EC50 如何测 与 IC50, ED50 有何区别

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唠唠 EC50 值

在药物研发中，IC50 和 EC50 是两个关键指标。IC50 是：抑制 50% ，指抑制 50% 生物过程所需的特定处理浓度 (例如药物或毒素)。

抑制固然重要，但有时目标恰恰相反：激活某种反应。这时，EC50 (半数有效浓度) 就发挥作用了。

EC50 (Concentration for 50% of maximal effect) --半数效应浓度，药理学中的一个核心指标，定义为药物产生最大效应 50% 的浓度。EC50 值越低，药物的效力就越强。

EC50 值检测原理：

将不同浓度的药物添加至细胞或生物系统中，观察并记录特异性生理或生化反应的变化。通过测量如细胞增殖、酶活性、受体激活等指标，绘制浓度-效应曲线。

图 1. 可从浓度-反应曲线 (通常在体外进行) 导出的药理学参数 (阈值、EC50 、最大值)[1]。

EC50 是药理学和功能性检测中衡量激活作用的首选指标。常见应用包括：

(1) 伤口愈合试验：确定达到最大细胞增殖或迁移一半所需的生长因子浓度。

(2) 药理学：测量化合物激活受体或刺激信号通路的强度。

(3) 功能性检测：量化增强生物反应的物质的效力。

当然，还有大家比较关心的 EC50 值与 IC50 值的不同，整理在下面啦~

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EC50 值的测定

案例一、细胞毒活性试验的 EC50 值测定

 文献来源: Food Chem. 2013 May 1;138(1):414-20. (IF=8.5)

为了检测槲皮素、儿茶素 (HY-N0898) 、抗坏血酸、咖啡酸、绿原酸和乙酰半胱氨酸的抗氧化能力，采用 DPPH 法进行半数效应浓度 (EC50) 测定。

图 3.儿茶素浓度 - 反应曲线得出的 EC50[3]。

通过 DPPH 自由基清除实验测定儿茶素 (6-10 μM，30 min) 的抗氧化能力，EC50 为 7.74 μM。

实验步骤 (供参考[3])

采用 DPPH 法测定儿茶素的 EC50 值

1. 样本处理：将不同浓度的标准溶液或 DMSO 加入到等体积的 70 μmol/L DPPH 甲醇溶液中。充分振荡混合后，在室温下避光静置 30 分钟。

2. 吸光度测定：使用紫外-可见分光光度计于 517 nm 处测量吸光度。记录对照组和各实验组的吸光度值。

3. 数据处理：按照以下公式计算自由基清除率，

利用不同浓度下的 E% 绘制抗自由基曲线，横坐标为浓度，纵坐标为对应的清除率。从曲线中确定半数抑制浓度 (EC50)，即达到 50% 自由基清除效果所需的样品。

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其他常见活性数值

EC50 值与 ED50 值

除了 IC50 值与 EC50 值，比较容易混淆的还有 ED50 值 与 EC50 值。

EC50：指的是浓度，达到最大效应 50% 时的药物浓度。

ED50：指的是剂量，达到最大反应 50% 时的药物剂量。

图 4.ED50 与EC50：经典的浓度 (A) 和剂量 (B) 反应曲线[1]。

A.可从浓度-反应曲线 (通常在体外进行) 导出的药理学参数 (阈值、EC50 、最大值)。B.可从剂量-反应曲线 (通常在体内进行) 导出的药理学参数 (阈值、ED50 、最大值) 。

ED50 值、TD50 值与 LD50 值

当然，大多数药物的疗效取决于受试者的用药剂量。因此，存在"剂量描述指标"的概念，它描述了特定药物剂量与其产生的相应效应之间的关系。常用的"剂量描述指标"除了 EC50 (半数最大有效浓度) 外，还有 ED50 (半数有效剂量)、TD50 (半数毒性剂量)、LD50 (半数致死剂量) 等[4]。

pIC50 值

pIC50是 IC50 值转换为摩尔单位时的负对数，即 pIC50=-lg (IC50)，常被用来量化抑制剂对特定生物靶标的抑制能力。pIC50 值越大，表示该化合物的 IC50 值越小。pIC50 的好处在于它可以将原本可能很大或很小的 IC50 数值转换成一个相对较小且易于比较的数字。

图 7. 茶黄素 (HY-N0243 ，0-60 μM) 对黄嘌呤氧化酶的体外抑制作用，IC50 为 25.5 μM[7]。

Ki 值

Ki (Inhibition Constant) 是抑制常数，用于描述抑制剂与酶或受体的结合强度。Ki 值越小，表示抑制剂与靶点的亲和力越高。

检测原理：基于酶动力学或受体结合实验。在酶动力学中，通过测定不同抑制剂浓度下酶催化的反应速率。在受体结合实验，使用放射性或荧光标记的配体与受体结合，同时加入不同浓度的未标记抑制剂，通过测定结合的标记配体量来确定抑制剂对受体的亲和力。

