Цитохром P450 и фармакокинетика лекарственных средств. Микросомальное окисление повышает реакционную способность молекул В каком растении содержится цитохром 450

Микросомальное окисление – это последовательность реакций с участием оксигеназ и НАДФН , приводящих к внедрению атома кислорода в состав неполярной молекулы и появлению у нее гидрофильности и повышает ее реакционную способность..

Реакции микросомального окисления осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro они называются микросомальные мембраны). Ферменты организуют короткие цепи, которые заканчиваются цитохромом P 450 .

Реакции микросомального окисления относятся к реакциям фазы 1 и предназначены для придания гидрофобной молекуле полярных свойств и/или для повышения ее гидрофильности, усиления реакционной способности молекул для участия в реакциях 2 фазы. В реакциях окисления происходит образование или высвобождение гидроксильных, карбоксильных, тиоловых и аминогрупп, которые и являются гидрофильными.

Ферменты микросомального окисления располагаются в гладком эндоплазматическом ретикулуме и являются оксидазами со смешанной функцией (монооксигеназами).

Цитохром P450

Основным белком микросомального окисления является гемопротеин – цитохром Р 450 . В природе существует до 150 изоформ этого белка, окисляющих около 3000 различных субстратов. Соотношение разных изоформ цитохрома Р450 различается в силу генетических особенностей. Считается, что одни изоформы участвуют в биотрансформации ксенобиотиков, другие – метаболизируют эндогенные соединения (стероидные гормоны, простагландины, жирные кислоты и др.).

Цитохром Р450 взаимодействует с молекулярным кислородом и включает один атом кислорода в молекулу субстрата, способствуя появлению (усилению) у нее гидрофильности, а другой – в молекулу воды. Основными его реакциями являются:

• окислительное деалкилирование, сопровождающееся окислением алкильной группы (при атомах N, O или S) до альдегидной и ее отщеплением,
• окисление (гидроксилирование) неполярных соединений с алифатическими или ароматическими кольцами,
• окисление спиртов до соответствующих альдегидов.

Работа цитохрома Р 450 обеспечивается двумя ферментами:

• НАДН‑цитохром b 5 ‑оксидоредуктаза , содержит ФАД ,
• НАДФН‑цитохром Р 450 ‑оксидоредуктаза , содержит ФМН и ФАД .

Схема взаиморасположения ферментов микросомального окисления и их функции

Обе оксидоредуктазы получают электроны от соответствующих восстановленных эквивалентов и передают их на цитохром Р 450 . Этот белок, предварительно присоединив молекулу восстановленного субстрата, связывается с молекулой кислорода. Получив еще один электрон, цитохром P 450 осуществляет включение в состав гидрофобного субстрата первого атома кислорода (окисление субстрата). Одновременно происходит восстановление второго атома кислорода до воды.

Последовательность реакций гидроксилирования субстратов с участием цитохрома Р450

Существенной особенностью микросомального окисления является способность к индукции или ингибированию, т.е. к изменению мощности процесса.

Индукторами являются вещества, активирующие синтез цитохрома Р 450 и транскрипцию соответствующих мРНК. Они бывают

1. Широкого спектра действия, которые обладают способностью стимулировать синтез цитохрома Р 450 , НАДФН-цитохром Р 450 -оксидоредуктазы и глюкуронилтрансферазы. Классическим представителем являются производные барбитуровой кислоты – барбитураты, также в эту группу входят диазепам , карбамазепин , рифампицин и др.

2. Узкого спектр а действия, т.е. стимулируют одну из форм цитохрома Р 450 – ароматические полициклические углеводороды (метилхолантрен , спиронолактон ), этанол.

Например, этанол стимулирует синтез изоформы Р 450 2Е1 (алкогольоксидаза) которая участвует в метаболизме, этанола, нитрозаминов, парацетамола и др.
Глюкокортикоиды индуцируют изоформу Р 450 3А.

