Клінічне значення індукції цитохромів P450

Зміст

Вступ

1. Сімейство цитохромів P450

1.1. Поняття цитохромів

1.2. Історія відкриття цитохромів

1.3. Розмаїтість цитохромів

1.4. Класифікація цитохромів

1.5. Основні цитохроми

2. Особливості цитохромів P450

2.1. Подвійність природи цитохромів P450

2.2. Вариабельность дії цитохромів

2.3. Поліморфізм CYP 450

2.4. Цитохроми і метаболізм лікарських засобів

2.5. Основні види цитохромів р450 у людини

3. Індукція ферментів CYP450

3.1. Значення індукції ферментів

3.2. Здатність цитохромів Р450 до індукції

3.3. Механізм індукції цитохрома Р450 1А1

3.4. Конститутивна експресія цитохрома Р450 1А2 і його індукція

3.5. Механізм індукції цитохромів Р450 2В, 2С і 3А барбитуратами

3.6. Вплив індукторів на токсичність ксенобіотиків

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Пацієнтам (особливо літнім чи із серйозними хронічними захворюваннями) рідко коли призначають один препарат. Перед лікарями і пацієнтами питання про небезпеку полипрагмазии (одночасного призначення безлічі лікарських чи засобів лікувальних процедур) коштує дуже гостро. У світі витрачаються мільйони доларів на створення комп'ютерних експертних систем, що дозволяють зменшити ризик виникнення несприятливих ефектів лікарської взаємодії. Однак проблема взаємодії лік дуже складна і, незважаючи на наявність великої кількості таких експертних систем, ще ніде не вирішена ідеально.

Під лікарською взаємодією розуміють посилення (синергизм, аддитивное дія) чи ослаблення (антагонізм) терапевтичного ефекту при одночасному чи послідовному введенні двох чи декількох лікарських препаратів.

Механізмів взаємодії лікарських засобів (ВЛС) дуже багато. Існують дві основні їхні класифікації: фармакокінетична і фармакодинамічна.

Фармакокинетичні взаємодії - зміна однієї чи декількох характеристик об'єкта: усмоктування, розподілу, метаболізму чи екскреції. Такі типи взаємодії звичайно визначаються наступними параметрами: концентрація в сироватці, час напіввиведення, зв'язування з білками, кількість у крові вільного препарату, і швидкість і кількість екскретуємого препарату.

Основний орган, у якому відбувається метаболізм лікарських речовин — печінка. У печінці відбуваються дві фази біотрансформації. У першій фазі відбувається окислювання, опосередковуване системою цитохромів P450 (CYP450). Ці ферменти можуть індукуватися чи інгибуватися, що веде до чи прискорення уповільнення метаболізму лікарських речовин.

Вивчення процесів індукції цитохромів P450 має велике значення.

1. Сімейство цитохромів P450.   1.1. Поняття цитохромів

 

Цитохром р450 ( CYP 450) – так називається велика родина універсальних ферментів організму людини, що відповідають за метаболізм більшості лік і інших чужорідних органічних сполук (ксенобіотиків) .

Метаболізм багатьох класів лікарських засобів (антигістамінних препаратів, інгібіторів ретровирусної протеази, бензодіазепинів, блокаторів кальцієвих каналів і ін.) відбувається за участю цитохромів.

Крім цього, цитохроми забезпечують різні фізіологічні процеси, включаючи біосинтез стероїдів і холестерину, метаболізм жирних кислот і забезпечення кальцієвого обміну (гідроксилювання вітаміну D3, що складає перший етап в утворенні кальцитріола).

 

1.2. Історія відкриття цитохромів

Цитохром Р450 був відкритий наприкінці 50-х років ХХ століття М. Клингенбергом і Д. Гарфинкелем. Термін «цитохром» ( cito –клітка; з hromos –колір) з'явився в 1962 р. як тимчасова назва для виявленої в клітках пофарбованої субстанції.

Як виявилося, різні види цитохрома Р450 широко поширені в клітках мікроорганізмів, рослин і ссавців. Відсутні ці ферменти тільки в анаеробних бактерій.

Учені припускають, що всі гени, що кодують різні види CYР450, відбулися від одного гена-попередника, що існував ще два більйони років тому. Функція цього «оригінального» гена полягала в утилізації енергії. На даний момент у природі виявлено більш 1000 різних видів цитохрома CYP 450.

