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大鼠、狗和人：影响口服药物生物利用度的解剖学和生理因素
AymanEl-Kattan, Susan Hurst, Joanne Brodfuehrer, and Cho-Ming Loi
目录
1 前言... 2
2 口服生物利用度的决定因素... 3
2.1 吸收... 3
2.1.1 影响口服药物吸收的生理因素... 3
胃肠道的解剖学和生理特征... 3
不流动水层... 4
胃肠道转运时间... 4
胃肠道pH.. 5
胆汁... 5
菌群... 6
淋巴吸收... 6
2.1.2 口服吸收的机制... 6
被动扩散... 6
主动转运... 7
2.1.3 影响口服药物吸收的生理因素的总结... 8
2.2 代谢... 9
2.2.1 影响口服药物代谢的生理因素... 9
2.2.2 细胞色素P450s. 9
CYP1A.. 10
CYP2C.. 10
CYP2D.. 10
CYP3A.. 11
2.2.3 UGT. 12
2.2.4 首过代谢的种属差异及其对口服生物利用度的影响... 12
2.2.5 影响药物代谢的生理因素的总结... 13
3 总结... 14
参考文献... 14
治疗有效药物的发现和开发是一个耗时、资源密集、复杂的过程。最近的估计表明，在美国开发一个新药，需要10-15年的时间才能进入市场。基于来自塔弗茨药物开发研究中心的数据，在2005年，将一个生物制药产品推向市场的平均成本（包括失败的花费）是12.4亿美元。市场上的大部分药物是通过口服的方式来给药，因为口服是一种方便、划算的给药途径。因此，当考虑将一个新化学实体（NCE）用于进一步开发时，口服生物利用度是药物发现过程中频繁评价的关键参数之一，因为口服生物利用度差是导致疗效差异的主要因素之一。Hellriegel等人选用来自不同治疗分类的药物，报道了药物的口服生物利用度和口服生物利用度在个体之间的变异系数存在显著的逆相关性。口服生物利用度差导致的变异性增大，将使病人面临更大的毒性血药浓度或低于有效治疗剂量的血药浓度的风险。对于窄治疗窗药物或易产生耐药性的药物，这尤其重要，例如，细胞毒性药物和抗生素。
药物发现和早期临床前开发阶段，通常采用大鼠和狗等动物模型来评价新化学实体（NCE）的药代动力学行为（包括口服生物利用度）。NCEs的早期发现时，一般会选用啮齿动物来评价体内药代动力学，因为合成得到的NCEs的量很小，不足以在大型动物模型上开展这些研究。这些数据与生物信息学和体外研究的数据一起，可用于推测药物在人体的药代动力学行为，从而指导一系列化合物的合成，用于优化吸收、分布、代谢、排泄（ADME）特性。当发现了更有希望的候选化合物时，可以大量合成该化合物，在非啮齿类动物模型（例如狗）上评价药代动力学特性，从而完善对人体药代动力学特性的推测、支持NCE的进一步开发。但是，由于种属依赖性的生理和代谢差异，基于动物和体外数据来预测人体口服生物利用度的方法仍存在很多挑战。
本章旨在评论影响口服药物生物利用度的吸收和代谢机制在人和两种常用的临床前动物模型（大鼠和狗）中的异同点。
先前的大量文献都对临床前动物和人的胃肠道解剖学和生理差异进行过描述，接下来对其进行简单概述。
