View
223
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
UVODnamen predavanja:
zakaj je metabolizem pomemben?osnove metaboličnih reakcijreakcije, kje potekajo, s čim,kaj vse vpliva na te reakcije
zahteverazumevanje principov, nekatere stvari tudi znati na pamet (tipični inhibitorji, induktorji)
literaturaHandbook of Drug Metabolism, 2nd ed., ur. P.G. Pearson, L.C. Wienkers, 2009 Informa healthcareUSA, ISBN-13:978-1-4200-7647-9http://medicine.iupui.edu/clinpharm/ddis/table.asp
Okviren načrt predstavitve
1.
Kratka zgodovina
2.
Umestitev raziskav metabolizma
3.
Metabolični encimi (I.,II. faza)
4.
Regulacija ekspresije metaboličnih encimov
5.
(III.faza) Metabolični encimi <--> prenašalci
6.
Interakcije med zdravili
1830
Začetki organske kemije
1828 –
Fredrich
Woehler
–
sinteza uree
1841 –
Alexander Ure –
izoliral prvi metabolit
–
hipurno
kislino
Friedrich Friechs
in Bernhard
Naunyn
odkrijeta organsko oksidacijo
Murphy
PJ. Xenobiotic
metabolism: a look
from
the
past to the
future. DMD 29:779-780,2001R.E. White, Drug R.E. White, Drug Metab
Metab. . Disp
Disp. . 1998
1870 –
Marcell
Nencki
-
Aromatske oksidacijeEugen
Baumann
–
izoliral fenol-sulfat iz urinaOswald Schmiedeberg
–
izoliral glukuronid
kafre1887 –
Wilhelm His
–
odkril metiliranje
piridina1931 –
Tecwyn
Williams –
odkril strukturo glukuronske
kisline1936 –
Potter, Elvehjem
–
metode homogenizacije1941 –
Claude, Schneider
-
separacijsko centrifugiranje1947 –
Bernard Brodie
–
razvoj separacijskih metod1949 –
Julius
Axelrod
–
odkril toksičnost acetanilida
1850
-
1950 Intenzivni razvoj organske kemije
1950
–
1980
Kemična faza
-
večinoma deskriptivno, identifikacija metabolitov,
-
razvoj kromatografskih
metod, HPLC
-opazovanje masne bilance
James –
konjugacija
z glutationom
1964 –
Omura
in Sato
–
odkrijeta Cyp
450
1980 –
razmah in vitro metod: mikrosomi…
1999 –
kristalizacija CYP 450
Murphy
PJ. Xenobiotic
metabolism: a look
from
the
past to the
future. DMD 29:779-780,2001R.E. White, Drug R.E. White, Drug Metab
Metab. . Disp
Disp. . 1998
1990 –
danes
Genetska faza
-
genotipiziranje
in fenotipiziranje, kat. mehanizmi, QSAR, IN-SILICO
predikcije
-
farmakogenetika,
-
farmakogenomika,
-
ugotavljanje regulacije in genske ekspresije –
“gene chips”
Murphy
PJ. Xenobiotic
metabolism: a look
from
the
past to the
future. DMD 29:779-780,2001R.E. White, Drug R.E. White, Drug Metab
Metab. . Disp
Disp. . 1998
Pomen metabolizma zdravilPomen metabolizma zdravil
1.
Prenehanje učinka zdravila (najpomembnejša pot eliminacije)
2. Aktivacija
predzdravila(npr. arsfenamin, protonsil, acetanilid, terfenadin)
3. Bioaktivacija
(toksičnost)(npr. olefini, policiklični
aromati, paracetamol
-> kinonimin)
4.
Karcinogeneza
(elektrofili
–
epoksidi, imini..)
FAKTORJI, KI VPLIVAJO NA METABOLIZEM -
1
FAKTORJI, KI VPLIVAJO NA METABOLIZEM -
1
1.Starost (novorojenčki, starejši)
2.Prehranjevalne navade (vegiji, žar..)
3.Zdravstveno stanje (kadilci, alkoholiki)
4.Spol
5.Genetski polimorfizmi
FAKTORJI, KI VPLIVAJO NA METABOLIZEM -
2
FAKTORJI, KI VPLIVAJO NA METABOLIZEM -
2
6.
Razlike med rasami, vrstami
7.Kompeticija
substratov
8.Encimska inhibicija
9.Encimska indukcija
Cena razvoja novega zdravila 800 000 000 USD
= 40 X
Za toliko denarja bi lahko kupili 40 ameriških lovcev F-16 Fighting
Falcon
80-90 % zdravil v razvoju propade !
Zakaj?
Zakaj 80-90 %
zdravil v razvoju propade ?
