EC50值檢測(cè)原理與IC50、ED50的區(qū)別及常見的生物活性數(shù)值盤點(diǎn)

天吶！IC₅₀ 和 EC₅₀ 到底有何不同啊啊啊��？

就是就是！閱讀文獻(xiàn)最常遇到的就是這倆，暈暈乎乎，一團(tuán)亂麻...

來來來，一句話：IC₅₀ 衡量抑制作用，EC₅₀ 衡量激活作用。不過還有其他常見生物活性數(shù)值....本期咱們一塊說清楚!

Section.01
嘮嘮 EC₅₀ 值

在藥物研發(fā)中，IC₅₀ 和 EC₅₀ 是兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。IC₅₀ 是：抑制 50% ，指抑制 50% 生物過程所需的特定處理濃度 (例如藥物或毒素)。詳見：IC50 如何測(cè)？拿到數(shù)據(jù)不會(huì)處理？常見活性數(shù)值分不清？一文 Get!

抑制固然重要，但有時(shí)目標(biāo)恰恰相反：激活某種反應(yīng)。這時(shí)，EC₅₀ (半數(shù)有效濃度) 就發(fā)揮作用了。

EC₅₀ (Concentration for 50% of maximal effect) ——半數(shù)效應(yīng)濃度，藥理學(xué)中的一個(gè)核心指標(biāo)，定義為藥物產(chǎn)生最大效應(yīng) 50% 的濃度。EC₅₀ 值越低，藥物的效力就越強(qiáng)。

EC50 值檢測(cè)原理：

將不同濃度的藥物添加至細(xì)胞或生物系統(tǒng)中，觀察并記錄特異性生理或生化反應(yīng)的變化。通過測(cè)量如細(xì)胞增殖、酶活性、受體激活等指標(biāo)，繪制濃度-效應(yīng)曲線。
 
圖 1. 可從濃度-反應(yīng)曲線 (通常在體外進(jìn)行) 導(dǎo)出的藥理學(xué)參數(shù) (閾值、EC₅₀ 、最大值)^[1]。

EC₅₀ 是藥理學(xué)和功能性檢測(cè)中衡量激活作用的首選指標(biāo)。常見應(yīng)用包括：(1) 傷口愈合試驗(yàn)：確定達(dá)到最大細(xì)胞增殖或遷移一半所需的生長(zhǎng)因子濃度。(2) 藥理學(xué)：測(cè)量化合物激活受體或刺激信號(hào)通路的強(qiáng)度。(3) 功能性檢測(cè)：量化增強(qiáng)生物反應(yīng)的物質(zhì)的效力。

當(dāng)然，還有大家比較關(guān)心的 EC₅₀ 值與 IC₅₀ 值的不同，整理在下面啦~

 
Section.02
EC₅₀ 值的測(cè)定

案例一、細(xì)胞毒活性試驗(yàn)的 EC₅₀ 值測(cè)定

文獻(xiàn)來源: Food Chem. 2013 May 1;138(1):414-20. (IF=8.5)

為了檢測(cè)槲皮素、兒茶素 (HY-N0898) 、抗壞血酸、咖啡酸、綠原酸和乙酰半胱氨酸的抗氧化能力，采用 DPPH 法進(jìn)行半數(shù)效應(yīng)濃度 (EC₅₀) 測(cè)定。

圖 3.兒茶素濃度 - 反應(yīng)曲線得出的 EC₅₀^[3]。

通過 DPPH 自由基清除實(shí)驗(yàn)測(cè)定兒茶素 (6-10 μM，30 min) 的抗氧化能力，EC₅₀ 為 7.74 μM。

實(shí)驗(yàn)步驟 (供參考^[3])

采用 DPPH 法測(cè)定兒茶素的 EC₅₀ 值

1. 樣本處理：將不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液或 DMSO 加入到等體積的 70 μmol/L DPPH 甲醇溶液中。充分振蕩混合后，在室溫下避光靜置 30 分鐘。
2. 吸光度測(cè)定：使用紫外-可見分光光度計(jì)于 517 nm 處測(cè)量吸光度。記錄對(duì)照組和各實(shí)驗(yàn)組的吸光度值。
3. 數(shù)據(jù)處理：按照以下公式計(jì)算自由基清除率，