Ингибиторы микросомального окисления связываются с белковой частью цитохрома или с железом гема. Они делятся на:

1. Обратимые

• прямого действия – угарный газ (СО ), антиоксиданты ,
• непрямого действия , т.е. влияют через промежуточные продукты своего метаболизма, которые образуют комплексы с цитохромом Р 450 – эритромицин .

2. Необратимые ингибиторы – аллопуринол , аминазин , прогестерон , оральные контрацептивы , тетурам , фторурацил ,

Оценка реакций 1-й фазы

Оценку микросомального окисления можно проводить следующими способами:

• определение активности микросомальных ферментов после биопсии,
• по фармакокинетике препаратов,
• с помощью метаболических маркеров (антипириновая проба ).

Антипириновая проба

Обследуемый принимает утром натощак амидопирин из расчета 6 мг/кг веса. Собирается 4 порции мочи в интервале соответственно от 1 до 6 часов, 6-12, 12-24 и 45-48 часов. Объем мочи измеряется. Не позже, чем через 24 часа моча центрифугируется или фильтруется. Далее исследуется концентрация 4-аминоантипирина и его метаболита N-ацетил-4-аминоантипирина в моче.

Цитохром Р450 (CYP450) - большая группа ферментов, отвечающая за метаболизм чужеродных органических соединений и лекарственных препаратов. Ферменты семейства цитохрома Р450 осуществляют окислительную биотрансформацию лекарственных препаратов и ряда других эндогенных биоорганических веществ и, таким образом, выполняющих дезинтоксикационную функцию. С участием цитохромов происходит метаболизм многих классов лекарственных средств, таких как ингибиторы протонной помпы , антигистаминные препараты, ингибиторы ретровирусной протеазы, бензодиазепины, блокаторы кальциевых каналов и другие.

Цитохром Р450 представляет комплекс белка с ковалентно связанным гемом (металлопротеином), обеспечивающим присоединение кислорода. Гем, в свою очередь, является комплексом протопорфирина IX и двувалентного атома железа. Число 450 обозначает, что восстановленный гем, связанный с СО, отличается максимумом поглощения света при длине волны 450 нм.

Цитохромы Р-450 участвуют не только в метаболизме лекарств, но и в превращении гемоглобина в билирубин, синтезе стероидов и др. Все изоформы цитохрома Р-450 объединены в семейства CYP1, CYP2, CYP3. Внутри семейств выделены подсемейства A, B, C, D, E. В пределах подсемейств изоформы обозначены порядковым номером. Например, CYP2C19 - наименование 19-го по порядку цитохрома подсемейства «С», семейства «2». Всего существует около 250 различных видов цитохрома Р-450, из них примерно 50 - в организме человека и только шесть из них (CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4) имеют отношение к метаболизму лекарств.

На активность цитохромов Р-450 оказывает влияние множество факторов - курение, алкоголь, возраст, генетика, питание, болезни. Эти факторы отвечают за формирование индивидуальных особенностей работы ферментов Р-450 и определяют эффекты лекарственного взаимодействия у конкретного пациента.

Важность цитохромов Р450 для гастроэнтерологии

Среди ИПП наибольшее ингибирующее действие в отношении CYP2C19 проявляет лансопразол, в меньшей степени омепразол и эзомепразол. Еще ниже эффект рабепразола, однако значительное ингибирующее воздействие на активность CYP2C19 оказывает его тиоэфир, образующийся в ходе неферментного метаболизма. Наименьшее влияние на CYP2C19 оказывает пантопразол. Наибольшее ингибирующее воздействие на CYP3A4 in vitro у пантопразола, далее (по мере уменьшения эффекта) омепразол, эзомепразол и рабепразол и лансопразол. Для пациентов, получающих несколько лекарственных препаратов, из ИПП предпочтительнее пантопразол (Бордин Д.С.).

