Metabolické a transportní systémy ve farmakokinetice léků

Prezentace na téma: "Metabolické a transportní systémy ve farmakokinetice léků"— Transkript prezentace:

1 Metabolické a transportní systémy ve farmakokinetice léků
Jan Bultas Ústav farmakologie 3. LF UK, Praha 2011

2 Rp Rp Rp

3 „…ne sit medica gravior ipso morbo“ „…aby léčba nebyla nebezpečnější nežli nemoc“
J.E.Purkyně, 1858

4 Co rozhoduje o léčebné odpovědi?
farmakokinetické vlastnosti - resorpce - biotransformace (inaktivace, aktivace) - eliminace farmakodynamické vlastnosti - afinita k receptoru, iont. kanálu, transport. proteinu,… - inhibice enzymu - poměr aktivace/inhibice - aktivita regul. mechanizmů a ost. systémů

5 Nelišíme se jen vzhledem, ale též …

6 …farmakogenetickou výbavou

7 Co rozhoduje o léčebné odpovědi?
farmakokinetické vlastnosti - resorpce - biotransformace (inaktivace, aktivace) - eliminace farmakodynamické vlastnosti - afinita k receptoru, iont. kanálu, transport. proteinu,… - inhibice enzymu - poměr aktivace/inhibice - aktivita regul. mechanizmů a ost. systémů farmakogenetika farmakogenetika farmakogenetika farmakogenetika farmakogenetika farmakogenetika farmakogenetika

8 Personalisovaná léčba vs léčba podle doporučených postupů
léčba dle doporučených postupů - respektování dávek s doloženými daty o efektu na základě výsledků mega-studií personalisovaná léčba - respektování interindividuálních odlišností daných farmakogenetickými rozdíly

9 Personalisovaná léčba vs léčba podle doporučených postupů

10 transportní systémy resorpce transportní systémy eliminace
Resorpce, transformace a eliminace hepatocyt, enterocyt, renální epitel, endotel,… transportní systémy resorpce OATP,… reakce I. fáze oxidace isoenzymy CYP reakce II. fáze konjugace transferázami transportní systémy eliminace P-gp, BCRP,…

11 RESORPCE, TRANSFORMACE a ELIMINACE
Resorpce (influxní a efluxní kanály) systém membránových proteinů transportujících endo- a exogenní látky Oxidace (systém CYP450,…) rodina oxidáz zvyšujících hydrofilii, inhib. resorpci i exkreci endo- i exogenních látek Konjugace (transferázy) systém enzymů (glukoronidázy, sulfatázy,..) zvyšující rozpustnost vnesením hydrofilní sk. Eliminace (efluxní kanály) systém membránových proteinů transportujících endo- a exogenní látky

12 Transportní systémy ABC systém - ATP-Binding Cassette superfamily (ABC1B,…)

13 Transportní proteiny > 50 transportních proteinů
umožňují transmembránový přenos vitaminů, glycidů, AMK, lipidů,… xenobiotik (léky, karcinogeny, nutrienty) akt. transport – spotřeba ATP eflufní a influxní proteiny ATP

14 Působení influxního a efluxního transportního proteinu

15 Transportní systémy eliminace z buňky
rodina MDR (multi-drug resistant transporters) P-gp – glykoprotein P BCRP - Breast Cancer Resistance Protein

16 Struktura transmembránového transportního proteinu
otevřený (aktivovaný) uzavřený

17 Úloha eliminačních proteinů
zabránění nadměrné expozice organizmu cizorodými látkami (xenobiotiky) eliminace xenobiotik z potravy na úrovni enterocytu zajištění bariér (hematoencefalické, placentární, testikulární,…) eliminace metabolitů a xenobiotik do žluče a moče těsně spřaženy s metabolickými systémy

18 Úloha eliminačních proteinů
mozek játra ledvina střevo

19 Glykoprotein P - P-gp nejvýznamnější eliminační protein
zajišťuje eliminaci zejm. hydrofilních xenobiotik asi polovina léků substrátem P-gp pracuje v tandemu s „detoxikačními“ enzymy systému CYP – CYP3A4 působí v enterocytu, hepatocytu, prox. tubulu, endotelu řada léků inhibuje či aktivuje P-gp významné polymorfizmy s ↓ či ↑ aktivitou