 
利用不同濃度下的 E% 繪制抗自由基曲線，橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的清除率。從曲線中確定半數(shù)抑制濃度 (EC₅₀)，即達(dá)到 50% 自由基清除效果所需的樣品。

Section.03
其他常見活性數(shù)值

EC₅₀ 值與 ED₅₀ 值

除了 IC₅₀ 值與 EC₅₀ 值，比較容易混淆的還有 ED₅₀ 值 與 EC₅₀ 值。

EC₅₀：指的是濃度，達(dá)到最大效應(yīng) 50% 時(shí)的藥物濃度。 
ED₅₀：指的是劑量，達(dá)到最大反應(yīng) 50% 時(shí)的藥物劑量。
 
圖 4.ED₅₀ 與EC₅₀：經(jīng)典的濃度 (A) 和劑量 (B) 反應(yīng)曲線^[1]。
A.可從濃度-反應(yīng)曲線 (通常在體外進(jìn)行) 導(dǎo)出的藥理學(xué)參數(shù) (閾值、EC₅₀ 、最大值)。B.可從劑量-反應(yīng)曲線 (通常在體內(nèi)進(jìn)行) 導(dǎo)出的藥理學(xué)參數(shù) (閾值、ED₅₀ 、最大值) 。

ED₅₀ 值、TD₅₀ 值與 LD₅₀ 值

當(dāng)然，大多數(shù)藥物的療效取決于受試者的用藥劑量。因此，存在“劑量描述指標(biāo)”的概念，它描述了特定藥物劑量與其產(chǎn)生的相應(yīng)效應(yīng)之間的關(guān)系。常用的“劑量描述指標(biāo)”除了 EC₅₀ (半數(shù)最大有效濃度) 外，還有 ED₅₀ (半數(shù)有效劑量)、TD₅₀ (半數(shù)毒性劑量)、LD₅₀ (半數(shù)致死劑量) 等^[4]。
 


 
pIC₅₀ 值

pIC₅₀是 IC₅₀ 值轉(zhuǎn)換為摩爾單位時(shí)的負(fù)對(duì)數(shù)，即 pIC₅₀=-lg (IC₅₀)，常被用來量化抑制劑對(duì)特定生物靶標(biāo)的抑制能力。pIC₅₀ 值越大，表示該化合物的 IC₅₀ 值越小。pIC₅₀ 的好處在于它可以將原本可能很大或很小的 IC₅₀ 數(shù)值轉(zhuǎn)換成一個(gè)相對(duì)較小且易于比較的數(shù)字。
 
圖 7. 茶黃素 (HY-N0243 ，0-60 μM) 對(duì)黃嘌呤氧化酶的體外抑制作用，IC₅₀ 為 25.5 μM^[7]。

K_i 值

K_i (Inhibition Constant) 是抑制常數(shù)，用于描述抑制劑與酶或受體的結(jié)合強(qiáng)度。K_i 值越小，表示抑制劑與靶點(diǎn)的親和力越高。

檢測(cè)原理：基于酶動(dòng)力學(xué)或受體結(jié)合實(shí)驗(yàn)。在酶動(dòng)力學(xué)中，通過測(cè)定不同抑制劑濃度下酶催化的反應(yīng)速率。在受體結(jié)合實(shí)驗(yàn)，使用放射性或熒光標(biāo)記的配體與受體結(jié)合，同時(shí)加入不同濃度的未標(biāo)記抑制劑，通過測(cè)定結(jié)合的標(biāo)記配體量來確定抑制劑對(duì)受體的親和力。
 
圖 8.H-1152 (0-40 μM) 通過 ATP 競(jìng)爭(zhēng)性抑制 Rho 激酶活性，K_i 值為 1.6 nM^[8]。
蛋白激酶反應(yīng)在含有純化的 Rho 激酶、40 μM S6 肽、10-100 μM ATP 以及 0-40 nM H-1152 的反應(yīng)混合物中進(jìn)行。圖中展示了表觀 K_m/V_max 值作為 H-1152 濃度函數(shù)的變化情況。