Метаболизм пяти ингибиторов протонного насоса.
Более темные стрелки обозначают более значимые пути метаболизма.
Рисунок взят из статьи Marelli S., Pace F .

При активном участии CYP3A4 происходит метаболизм домперидона , цизаприда и большого числа других лекарств.

Целый ряд гастроэнтерологических препаратов ингибируют цитохром CYP3A4, оказывая тем самым влияние на фармакокинетику принимаемых совместно лекарств.

Проблема взаимодействия лекарств

Потенциально опасные комбинации лекарств являются серьезной клинической проблемой. Имеются данные, что от 17 до 23 % назначаемых врачами комбинаций лекарств являются потенциально опасными. Только в США из-за непредусмотренного взаимодействия лекарств умирает 48 тысяч больных в год. FDA сняло с регистрации несколько лекарств (в том числе прокинетик цизаприд) по причине их потенциально опасных взаимодействий с другими лекарствами, приводивших, в том числе и к летальным исходам.

Основные механизмы взаимодействий лекарств связаны с изменением их фармакокинетики или фармакодинамики. Наиболее существенными, согласно современным представлениям, являются изменения фармакокинетики при метаболизме лекарств с участием цитохромов Р-450.

Примером опасного взаимодействия является недавно обнаруженное взаимодействие ИПП и клопидогрела , широко применяемого при лечении больных ишемической болезнью сердца. Для уменьшения риска гастроинтестинальных осложнений больным, получающим ацетилсалициловую кислоту в комбинации с клопидогрелом, назначают ИПП. Поскольку биоактивация клопидогрела происходит с участием CYP2C19, прием ИПП, метаболизируемых этим цитохромом, может снизить активацию и антиагрегантный эффект клопидогрела. В мае 2009 года на конференции Общества сердечно-сосудистой ангиографии и вмешательств (SCAI) были представлены данные, свидетельствующие, что одновременное использование клопидогрела и ИПП значительно повышает риск возникновения инфаркта миокарда, инсульта, нестабильной стенокардии, необходимости повторных коронарных вмешательств и коронарной смерти (Бордин Д.С.).

Цитохром CYP2C19

Все типы мутаций гена CYP2C19 могут быть были разделены на три группы:

1. Без мутаций (гомозиготы), они же быстрые метаболайзеры ИПП.
2. Имеющие мутацию в одной аллели (гетерозиготы), промежуточный тип метаболизма.
3. Имеющие мутации в обеих аллелях, они же медленные метаболайзеры ИПП.

Медленные метаболизаторы от быстрых и промежуточных отличаются двукратно более высокими концентрацией ИПП в плазме крови и периодом полувыведения. Полиморфизм гена, кодирующего изоформу 2С19, определяет различную скорость метаболизма ИПП у пациентов. В связи с вышесказанным подбор ИПП рекомендуется проводить под контролем суточной рН-метрии (Хавкин А.И., Жихарева Н.С., Дроздовская Н.В.).

• CYP2C19 активно метаболизирует следующие лекарства: трициклические антидепрессанты (амитриптилин , кломипрамин, имипрамин), антидепрессант - селективный ингибитор обратного захвата серотонина циталопрам, антидепрессант - ингибитор МАО моклобемид, антиконвульсионные и антиэпелиптические средства (диазепам, примидон, фенитоин, фенобарбитал, нордазепам), ингибиторы протонной помпы (омепразол , панторазол , лансопразол , рабепразол и эзомепразол), противомалярийное средство прогуанил, НПВП диклофенак и индометацин, а также: варфарин, гликлазид, клопидогрел , пропранолол, циклофосфамид, нелфинавир, прогестерон, тенипозид, тетрагидроканнабинол, каризопродол, вориконазол и другие
• сильные ингибиторы CYP2C19: моклобемид, флувоксамин, хлорамфеникол (левомицетин)
• неспецифические ингибиторы CYP2C19: ИПП омепразол и лансопразол, Н2-блокатор циметидин , НПВП индометацин, а также флуоксетин , фелбамат, кетоконазол, модафинил, окскарбазепин, пробенецид, тиклопидин, топирамат
• индукторы CYP2C19: рифампицин, артемизинин, карбамазепин, норэтистерон, преднизон, зверобой.

