caco-2外排实验。
口服药物吸收知识框架 口服药物吸收 理化参数 BCS 生物药剂分类系统 体外渗透性模型 logP pKa 溶解度 BCS I BCS II BCS III BCS IV Caco-2 细胞模型 PAMPA 人工膜 绕不开的核心原理:溶解 → 跨膜 → 转运 → 入血 吸收速度与程度 体内口服生物利用度