K_m 值

K_m 是米氏常數(shù)，是酶動(dòng)力學(xué)中的一個(gè)重要參數(shù)，表示酶達(dá)到其最大反應(yīng)速率一半時(shí)所需的底物濃度。K_m 值反映了酶對(duì)底物的親和力：K_m 越小，酶與底物的親和力越高。

檢測(cè)原理：基于酶動(dòng)力學(xué)分析。在一系列不同底物濃度下測(cè)量酶促反應(yīng)的初速率。通過改變底物濃度并保持酶濃度恒定，記錄每個(gè)濃度下的反應(yīng)速率。利用 Lineweaver-Burk 雙倒數(shù)圖或非線性回歸分析 (如米氏方程擬合)，從該曲線中計(jì)算出 K_m 值。
 
圖 9.在 20% 甘油存在下，用 pP227L 轉(zhuǎn)染 CHOP 細(xì)胞的勻漿，測(cè)定 11b-HSD2 酶代謝皮質(zhì)醇的 K_m 值^[9]。

K_on、K_off、K_d 和 K_a 值
 

 
K_d 值和 K_off 值的檢測(cè)

1. 放射性配體結(jié)合實(shí)驗(yàn)：使用放射性標(biāo)記的配體與受體孵育，通過改變未標(biāo)記配體的濃度，測(cè)定結(jié)合的放射性配體量。根據(jù)飽和結(jié)合曲線或競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合曲線，可以計(jì)算出 K_d 值。
2. 表面等離子共振 (SPR)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配體與固定在傳感器芯片上的受體結(jié)合及解離過程，直接獲得結(jié)合和解離速率常數(shù)，從而計(jì)算 K_d。
3. 熒光技術(shù)：利用熒光標(biāo)記的配體，通過熒光偏振或熒光共振能量轉(zhuǎn)移 (FRET) 等技術(shù)測(cè)定結(jié)合狀態(tài)，根據(jù)熒光信號(hào)變化確定 K_d。

如下圖所示，圖 10 A 和圖 10 B 展示了利用 SPR 分析法測(cè)定 K_d 和 K_off 值。圖 10 C 和圖 10 D 展示了利用 流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定 K_d 和 K_off 值。
 
圖 10.用 SPR 法和流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定 ABDwt (400RU) 對(duì)人血清白蛋白 (0.75-7500 nM) 的 K_d 和 K_off 值^[10]。

Section.04
小結(jié)

本期介紹的術(shù)語在藥理學(xué)和生物化學(xué)領(lǐng)域非常重要，用于描述藥物或分子與靶標(biāo)之間的相互作用及效果，對(duì)于理解藥物作用機(jī)制、優(yōu)化化合物結(jié)構(gòu)以及指導(dǎo)臨床用藥等方面都具有重要意義。
 

產(chǎn)品推薦

Thiazolyl Blue (HY-15924) MTT 是一種黃色的水溶性四唑鹽，活細(xì)胞線粒體中的脫氫酶可以將 MTT 還原成不溶性的紫色結(jié)晶甲瓚，通過測(cè)量甲瓚的顏色變化來反映細(xì)胞活力。

Cell Counting Kit-8 (HY-K0301) WST-8 在電子載體 1-Methoxy PMS 的作用下，可以被細(xì)胞內(nèi)脫氫酶還原成水溶性的橙黃色甲臜 (formazan)。

WST-1 (HY-136976) WST-1 誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)線粒體脫氫酶進(jìn)行 NADH 依賴的酶切反應(yīng)，釋放出水溶性的甲臜產(chǎn)物，通過測(cè)定 450 nm 處的吸光值來反映細(xì)胞活力。

 

 
[1] Watts SW, et al. How New Developments in Pharmacology Receptor Theory Are Changing (Our Understanding of) Hypertension Therapy. Am J Hypertens. 2024 Mar 15;37(4):248-260. 
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