Влияние различных генотипов CYP2C19 на эффективность эрадикации Helicobacter pylori

Влияние различных генотипов CYP2C19 на эффективность эрадикации Helicobacter pylori.
БМ – «быстрые» метаболизаторы, ПМ – «промежуточные» метаболизаторы, ММ – «медленные» метаболизаторы (Маев И.В. и др.)

В силу того, что молекулярно-генетические исследования малодоступны практикующему врачу, заподозрить «быстрых» метаболизаторов можно ориентируясь на сохранение болевого абдоминального синдрома на 3–4-е сутки от начала приёма ИПП, а также принимая во внимание медленную эндоскопическую динамику при эпителизации эрозий и рубцевании язвенных дефектов у пациента. В свою очередь, недостаточность антисекреторного эффекта от терапии с применением ИПП можно верифицировать методом суточной внутрижелудочной рН-метрии (Маев И.В. и др .).

Цитохром CYP3A4

Генетический дефект CYP3A4 может быть причиной развития вторичного синдрома удлиненного интервала Q-T при приёме цизаприда и, как следствие, развития сердечной артимии (Хавкин А.И. и др.).

• CYP3A4 является основным ферментом при метаболизме следующих лекарств: имуннодепрессанты (циклоспорин, сиролимус, такролимус), средства, применяемые при химиотерапии (анастрозол, циклофосфамид, доцетаксел, эрлотиниб, тирфостин, этопозид, ифосфамид, паклитаксел, тамоксифен, тенипозид, винбластин, виндезин, гефитиниб), противогрибковые средства (клотримазол , кетоконазол, итраконазол),

Среди многообразия CYP (табл. 8.2, 8.3) основной вклад в общее метаболическое окисление этими ферментами лекарственных средств вносят: 1А2, 2А6, 2В6, 2С9, 2С19, 2D6, 2Е1 и ЗА4 (табл. 8.4).

Цитохром 1А2 локализуется, в основном, в печени. Однако он отсутствует в микросомах печени новорожденных и экспрессируется к 1-3 месяцам жизни. Уже к первому году жизни его количество составляет половину взрослого. В отличие от CYP1A1 эта изоформа окисляет не только ПАУ, но и значительное количество лекарственных средств (табл. 8.5).

Большинство препаратов, представленных в таблице 8.5, являются субстратами и других изоформ CYP. В качестве маркерных субстратов для фенотипирования CYP1A2 используются фенацетин, антипирин и кофеин. Фенацетин в процессе

Субстраты, индукторы и ингибиторы цитохрома 1А2

гидроксилирования превращается в деметилфенацетин, антипирин в 4-оксиантипирин и кофеин в параксантин.

Еще одна особенность CYP1A2 заключается в том, что он катализирует процессы окисления ароматических аминов и ариламидов-реакций характерных только для этой изоформы фермента .

Оценка клиренса кофеина является важным диагностическим тестом определения функционального состояния печени при ее выраженном поражении. В силу того, что главным мета- болизирующим ферментом кофеина является CYP1A2, по сути в этом тесте определяется активность этого фермента.

Как и другие цитохромы семейства 1 CYP1A2 индуцируется ПАУ, а также некоторыми лекарственными препаратами (табл. 8.5) и пищевыми продуктами (брюссельская капуста, сильно прожаренное мясо). Совместное применение субстратов CYP1A2 с его индукторами приводит к увеличению скорости окисления первых, следствием чего является снижение их терапевтической эффективности. Совместное применение субстратов CYP1A2 с его ингибиторами (табл. 8.5) угнетает метаболизм субстратов, следствием этого процесса может быть возникновение побочных эффектов. Например, не рекомендуется применять вместе ципрофлоксацин (ингибитор) и теофил- лин (субстрат), так как при этом концентрация теофиллина в крови повышается в 4-5 раз, что приводит к резкому усилению кардиотоксичности .