1.3. Розмаїтість цитохромів

На сьогоднішній день у ссавців виявлено близько 55 різних видів цитохромів, у рослин – більш 100.

Завдяки успіхам генної інженерії, удалося установити, що ферменти сімейства цитохромів виконують різні функції, що й обумовлює їхній розподіл на три основних класи:

·           що беруть участь у метаболізмі лікарських препаратів і ксенобіотиків;

·           що беруть участь у синтезі стероїдів;

·           участвующие в інших важливих ендогенних процесах, що протікають в організмі.

1.4. Класифікація цитохромів

Усі цитохроми і гени, що кодують їхній синтез, називають у відповідності з наступними рекомендаціями:

·           у назві цитохрома обов'язково вказується корінь CYP;

·           у назві гена, що кодує синтез відповідного цитохрома, також є присутнім CYP , але прописаний похилим шрифтом;

·           цитохроми розділені на сімейства (позначаються цифрами), підродини (позначаються буквами) і изоформи (позначаються цифрами, що відбивають номер гена, що кодує, ).

Наприклад, CYP 2 D 6 відноситься до 2-му сімейства, підродині D , кодується геном 6. Назва ж самого гена виглядає як CYP 2 D 6.

  1.5. Основні цитохроми

Незважаючи на розмаїтість цитохромів в організмі людини, метаболізм лікарських засобів відбувається за участю переважно обмеженої кількості CYP 450. Найбільш розповсюдженими представниками цієї групи є: CYP 1А2, CYP 2С9, CYP 2С19, CYP 2 D 6, CYP 2E1, CYP 3A4.

Ці ферменти катализируют широкий спектр метаболічних реакцій:

·           один цитохром може метаболізувати кілька лікарських препаратів, що мають різну хімічну структуру;

·           той самий лікарський препарат може піддаватися впливу різних CYP 450 у різних органах і системах людського організму.

2. Особливості цитохромів P450   2.1. Подвійність природи цитохромів P450

У більшості випадків жиророзчинні лікарські засоби й інші хімічні субстанції трансформуються у водорозчинні метаболіти, що легше виводяться з організму.

Уведення гідроксильних груп (завдяки цитохрому Р450) збільшує полярність молекул і їхню розчинність, що також сприяє їхньому виведенню з організму. Майже всі ксенобіотики, що попадають у печінку, окисляються якою-небудь ізоформою цитохрома р450.

Однак ті ж ферменти, катализирующие процеси «очищення», можуть активувати інертні хімічні молекули до високо реактивного стану. Такі молекули-посередники можуть взаємодіяти з білками і ДНК. Таким чином, вплив цитохромів р450 може відбутися по одному з двох конкурентних шляхів: метаболической детоксикації або активації.

2.2. Вариабельность дії цитохромів

Для кожної людини характерний свій метаболізм лікарських речовин, що відрізняється від такого інших людей. Індивідуальні особливості залежать від генетичних факторів, віку пацієнта, його підлоги, стану здоров'я, характеру харчування, що супроводжує фармакотерапії і т.д. Генетична вариабельность лікарського метаболізму була установлена випадково: стандартні дози лік зненацька викликали нестандартні реакції в різних індивідуумів.

Активність ферментів буває двох (іноді трьох) основних видів: інтенсивна і слабка (середня), відповідно метаболізм лікарських речовин може відбуватися швидко і повільно.

2.3. Поліморфізм CYP 450.

У різних людей, різних популяцій активність цитохромної системи різна. Генетичні розходження різних популяцій, у яких кожен ген зустрічається з частотою як мінімум 1%, називається поліморфізмом. Це явище відіграє велику роль у клінічній практиці: не рідкі випадки, коли ліків, що діють на одну групу людей, зовсім не ефективні для іншої групи [11].

Наприклад, один з 15 представників білої чи негроїдної рас може мати надмірну відповідь на бета-адреноблокатори (наприклад, метопролол) чи немаїн аналгетичного ефекту при застосування трамадолу.

Певний ген кодує певний фермент CYP 450. Кожна людина успадковує по одному алелю від кожною з батьків. Алелі отримали назву "wild type"- дикі, які найчастіші зустрічаються у загальній популяції, та "variant"- мінливі.