图 8.H-1152 (0-40 μM) 通过 ATP 竞争性抑制 Rho 激酶活性，Ki 值为 1.6 nM[8]。

蛋白激酶反应在含有纯化的 Rho 激酶、40 μM S6 肽、10-100 μM ATP 以及 0-40 nM H-1152 的反应混合物中进行。图中展示了表观 Km/Vmax 值作为 H-1152 浓度函数的变化情况。

Km 值

Km 是米氏常数，是酶动力学中的一个重要参数，表示酶达到其最大反应速率一半时所需的底物浓度。Km 值反映了酶对底物的亲和力：Km 越小，酶与底物的亲和力越高。

检测原理：基于酶动力学分析。在一系列不同底物浓度下测量酶促反应的初速率。通过改变底物浓度并保持酶浓度恒定，记录每个浓度下的反应速率。利用 Lineweaver-Burk 双倒数图或非线性回归分析 (如米氏方程拟合)，从该曲线中计算出 Km 值。

图 9.在 20% 甘油存在下，用 pP227L 转染 CHOP 细胞的匀浆，测定 11b-HSD2 酶代谢皮质醇的 Km 值[9]。

Kon、Koff、Kd 和 Ka 值

Kd 值和 Koff 值的检测

1. 放射性配体结合实验：使用放射性标记的配体与受体孵育，通过改变未标记配体的浓度，测定结合的放射性配体量。根据饱和结合曲线或竞争结合曲线，可以计算出 Kd 值。

2. 表面等离子共振 (SPR)：实时监测配体与固定在传感器芯片上的受体结合及解离过程，直接获得结合和解离速率常数，从而计算 Kd。

3. 荧光技术：利用荧光标记的配体，通过荧光偏振或荧光共振能量转移 (FRET) 等技术测定结合状态，根据荧光信号变化确定 Kd。

如下图所示，图 10 A 和图 10 B 展示了利用 SPR 分析法测定 Kd 和 Koff 值。图 10 C 和图 10 D 展示了利用 流式细胞术测定 Kd 和 Koff 值。

图 10.用 SPR 法和流式细胞术测定 ABDwt (400RU) 对人血清白蛋白 (0.75-7500 nM) 的 Kd 和 Koff 值[10]。

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小结

本期介绍的术语在药理学和生物化学领域非常重要，用于描述药物或分子与靶标之间的相互作用及效果，对于理解药物作用机制、优化化合物结构以及指导临床用药等方面都具有重要意义。

参考文献

[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.

[2] Zaman A, et al. Quantitative Framework for Bench-to-Bedside Cancer Research. Cancers (Basel). 2022 Oct 26;14(21):5254.

[3] Chen Z, et al. EC50 estimation of antioxidant activity in DPPH· assay using several statistical programs. Food Chem. 2013 May 1;138(1):414-20.

[4] Arivazhahan, A. (2022). Principles of EC50, ED50, pD2 and pA2 Values of Drugs. In: Lakshmanan, M., Shewade, D.G., Raj, G.M. (eds) Introduction to Basics of Pharmacology and Toxicology. Springer, Singapore.

[5] Gui, H., et al. Effects of Boletus Poisoning on Estrogen Receptors and Neurotransmitters in Rats Based on ERk1/2 Pathway. Neural Process Lett 55, 193-203 (2023).

[6] Abal P, et al. Acute Oral Toxicity of Tetrodotoxin in Mice: Determination of Lethal Dose 50 (LD50) and No Observed Adverse Effect Level (NOAEL). Toxins (Basel). 2017 Feb 24;9(3):75.

[7] Lin JK, et al. Inhibition of xanthine oxidase and suppression of intracellular reactive oxygen species in HL-60 cells by theaflavin-3,3'-digallate, (-)-epigallocatechin-3-gallate, and propyl gallate. J Agric Food Chem. 2000 Jul;48(7):2736-43.

[8] Ikenoya M, et al. Y. Inhibition of rho-kinase-induced myristoylated alanine-rich C kinase substrate (MARCKS) phosphorylation in human neuronal cells by H-1152, a novel and specific Rho-kinase inhibitor. J Neurochem. 2002 Apr;81(1):9-16.

[9] Wilson RC, et al. A genetic defect resulting in mild low-renin hypertension. Proc Natl Acad Sci U S A. 1998 Aug 18;95(17):10200-5.

[10] L?fblom J, et al. Evaluation of staphylococcal cell surface display and flow cytometry for postselectional characterization of affinity proteins in combinatorial protein engineering applications. Appl Environ Microbiol. 2007 Nov;73(21):6714-21.