Biotransformation av xenobiotika

Transkript

1 Biotransformation av xenobiotika Henrik Gréen Forskarassistent i klinisk farmakologi Henrik.green@liu.se Ack: Prof Curt Peterson Biotransformation - Kemisk modifiering av en organism på en kemisk förening. Xenobiotika -En kemikalie som återfinns i en organism, men som normalt sätt inte produceras eller förväntas finnas i organismen. Läkemedel Växtbaserade läkemedel Traditionellt växtbaserade läkemedel aturläkemedel Vissa utvärtes läkemedel (VUM) aturmedel med dispens (mistel f.inj) Homeopatika Kemiska produkter Kosmetika & Hygieniska produkter Kosttillskott & Livsmedel Varför r och hur metaboliseras läkemedel? l Målet är att göra ämnet mindre toxiskt och mer vattenlösligt för utsöndring via njuren eller gallan. Metabolism - omvandlar en läkemedelsmolekyl till en nedbrytningsprodukt, en metabolit. Huvudsakliga organ är Levern Enzym i levercellerna, ffa cytokrom P 450 systemet (CYP450), står för nedbrytningen. 1

2 Metaboliter De metaboliter som bildas har ingen eller åtminstone mindre farmakologisk effekt än modersubstansen (men undantag finns ex imatinib) Prodrugs för att få bättre absorption eller längre halveringstid, ex L-DOPA Fas I och Fas II-reaktioner Fas I reaktioner Oxidation, reduktion eller hydrolys. Ger ofta en mer reaktiv och ibland mer toxisk produkt. Fas II reaktioner Konjugeringar glukoronidering eller acetylering. Ger ofta en mer vattenlöslig och inaktiv produkt. Fas I reaktionen introducerar ofta en angreppspunkt för Fas II reaktionen Fas I - reaktioner Oxidativa reaktioner Viktigaste enzymsystemet cytokrom P450, finns i endoplasmatiska retiklet Hydrolytiska reaktioner 2

3 CYP P450 Introducerar en syreatom i substratet medan den andra syreatomen bildar vatten (monoxygenas) ADPH + H + + O 2 + RH ==> ADP + + H 2 O + R-OH Cytokrom P enzymer identifierade hos människan, innehåller heme-grupp (med järn för att oxidera ämnen) Finns ca 7700 cytokrom P450-enzymer i naturen, finns i alla livsformer CYP 450-enzymer Cytokrom P450 (förkortat CYP) är en stor grupp av enzymer innehållandes en hemgrupp som katalyserar reaktioner i levern. De ingår ofta i en stor elektrontransportkedja som kallas CYP P450 systemet (450 kommer från absorbansen av hemgruppen vid 450 nm). 3

4 CYP 450-enzymer forts Högst koncentration av CYP-enzymer i levern men finns även i tarmväggen, njurar och lungor Kan leda till stor första passage-effekt vid peroral läkemedelstillförsel är celler homogeniseras bryts det endoplasmatiska retiklet sönder, bildar mikrosomer, kan isoleras genom centrifugering Människans 57 isoformer av CYP P450 ( CYP2 familj, minst 40% homologi (aminosyresekvens), finns 17 familjer, CYP 1, CYP 2, CYP 3- familjerna viktigast för läkemedels-metabolismen hos människan CYP2D subfamilj, minst 55% homologi CYP2D6 enskilt enzym Hydrolytiska enzymer (Fas I-reaktioner) Esteraser S 1 -S 2 + H 2 O P 1 -OH + P 2 -H Amidaser Peptidaser för polypeptidläkemedel Proteaser 4

5 Många läkemedel kan inducera specifika CYP-enzymer t ex fenytoin och karbamazepin för behandling av epilepsi, doserna måste ökas med tiden Andra läkemedel kan hämma specifika CYP-enzymer, vanlig orsak till läkemedelsinteraktioner Interaktioner kan även ske med naturläkemedel (johannesört inducerar CYP3A4) och födoämnen (grapefruktjuice hämmar CYP3A4) Leder till försvagad respektive förstärkt effekt av läkemedel som metaboliseras av CYP3A4 Fas II - reaktioner Konjugeringsreaktioner som kopplar ihop en endogen förening t ex glukuronsyra, sulfat, glutation, aminosyror eller acetat, kovalent med ett xenobiotika. Enzymerna finns i cytosolen Inte bara xenobiotika utan även vissa endogena föreningar utsöndras som konjugat t ex bilirubin glukuronideras 5