20 P-gp

21 Indukce a regulace P-gp CYP3A
induktor např. lék A PXR RXR gen P-gp transportér P-gp lék B lék B heterodimer regulačních nukleárních receptorů PXR a RXR (pregnanových a retinoidních)

22 Glykoprotein - P - polymorfní - u ¼ populace inaktivní u ¼ hyperaktivní - obdobné induktory i inhibitory jako CYP3A4 substráty lipofilní statiny digoxin klopidogrel steroidy BKK … inhibitory amiodaron dronedaron propafenon verapamil diltiazem telmisartan antidepresiva flavonoidy … induktory třezalka dexametazon antikonvulsiva rifampicin …

23 nízká aktivita standardní aktivita hyper-aktivita toxický účinek
konc. jedna či žádná funkční alela nízká aktivita toxický účinek nutná redukce dávky čas obě funkční alely optimální účinek optimální dávka standardní aktivita multiplikace alel selhání účinku nutno zvýšit dávku hyper-aktivita terapeut. okno

24 transportní systémy resorpce transportní systémy eliminace
Resorpce, transformace a eliminace hepatocyt, enterocyt, renální epitel, endotel,… transportní systémy resorpce OATP,… reakce I. fáze oxidace isoenzymy CYP reakce II. fáze konjugace transferázami lékové interakce genetické faktory transportní systémy eliminace P-gp, BCRP,…

25 Eliminace substrátů P-gp ve střevě
100% 5-40% 20-40% P-gp enterocyt portální oběh střevo

26 ve střevě při snížené funkci P-gp
Eliminace substrátů ve střevě při snížené funkci P-gp 100% 5-40% 40-80% P-gp enterocyt portální oběh střevo

27 Eliminace substrátů P-gp v játrech
5-40% žluč 5-40% 20-40% 10-20% P-gp portální oběh syst. oběh hepatocyt

28 Eliminace substrátů P-gp v játrech při snížené funkci P-gp
žluč 50-90% 40-80% P-gp portální oběh syst. oběh hepatocyt

29 BCRP - Breast Cancer Resistance Protein
další eliminační protein zajišťuje eliminaci zejm. hydrofilních xenobiotik menší část léků substrátem BCRP působí v hepatocytu řada léků inhibuje či aktivuje P-gp významné polymorfizmy s ↓ či ↑ aktivitou

30 BCRP

31 Transportní systémy vstupu do buňky
rodina OATP (organic anion-transporting polypeptide) OATP1B1, OATP1B2,…

32 OATP nejvýznamnější proteiny vstupu do buňky
umožní vstup léku do hepatocytu, epitelie ren. tubulů, epitelií placenty, endotelu v CNS zajišťuje hepatální či renální eliminaci zejm. hydrofilních xenobiotik zajišťuje účinek léků působících v hepatocytu řada léků inhibuje či aktivuje OATP významné polymorfizmy s ↓ aktivitou (kumulace léku, ev. snížení efektu)

33 Transport a eliminace hydrofilních i lipofilních molekul v játrech – úloha OATP1B1
žluč OATP cílový enzym OATP OATP portální oběh syst. oběh hepatocyt nízká aktivita OATP - ↓ koncentrace léku na cílovém enzymu při ↑ plazmatické koncentraci

34 OATP

35 OATP 1B1(organic aniont transporting polypeptid 1B1)
- umožní vstup léku do hepatocytu, epitelie ren. tubulů - polymorfizmy – loss of function – 15% pop. substráty hydrofilní i lipofilní statiny warfarin steroidy sartany digoxin … inhibitory cyklosporin gemfibrozil fenofibrat dipyridamol sartany (zejm. telmi-) nesteroidní antirevmatika makrolidy induktory …?