На рівні генотипу виділяють нормальну незмінений алель “wild type”, та змінений внаслідок мутації – “variant type”. На рівні цілісного організмі генотип проявляється фенотипом, що визначаються як генотип + зовнішні середовище = фенотип. Вплив зовнішніх факторів може сприяти деякому відхиленню від генетичної активності, що частіше не перевищує 20-26%.

За швидкістю активності генотипів визначають:

·           люди-гомозиготи (носії WW) - називаються швидкими метаболізаторами (extencive metabolizer, EM),

·           гомозиготі. носії мутантного алелю (VV) – повільними метаболізаторами (poor metabolizer, РМ),

·           гетерозиготи (WV) - проміжними метаболізаторами (intermediate metabolizer, ІМ),

·           носії двох і більше ідентичних генів (дуплікація, ампліфікація геніи) називаються ультрашвидкими метаболізаторами (ultrarapid metabolizer UM).

При низькій швидкості метаболізму ліків основними ферментами може спостерігатись його альтернативна утилізація іншим ферментом, в деяких випадках це призводить до появи токсичних сполук.

Екстенсивні (нормальні) метаболізатори отримали у спадок дві копії "wild type" алелей. Поліморфізм відбувається, коли "variant" аллелі змінюють один чи два "wild type" алелей. "Variant" алель зазвичай коди фермент CYP 450 з дефектними властивостями - знижена або відсуїня активність ферменту. Особи з двома копіями "variant" алелей є "poor" (повільними) метаболізаторами, з одним "wild type" та одним "variant" алелем мають уповільнення ферментативної активності. Крім того, особи з багатократними (мульти) копіями "wild type" алелей мають надлишкову ферментативну активність. Цей фенотип назвати "ultrarapid" метаболізатори.

Поліморфізм ферментів CYP 450 відповідальний за певні особливості при лікуванні пацієнтів різних етнічних груп. Наприклад, 7% осіб білої раси га 2-7% осіб негроїдної раси є повільними метаболізаторами препаратів, іалежних від активності CYP 2D6. Один з 5 азіатів є повільним метаболізатором ліків, залежних від CYP 2СІ9 (метаболізує фенітоїн, фенобарбітал, омепразол та ін.). Різниця у відповіді на ліки серед етнічних груп також може залежати від інших ферментативних систем метаболізму, переносників та рецепторів.

2.4. Цитохроми і метаболізм лікарських засобів

 

Цитохром CYP 1А2 бере участь у метаболізмі багатьох ліків, включаючи еуфілін і кофеїн. Активність цього ферменту підвищується під впливом хімічних речовин, що попадають в організм людини під час паління.

Цитохром CYP 2А6 відіграє важливу роль у метаболізмі кумарину (непрямий антикоагулянт) і нікотину.

Цитохром CYP 2С9 втягнутий у метаболізм фенітоїна, толбутаміда, варфарина. Якщо в структурі гена, що кодує синтез даного цитохрома, змінюється хоча б одна амінокислота, то порушується його ферментативна активність. Ферментна недостатність цього цитохрома обумовлює уроджену схильність до інтоксикації фенітоїном і до ускладнень у результаті терапії варфарином.

Цитохром CYP 2С19 бере участь у метаболізмі омепразола, діазепама, іміпраміна. Однак клінічне значення поліморфізму цього ферменту залишається спірним. Ефективні дози багатьох препаратів, метаболізуємих CYP 2С9, настільки далекі від токсичних, що потенційні відхилення в активності цитохрома CYP 2С9 не грають значної ролі.

Цитохром CYP 2 D 6 являє приклад генотипічних розходжень серед різних етнічних груп. У 70-х роках минулого сторіччя вивчали фармакокінетику антигіпертензивного препарату дебрізохіна й антиаритміка спартеїна. Отримано наступні результати: при загальній тенденції до надшвидкого метаболізму дебрізохіна, серед облич європеоїдної раси повільний метаболізм спостерігався в 5–10% випадків, серед японців цей показник склав менш 1%.

Препарати, метаболізуємі CYP2D6 (b-блокатори, антиаритміки, психоаналептики, антидепресанти і наркотичні анальгетики), мають вузький терапевтичний індекс, тобто між дозою, необхідної для досягнення лікувального ефекту, і токсичною дозою існує невелика різниця. У такій ситуації індивідуальні відхилення в метаболізмі ліків можуть зіграти драматичну роль: підвищення концентрації останнього до токсического рівня, або зниження до втрати ефективності.