大鼠、狗和人的胃肠道主要由胃、小肠（十二指肠、空肠、回肠）和大肠（盲肠、结肠、直肠）组成。大鼠、狗和人中，这些组成部分的尺寸和表面积不同。表1所示为大鼠、狗和人的胃肠道主要组成部分的解剖学长度和所占比例的对比表。虽然人的体重（70 kg）比狗（10 kg）和大鼠（0.25 kg）的体重大，但是人的胃肠道长度（8.35 m）只是狗的2.0倍、只是大鼠的5.6倍。然而，大鼠、狗和人的小肠（被认为是药物吸收的主要位置）占胃肠道总长度的相对比例分别是83%、86%和81%。大鼠、狗和人的大肠占胃肠道总长度的相对比例分别是17%、14%和19%。
表1 大鼠和人的肠道及其主要组成的长度比较
物种 | 肠的部位 | 长度（m） | 比例（%） |
大鼠 | 小肠 | 1.25 | 83 |
大肠 | 0.25 | 17 | |
总肠道 | 1.50 | / | |
狗 | 小肠 | 4.14 | 86 |
大肠 | 0.68 | 14 | |
总肠道 | 4.82 | / | |
人 | 小肠 | 6.80 | 81 |
大肠 | 1.55 | 19 | |
总肠道 | 8.35 | / |
表2是大鼠和人的胃肠道的绝对表面积的对比结果。有趣的是，人的小肠表面积是大鼠的200倍。这个差异的主要原因是，人的小肠含有的三种解剖学结构可以显著增加小肠的表面积，而大鼠的小肠只含有这三种结构中的两种。人的小肠粘膜上分布有可观察到的粘膜折皱（环行皱襞或Kerckring折叠），可以使表面积增加三倍，而大鼠小肠则不存在此结构。环行皱襞上分布有微观的指状突起的绒毛，可以使大鼠的小肠表面积增加5倍，使人的小肠表面积增加10倍。每个绒毛表面都有微绒毛，使表面积增加20倍。当小肠归一化到体表总面积，人的小肠的相对表面积比大鼠的大四倍。与小肠不同，大肠表面没有绒毛，由皱纹分隔为不同的区域。此外，大肠上皮细胞与小肠略有不同，大肠的微绒毛更少。总的来说，这导致大鼠和人的大肠表面积均较小（表2），与之相应的是，小肠是这两个物种中吸收药物的主要部位。
表2 大鼠和人的胃肠道绝对表面积的比较
胃肠道组成 | 人 | 大鼠 |
绝对表面积（m2） | 绝对表面积（m2） | |
胃 | 0.053 | 0.000624 |
小肠 | 200 | 1 |
大肠 | 0.35 | 0.034 |
与肠膜相邻的是一层不流动的水层，是各种药物分子穿过肠膜的潜在障碍。大鼠肠膜的不流动水层的厚度约100 μm，而人和狗的则是40 μm。Chiou等人在人、狗、兔子、大鼠和小鼠中，评价了临近肠膜的不流动水层厚度对被动吸收药物（具有不同的膜吸收半衰期，10-300 min）的吸收速率和程度的影响。结果表明，不流动水层的出现对药物吸收速率和程度的影响较小。
药物分子吸收速率一般是药物在胃肠道各部位吸收的综合结果，由药物在胃肠道各部位的停留时间和吸收决定。一般来说，胃转运时间影响迅速溶解和吸收良好的药物的吸收。然而，小肠转运时间影响以下药物的吸收：粘膜渗透性差的药物，载体介导的摄取，在肠道易降解的药物，系统吸收受限于溶出步骤的产品。与胃转运时间不同，小肠转运时间不受饮食条件和肠内物质的物理组成的影响。在大鼠、狗和人中，小肠转运时间约为3-4 h。大鼠的大肠转运时间约为15h，人和狗的大肠转运时间为8-72h。