36 Biotransformace

37 Biotransformace enzymy I. řádu – oxidázy enzymy II. řádu – transferázy
více než isoenzymů

38 Substrát vs. metabolický a transportní systém
metabolické systémy zvyšují hydrofilii a umožňují vylučování xenobiotik transportní systémy zajišťující přesun většina léků bývá metabolizována či transportována různými systémy substrát – neovlivňuje systém induktor – stimuluje aktivitu systému inhibitor – blokuje aktivitu systému

39 Alternativní fáze metabolizmu léků
fáze I syst. CYP B B B fáze II konjugace C C C fáze III eliminace D A D D D

40 Biotransformace enzymy I. řádu - oxidázy
více než 500 isoenzymů

41 Metabolizmus I. a II. fáze
systém isoenzymů obsahujících cytochrom P450 (CYP), zejména oxidáz ke zvýšení hydrofility lipofilních látek a velkých molekul příprava k II. fázi metabol. – k působení transferáz II. fáze transferázy – konjugují substrát s glukor. kys, sulf.,… umožní definitivní inaktivaci a eliminaci

42 Metabolizmus I. fáze – isoenzymy CYP
Fe3+ je částí hemového jádra

43 Metabolizmus I. fáze - CYP
isoenzymy CYP jsou isoenzymy monooxygenázy, alkohol dehydrogenáza, aldehyd oxidáza, monoamino dehydrogenáza 17 rodin CYP s asi 50 isoform enzymů klasifikace: CYP 3 A 4 *15 A-B alely family >40% homologie sekvuence sub-family >55% homologie sekvence isoenzymy

44 Rodiny CYP CYP450

45 Typy reakcí - hydroxylace

46 Typy reakcí - oxidace

47 Typy reakcí - demetylace

48 CYP3A4 CYTOCHROMOVÝ SYSTÉM P450 CYP2C9 CYP2D6 CYP2C19
CYP3A4: některé statiny, BKK, makrolid. ATB, antiarytm., steroidy, cytostatika CYP2D6: lipofil. -blok., některá antiarytmika, antidepresiva, antipsychot. CYP2C9: warfarin, antirevmatika, fluvastatin, některá PAD, sartany,... OSTATNÍ CYP1A2 CYP2C19 CYP2C9 CYP3A4 CYP2D6

49 CYTOCHROMOVÝ SYSTÉM P450 rozdíl mezi potřebou a nabídkou
biotransformace (%) množství v játrech (%) CYP1A2 OSTATNÍ CYP2C19 OSTATNÍ CYP3A4 CYP2C9 CYP3A4 CYP2D6 CYP2D6 CYP1A2 CYP2C9 CYP2C19 potřeba kapacita

50 CYP3A4

51 CYP 3A4 - metabolizuje  50% léků - nemá funkčně významné polymorfizmy
substráty lipofilní statiny BKK steroidy makrolidy psychofarmaka antihistaminika antibiotika inhib. PDE-5 … inhibitory verapamil diltiazem amiodaron dronedaron makrolidy antimykotika psychofarm. flavonoidy … induktory fenytoin, antikonvulsiva rifampicin dexametazon třezalka ….

52 atorvastatin, simvastatin, fluvastatin, lovastatin (v krvi)
transportéry resorpce OATP1B1, OATP1B3 hepatocyt fáze I metabolimu CYP3A4 (atorva-, simva-, lovast.) 2C9 (fluvastatin) fáze II metabolizmu transferázy lékové interakce genetické faktory transportéry eliminace P-gp, OATP, BSEP,… statin nebo metabolit (v krvi či žluči)

53 třezalka tečkovaná grapefruit (i jiné citrusy)
indukce řady isoenzymů CYP inhibice zejména CYP3A4, P-gp a P-gp

54 Indukce a regulace P-gp CYP3A
lék A PXR RXR gen P-gp transportér P-gp lék B lék B lék A PXR RXR gen CYP3A enzym CYP3A lék B OH- lék B heterodimer PXR a RXR regulační nukleární receptory

55 indukce Normální exprese jaterních enzymů v endoplasmat. retikulu
Indukce jaterních enzymů CYP3A4 po stimulaci fenobarbitalem

