甲氨蝶呤（MTX）用于治疗炎症性疾病和癌症，通过口服、皮下和静脉注射以广泛剂量范围给药。MTX的吸收和处置非线性已被广泛认知。然而，尚无公开研究在人体内单一药代动力学（PK）框架中对整个给药谱的非线性进行建模。本研究的目标是开发一个涵盖整个剂量范围的MTX生理药代动力学（PBPK）模型，同时定量整合对其动力学行为的最新理解。为构建PBPK模型，研究人员从已发表来源获取血浆和肝脏中的MTX浓度，以及尿排泄数据。数据集被分为训练集和验证集。有关参与MTX动力学的蛋白质信息从文献中获得。为评估模型性能，计算了绝对平均折叠误差（AAFE）、平均折叠误差（AFE）以及三倍偏差外的百分比。若AAFE低于2，AFE介于0.5至2之间，且异常值比例低于20%，则认为模型可接受。对于总体训练集，AAFE、AFE和异常值比例分别为1.55、1.07和4.38%。对于验证集，这些值分别为1.71、1.17和9.68%。该模型是首个覆盖低至高剂量的公开MTX生理药代动力学模型，将有助于在药物相互作用（DDI）和儿科领域的进一步应用。
甲氨蝶呤（MTX）是一种叶酸拮抗剂，广泛用于治疗炎症性疾病（如类风湿关节炎）和癌症（如急性淋巴细胞白血病），临床给药方式包括口服、皮下注射和静脉注射，剂量范围从低至数毫克到高至数克不等。MTX的药代动力学呈现出明显的非线性特征，尤其在吸收和处置过程中，这种非线性已被广泛认识。然而，此前尚无公开研究在单一药代动力学框架内对整个给药谱的非线性进行建模。已有的PBPK模型，如Bischoff等（1971）的早期模型虽描述了跨物种的非线性，但未充分验证人体高剂量给药；Ke等仅以海报形式展示了初步模型，缺乏详细开发与验证数据；Schaller等（2018）的模型则仅限于低剂量MTX。因此，开发一个能够涵盖低至高口服、皮下和静脉给药统一生理药代动力学模型，对于理解MTX的复杂动力学、预测药物相互作用（DDI）及指导儿科用药具有重要意义。该论文发表于《Journal of Pharmaceutical Sciences》。
研究人员通过整合已发表的PK数据（包括血浆、肝脏浓度及尿排泄数据）以及DDI研究（与丙磺舒、利福平、环孢素A的相互作用），构建并验证了MTX的PBPK模型。主要关键技术方法包括：（1）采用PK-Sim ver. 11.3软件进行建模与模拟，根据Rodgers和Rowland方法估算组织-血浆分配系数，利用软件默认模型预测被动渗透性；（2）系统纳入膜转运体（如SLC46A1、OATP1B1/3、OAT1/3、MRP2、MRP3）和代谢酶（醛氧化酶AO），并通过蒙特卡罗方法优化各转运体的最大转运速率（V
max ）和米氏常数（K
m ）等参数；（3）借助DDI研究中的抑制剂（丙磺舒抑制OAT1/3、利福平抑制OATP1B1/3、环孢素A抑制OATP和MRP2）来识别转运体贡献；（4）基于文献构建转运体的个体发育函数（例如OATP1B1和MRP3的个体发育来自Prasad等报告的110例人肝脏样本蛋白表达数据）；（5）模型性能通过平均折叠误差（AFE）、绝对平均折叠误差（AAFE）及异常值（预测值偏离观测值3倍以上的比例）进行评估，预设标准为AAFE<2、AFE介于0.5-2、异常值比例<20%。
研究结果部分保留各小标题如下：
1. 最终模型参数：表格列出了MTX的理化性质（如logP=-1.85、pKa等）及各转运体的K
m 、V
max 和参考浓度。例如，SLC46A1的K
m 为3.433 μmol/L，OATP1B1/3的K
m 为39.469 μmol/L，OAT1/3的K
m 为21.1 μmol/L等。这些参数通过优化获得。
2. 肇事药物模型文件的参数协调：由于下载的利福平模型中OATP1B1参考浓度为1 μmol/L，而丙磺舒模型为74 nmol/L，后者基于实验值，因此将利福平模型的OATP1B1参考浓度改为74 nmol/L，并相应调整转运速率（从5.21 min
