研究結(jié)果

1.利福平和利福噴丁在兔體內(nèi)的藥物溶解度和半衰期

利福噴丁注射劑量為30mg / kg，30分鐘后測(cè)量的血漿中利福噴丁峰濃度（C）為33 μg/ml，給藥后15小時(shí)下降至0.87 μg/ml。AUC為170 μg·h/ml，半衰期（T）為4小時(shí)。相比之下，成年結(jié)核病患者利福噴定劑量為10、15和20 mg/kg，C值分別為15、21和28 μg/ml，AUC分別為279、387和537μg·h/ml；利福噴丁在人類患者中的T約為16小時(shí)。靜脈內(nèi)單次施用30mg/kg后健康兔肺組織中利福噴丁的濃度在給藥后2小時(shí)為13μg/g；AUC為82μg·h/ml，組織T為6.7小時(shí)，利福噴丁在給藥15小時(shí)后檢測(cè)不到。

靜脈注射單次10 mg/kg劑量的利福平后，血漿C為17 μg/ml和AUC為45μg·h/ml。根據(jù)這些數(shù)據(jù)的PK建模，預(yù)計(jì)10 mg/kg每天一次的利福平和60 mg/kg每天一次的利福噴丁分成幾個(gè)較小的劑量，每3或4小時(shí)給藥一次，可獲得與利福平（10 mg/kg）和利福噴?。?0 mg/kg）的臨床劑量相似的每日AUCs，以及在兔肺組織中的可量化濃度。

2.優(yōu)化肺空洞性結(jié)核的兔模型

作者使用了兩種方法在兔子中產(chǎn)生結(jié)核病變，一種是氣溶膠感染的兔子用于單劑量實(shí)驗(yàn)，另一種是利用支氣管鏡感染肺結(jié)核。對(duì)氣溶膠和支氣管鏡感染的兔子的患病肺組織進(jìn)行大體檢查和組織病理學(xué)，確定這兩種感染途徑均為類似人的結(jié)核病病理學(xué)特征（圖1）。

圖1 | 肺空洞性結(jié)核兔模型中的疾病病變

3.利福平和利福噴丁在兔子肺病變中的滲透性

通過(guò)LC-MS/MS對(duì)血漿和組織PK的測(cè)量表明，單次用藥后，利福平和利福噴丁都能很好地滲透到未受影響的肺組織、細(xì)胞病變和空洞病變周圍的組織中。利福平從肺組織中清除的速度似乎比從血漿中的慢，而利福噴丁從組織病變中的清除速率與從血漿中的相似。利福平和利福噴丁在壞死病變中心和空腔積液中的濃度都低于健康肺組織或細(xì)胞病變中的濃度，特別是在用藥后的第一個(gè)小時(shí)。用藥2小時(shí)后，空腔積液中的利福平濃度是細(xì)胞病變的一半。單次用藥后3小時(shí)和6小時(shí)，利福噴丁在空腔病例中的濃度分別是細(xì)胞病變和空腔壁的4-4.2倍和5.4-5.7倍，圖2（A至C）顯示了單劑量利福平或利福噴丁后的組織-血漿藥物濃度比。

多次用藥后，所有病變類型的利福平在用藥后2小時(shí)的濃度都高于單次用藥的濃度。到用藥后12小時(shí)，所有病變類型的利福平濃度與用藥后2小時(shí)的濃度相比都有所下降，只有空腔病例的用藥后12小時(shí)濃度明顯高于用藥后2小時(shí)的濃度。對(duì)于利福噴丁，在多次用藥后，用藥后2小時(shí)的濃度沒(méi)有明顯高于單次用藥后2至3小時(shí)的濃度。在用藥后2至12小時(shí)內(nèi)，腔內(nèi)酪蛋白中的利福噴丁增加，而其他肺組織病變中的利福噴丁減少。在最后一次服用利福平或利福噴丁的多劑量后2小時(shí)，利福平的細(xì)胞病變與血漿比率、腔壁與血漿比率和腔內(nèi)病例與血漿比率，與利福噴丁相比，分別高出2倍、2.2倍和6.4倍。同樣，對(duì)于利福平來(lái)說(shuō)，用藥12小時(shí)后的組織-血漿比率高于利福噴丁。值得注意的是，利福平的腔體-血漿比是利福噴丁的22倍（圖2E）。

圖2 | 兔結(jié)核病模型治療后組織血漿藥物濃度比

4.將兔子腔腸結(jié)核模型中的藥物PK與臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)聯(lián)和分析

來(lái)自利福平和利福噴丁單次和多次給藥實(shí)驗(yàn)的所有血漿、組織和腔內(nèi)PK值都被納入PK模型。對(duì)于利福平來(lái)說(shuō)，所有病變類型（細(xì)胞病變、組織周圍病變、空腔干酪和腔壁）的滲透系數(shù)（組織中藥物與血漿的比率）接近1.0（表1）。對(duì)于利福噴丁來(lái)說(shuō)，細(xì)胞病變、病變周圍組織和腔壁的滲透系數(shù)也接近1.0，而對(duì)于腔內(nèi)病例，滲透系數(shù)為0.25（表1）。在未受影響的肺組織中，利福平和利福噴丁的組織-血漿比約為0.7-0.8。

