替格瑞洛用于減少急性冠脈綜合征（ACS）患者的臨床血栓事件，而又不增加大出血的風險。歐盟和美國心臟病學(xué)會已推薦該藥物為ACS的一線治療藥物。

單劑量給藥后，替格瑞洛會迅速吸收并在1.3至2 h達到峰值血漿濃度。替格瑞洛主要經(jīng)CYP3A4酶代謝，代謝貢獻率為95％，并生成活性代謝物（AM）和非活性代謝物。CYP3A5在替格瑞洛的代謝中為次要作用。替格瑞洛和AM均主要經(jīng)糞便排泄，腎臟清除率較小。AM在血液中的濃度約為替格瑞洛的30％-40％，并且具有相似的抗血小板活性。用于P2Y12受體拮抗劑的一般藥效學(xué)參數(shù)是抑制ADP刺激的血小板聚集（IPA），因此我們使用IPA作為替格瑞洛的抗凝功效的藥效指標。

肝硬化是一種進行性疾病，使用Childe-Pugh（CP） A，B和C類進行分類，以定義疾病嚴重程度。肝硬化可導(dǎo)致生理狀況發(fā)生變化，從而影響藥物的藥代動力學(xué)（PK）?；谔娓袢鹇宓拇x途徑，肝硬化可能會改變替格瑞洛和AM的暴露并引起藥效（PD）的改變，而實際用藥過程中又可能出現(xiàn)肝硬化患者需要服用替格瑞洛的情況。因此，為了促進替格瑞洛的臨床應(yīng)用，已經(jīng)進行了肝硬化人群的臨床研究，Butler等報道了替格瑞洛在A級（CP-A）肝硬化人群的PK和PD研究，這也是唯一報道的臨床研究。迄今為止，尚無CP-B和CP-C級肝硬化人群中替格瑞洛的PK和PD的相關(guān)報道。因此，有必要開發(fā)一種準確的方法來揭示替格瑞洛在CP-B和CP-C級肝硬化人群中PK和PD的變化。

本研究建立并驗證了替格瑞洛PBPK模型，該模型可以用于預(yù)測不同人群靜脈和口服藥物后替格瑞洛和AM的PK，并將替格瑞洛PD模型與PBPK模型相結(jié)合，揭示了IPA的變化。還預(yù)測并驗證了CP-A級肝硬化人群中替格瑞洛的PK和PD，并對CP-B和CP-C級肝硬化人群進行了預(yù)測。

2.1 替格瑞洛及其AM的PBPK建模數(shù)據(jù)與處理

替格瑞洛PBPK模型建模軟件為GastroPlus? v.9.6，替格瑞洛和AM物理化學(xué)與生物藥劑學(xué)參數(shù)見Table 2，部分參數(shù)使用了ADMET Predictor軟件的預(yù)測值。對替格瑞洛的原藥粒徑及其體外溶出行為的研究表明，替格瑞洛的原藥粒徑應(yīng)控制在r < 10 μm，最終選擇9 μm用于模擬PK曲線；Caco-2滲透性( 0.6*10-5cm / s )為實測值；基于實測的PK數(shù)據(jù)，將ADMET Predictor軟件預(yù)測的替格瑞洛LogP = 3.52，調(diào)整為與AM一致，即3.58，fup優(yōu)化為0.65%（文獻值為0.6%）。替格瑞洛的溶解度( 0.063 mg/mL)為文獻值。

胃腸道模型為高級隔室吸收與轉(zhuǎn)運模型（ACAT），將CYP3A4設(shè)為肝臟和腸道代謝的唯一酶，采用軟件內(nèi)建的年齡相關(guān)（PEAR）生理學(xué)模型進行人口生理參數(shù)估算。組織-血漿分配系數(shù)（Kp）采用Lukacova (Roders-Single)的方法計算得到。重組酶的酶促動力學(xué)參數(shù)Km和Vmax數(shù)據(jù)是從已發(fā)表的文獻中獲得。替格瑞洛被CYP3A4代謝為AM和AR-C133913XX的酶促動力學(xué)參數(shù)如下表（Table 3）。Vmax的系統(tǒng)間外推因子設(shè)置為1.2，該值是通過實測PK數(shù)據(jù)優(yōu)化獲得。

CYP酶未結(jié)合固有清除率（CLint，u）和全身血漿清除率（CLpb）的計算方法如公式1和2所示。在該模型中，腎臟排泄的作用少于清除率的1％。根據(jù)觀測到的靜脈和口服數(shù)據(jù)確定了AM的體內(nèi)總清除率（CL）。

