Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling, VT2011, Avd. f. Farmakognosi, Inst. f. Läkemedelskemi, Uppsala Universitet.

Transkript

1 Sandra Hamadi Biologiskt aktiva naturprodukter i läkemedelsutveckling, VT2011, Avd. f. Farmakognosi, Inst. f. Läkemedelskemi, Uppsala Universitet Inlämnat: Akonitin -Kinesiskt naturläkemedel sedan 2000 år tillbaks

2 Innehållsförteckning Allmänt om substansen...2 Hur och varför projektet startade...4 Den toxiska effekten...4 Metodbeskrivning...5 Biologisk aktivitet...6 Klinisk effekt och användning...10 Referenslista...11 ~ 1 ~

3 Allmänt om substansen Akonitin tillhör gruppen alkaloider och har under nästan 2000 år används inom kinesisk medicin för flertal olika sjukdomar. I Europa har denna substans används bland annat under historiens gång för att ta död på fångar. Den kemiska strukturen på molekylen ser ut enligt bilden nedan. Fig.1 Den kemiska strukturen på akonitin. (Singhuber et al., 2009) I Kina och flera andra asiatiska länder kan man finna denna substans i växterna Aconitum carmichaeli och Aconitum kusnezoffi. I Nord Amerika och Europa förekommer substansen främst i växten Aconitinum napellus L. och i Sverige är denna växt mest känd som äkta stormhatt. Substansen är, som de övriga alkaloiderna, oerhört toxisk. Det har tidigare funnits läkemedel som innehåller denna substans men samtliga läkemedel är för närvarande avregistrerade.(singhuber et al., 2009, Chan, 2009, FASS) ~ 2 ~

4 Fig. 2 Illustrering av växten Aconitum napellus L. (Flora von Deutschland, Österreich und Schweiz) ~ 3 ~

5 Hur och varför projektet startade Akonitin som tidigare nämnt har länge används inom bland annat kinesisk medicin för att behandla flertal sjukdomar. Den har används för att framkalla arytmier vid undersökning av antiarytmika sjukdomar. Substansen kan framkalla ventrikulära rubbningar, ventrikulär takykardi, hjärtflimmer och flera andra hjärtrelaterade sjukdomar. Ur medicinsk synpunkt anses denna substans vara intressant att undersöka på grund av denna effekt. Men substansen är även intressant att undersöka på grund av dess höga toxicitet som orsakar flera dödsfall över hela världen. Där flest dödsfall förekommer i Kina.(Chan, 2009) Den toxiska effekten I Asien är det fortfarande vanligt med förgiftningsfall. Än idag förekommer det fortfarande att folk förgiftas av denna substans i länder som Kina, Japan och Indien på grund av felanvändning eller vid oavsiktligt intag av vilda växter som innehåller substansen.(singhuber et al., 2009; Chan, 2009) De flesta toxiska fallen förekommer dock mest i Kina. Vilket kan bero på att substansen länge har använts inom kinesisk medicin. Mellan åren förekom det 878 förgiftningsfall orsakat av akonitin i Kina. Även i Europa och USA förekommer det toxiska fall dock inte i lika hög grad som det gör i Asien. I och med det ökade inresset för alternativ medicin finns även risken för ett ökat antal toxiska fall.(jiang et al.,2005) Vissa av förgiftningsfallen som uppstår kan bero på att man av misstag fått i sig en del av den giftiga växten som innehåller substansen. Resten av fallen beror på att man fått i sig en allt för hög dos av substansen som kan vara orsakad av dålig processingsmetod av substansen, felmedicinering, okunskap eller på grund av interaktioner med övriga läkemedel.(tang et al., 2011) ~ 4 ~

6 Den största orsaken till förgiftningsfallen sker i grund och botten på grund av att substansen i fråga har ett snävt terapeutisk intervall och kan ha flera interaktioner med andra mediciner.(tang et al, 2011) Med hjälp av approximationer på studier av råttor har man räknat ut att en dödlig dos av alkaloider för människa uppskattas vara 1-2 mg per enkel dos.(chang, 2009; Tang et al., 2011) Akonitin är för övrigt en icke stabil substans som metaboliseras snabbt hos råtta och människa. Detta bidrar till att substansens toxicitet kan vara svår att bedöma i och med dess metaboliter kan vara av toxisk eller icke toxisk karaktär. För att kunna förstå substansen till fullo bör man även analysera de kemiska strukturerna av metaboliterna samt förstå dess egenskaper. (Tang et al., 2011) Metodbeskrivning I dagsläget finns det 70 tekniker och metoder för att processa akonitum rötterna. Hur stor mängd akonitin som kan processas per massenhet beror på vilken del av växten man använder som utgångsmatrial. Mängden akonitin per massenhet kan även variera beroende på växtart, när växten har skördats och var växten är odlad. (Singhuber et al., 2009; Chan, 2009) I den traditionella kinesiska medicinen intas akonitin rötterna endast i processad form då den toxiska effekten är reducerad. Enligt denna tradition blötläggs samt kokas växten under processens gång. Vilket bidrar till att akonitin derivatens toxicitet reduceras eller uteblir helt. Detta sker med hjälp av en hydroliseringsprocess. Mekanismen för detta finns redovisad i figur 2 som följer nedan. (Singhubet et al., 2009; Chan, 2009) ~ 5 ~