离子化在决定药物溶解速率和被动透过胃肠道中发挥关键作用。因此，吸收位置的pH值是促进或抑制可离子化药物分子溶解和吸收的关键因素。图1所示为大鼠、狗和人的胃肠道的pH值。在大鼠和狗中，胃内食糜的pH约为3.3，而人胃内食糜的pH更偏酸性，可低至1.5。食糜到达十二指肠时，被胰腺分泌的碳酸氢盐和胆汁快速中和。在大鼠、狗和人的小肠的末端，食糜逐渐变得更偏碱性。然而，在所有物种中，大肠中食糜的pH都比小肠中观察到的pH值更偏酸性，这可能是由于微生物发酵所导致的。
图1 大鼠、狗和人的胃肠道不同区域的pH值
胆汁由肝细胞产生，经胆管渗入肝脏。在这个过程中，上皮细胞产生富含碳酸氢盐的水溶液，增加溶液的碱性。在人和狗中，胆汁被浓缩高达5倍之后，被储存于胆囊中，胆囊以2-22 ml/kg/天（人）和19-36 ml/kg/天（狗）的速度分泌胆汁。然而，大鼠没有胆囊，胆汁以稀溶液的形式、以大约48 ml/kg/天的速度被持续分泌到十二指肠。
胆汁作为表面活性剂，可以乳化脂肪，通过增加表面积来帮助酶发挥作用，从而有助于脂肪在小肠的吸收。除了碳酸氢盐，胆汁中还含有胆汁盐（例如，牛磺胆酸和脱氧胆酸的盐），它们和磷脂一起通过乳化的方式来分解脂肪球。随后这些乳化的液滴进入很多胶束中，这有助于增加它们的吸收。因为胆汁可以增加脂肪的吸收，它也在脂溶性维生素和类固醇的吸收中发挥关键作用。
在大鼠、狗和人中，菌群存在于胃肠道的大部分部位，是胃肠道内物质的重要成分。在大鼠和狗中，胃、小肠和大肠中有很多种菌群。人的胃和小肠上段没有菌群，主要是因为人胃内物质的低pH。然而，大量的菌群存在于人的小肠末端和大肠。
肠道菌群通过水解、脱羟基作用、脱氨基作用、脱羧反应和叠氮基团还原的方式，在各种化学物质和外源性物质的代谢中发挥重要作用。在这些作用方式中，葡萄糖醛酸结合物的水解是最重要的代谢反应。这个生物转化过程是由β-葡萄糖醛酸酶介导的，β-葡萄糖醛酸酶是由肠道菌群产生的。狗和大鼠胃肠道的β-葡萄糖醛酸酶的含量高于人。
关于人体肠道菌群代谢的体内模型，传统的实验动物是不具备的。有关人体结肠细菌的无菌大鼠模型已被用作研究人体菌群的体内模型。
肠淋巴途径在高度亲脂性药物的吸收中发挥重要作用，为开发通过该途径吸收的控释制剂提供了机会。药物淋巴吸收的异同由以下因素决定：流向各吸收位置的淋巴流、药物淋巴吸收的机制、脂类消化的机制、胆汁成分和分泌模式。
然而，关于药物淋巴摄取的种属差异以及导致的药物吸收和生物利用度的中试差异，所知甚少。
口服药物以后，药物分子可以通过不同的机制穿过胃肠道腔膜，例如被动扩散或主动转运。被动扩散由两种途径组成：(i)细胞旁路途径，药物通过肠细胞间紧密连接的水孔扩散；(ii)跨细胞（亲脂性）途径，需要药物跨过肠细胞的脂类细胞膜。主动转运途径由转运蛋白介导，在功能上可以分为主动的药物内流和外排。一种化合物的吸收与各种途径的相关性，由化合物的理化性质和它与各种转运蛋白的亲和性决定。
在细胞旁路扩散中，药物分子通过扩散和穿过水性细胞间隙的对流体积流量而被吸收。一般地，通过这种途径被吸收的是小分子（例如，MW＜250 Da）、亲水性（logP＜0）的药物。因为连接复合体呈负电性，正电荷分子更容易通过，而负电荷分子则被排斥。此外，细胞旁路途径提供的吸收窗很有限，因为细胞旁路连接占肠膜总表面积的比例低于0.01%。而且，空肠和结肠之间的细胞间紧密连接变得更紧密。在大鼠、狗和人中，通过这种机制的药物吸收存在显著的种属差异。例如，He等人选用一些亲水性、代谢稳定的药物（阿昔洛韦、阿替洛尔、西咪替丁、纳多洛尔、氢氯噻嗪），开展了绝对生物利用度的跨种属比较研究。作者报告了这些药物在人和大鼠中生物利用度的良好相关性，在大鼠中的生物利用度稍微低于在人中的生物利用度。相反地，在狗和人中的生物利用度没有明显的相关性，阿昔洛韦和纳多洛尔在狗中的生物利用度比在人中高很多，两种药物在狗中的生物利用度几乎是100%，而在人中仅有25%和28%。作者推断，预测通过细胞旁路途径吸收的化合物的人体生物利用度时，大鼠是比狗更好的模型。