Общим свойством цитохромов подсемейства 2А, среди которых CYP2A6 играет наиболее важную роль в метаболизме лекарств, является их способность индуцироваться фенобарбиталом. Цитохром 2А6 экспрессируется, в основном, в печени. Не обнаружено существенных различий в его активностях в печени новорожденных, фетальной печени и печени взрослых. Окисляет фермент небольшое число лекарственных средств: кумарин, циклофосфамид, превращение никотина в котинин . Наряду с цитохромами 1А1, 1А2, 2D6 и 2Е1 CYP2A6 принимает участие в биоактивации компонентов табачного дыма (нитрозаминов), вызывающих рак легких. Вместе с цитохромами 1А1, 1А2, ЗА4 и 2В6 CYP2A6 катализирует процессы биоактивации афлотоксина В.

Практически существует только один ингибитор CYP2A6 - ритонавир.

Цитохром 2В6 также находится, в основном, в печени. Это была первая изоформа гемопротеина, изолированного из организма млекопитающих. Он участвует в метаболизме небольшого числа лекарственных средств (циклофосфамид, тамоксифен). Маркерным субстратом для фермента является S-метени- тоин, который в организме подвергается деметилированию с образованием продукта реакции - деметилмефенитоина. Цитохром 2В6 принимает участие в метаболизме стероидов (тестостерона). В основном же, он катализирует реакции окисления ксенобиотиков (бензпирен, фенантрен, метоксифлуран, б-аминохризен).

Типичными индукторами CYP2B6 являются фенобарбитал и другие барбитураты , а ингибитором - орфенандрин .

Подсемейство цитохромов 2С составляет более 18 % всех CYPb печени. Оно также называется мефенитоин-4-гидрокси- лазой, так как мефенитоин является маркерным субстратом этого подсемейства ферментов.

Цитохром 2С9 отсутствует в фетальной печени и начинает определяться только через месяц после рождения и его активность не меняется на протяжении всей жизни. Он катализирует реакции окисления многих лекарственных препаратов, в том числе и нестероидных противовоспалительных средств (табл. 8.6).

Индуктором CYP2C9 является рифампицин , а специфическим ингибитором - сульфафеназол, ингибирующий окисление субстратов в очень низких концентрациях . Совместное применение лекарств-субстратов CYP2C9 и его ингибиторов приводит к усилению или возникновению побочных эффектов. Так одновременное использование варфарина и сульфаниламидных препаратов приводит к увеличению антикоагулянтного действия.

Цитохром 2С19 катализирует процессы окисления различных по строению и терапевтическому действию лекарственных средств (диазепам, гексобарбитал, имипрамин, мефенотоин, омепразол, пропранолол, ритонавир). Этот фермент принимает участие также в метаболических превращениях противомалярийных препаратов, в частности, прогуанила. Он был предложен в качестве маркерного субстрата CYP2C19, вместо мефитоинового теста. В некоторых случаях для фенотипирова- ния используют и омепразол. Индукторами фермента являются барбитураты и рифампицин, а ингибиторами - омепразол, ритонавир, толбутамид, троглитазон, фелбамат.

Среди минорных ферментов подсемейства цитохромов 2С, вносящих некоторый вклад в окисление лекарств следует отметить CYP2C8. Метаболизирует фермент диазепам, диклофенак, мефобарбитал, толбутамид. Индуцируют фермент фенобарбитал и примидон, а ингибируют омепразол.

Цитохром 2С18 катализирует реакции окисления пирокси- кама, напроксена, пропранолола, омепразола. Ингибирует фермент циметидин.