7 Fig. 2 Mekanismen för nedbrytningen av akonitin i en två-stegs hydrolys.(singhuber et al., 2009) Flera processingsmetoder har därmed utvecklats utifrån den traditionella kinesiska metoden. Genom blötläggning, förångning och avkokning kan akonitin omvandlas till ett mindre giftigt derivat, som till exempel benzolylakonin derivat. (Jiang et al., 2005) Biologisk aktivitet Akonitin reagerar med de spänningskänsliga natriumkanalerna som finns i vävnader och muskler som till exempel hjärtmuskeln. Detta orsakar den kardiotoxiska och neurotoxiska effekten som kan uppkomma vid användning av substansen.(chan, 2009) Akonitin har en hög bindningsaffinitet till det öppna läget av natriumkanalerna. Affiniteten av akonitin in vitro korresponderar till LD 50 värden som man får hos råttor vid studieförsök. Detta bidrar till att man får en längre ~ 6 ~

8 aktivering av dessa kanaler som följaktligen ger en refraktär effekt. Förlängning av natriumjonkanalen i det öppna läget bidrar till en ökad tillströmning av natriumjoner in i cytosolen. Det som sker är att man får en fördröjd och för tidig efter-depolarisation som orsakar arytmi. Arytmin som orsakas beror även delvis på att substansen har en antikolinerg effekt via vagus-nerven. Följaktligen får man en positiv inotrop effekt (ökad kontraktionskraft).(chan, 2009) Akonitin kan även blockera den neuromuskulära transmissionen genom att minska på frisläppningen av acetylkolin. Detta är en följd av påverkan på de natriumkänsliga jonkanalerna som finns ute i axonen.(chan, 2009) I studier på råttor har det visat sig att akonitin bryts ner till sex olika metaboliter med hjälp av O-demetylering och N- deetylering i huvudsak som redovisas i figur 3. Enzymerna som medverkar är till stor del av sorten CYP 3A1 och CYP 3A2. Enzymerna CYP 1A1 och CYP 1A2 medverkade även i nedbrytningen men i en betydligt mindre grad. (Wang et al.,2006) ~ 7 ~

9 Fig. 3 Metaboliterna som bildas vid nedbrytningen av akonitin hos råtta. (Wang et al., 2006) Detta är vad som är visat vid studier på råttor. Däremot är det ännu osäkert vilka enzymer som medverkar vid nedbrytningen av denna substans hos människa. Man har däremot gjort en uppskattning av att 90% av akonitins metabolism hos människa kan kopplas till sju olika enzymer. Dessa är CYP 1A2,CYP 2C9, CYP 2C8,CYP 2C19,CYP 2D6,CYP 2E1,CYP 3A4 samt CYP 3A5. (Tang et al., 2011) I en nyligen publicerad studie där man specifikt undersöker vilken eller vilka av CYP-enzymerna som var/är mest ansvarig/ansvariga för metabolismen av akonitin hos människan, visade det sig att akonitin metaboliserades i huvudsak med hjälp av CYP 3A4 och CYP 3A5. Resultatet visade även att CYP 2C8, CYP 2C9, CYP 2D6 och CYP 2C19 spelade en mindre roll i metabolismen hos människa och att CYP 1A2 och CYP 2E1 samverkade ej vid metaboliseringen av akonitin.(tang et al., 2011) Det är väl känt att läkemedel som metaboliseras av CYP-enzymer kan ha flera interaktioner med andra läkemedel. Detta kan påverka effekten av läkemedlet. Därför bör man ha överseende över vilka läkemedel akonitin kombineras med för att undvika metabolisk inhibering och inducering. Man vet till exempel att rökning, koffeinhaltiga drycker och omeprazol kan inducera enzymet CYP 12A. Man känner även till att bland annat cimetidin kan inhibera CYP 12A. Vad gäller enzymet CYP 3A är det känt att det kan induceras av bland annat mexametason och kan inhiberas av bland annat ketoconazol.(wang et al., 2006, Tang et al., 2011) Det har visats att oralt akonitin som intas kontinuerligt i kombination med en substans som inhiberar CYP 3A4 och CYP 2D6 bidrar till toxicitet trots att akonitin medicineras inom det terapeutiska intervallet. All medicin som inhiberar eller inducerar CYP-enzymerna kommer att ge stark påverkan på effekten av akonitin vid sammedicinering.(tang et al., 2011) En schematisk bild över vilka CYP-enzymer som medverkar vid nedbrytningen av akonitin samt vilka metaboliter som bildas visas nedan i figur 3. Tabell 1 nedan visar hur fördelningen ser ut vid nedbrytningen av respektive metabolit samt ~ 8 ~