56 isopentenyl pyrofosfát
Statiny acetyl CoA HMG-CoA STATINY HMG-CoA reduktáza mevalonová kyselina mevalonát pyrofosfát isopentenyl pyrofosfát geranyl pyrofosfát farnesyl, geranyl dolicholy ubiquinon (CoQ10) farnesyl pyrofosfát skvalén cholesterol

57 Lipofilní statiny lékové interakce na úrovni resorpce, transformace a eliminace
simvastatin lovastatin atorvastatin fluvastatin substrát CYP2C9 substráty P-gp a CYP3A4

58 Eliminace a biodegradace lipofilních statinů ve střevě
100% 5-40% 5-40% P-gp CYP enterocyt portální oběh střevo

59 Eliminace a biodegradace ve střevě
inhibice/aktivace P-gp polymorfizmus P-gp 5-40% 100% 5-40% P-gp CYP enterocyt portální oběh střevo inhibice/aktivace CYP3A4

60 Eliminace a biodegradace lipofilních statinů v játrech
5-40% žluč 5-40% 5-40% 3-20% P-gp CYP portální oběh syst. oběh hepatocyt

61 Eliminace a biodegradace v játrech
inhibice/aktivace P-gp polymorfizmus P-gp 5-40% žluč 5-40% 5-40% 2-20% P-gp CYP portální oběh syst. oběh inhibice/aktivace CYP3A4 hepatocyt

62 Eliminace a biodegradace lipofilních statinů ve střevě – při inhibici P-gp a CYP3A4
inhibice P-gp 5-40% 100% 50-90% P-gp CYP enterocyt portální oběh střevo inhibice CYP3A4

63 Eliminace a biodegradace lipofilních statinů v játrech – při inhibici P-gp a CYP3A4
inhibice P-gp žluč 50-90% 40-95% P-gp CYP inhibice CYP3A4 portální oběh syst. oběh hepatocyt

64 Zvýšení dostupnosti statinů při afunkci P-gp a inhibici CYP3A4
% 2x 9x 11x Vaquero MP et al, Nutr Hosp 2010, 25 (2) 193

65 Snížení expozice simvastatinu při indukci P-gp a CYP3A4
indukce CYP3A4 rifampicinem 1x denně 5 dnů ve srovnání s placebem Kyrklund et al., Clin. Pharmacol. Ther. 68: , 2000.

66 Zvýšení expozice statinů inhibicí P-gp a CYP3A4
s inhibitorem CYP 3A4/ AUC samotného statinu Poměr AUC statinu v kombinaci podle: Muck W, Clin Pharmacokinet 2000 Aug; 39 (2):

67 Hydrofilní statiny – možnosti lékové interakce
rosuvastatin pravastatin pitavastatin substráty OATP 1B1 rosuvastatin - eliminace bez transformace pravastatin – eliminace po konjugaci pitavastatin - eliminace bez transformace

68 Transport a eliminace hydrofilních i lipofilních statinů v játrech – úloha OATP1B1
žluč OATP HMG CoA- reduktáza OATP OATP portální oběh syst. oběh hepatocyt

69 Význam variant genotypu OATP1B1 při léčbě simvastatinem (SEARCH st.)
zvýšení rizika myalgií/myopatií u různých genotypů 18% 3% 0,6% velmi nízká aktivita snížená aktivita norm. roky

70 CYP2C9

71 Význam více metabolických/eliminačních cest
↓ riziko NÚ při interakci CYP A lék A P-gp CYP B ↑ riziko NÚ při interakci CYP A lék A P-gp CYP B CYP A lék A P-gp ↑↑↑ riziko NÚ při interakci CYP B CYP A lék A P-gp CYP B

72 CYP 2C9 - metab. asi 15% léků silně polymorfní, u 5-8% inaktivní
substráty warfarin sartany antirevmatika PAD: tolbutamid glipizid, glimepirid , nateglinid fluvastatin bioaktivace tamoxifenu inhibitory amiodaron klopidogrel antirevmatika fluvastatin induktory třezalka rifampicin