6 Fas II - konjugeringsreaktioner Fas II reaktioner kräver alltid en reaktiv grupp endera på läkemedlet eller den konjugerande liganden. Introduceras ofta av Fas I reaktionen. Tre vanliga konjugat UDP glukoronid transferas (UGT) konjugerar en glukos molekyl till LM UDP-glucuronic acid + R-OH --/UGT/--> UDP + R-O-glukoronid - UDP-glucuronic acid + R-H2 --/UGT/--> UDP + R-H-glukoronid - Sulfotransferas (ST) konjugerar en sulfat grupp PAP-sulfat + R-OH --/ST/--> PAP + R-sulfat Glutation-S-transferas (GST) konjugerar en glutationmolekyl (tripeptid glycine-cysteine-glutamic acid -- tiol (-SH) I sidokedjan) Glutation-SH + R-OH --/GST/--> R-S-glutation Glutation-SH + R>O --/GST/--> R-S-glutation OBS! Varje reaktion har en specifik co-faktor ex. Uridin-difosfat (UDP), fosfoadenosin-fosfosulfat (PAP), glutation (GSH) etc PAP GSH Konjugaten är nästan alltid inaktiva (undantag morfin-6-glukuronid har bättre smärtstillande effekt än morfin) Fördelning av Fas I och Fas II enzymer i levern 6

7 Paracetamols metabolism - fas I och II reaktioner -läkemedelsinteraktioner och biverkningar Förstapassage-metabolism edbrytning i levern som sker direkt efter absorption från magtarmkanalen. Minskar mängden LM som når cirkulationen, därmed sänkt biotillgänglighet. Kan undvikas med sublingual eller rektal administrering. itroglycerin Glyceryltrinitrat: Ges sublingualt då det har 0% biotillgänglighet oralt. Effekt inom 1-2 min, halveringstid 1-4 min. Det enterohepatiska kretsloppet/shunten Läkemedel Liver Hydrolysis via beta glukoronidase Sekretion via gallan Metabolism: Glukoronid producerad Tarmen Portvenen Många östrogenderivat i tex P-piller har en enterohepatisk recirkulation som tros påverka upprätthållandet av en plasma koncentrationen. 7

8 Metabolism av xenobiotika hos spädbarn, gravida och män/kvinnorm Läkemedelsmetaboliserande enzymer är inte fullt utvecklade vid födelsen, mognar under de första veckorna. Bristande glukuronidering av bilirubin kan orsaka gulsot vid hemolys hos nyfödda. Finns vissa könsskillnader i läkemedelsmetabolismen men knappast av klinisk betydelse Induktion sker under graviditet, högre läkemedelsdoser behövs mot slutet av graviditeten Människan har ca gener Mer än 99,9 % av alla människors arvsmassa (= DA-sekvens) är identisk. Finns dock variationer, sådana som syns utanpå t ex hudfärg och ögonfärg är mest kända 8

9 Polymorfier den ovanligaste allelen har en frekvens av minst 1% Singelnukleotidpolymorfismer (SP) - en DA-bas är utbytt, Vid var tusende bas av ca 3 miljarder baser Farmakogenetik Variationer i läkemedelssvar mellan individer kan till viss del förklaras av genetiska faktorer 1. Läkemedelsmetabolismen 2. Receptorer, enzymer som är targets för läkemedel, transportproteiner 3. Signalöverföring från receptorer till cellkärnan 9

10 Samma dos (per m2) till alla patienter eller individualiserad dosering? Fenotypning (funktionsbestämning) och genotypning (DAsekvensbestämning) viktiga instrument för att individanpassa läkemedelsdosering Isoniazid, är en av de första antidepressiva medlen som syntetiserats. Ämnet finns ursprungligen i växten malört 10

11 Debrisokin är en substans som tidigare använts som medel mot hypertoni men som nu används endast som markör för leverenzymet CYP2D6. ortriptylin är ett antidepressivt medel. ortriptylin har starkare effekt på återuppsuget av noradrenalin än av serotonin. 11

12 Thiopurines Gertrud Elion ( ) George Hitchings ( ) O 2 S H H S H C 3 H S H H 2 H 6-Mercaptopurine Azathioprine 6-Thioguanine Inflammatory bowel disease Ulcerative colitis Crohn s disease Immunosuppression after organ transplantaion Childhood acute lymphoblastic leukaemia (ALL) Acute myeloblastic leukaemia (AML) in the elderly 12

13 AZA TU XO 6-MP TPMT HGPRT TG IMPDH TIMP TPMT DA RA memp metimp Purine synthesis circulation intracellular Phenotyping of TPMT Lysed red blood cells TPMT + 6-MP + SAM-C 14 memp Radioactive methyl donor Weinshilboum et al., 1978 Clin Chim Acta 85: Frequency distribution of TPMT activity in Swedish blood donors females males Frequency % 15 TPMT L / TPMT H 10 TPMT L /TPMTL L 5 87 % TPMT H / TPMT H 0,5 % TPMT (U/ml prbc) Pettersson et al., 2002 (Therapeutic Drug Monitoring 24: ) 13

14 TPMT genotype P=0.039 TPMT*1/*1 TPMT*1/*3A TPMT heterozygous individuals formed higher TG levels that TPMT wild type individuals 14