Цитохром 2D6 начинает определяться в печени вскоре после рождения и в течение жизни его активность не меняется. В печени взрослых особей CYP2D6 составляет около 3 % всех цитохромов Р450, однако метаболизирует он 20 % всех известных препаратов , в том числе нейролептики, антидепрессанты, Р-адреноблокаторы (табл. 8.7).

Ряд лекарственных препаратов ингибируют реакции окисления, катализируемые CYP2D6 (табл. 8.7), однако селективным

считается хинидин . Кроме дебризохина (CYP2D6 часто называют дебризохин-4-гидроксилазой) в качестве маркерного субстрата используют декстрометорфан, который в процессе О-деэтилирования образует декстрофан.

Если большинство цитохромов подсемейства 2D способны индуцироваться фенобарбиталом и клозепином, то для CYP2D6 пока не обнаружено соответствующего индуктора.

Генетический полиморфизм наиболее характерен для CYP2D6 (раздел 10.1).

Подсемейство цитохромов 2Е представлено только одним, хорошо изученным изоэнзимом CYP2E1. Количество этого фермента резко повышается в течение первых часов после

рождения вне зависимости от гестационного возраста. К субстратам CYP2E относятся небольшое число лекарств (галотан, дапсон, изониазид, кофеин, ритонавир, теофиллин, энфлуран), а также ксенобиотики незначительной молекулярной массы (ацетон, бензол, этанол, тетрахлорметан, анилин). Эндогенными субстратами являются жирные кислоты (лауриновая кислота).

Цитохром 2Е1 значительно активнее, чем изоформы других посемейств катализирует образование свободных радикалов. Например, в микросомах печени и в реконструированных системах этот фермент окисляет этанол, пропанол и бутанол до соответствующих радикалов . Он проявляет необычно высокую оксидазную активность, образуя активные формы кислорода, инициируя зависимое от тетрахлорметана и НАДФН перекисное окисление липидов.

Типичными индукторами CYP2E1 являются спирты, ацетон, пиридин. Даже однократное введение крысам или мышам ацетона вызывает быстрый (в течение 6 часов) подъем концентрации белка без существенных изменений в уровне иРНК CYP2E1. Молекулярный механизм такой индукции все еще остается невыясненным. Известно только, что индуцированный ацетоном цитохром печени мышей и хомяков имеет молекулярную массу 52-22 кД и за аминокислотной последовательностью проявляет высокую гомологию к CYP2E печени крыс .

Реакция 6-гидроксилирования хлорзоксазона одна из немногих маркерных реакций, которая используется для оценки активности CYP2E1 у людей. Несмотря на то, что эта изоформа фермента, не единственная участвующая в реакциях окисления хлорзоксазона, все же на ее долю приходится 68 % образования 6-гидроксилхлорзоксазона .

К селективным ингибиторам CYP2E1 относятся диэтилди- тиокарбамат, дисульфарам, диметилсульфоксид, хлорметиазол, оксид азота.

Несмотря на существования значительных индивидуальных различий в активностях CYP2E1 у людей, они однако, не связаны с полиморфизмом гена этого фермента.

Цитохромы подсемейства ЗА составляют 30 % всех цито- хромов печени и 70 % всех цитохромов желудочно-кишечного тракта (раздел 6.5). Цитохром ЗА4 локализован преимущественно в печени и желудочно-кишечном тракте. Он не обнаруживается в фетальной печени, а экспрессируется только к первому месяцу жизни и составляет 30-40 % активности взрослой особи. Эта изоформа окисляет около 60 % всех известных лекарственных препаратов (табл. 8.8).

Субстраты, индукторы и ингибиторы CYP3A4

ных веществ его субстратами могут быть тестостерон, кортизол, прогестерон .

Главная » Транскрипции » Цитохром P450 и фармакокинетика лекарственных средств. Микросомальное окисление повышает реакционную способность молекул В каком растении содержится цитохром 450