73 Warfarin interakce farmakodynamická
- ihibice polymorf. reduktázy vit. K interakce farmakokinetické biotransformace polymorfními isoenzymy CYP (2C9, 1A1, 1A2)

74 trombóza a krvácení trombóza krvácení

75 Antitrombotický efekt a riziko krvácení při léčbě warfarinem
riziko trombózy 15 riziko krvácení 10 riziko 5 3 1 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 7.0 INR INR pod vysoké riziko trombot. příhody INR nad vysoké riziko krvácení

76 warfarin redukovaný oxidovaný vitamin K vitamin K
regenerace vitaminu K reduktázou (VCOR) redukovaný vitamin K oxidovaný vitamin K aktivace koagul. faktorů vitamin K-dependentní karboxylázou funkční (karboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S afunkční (nekarboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S

77 P P warfarin redukovaný oxidovaný vitamin K vitamin K
degradace S warfarinu (CYP2C9) P regenerace vitaminu K reduktázou (VCOR) redukovaný vitamin K oxidovaný vitamin K aktivace koagul. faktorů vitamin K-dependentní karboxylázou funkční (karboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S afunkční (nekarboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S

78 warfarin redukovaný oxidovaný vitamin K vitamin K
P transportní systémy warfarinu v hepatocytu warfarin degradace S warfarinu (CYP2C9), degradace R warfarinu (CYP1A1, 1A2 a 3A4) P P regenerace vitaminu K reduktázou (VCOR) degradace vitaminu K (CYP4F2) redukovaný vitamin K P oxidovaný vitamin K P aktivace koagul. faktorů vitamin K-dependentní karboxylázou funkční (karboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S afunkční (nekarboxylovaná) forma koagulačních faktorů II, VII, IX, X a proteinu C a S

79 Dopad polymorfizmu VKORC1 a CYP2C9 na dávkování warfarinu
12,0 mg rychlí metab. + warfarin rezist. > 10mg 8,0 4,0 pomalí metab. + warfarin senzit. < 1 mg PM+AA SM+AA RM+AA PM+GG SM+GG RM+GG podle Sconce EA, 2005

80 CYP2D6

81 Polymorfizmus enzymů - mutace jedné baze - snížení enzymové aktivity
pomalý metabolizátor všechny alely defektní střední metabolizátor jedna intaktní alela rychlý metabolizátor všechny intaktní alely (wild type) ultrarychlý metabolizátor - multiplikace genu či vyšší aktivita enzymu frekvence fenotypů např. CYP2D6 v ČR

82 CYP 2D6 - metabolizuje  10% všech léků - řada funkčně významných polymorfizmů (pomalí 7%, střední 40%, rychlí 50% a ultrarychlí 3% metabolizátoři) substráty lipofil. BB antiarytmika psychofarm. - antidepresiva,… opiáty (degradace i bioaktivace) inhibitory psychofarm. - antidepresiva,… amiodaron propafenon inhib. H2 rec. - cime- a ranitidin koxiby induktory rifampicin rifampin dexametason třezalka

83 Lipofilní -blokátory

84 Význam polymorfizmu CYP2D6 u lipofilních -blokátorů
lipofilní -blokátory (metoprolol, karvedilol, nebivolol) metabolizovány CYP2D riziko interindividuální variability efektu - riziko lékových interakcí

85 Vliv polymorfizmu CYP2C9 na expozici (AUC) metoprololu
pomalí rychlí velmi rychlí Seeringer A, Eur J Clin Pharmacol. 2008 > 10 násobné interindividuální rozdíly v expozici lipofilními betablokátory .

86 Vliv polymorfizmu CYP2C9 na expozici (AUC) metoprololu
terapeut. okno Seeringer A, Eur J Clin Pharmacol. 2008 u PM zůstává metoprolol v terapeutickém rozmezí hod., u UM pouze 2-3 hod.