跨细胞途径是大部分药物分子吸收的主要途径。一般来说，被动跨细胞渗透的速率主要是由跨过顶侧模的速率决定的，由化合物的理化性质所控制。与细胞旁路途径不同，通过跨细胞途径被吸收的化合物是非离子化的，logP＞0，MW＞300 Da。此外，氢键能力方面，氢键供体数目＜10，氢键受体数目＜5。
载体介导的转运是很多营养物、维生素和外源性物质肠吸收的重要决定因素。最近的研究表明，过多的转运蛋白基因表达在大鼠、狗和人的肠组织。根据功能的不同，肠膜转运蛋白可以分为内流性转运蛋白和外排性转运蛋白。内流性转运蛋白包括二肽/三肽（PEPT1）、大的中性氨基酸（system L）、胆汁酸、核苷、单羧酸转运蛋白、有机阴离子转运多肽（OATPs）。能够作为这些内流性转运蛋白底物的药物分子，可能表现出比扩散通过肠细胞膜更高的肠吸收。
人的PEPT1转运蛋白尽管也在其他部位表达，但主要表达在小肠。PEPT1转运蛋白是很多类肽底物的内流性转运蛋白，例如血管紧张素转化酶抑制剂、β-内酰胺抗生素（头孢菌素和青霉素）、伐昔洛韦、肾素抑制剂。在大鼠、狗和人中，PEPT1转运蛋白的基因序列高度保守，大鼠和狗的基因序列和人的相同序列比例分别是82%和85%。Sprague–Dawley大鼠和人相比，PEPT1在肠道的局部分布以及功能性均类似，因此，对于通过内流性转运蛋白主动摄取的药物，大鼠是评价药物肠道吸收的潜在有效的临床前模型。相反地，关于狗中PEPT1转运蛋白在肠道的局部分布和功能性，所知道的信息很少。
有数据表明，OATP（钠非依赖性转移系统超家族）是肠道表达的内流性转运蛋白的另一重要家族。在人中，这些内流性转运蛋白可能表现出底物特异性。例如，Glaeser等人的研究表明，OATP家族转运蛋白的多种成员（包括OATP1B1、OATP1B3、OATP2B1、OATP1A2）表达在十二指肠。然而，在这些OATP转运蛋白中，只有OATP1A2能够介导非索非那定的体外摄取。通过同时服用或提前2 h服用西柚汁来抑制OATP1A2活性，非索非那定的系统暴露量降低，这表明OATP在非索非那定的吸收中发挥作用。大鼠的小肠表达有OATP3，其氨基酸序列的34-72%与人的OATP1B1、OATP1B3、OATP2B1、OATP1A2相同。但是，对狗中OATP的组织分布和底物特异性所知较少。更重要的是，小肠OATP组织分布和功能在大鼠、狗和人之间的潜在种属差异对药物吸收和口服生物利用度的影响，仍需进一步阐明。
与内流性转运蛋白相比，外排性转运蛋白是一种吸收障碍，限制了很多药物的口服生物利用度。至今为止，大部分外排性转运蛋白都属于ATP结合盒转运蛋白超家族，表达在肠细胞的顶面。外排性转运蛋白包括P-糖蛋白（P-gp）、乳腺癌耐药蛋白（BCRP）、多药耐性相关蛋白（MRPs）、有机离子转运蛋白。在这些转运蛋白中，有些转运蛋白在胃肠道的表达表现出局部分布的形式。