10 vilket/vilka enzym/enzymer som medverkar vid respektive nedbrytning.(tang et al., 2011) Fig.4 Akonitins olika metaboliter (M1-M6) och vilka CYP-enzymer som medverkar i respektive nedbrytning hos människa. (Tang et al., 2011) ~ 9 ~

11 Tab. 1 Hur fördelningen utav nedbrytningen av metaboliterna M1-M6 hos människa ser ut med avseende på samtliga CYP-enzymer.(Tang et al., 2011) Klinisk effekt och användning Akonitin har genom tiderna används främst som analgetiska effekt, anti-inflammatoriska effekt och som hjärtstimulerande substans. I kinesisk medicin har den även använts för sjukdomar som synkope, reumatisk feber, ledsmärta, gastroenterit, diarré, ödem, astma, olika tumörer, och vissa endokrina sjukdomar och vid oregelbunden menstruation. (Singhuber et al., 2009) ~ 10 ~

12 Referenslista - Chan Y.K Thomas., Aconite poisoning, Clinical Toxicology 47, (2009) Department of Medicine and Therapeutics, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, New Territories, Hong Kong, China - Jiang Zhi-Hong 1, Xie Ying 1, Zhou Hua 1, Wang Jing-Rong 1, Liu Zhong-Qiu 1, Wong Yuen-Fan 1, Cai Xiong 1, Xu Hong-Xi 2, Liu Liang 1, Quantification of Aconitum Alkaloids in Aconite Roots by a Modified RP-HPLC Method, Phytochemical Analysis Phytochem. Anal. 16, (2005) 1 School of Chinese Medicine, Hong Kong Baptist University; Kowloon Tong, Kowloon, Hong Kong, China 2 Hong Kong Jockey Club Institute of Chinese Medicine Limited, Hong Kong, China - Singhuber Judith 1, Zhua Ming 2, Prinz Sonja 1, Kopp Brigitte 1, Aconitum in Traditional Chinese Medicine-A valuable drug or an unpredictable risk?, Journal of Ethnopharmacology (2009) 1 Department of Pharmacognosy, University of Vienna, Althanstrasse 14, 1090 Vienna, Austria, 2 Medical Institute, Beijing University of Chinese Medicine & Pharmacology, Chaoyang District, Bei San Huan Dong Lu 11, Beijing , China - Tang Lan, Ye Ling, Lv Chang, Zheng Zhijie, Gong Yun, Liu Zhongqiu, Involvement of CYP3A4 and CYP2D6 in the metabolism of aconitine using human liver microsomes and recombinant CYP450 enzymes, Toxicology Letters xxx xxx xxx (2011) Department of Pharmaceutics, School of Pharmaceutical Sciences, Southern Medical University, 1838 North Guangzhou Avenue, Guangzhou, Guangdong , China - Wang Yuguang 1, Wang Shengqi 2, Liu Yongxue 1, Yan Liangping 3, Dou Guifang 3, Gao Yue 1, Characterization of metabolites and cytochrome P450 isoforms involved in the microsomal metabolism of aconitine, Journal of Chromatography B, (2006) 1 Department of Pharmacology and Toxicology, Beijing Institute of Radiation Medicine, Beijing , PR China, 2 National Center of Biomedical Analysis, Beijing , PR China, 3 Department of New Drug Preclinical Evaluation, Beijing Institute of Transfusion Medicine, Beijing , PR China =akonitin&searchtext12=&sokoverdosageradio=medicine&searchtext9=& area=all - Bilden på Aconitum napellus är tagen från Flora von Deutschland, Österreich und Schweiz ~ 11 ~