87 Význam polymorfizmu v léčbě antiarytmiky
většina antiarytmik metabolizována polymorf. CYP2D6

88 Variabilita vhodného dávkování propafenonu v závislosti na aktivitě CYP2D6
aktivita izoenzymu CYP2D6 pomalý metab. střední metab. rychlý metab. velmi rychlý metab. relativní frekvence v populaci 100 mg mg mg vhodná dávka pro jednotlivé typy metabolizátorů dávkovací rozmezí dle populačních studií Zanger UM, Pharmacogenetics 2001

89 CYP2C19

90 CYP 2C19 - silně polymorfní u 30% populace málo aktivní, u 15% hyperaktivní metab. <5% léků, řadu léků aktivuje substráty psychofarm. bioaktivace klopidogrelu tamoxifenu inhibitory IPP, zejm. omeprazol psycho- farmaka induktory karbamaz. prednison rifampicin

91 Polymorfizmus oxidázy CYP2C19
u pomalých a středních metabol. (CYP2C9*3, *2) genotyp loss of function je bioaktivace snížena u rychlých metabol. (CYP2C19*17) genotyp gain on function je bioaktivace zvýšena pomalý metabol. 2% střední metabol. 26% popul. rychlý metabol. 72% popul.

92 Biotransformace enzymy II. řádu - transferázy
9 skupin s více než 80 isoenzymy

93 Bioeliminace konjugací transferázami
glukuronyl-transferázy amino acid-transferázy dehydrogenázy epoxidázy esterázy glutathion-transferázy methyl-transferázy N-acetyl-transferázy sulfotransferázy

94 Bioeliminace konjugací transferázami
druhý krok biotransformace navázáním vysoce hydrofilní skupiny k lipofilní molekule - zvýšení rozpustnosti ve vodě - detoxikace významný krok pro eliminaci a inaktivaci lipofil. léků a detoxikaci karcinogenů řada enzymů je polymorfních, při snížené aktivitě – např. glukuronyl-transferázy, glutathion-transferázy – je doložen vyšší výskyt nádorů, např. bronchogenního Ca u kuřáků

95 Konjugace - glukoronidizace
eliminace zejména do žluče význ. polymorfizmus glukuronidáz → rozdíly v eliminaci např. bilirubinu (hyperbilirubinemie) ve střevě bakteriální glukuronidázy, reabsorpce po odštěpení → enterohepatální cyklus

96 Konjugace - sulfatace rozdíly v aktivitě sulfotransferáz u mužů a žen
vysoká aktivita v játrech a ledvinách, substráty eliminovány převážně do moče

97 Konjugace – konjugace s AMK

98 Konjugace - acetylace polymorfizmus acetyltransferázy → pomalí a rychlí acetylátoři – význam v eliminaci např. isoniazidu (tuberklulostatikum)

99 Glukuronyltransferázy (UGT)
rodina 19 polymorfních isoenzymů velmi důležitá cesta bioeliminace a inaktivace zejm. steroidů (glukokortik., mineralokotik., progestiny, androgeny) nejvýzn. isoenzym UGT2B7 konjuguje 40% léků, též steroidy méně prostudovány než oxidázy CYP

100 Inaktivace androgenů glukuronyltransferázy testo DHT ADT-G 3a-DIOL-G
DIONE androst-5-ene-3b, 17b-diol glukuronyltransferázy UGT2B17 testo-G 4-DIONE testo UGT2B15 UGT2B17 A-DIONE DHT DHT-G UGT2B15 ADT 3a-DIOL UGT2B7 UGT2B15 UGT2B17 UGT2B7 UGT2B17 ADT-G 3a-DIOL-G

101 Polymorfizmus UGT inaktivace androgenů (testosteronu a dihydrotestosteronu) konjugací polymorfizmus se  aktivitou UGT2B v prostatě je spojen s rizikem Ca prostaty inaktivace katecholestrogenů (karcinogenní deriváty estrogenů) polymorf. se  aktivitou UGT2B7 v mammě zvyšuje tkáň. hladinou 4-hydroxyestronu a je spojen s rizikem Ca mammy

102 Personalisovaná léčba vs léčba podle doporučených postupů

103 Personalisovaná léčba vs léčba podle doporučených postupů

104 Děkuji za pozornost