在各种外排性转运蛋白中，P-gp（多药耐性(MDR1)基因的产物）是顶端外排性转运蛋白中表征最清晰的一个转运蛋白。这个蛋白在限制很多药物的肠道吸收中发挥重要作用，例如地高辛、他林洛尔、UK-343,664和环孢霉素。在蛋白水平，比格犬的P-gp与人的相似度为90%。但是，在体外，P-gp介导的转运活性具有种属差异，可能具有底物依赖性。在人的小肠中，从近端到远端，P-gp的相对表达量逐渐升高。因此，依赖于某一具体药物的吸收位置，这一区域分布形式可能会对生物利用度产生重要影响。基于临床前动物来预测NCE在人体的吸收时，应考虑P-gp的区域分布和功能的潜在种属差异。
大鼠、狗和人之间，影响药物吸收的解剖学和生理因素存在显著的种属差异。尽管存在这些差异，在大鼠和人中，口服药物吸收的程度（Fa）趋于类似。例如，Chiou等人报告了64种药物在大鼠和人之间的Fa的显著相关性，这64种药物具有不同的理化和药理性质，肠道渗透性差异也很大。一个类似的回顾性评价研究选用狗作为动物模型，评价了43中化合物，相关性稍差一些，有些药物在狗中的吸收好于在人中的吸收。将狗中的生物利用度数据外推至人时，需谨慎。另一个需要考虑的因素是主动转运在药物吸收中的作用。虽然很多研究都表征了药物转运蛋白基因表达的种属差异，但仍需进一步的研究来评价这些转运蛋白的区域表达水平、功能活性和底物特异性，以便于我们更好地理解转运蛋白以及它们对药物吸收和生物利用度的影响。
除了吸收，影响口服生物利用度的最重要因素之一是首过代谢，涉及口服药物在胃肠道（服药位置）和系统循环（检测位置）之间的代谢，因为药物首次通过消除器官（肝和肠）。即使是从胃肠道完全吸收的药物，由于首过代谢的原因，药物的绝对生物利用度也可能较低，尤其是对于肝提取率中等或较高的药物（例如，利多卡因）。首过代谢可以发生在肠或者肝。在咪达唑仑和环孢霉素A的研究中，已发现了肠首过代谢的临床相关性。
首过代谢对药物的生物利用度具有显著影响，尤其是对于中到高度肝提取率（例如，0.3≤Eh≤1.0）的药物。通过外推临床前数据来预测人体生物利用度时，需要采用合适的模型来全面理解药物在不同种属中的代谢率和去向，并查明固有代谢清除或提取率是否相当。下面章节重点对首过代谢涉及的两种主要的药物代谢酶进行跨种属比较。
细胞色素P450（CYP）超家族可以分为多个家族和亚族，基于氨基酸序列的相似性，不同的亚型被划分为不同的家族或亚族。在人和动物中，每一个器官中都发现了CYPs；然而，CYP介导的药物代谢主要发生在肝和肠。在人体，药物代谢涉及的最重要的CYP酶是CYPs1A2、2C9、2C19、2D6和3A4，CYPs 2B6、2C8和3A5在某些治疗性药物的代谢中发挥作用。CYPs 2A6和2E1只在外源性物质的代谢中发挥较小作用。虽然CYP2D6、3A4和2C9只占了总的肝脏CYP蛋白的约50%，这三种酶代谢了市场上药物的约80%。酶的表达和催化活性存在显著的种属差异。
在大鼠、狗和人中，CYP1A亚族由CYP1A1和CYP1A2组成。CYP1A2在人和大鼠的肝脏表达，但在未处理的狗的肝上低表达。CYP1A1在大鼠、狗和人的肝上的表达水平都很低；大鼠和人的小肠、肺和胎盘，表达有该酶。使CYP1A1表达在狗的肝之外的部位，尚未实现。人体小肠的CYP1A1表达量易变异，已证明吸烟和吃烤肉会影响CYP1A1表达量。呋拉茶碱抑制大鼠和人CYP1A2的表达，但对大鼠的抑制效力比人低1000倍。呋拉茶碱对大鼠和人的抑制效力的种属差异表明，大鼠和人的CYP1A2同源序列之间的活性位点结构存在较大差异。狗和人的CYP1A同源序列也存在明显的跨种属差异。在一个跨种属对比研究中，抗人1A抗体和人CYP1A抑制剂（α-萘黄酮和呋拉茶碱）抑制氯唑沙宗（人CYP2E1探针底物）在狗微粒体中的代谢，以及人CYP1A2探针底物（7-ethoxyresorufin O-dealkylation）。