其中，CLint,u =未結(jié)合的固有清除率；K ⁱ_max=酶i的米氏常數(shù)（在1/2Vmax處的底物濃度）；V ⁱ_max=酶i的最大代謝速率；Ct,u =組織中未結(jié)合的藥物濃度；CLp，CLb =血漿和血液清除率；Rbp =血液/血漿濃度比；Q =組織血流量；fup =血漿中游離藥物分數(shù)。

2.2 不同類型肝硬化人群的生理變化

肝硬化會改變生理參數(shù)，包括血流量、心臟指數(shù)、血漿蛋白濃度、血細胞比容、肝功能量、腎功能和肝酶活性等。不同水平的肝硬化改變的生理參數(shù)見Table 1，健康人群的基線值作為補充數(shù)據(jù)（Supplementary Table S1）。

2.3 替格瑞洛及其AM的PBPK/PD模型建模數(shù)據(jù)與處理

替格瑞洛及其AM的PBPK模型與PD模型鏈接的建模流程如下圖：

該流程涉及替格瑞洛及其AM的PBPK模型的建立、驗證和預(yù)測過程，并將該模型與其PD模型相結(jié)合，所有模型的預(yù)測準確性均根據(jù)觀察值和預(yù)測值之間的折疊誤差（預(yù)測值/觀察值）進行評估。在此策略中，第一步是建立健康成年人的PBPK模型；其次，將PD模型與已搭建的PBPK模型鏈接在一起；第三，建立并驗證CP-A級肝硬化人群的PBPK模型，建立了其他不同肝硬化程度人群的PBPK模型。最后，將建立的其他不同肝硬化程度人群的PBPK模型與PD模型相結(jié)合，以預(yù)測其他肝硬化人群中的藥效變化。

替格瑞洛PD模型選擇IPA作為藥效指示，采用GastroPlus 軟件PD模塊擬合PD數(shù)據(jù)，結(jié)果表明Sigmoid Emax模型（如公式 3所示）擬合PD效應(yīng)最優(yōu)，這也與文獻中報道的一致，該模型的參數(shù)通過軟件計算得到，并將該模型用于預(yù)測替格瑞洛血漿濃度曲線和PD 效應(yīng)曲線。

其中，E=抑制血小板凝集作用的百分比；E0=基線效應(yīng)；C=替格瑞洛和AM的總濃度，ng /mL；Emax=最大PD效應(yīng)；EC50=最大Emax一半時的總濃度，ng /mL；γ= Hill系數(shù)，用于描述濃度-效應(yīng)關(guān)系的斜率。

3. 結(jié)果與分析

3.1 健康人群PBPK模型的建立與驗證

靜脈注射替格瑞洛15mg PBPK模型的建立與驗證結(jié)果（Figure 2）：

統(tǒng)計分析表明，AUC和Cmax的折疊誤差基本上都在1.2的范圍內(nèi)，并且所有折疊誤差均在2的范圍內(nèi)?？诜煌瑒┝康奶娓袢鹇搴?，藥物吸收迅速，預(yù)測Tmax為1至2 h，而AM的Tmax為2至3 h，與替格瑞洛相比稍有延遲，這也與實測結(jié)果一致。

3.2 健康人群PBPK/PD模型的建立與驗證

替格瑞洛一般以IPA為藥效學(xué)參數(shù)，PD模型采用Sigmoid Emax模型。將替格瑞洛和其AM的總濃度用于Sigmoid Emax模型搭建，建立了藥效學(xué)模型，模型估算的Emax，EC50和E0值分別為92%，75 ng/mL和3%， IPA的Hill系數(shù)為1.3。Figure 4是口服100 mg和200 mg替格瑞洛后實測和預(yù)測的PD，搭建PBPK-PD模型且具有很高的精度，變異系數(shù)（CV%）小于20%，即IPA與替格瑞洛和其AM的總血漿濃度相關(guān)，該模型可以成功地將IPA與替格瑞洛和其AM的總濃度聯(lián)系起來。

3.3 肝硬化人群PBPK模型的建立和預(yù)測

在建立并驗證了健康成人的替格瑞洛PBPK模型以后，在該模型的基礎(chǔ)上納入了肝硬化人群的生理參數(shù)，并使用已報道的CP-A人群口服單劑量90 mg替格瑞洛后血漿中替格瑞洛和其AM的PK參數(shù)進行了驗證，大多數(shù)預(yù)測的藥代動力學(xué)參數(shù)（AUC和Cmax）與觀測值一致（<1.2倍誤差），因此CP-A人群替格瑞洛PBPK模型可以反映替格瑞洛和其AM在體內(nèi)的行為，結(jié)果如Table 7，F(xiàn)igure 5。

在CP-A人群替格瑞洛PBPK模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了CP-B和CP-C人群替格瑞洛PBPK模型，并預(yù)測了對應(yīng)的PK參數(shù)及PK曲線，如Table 7，F(xiàn)igure 5.