作者利用之前開(kāi)發(fā)的用于接受利福噴丁劑量為10-20 mg/kg的結(jié)核病患者臨床試驗(yàn)的PK-藥效學(xué)（PK/PD）暴露-反應(yīng)模型，在這些模型中用病變部位PK代替結(jié)核病患者血漿PK（假設(shè)病變部位藥物濃度為大肺腔患者血漿濃度的25%）。從目標(biāo)函數(shù)值的大幅下降可以看出這樣提高了模型適合數(shù)據(jù)的可能性，導(dǎo)致作用部位暴露與痰液培養(yǎng)轉(zhuǎn)換之間存在高度相關(guān)性。估計(jì)的作用AUC為207 μg·h/ml。

表1 | 利福平和利福噴丁滲透到兔結(jié)核病變和健康肺組織中

5.通過(guò)空間代謝組學(xué)和PET-CT成像顯示利福平和利福噴丁的空間分布

空間代謝組學(xué)的結(jié)果與LC-MS/MS的結(jié)果一致（圖3、4）。在單次使用利福平或利福噴丁后，與細(xì)胞病變相比，空腔內(nèi)的藥物濃度較低（圖3）。在多次用藥，2小時(shí)后的時(shí)間點(diǎn)上，利福平高度定位在空腔病變的細(xì)胞區(qū)，對(duì)酪膜的滲透有限（圖4A）。到了用藥后12小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，利福平已經(jīng)成功地穿透了整個(gè)病灶（圖4A）。單次或多次用藥后，利福噴丁的組織分布相似，在腔壁和細(xì)胞病變區(qū)觀察到的藥物濃度最高（圖3、4B）。H&E染色被用來(lái)驗(yàn)證病變活檢的組織病理學(xué)，并證實(shí)了大體檢查結(jié)果（圖3、4）。

為了研究無(wú)創(chuàng)正電子發(fā)射斷層掃描（PET）-CT成像是否能提供與空間代謝組學(xué)和LC-MS/MS類似的藥物分布數(shù)據(jù)，作者使用PET-CT和C標(biāo)記的利福平對(duì)感染Mtb的兔子的空洞病變進(jìn)行成像（圖5A）。在靜脈注射C-利福平后55分鐘，進(jìn)行動(dòng)態(tài)PET-CT成像（圖5B）。C-利福平迅速而廣泛地分布（圖5C、D），C-利福平PET信號(hào)均勻地分布在未受影響的肺組織和受感染的肺實(shí)質(zhì)中。與受感染的肺實(shí)質(zhì)相比，空洞性病變中的利福平濃度較低（P < 0.001，圖5E）。

圖3 | 空間代謝組學(xué)分析和單劑量利福平或利福噴丁后兔肺的肉眼病變

圖4 | 多劑量利福平或利福噴丁后兔肺空間代謝組學(xué)分析和大體病理學(xué)

圖5 | Mtb感染兔的多發(fā)性腔隙病變的C-利福平PET-CT成像

研究結(jié)論

作者開(kāi)發(fā)了一種快速、可預(yù)測(cè)的兔肺空洞性結(jié)核病動(dòng)物模型。使用這個(gè)兔子模型，對(duì)利福平和利福噴丁抗生素的病灶PK和PK/PD進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。確定了利福平和利福噴丁在滲透到空腔酪膜方面存在差異，空腔酪膜是一種蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量豐富、血管不發(fā)達(dá)的空腔病變區(qū)域，其Mtb細(xì)菌負(fù)荷很高。

作者將這些發(fā)現(xiàn)納入現(xiàn)有的2期臨床試驗(yàn)的PK/PD模型中，發(fā)現(xiàn)作用部位的PK改善了模型的擬合，并可能有助于解釋為什么有大空腔的結(jié)核病人似乎沒(méi)有從利福噴丁中獲益，而利福噴丁的劑量對(duì)有小空腔或沒(méi)有空腔的結(jié)核病人來(lái)說(shuō)是非常有效的。該模型可以作為一種工具，通過(guò)預(yù)測(cè)藥物在Mtb的疾病病灶中的分布以及抗結(jié)核藥物發(fā)揮的殺菌作用，幫助優(yōu)化結(jié)核病藥物治療方案。

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本研究開(kāi)發(fā)了一種結(jié)核病的兔子模型，在單劑量或多劑量的利福平或利福噴丁產(chǎn)生人類等效的血漿暴露后，在給藥后的不同時(shí)間點(diǎn)處死兔子，然后利用空間代謝組學(xué)、LC-MS/MS和PET-CT等技術(shù)測(cè)量病灶藥物的藥代動(dòng)力學(xué)和組織藥物分布，很好地解釋了利福噴丁的臨床表現(xiàn)并不優(yōu)于利福平是由于利福噴丁對(duì)肺空洞性病變的滲透不良造成的。

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