Історія застосування пергексилина (Австралія) яскраво продемонструвала величезне значення поліморфізму CYP2D6. Після першого досвіду призначень препарат був вилучений з арсеналу засобів для лікування стенокардії унаслідок високої гепато- і нефротоксичності. Але в даний час пергексилин знову застосовується і визнаний високоефективним засобом, оскільки є токсичним тільки для пацієнтів зі слабким метаболізмом CYP2D6. Безпека призначення пергексилина забезпечується попереднім визначенням індивідуального рівня цього цитохрома.

Цитохром CYP 3А4 приблизно метаболизирует близько 60% усіх лікарських речовин. Це основний цитохром печінки і кишечнику (від загальної кількості цитохромів він складає 60%). Активність його може підвищуватися під впливом ріфампіцина, фенобарбітала, макролідів і стероїдів.

2.5. Основні види цитохромів р450 у людини

Цитохром	Субстрати, на які здійснюється вплив	Інгібітор	Індуктор
CYP1А2	Амітриптилін, кофеїн, кломіпрамін, іміпрамін, клозапін, мексилетин, естрадіол, парацетамол, пропранолол, такрин, теофілін, R -варфарин	Циметидин, флувоксамін, фторхинолонові антибіотики (ципрофлоксацин, норфлоксацин), грейпфрутовий сік	Омепразол, фенобарбітал, фенітоїн, поліциклічні ароматичні гідрокарбонати (наприклад шашлик), паління сигарет
CYP2С9	Діклофенак, індометацин, лосартан, напроксен, фенітоїн, піроксикам, толбутамід, S -варфарин	Аміодарон, хлорамфенікол, циметидин, флуконазол, флуоксетин, ізоніазид, омепразол, сертралін, сульфинпіразон	Ріфампіцин
CYP2С19	Кломіпрамін, клозапін, діазепам, іміпрамін, лансопразол, омепразол, фенітоїн, пропранолол	Флуоксетин, флувоксамін, ізоніазид, омепразол, сертралин	Ріфампіцин
CYP2D6	Амітриптилін, хлорпромазін, кломіпрамін, клозапін, кодеїн, дезипрамін, декстрометорфан, доксепін, флуоксетин, галоперидол, іміпрамін, лабеталол, метадон, метопролол, прокаїнамід, прометазин, пропафенон, пропранолол, тіоридазин, тімолол	Аміодарон, циметидин, галоперидол, мібефраділ, хінідин, пропафенон, всі інгібітори зворотного захоплення серотоніну
CYP2E1	Кофеїн, етанол, парацетамол, теофілін	Циметидин, дисульфирам	Етанол, ізоніазид
CYP3 A4	Аміодарон, амітриптилін, аторвастатин, бупренорфин, карбамазепін, кларитроміцин, кломіпрамін, клоназепам, кокаїн, кортизол, циклофосфамід, циклоспорин, дексаметазон, дигитоксин, ділтіазем, діазепам, доксорубіцин, еритроміцин, фелодипін, фентаніл, іміпрамін, кетоконазол, лоратадин, міконазол, мідазолам, ніфедипін, естрадіол, омепразол, пропафенон, хінідин, симвастатин, теофілін, верапаміл, вінкристин, варфарин	Аміодарон, циметидин, кларитроміцин, клотримазол, ділтіазем, еритроміцин, грейпфрутовий сік, кетоконазол, метронідазол, міконазол	Карбамазепін, глюкокортикоїди, фенітоїн, ріфампіцин, сульфадимідин

3. Індукція ферментів CYP450   3.1. Значення індукції ферментів.