在人体，CYP2C家族由CYP2C8、CYP2C9、CYP2C18和CYP2C19组成，所有成员都表现出多形态表达的性质。CYP2C蛋白的相对表达量是：CYP2C9＞CYP2C8＞CYP2C19，CYP2C18在肝或小肠均未检测到。CYP2C蛋白在肝的整体表达量高于小肠。在大鼠中，CYP2C蛋白由一些亚型组成，包括CYP2C6、CYP2C7、CYP2C11、CYP2C12、CYP2C13、CYP2C22和CYP2C23。CYP2C家族在大鼠的表达具有性别依赖性和发育阶段依赖性的差异。然而，在人体，尚未观察到CYP2C代谢的性别差异。
在狗中，CYP2C家族由一些亚型组成，包括CYP2C21、CYP2C41。虽然CYP2C21在所有狗中都表达，CYP2C41的表现是多形态的。在体外，狗的CYP2C酶对人的CYP2C9探针底物（甲苯磺丁脲、7-hydroxylation ofS-warfarin）的代谢是不完全的。相反，在体外，狗微粒体对人CYP2C9探针底物R-美芬妥英（4-羟基化）的代谢效率高于人微粒体。这些例子说明了人和狗CYP2C之间存在显著的种属差异。
在人体，CYP2D亚族由一种亚型（CYP2D6）组成，在各种组织中均有表达，包括肝和小肠。CYP2D6的表达具有多态性，已在人群中发现了超过80种等位基因。在大鼠中存在6种CYP2D亚型，CYP2D1、CYP2D2、CYP2D3、CYP2D4、CYP2D5、CYP2D18。体外评价表明，CYP2D同工酶，包括大鼠CYP2D1、CYP2D2、CYP2D3和CYP2D4以及人重组CYP2D6亚型，对丁呋洛尔的1’-羟基化具有催化活性。但是，对于丁呋洛尔的1’2’-乙烯基化，只有大鼠CYP2D4和人CYP2D6具有催化活性，表明大鼠和人的CYP2D催化性质存在差异。奎尼丁对大鼠和人的CYP2D的抑制情况也存在差异，奎尼丁可以抑制人（而不是大鼠）的CYP2D活性，而奎宁可以较弱地抑制大鼠CYP2D的活性。
在狗中，已发现一些CYP2D15的变异型。在狗和人中，在体外，酶催化丁呋洛尔发生1-羟基化的酶动力学性质类似，奎尼丁对酶代谢的抑制程度也类似。然而，与人微粒体代谢相比，奎宁对狗中酶代谢具有中等程度的抑制。此外，抗人CYP2D抗体不能抑制狗中丁呋洛尔的1’-羟基化，但确实可以中度抑制大鼠和人肝脏微粒体中丁呋洛尔的1’-羟基化。
在人体，CYP3A由四种同工酶组成，CYP3A4、CYP3A5、CYP3A7、CYP3A43。CYP3A4和CYP3A5在肝和肠均有表达。CYP3A4是肝中表达量最高的CYP3A酶。CYP3A5的表达具有多态性，在某些个体中可能是最主要的酶。CYP3A在肠中的催化活性最高，在空肠中的催化活性高于十二指肠和回肠。CYP3A7是CYP3A的胎儿特异性亚型，但是CYP3A*1C多态性使CYP3A7在成人阶段也具有酶活性。与CYP3A4相比，CYP3A43在肝中的表达量非常低，且催化活性也低。采用咪达唑仑进行研究，虽然已发现CYP3A4的催化活性具有性别差异，但其对咪达唑仑系统暴露量的影响的临床重要性可以忽略。