結(jié)果表明，口服90 mg替格瑞洛后的Cmax在不同程度的肝硬化（CP-A、CP-B、CP-C）人群中沒有明顯差異，但替格瑞洛在CP-B和CP-C人群中的AUC相比CP-A人群分別增加了52％和107％，而AM的暴露水平隨疾病嚴重程度增加而降低（Table 7）。

3.4 肝硬化人群PD模型的建立和預(yù)測

在建立并驗證了健康成年人替格瑞洛PD模型的基礎(chǔ)上，考慮到由于使用的數(shù)據(jù)來自不同的臨床研究，并且健康人群和肝硬化人群之間存在一些生理差異，因此當由從健康人群PD模型轉(zhuǎn)變?yōu)楦斡不巳篜D模型時，將Emax從92％優(yōu)化為82％以擬合觀測到的PD參數(shù)，E0，Hill系數(shù)和EC50保持恒定，結(jié)果如Figure 6左圖和Table 8。

結(jié)果表明優(yōu)化后的CP-A肝硬化人群PBPK-PD模型可以準確反映CP-A肝硬化人群中的藥效變化，進而將該模型用于預(yù)測CP-B和CP-C肝硬化人群的IPA，結(jié)果如Figure 6右圖。

已報道的研究表明IPA隨著替格瑞洛和AM血漿濃度的增加而增加。與CP-A肝硬化人群相比，CP-B和CP-C肝硬化人群中預(yù)測的替格瑞洛的濃度升高，AM濃度降低，但替格瑞洛和其AM的總暴露的增加（尤其是達到Emax后），最大IPA仍保持在85％附近，因此在CP-B和CP-C肝硬化人群中的藥效時間更長。

CP-B或CP-C肝硬化人群中替格瑞洛和其AM 總的Cmax / AUC低于CP-A肝硬化人群（Table 7），這表明在不同程度的肝硬化人群中藥物的全身暴露存在差異。此外，如Table 9所示，當模擬相同的治療劑量（90mg）時，預(yù)測的CP-B或CP-C肝硬化人群中IPA的平均抑制百分比（AUEC0-t / duration）與在CP-A肝硬化人群中的實測結(jié)果有所不同，CP-C肝硬化人群中預(yù)測的AUEC0-t / duration大于CP-B肝硬化人群，CP-B肝硬化人群中預(yù)測的AUEC0-t / duration大于CP-A肝硬化人群的實測值。

總體而言，基于替格瑞洛的暴露量和IPA的平均抑制百分比的變化，需要對CP-A，B和C肝硬化人群的給藥劑量進行調(diào)整。

4. 討論

這項研究首次開發(fā)了替格瑞洛及其AM的靜脈和口服PBPK模型，該模型可用于預(yù)測藥物的PK曲線。此外，將PD模型與PBPK模型連接起來，揭示了該藥物的PD效應(yīng)，即通過替格瑞洛和其AM的總濃度預(yù)測血小板聚集抑制百分比。

本研究將體外酶促動力學(xué)參數(shù)整合到PBPK模型中，成功從體外酶促動力學(xué)參數(shù)（Km，Vmax）外推獲得體內(nèi)代謝清除率。由于CYP3A5參與替格瑞洛的代謝比例很小，本研究沒有考慮這一代謝途徑。根據(jù)報道，替格瑞洛是體外P-糖蛋白（P-gp）的底物，但該藥物表現(xiàn)為線性PK特征，這提示了P-gp在替格瑞洛代謝過程中可能不起重要作用（可能P-gp被飽和），因此本研究搭建的替格瑞洛PBPK模型沒有考慮P-gp的影響。