Відомо, що ще в стародавності Митридат систематично приймав невеликі дози отрут, щоб уникнути гострого отруєння. "Ефект Митридата" заснований на індукції визначених захисних систем: фенобарбітал индуцирует систему цитохрома Р-450, глутатион- і Удф-глюкуронілтрансферази і епоксидгідролази; дибунол (бутилокситолуол) і бутилоксианізол - ці ж трансферази і ферменти синтезу глутатиона; протиракові ліки - Р-глікопротеїн і синтез глутатіона; метали викликають нагромадження обох видів єднальних їхніх SH-речовин. У результаті зростає стійкість кліток і організму до отрут і ліків. Так, снотворна дія фенобарбітала поступово усе більше знижується. Курсове уведення фенобарбітала в немовлят збільшує зв'язування і, отже, знешкодження вільного білірубіна при спадкоємному дефекті цієї системи чи гемолитичній жовтяниці [2-5, 10]. При хіміотерапії злоякісних процесів початкова ефективність ліків часто поступово падають, більш того, розвивається множинна лікарська стійкість, тобто стійкість не тільки до цього засобу, але і цілому ряду інших. Речовини, інгибуючі Р-гликопротеин чи його індукцію і ферменти синтезу глутатиона, перспективні для підвищення ефективності хіміотерапії [9].

3.2. Здатність цитохромів Р450 до індукції

 

Одним з найважливіших властивостей компонентів монооксигеназної системи, зокрема цитохрома Р-450, є здатність до індукції під дією зовнішнього стимулу, у ролі якого можуть виступати ксенобіотики, визначені фізичні впливи, стрес. В окремих випадках екзогенні речовини индуцируют ферменти (у тому числі цитохроми Р-450) свого метаболізму, що важливо мати на увазі при прийомі лік, побічною дією яких є індукція ферментів власного метаболізму. Феномен індукції цитохромів Р450 є найважливішою складовою адаптивної відповіді на чужорідні з'єднання, що попадають у клітку. Це приводить до посилення детоксификационної функції організму з наступним виведенням ксенобіотика. Хронічне введення пацюкам барбітуратів поступово зменшувало час сну від цих препаратів через посилення їхнього метаболізму. Звідси був зроблений висновок, що дані метаболічні зміни викликані індукцією визначених форм цитохрома Р450. Процес індукції цитохромів Р450 синтетичними чи природними з'єднаннями зареєстрований у ссавців, птахів, риб, безхребетних, рослинах, дріжджах і бактеріях. Усе це свідчить про біологічну важливість цього явища.

Деякі цитохроми P-450 є високо індуцибельними: наприклад, експресія Р-450 1А1 може збільшуватися більш ніж у сто разів у печінці і багатьох інших тканинах під дією 2,3,7,8,-тетрахлородибензо-р-діоксина, 3-метилхолантрена чи інших поліциклічних ароматичних вуглеводнів (ПАУ). Експресія Р-450 2Е1 у печінці зростає під впливом етанола, ацетону, ізоніазида, імідазола й інших речовин, а експресія цитохромів підродини 4А в печінки і нирках викликається клофібратом і іншими пероксисомальними пролифераторами. Ефективними індукторами Р-450 підродини 3А є макролідні антибіотики, синтетичні стероїди (наприклад, дексаметазон), і фенобарбітал (ФБ). ФБ разом з великою групою структурно різних хімічних сполук, може також збільшувати експресію індивідуальних членів підродин підродин цитохромів Р-450 2А, 2В и 2С як у лабораторних тварин, так і в людей (наприклад, індукція цитохромів Р-450 2С під дією ФБ у культурах людських гепатоцитов). Параметри індукції деяких цитохромів Р450 приведені в табл. Табл. Індукція цитохромів Р450 різними з'єднаннями

Форма Р450	Типові індуктори	Механізм первинної індукції
1А1	Діоксин (ТХДД), 3-метилхолантрен	Активація транскрипції ліганд-активуємих Ah-рецептором
1А2	3-метилхолантрен	Стабілізація мРНК
2В1/2	Фенобарбітал	Активація транскрипції під дією CAR-рецептора
2Е1	Етанол, ацетон, ізоніазид	Стабілізація білка
3А1	Дексаметазон	Активація транскрипції під дією PXR-рецептора
3А1	Триацетилоліндоміцин	Стабілізація білка

 

Як видно з таблиці, ряд цитохромів Р450 активується при участі специфічних рецепторів. Лише для Р-450 1А1 і, відповідно, Ah-рецептора відомий детальний механізм дії. Для інших Р450, як правило, ідентифікований специфічний рецептор, але механізм дії до дійсного часу детально не описаний. Крім транскрипційного механізму індукції для цитохромів Р450 відомі також посттранскрипционние (стабілізація мРНК) і пострансляционние (стабілізація білка, модифікація ферменту) механізми. Останні характерні для цитохромів Р450 1А2, 2Е1 і 3А1.