在大鼠中，CYP3A由一些亚型组成，包括CYP3A1、CYP3A2、CYP3A9、CYP3A18和CYP3A62。CYP3A2和CYP3A18是雄性特有的亚型，而CYP3A9雌性表达的亚型。CYP3A1和CYP3A2只在肝中能检测到，CYP3A9和CYP3A18可以在肝和肠中检测到，CYP3A62是肠中表达的主要亚型。对大鼠和人的肠样品进行基因芯片分析，结果表明十二指肠或结肠中CYP3A4和CYP3A9的酶表达水平没有相关性。
对于CYP3A的催化能力，尼非地平（CYP3A4的探针底物）不能被大鼠CYP3A1代谢，可以被大鼠CYP2C代谢。在另一种CYP3A4（人）的底物西地那非的代谢中，大鼠CYP2C也是一种同工型。相比之下，CYP3A在大鼠和人中都可以代谢咪达唑仑。酶诱导也存在种属差异，利福平在人体中酶诱导的能力强于在大鼠中，而地塞米松在大鼠中诱导酶的能力则强于在人体中。
在狗中，CYP3A由两种亚型组成，CYP3A12和CYP3A26。这两种酶对一些类固醇的代谢速率（羟基化反应）存在显著差异。6-β-羟睾酮（人CYP3A探针底物）可在狗肠中被代谢。酮康唑是狗和人体肝微粒体中6-β-羟睾酮代谢的有效抑制剂。酮康唑对大鼠肝微粒体的作用具有性别依赖性。酮康唑是狗中丁呋洛尔代谢（1’-羟基化，CYP2D）的中度抑制剂，但不是人肝微粒体的抑制剂。虽然醋竹桃霉素在体外能有效抑制是狗和人对6-β-羟睾酮的代谢，但其对其他CYP酶的特异性尚未被完全评价。
UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGT）超家族由两个家族组成（UGT1和UGT2），UGT1家族成员的氨基酸相似度大于50%，但与UGT2家族成员的氨基酸相似度小于50%。人体药物代谢中最常见的UGT酶是UGT1A1、UGT1A4和UGT2B7。
在大鼠和人中，UGTs分布在不同的组织，不同的亚型具有不同的组织特异性。在人体，基于mRNA水平的检测，已在肝中发现UGT1A1、1A3、1A4、1A6、1A9、2B4、2B7、2B15和2B17，已在小肠中发现UGT1A1、1A3、1A6、1A8和2B7。在大鼠中，基于mRNA水平的检测，已在肝中发现UGT1A1、1A5、1A6、2B1、2B2、2B3、2B6和2B12，已在小肠中发现UGT1A1、1A2、1A3、1A6、1A7、2B3、2B8和2B12。
与大鼠和人UGTs不同，至今仍未针对狗UGTs开展广泛研究。在狗中，UGT1A6已被发现表达在肝中，在肠中低水平表达。早期研究表明，人和狗的微粒体中外源性物质的葡醛酸结合反应存在显著的种属差异。AZ1193714、藤黄菌素、橡黄素在大鼠和人中葡醛酸结合反应表现出的种属依赖性的区域选择性，可以阐释UGT种属差异的影响。该影响可能是由于不同的UGT亚型介导的这些化合物的代谢。
除了表征NCE代谢行为（包括特异性酶代谢途径）的种属差异之外，对于基于临床前数据来恰当预测人体生物利用度来说，对首过代谢的速率和程度的理解也是关键的因素。接下来，以阿托西汀和茚地那韦为例，对其进行阐述。