替格瑞洛高蛋白結(jié)合率，而且主要通過肝代謝消除。因此，必須了解替格瑞洛的PK或PD行為在肝硬化病理狀態(tài)中是否發(fā)生改變。替格瑞洛在CP-A肝硬化人群的Cmax被低估，原因可能是使用灌注速率受限模型時，由于疾病狀態(tài)的潛在變化，無法很好地模擬達到穩(wěn)態(tài)之前的分布體積；另一個原因可能是該研究中的疾病人群生理參數(shù)的變化并不能完全反映實際情況。但總體而言，預(yù)測參數(shù)在實測結(jié)果的2倍范圍內(nèi)，因此預(yù)測誤差仍然可以接受。

不同肝硬化人群口服90mg替格瑞洛后替格瑞洛及AM的Cmax和AUC也有所不同，并在50h內(nèi)伴隨IPA的變化。相比CP-A肝硬化人群，CP-B和CP-C肝硬化人群口服90 mg替格瑞洛后的總暴露增加、IPA延長。

替格瑞洛通過直接與P2Y12受體結(jié)合而發(fā)揮抗血小板活性，這表明血漿是替格瑞洛的作用部位。因此，沒有考察其他效應(yīng)室的濃度。通過使用Sigmoid Emax藥效模型，能夠表征替格瑞洛對ADP誘導(dǎo)的血小板聚集的抑制作用。非線性濃度-藥效關(guān)系的Sigmoid Emax模型以S形為特征，Hill系數(shù)表示曲線的陡度，在替格瑞洛的攝入后2小時達到了最高IPA效果，并維持了至少8小時。

本研究假設(shè)在不同人群中PK-PD關(guān)系都符合Sigmoid Emax模型。盡管PBPK和PD模型是使用不同劑量及其對應(yīng)的藥效建立的，但將PBPK和PD模型結(jié)合后可用于深入理解不同程度的肝硬化對替格瑞洛體內(nèi)PK和PD的影響。在沒有替格瑞洛在不同程度肝硬化人群中的IPA數(shù)據(jù)的情況下，建立和驗證的模型表明，替格瑞洛和AM的暴露的變化會改變對血小板聚集的抑制作用，這可能需要調(diào)整劑量以避免產(chǎn)生不良反應(yīng)。比較替格瑞洛在不同程度肝硬化人群中的PK和PD參數(shù)，提示可能需要減少替格瑞洛的劑量，但是需要更多的臨床研究來確定最終的最佳劑量。

盡管本研究開發(fā)的模型可以預(yù)測PK和PD，但還有一些不足。首先，PD研究沒有區(qū)分母體藥物和AM的抑制作用。因此，有必要使用計算機模擬精確地解釋結(jié)果并進行預(yù)測；其次，PBPK模型中部分建模數(shù)據(jù)是基于體外數(shù)據(jù)的推算和計算機的預(yù)測值，并在健康人群和CP-A肝硬化人群中驗證了PBPK / PD模型。但是，由于缺少在CP-B和CP-C肝硬化人群中的PK和PD數(shù)據(jù)，在該人群中沒有進行驗證。將來，需要更多相關(guān)數(shù)據(jù)來驗證模型；第三，使用典型受試者進行模擬，未考慮PK、PD和生理變異。但是，PK、PD和生理學(xué)的變異應(yīng)包含在今后的研究中；最后，在這項研究中，僅考察了健康成年人和肝硬化人群。替格瑞洛也被廣泛用于急性冠脈綜合征（ACS）患者，并且ACS患者的生理參數(shù)可能存在一定差異。

5. 總結(jié)

在本研究中，證明了使用PBPK模型評估肝硬化人群PK和PD變化的價值。PBPK模型可能在抗血小板藥物替格瑞洛的安全性和抗血小板策略的個體化給藥中起關(guān)鍵作用。在未來的研究中，可將更多的潛在信息（例如轉(zhuǎn)運蛋白信息）整合到PBPK模型中，以指導(dǎo)臨床藥物決策。

6.軟件應(yīng)用

該案例應(yīng)用的軟件是GastroPlus (version 9.6)，涉及模塊有Base, ADMET Predictor, PBPK, PKPlus, Metabolism and Transporter Module, PDPlus.

參考文獻

Min Zhang a, Xiang You a, Meng Ke a, Zheng Jiao b, *, Hongwei Wu c, Pinfang Huang a, Cuihong Lin a, *; Prediction of Ticagrelor and its Active Metabolite in Liver Cirrhosis Populations Using a Physiologically Based Pharmacokinetic Model Involving Pharmacodynamics. Journal of Pharmaceutical Sciences 108 (2019) 2781-2790  IF: 3.197