-1 调整为70.4 min
-1 ）。丙磺舒模型需更新至PK-Sim 11.3版本，其中OAT3介导的转运速率从1970 min
-1 调整为1120 min
-1 。
3. 肾脏摄取转运体参数优化：利用Aherne等（1978）的MTX+丙磺舒DDI研究（丙磺舒抑制OAT1/3），将OAT1/3的V
max 优化为8.26 μmol/L kidney/min，与Nozaki等人肾切片实验中测得的平均K
m （48.9 μM）和转运速率（3.96 μmol/kg kidney/min）接近。
4. 肝脏参数优化：通过利福平DDI研究优化OATP1B1/3的V
max 为48.7 μmol/L/min。同时，利用静脉和口服MTX的血浆和肝脏浓度数据优化醛氧化酶的内在清除率（具体CLint为1.74×10
-4 min
-1 ），并根据Subash等的研究采用Hill方程描述醛氧化酶的个体发育因子。
5. 渗透性参数优化：由于MTX的低脂溶性（负logP），被动渗透性不足以解释其口服生物利用度和组织分布。因此，模型中加入了转运体介导的主动吸收（SLC46A1）及外排转运体（MRP2用于肾和肝的胆汁排泄，MRP3用于肠道吸收后的外排）。MRP2和MRP3的V
max 分别优化为0.315和65.3 μmol/L/min。
6. 模型内部评价：基于训练集数据（含93个IV观测、158个PO观测），总AAFE=1.55，AFE=1.07，异常值比例4.38%，均符合预设标准。静脉给药的AAFE=1.57、AFE=1.14、异常值2.15%；口服给药的AAFE=1.52、AFE=1.03、异常值5.70%。DDI研究中的AUC比（AUCR）模拟值均在Guest等标准的可接受范围内（丙磺舒组：1.24，利福平组：0.965，环孢素A组：0.973）。肝脏浓度预测值（5.27 μg/g liver）与观测值（4.82±2.64 μg/g liver）吻合。
7. 模型外部评价：基于验证集数据（含52个IV、17个SC、10个PO观测），总AAFE=1.71，AFE=1.17，异常值9.68%。具体各给药途径指标均优于预设标准（IV：AAFE=1.75、AFE=1.16、异常值11.5%；SC：AAFE=1.66、AFE=1.66、异常值0%；PO：AAFE=1.50、AFE=1.24、异常值0%）。模型被判定为可接受。
讨论部分总结：该模型成功预测了不同给药途径和剂量范围下MTX的血浆、肝脏浓度及尿排泄，是首个覆盖全剂量范围的统一PBPK模型。非线性主要来自吸收过程中的SLC46A1转运体饱和以及消除过程中OATP1B1/3和OAT1/3等转运体的饱和。但也存在局限性：所用抑制剂（丙磺舒、利福平、环孢素A）并非单一转运体特异性，无法明确区分OAT1和OAT3的个体贡献；模型中未纳入BCRP、MRP4等已知转运体以及脱谷氨酸化（可逆的多聚谷氨酸化过程），可能导致高剂量静脉输注后终末相模拟与观测的偏差；儿童个体发育函数基于有限样本（如OATP1B1和MRP3仅4例新生儿、19例婴儿等），低龄段易受异常值影响；优化参数基于整体体内观测数据，可能因不同PBPK模型结构（如不同软件或脚本模型）而不同。
结论部分翻译：该模型基于公开的药物独立和药物依赖信息的定量整合。研究人员成功描述并预测了人体内低至高不同剂量下血浆、肝脏和尿液中的药代动力学曲线。因此，研究人员希望这能成为定量分析不同年龄组、给药途径和给药方案下MTX暴露的起点。例如，可以通过添加、细化和/或拆分蛋白质、组织或器官的结构和/或参数（例如使用Mobi）来扩展模型，并针对特定目的重新评估必要的指标。
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