阿托西汀是CYP2D6的底物，在CYP2D6活性低和活性高的人体中的绝对口服生物利用度分别为94%和63%。这个中到高的人体口服生物利用度表明阿托西汀在口服后几乎能够完全吸收。然而，临床前评价表明阿托西汀在大鼠中的绝对生物利用度仅为4%，但是在狗中为74%。总的来说，阿托西汀在大鼠、狗和人体中的处置是类似的，氧化代谢产物4-羟基阿托西汀结合形成4-羟基阿托西汀-O-葡糖苷酸。在一项放射性标记研究中，对大鼠给药14C-阿托西汀，口服给药后阿托西汀的AUC只占总量的2%，静脉给药后阿托西汀AUC占总量的30%，这表明大鼠中存在显著的首过代谢。使用狗为模型开展的另一项相关的放射性标记研究中，口服给药后阿托西汀的AUC占总量的33%，静脉给药后阿托西汀AUC占总量的39%，表明首过代谢显著偏低。这个例子清晰地表明，在利用临床前数据预测人体口服生物利用度时，理解清楚药物代谢去向的种属差异和首过代谢程度的种属差异是很重要的。
茚地那韦（一种CYP3A4底物）是HIV蛋白酶抑制剂，临床前动物水平研究表明茚地那韦的口服生物利用度差异较大，狗、猴子和大鼠的生物利用度分别是72%、19%和24%。这个差异的主要原因是肝脏首过代谢程度的种属差异。化学和免疫化学研究表明CYP3A亚型可能在大鼠、狗和猴子的茚地那韦代谢中发挥作用，在人体肝脏微粒体中参与茚地那韦氧化代谢的主要亚型是CYP3A4，这些结果是一致的。定性来看，不同种属的体外茚地那韦代谢是类似的。此外，在大鼠和狗中，基于大鼠的体内肝脏清除和体外肝脏首过提取率以及狗的代谢数据，建立了体内体外相关性。在大鼠和狗的体内体外相关性的基础上，基于茚地那韦在人体肝脏微粒体的体外固有清除数据，推测茚地那韦在人体的首过代谢量较小（Eh=0.25），这与茚地那韦在临床相关剂量下具有较高的人体口服生物利用度（60-65%）是一致的。这个例子说明了在临床前动物模型上建立体内体外相关性的重要性，建立的体内体外相关性可以作为预测人体清除和口服生物利用度的基础。
关于大鼠、狗和人的代谢酶的种属差异，CYP酶已被很好地研究，针对UGT超家族酶的研究相对少一些。这个种属差异的一个重要意义是，基于大鼠和狗的数据来预测人体生物利用度时需谨慎，需要考虑首过代谢的潜在种属差异。尽管存在该局限性，有些方法可用于改善口服生物利用度预测的准确性，如阿托西汀和茚地那韦例子所述。关于临床前动物代谢清除的体内体外相关性准确度（或没有）方面的知识，加上对大鼠/狗和人之间的体外代谢情况和清除率的异同的理解，将为是否适合利用临床前和/或体外数据来预测人体口服生物利用度提供重要信息。
口服生物利用度是NCEs成功的一个关键因素。如本章内容所述，口服生物利用度的关键决定因素与化合物的理化性质、化合物的吸收（包括被动渗透和主动转运）和首过代谢特性的复杂相互作用有关。在大鼠、狗和人之间，决定这些过程的很多生理因素都表现出种属差异。对这些关键因素的理解已取得了相当大的进展，这反过来促进了各种生物信息学和体外模型的发展，从而可以在药物发现项目早期来评价候选药物进行口服给药的可行性。虽然可基于化合物的理化性质（亲脂性和溶解性）来合理预测其被动渗透性，但是对主动转运和代谢的种属差异的理解仍存在一些关键信息的缺口，因此导致将大鼠和狗体内研究的生物利用度数据来外推至人时存在挑战。毫无疑问，这些领域未来的进展将改善我们预测人体口服生物利用度的能力。
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