Prentis Prentis, Br.J. , Br.J.Clin Clin..Pharmacol Pharmacol..25 25, 387 (1988): : 7 pharmaceutical companies, 198 drugs.Kennedy T., Drug Disc.Today, 2, 436-444 (1997)
39%
30%
11%
10%5%
LADME-TOX
LADME-TOX
Konkretni vzroki za neuspeh
Prentis Prentis, Br.J. , Br.J.Clin Clin..Pharmacol Pharmacol..25 25, 387 (1988): : 7 pharmaceutical companies, 198 drugs.Kennedy T., Drug Disc.Today, 2, 436-444 (1997)
- Nizka topnost: nepopolna absorpcija(II in IV razred BCS)
-Visoka vezava na proteine Neustrezna c(p) na mestu delovanja
-Velik učinek prvega prehoda potreben zelo visok odmerek, variabilnost F, cmax
, t
-Encimska inhibicija DDI, variabilnost c(p), t1/2
-Encimska indukcija DDI, variabilnost c(p), t1/2
-Encimska avtoindukcija variabilnost t1/2
-Genetski polimorfizmi variabilnost t1/2
2. Umestitev raziskav metabolizma – pri razvoju novega zdravila
In vivo farmakološki modeli, farmakodinamične študije
Metabolizem zdravil
UČINKOVINA
METABOLIT KONJUGAT
Razkrije ali uvede funkcionalno
Konjugacija
nukleofilnihskupino za konjugacijo
funkcionalnih
skupinv Fazi II.Malo
⇑
hidrofilnosti
Veliko
⇑
hidrofilnosti
Prenehanje farmakološkega učinka, lahko pa nastane toksičen vpliv
Hitrost in obseg metabolizma vpliva na velikost in pogostnost odmerkov potrebnih za zaželen terapevtski učinek zdravila
OH
Genetski dejavnikiDejavniki okolja
Neaktiven/Aktiven//Toksičen/Mutagen/Karcinogen
Genetski dejavnikiDejavniki okolja
Faza III ?Faza I Faza II
Transport in nadaljnje pretvorbe konjugatov
Oglukuronid
Mehanizmi izločanja 200 najpogosteje predpisanih zdravil
Williams JA, Hyland R, Jones BC. et al. Drug Metab Disp., 2004; (32)11: 1201-08..
100 mg100 mg
20 mg20 mg
20 mg20 mg
80 mg80 mg 60 mg60 mg
30 mg30 mg
30 mg30 mg
F = .80 x .75 x .5 = 0.3F = .80 x .75 x .5 = 0.3
FFgg
= 0.75= 0.75FFaa
= 0.80= 0.80 FFhh
= 0.50= 0.50
Biološka
uporabnostPredsistemski metabolizem
Kakšen je biološki pomen tega učinka prvega prehoda?
F = Fabs
x Fg
x Fh
(x Fs)
Metabolizem zdravil
Jetrni mikrosomski
metabolizem--------------------oksidacija-konjugacija
Ne-jetrni, mikrosomski
metabolizem------------------------------
oksidacija-
konjugacija
Predvsem tanko črevo, pljuča, ledvica
Jetrni Jetrni nene--mikrosomskimikrosomski
metabolizemmetabolizem--------------------------------------------------acetiliranjeacetiliranje,,--SulfatiranjeSulfatiranje, GSH, , GSH, --Alkohol/aldehid Alkohol/aldehid DHDH--Hidroliza, Hidroliza, oxox., red.., red.
Ne-jetrni, ne-mikrosomski
metabolizem----------------------------------Kri, intersticij, črevesni lumen-esteraze-glukuronidaze-sulfataze,-peptidaze.
Encimi faze I
Citokrom P450 (CYP450)Flavinske monooksigenaze (FMO)Aldehidna oksidaza (AO), Ksantinska oksidaza (XO)
Reakcije faze IOksidacija alkanov, alkenov, aromatovHidroksilacija, redukcija (npr. azo barvil)
Demetilacija heteroatomovCiklizacija, odprtje obročev
Electron flow in microsomal
drug oxidizing system
CO
hυCYP-Fe+2
Drug
CO
O2
e-
e-
2H+
H2
O
Drug
CYPR-Ase
NADPH
NADP+
OHDrug
CYP Fe+3
PC Drug
CYP Fe+2
Drug
CYP Fe+2
Drug
O2
CYP Fe+3
OHDrug
Nomenklatura npr. CYP 2D6
CYP450 = naddružina mikrosomskih hemoproteinov
40% Podobnosti v sekvenci -- družine (CYP 1, CYP 2, CYP 3)
55% podobnosti - Poddružine ABCD (CYP 2D)
97% podobnost – izoforme npr. CYP 2D6
Aleli so označeni z “*” npr .CYP 2D6*1
Italics pisava označuje gene (CYP 1A2); navadni font pa encimeVeliko informacij o CYP encimih:http://drnelson.utmem.edu/human.P450.table.html
EncimCYP
Induktorji Substrati Inhibitorji:rev. in irev
Vpliv genotipa
Posebnosti
1A2 Pečenomeso,cigarte, Ar-amini,(HAA),Ar.ogljikovodiki,
dioksin
Teofilin, kofein, olanzapin, ondansetron, fenacetin
(in vitro)
Furafilin, fluvoksamin, kinoloni
DAetnične sk. vendar:pomemb
nejši so induktorji in inhib.
Največ
v pljučih in v placenti. Velike interindividualne
razlike v aktivnosti
2A6 dioksin Nikotin, kumarin, prokarcinogeni
–
aflatoksin
B1, nitrozamini, halotan
Ketokonazol, organska topila
DA Nima endogenih substratov
2B6 Deksametazon,rifampicin,
fenobarbit
al
S-mefobarbital orfenadrin DA Samo 1% vseh CYP*
2C9 Rifampicin,vpliv alelov
NSAR, celekoksib, Svarfarin, fenitoin, mikonazol, sartani, sildenafil
sulfafenazolflukonazolvalproat
DA Metabolizira veliko klinično pomembnih kislih ZU
2C19 Rifampicin,vpliv alelov
S-mefenitoin, klopidogrelomeprazol, moklobemid
PPI: Omeprazol,moklobemidfluvoksamin
DA CYP2C19*2
2C8 Rifampicin, fenobarbit
on
taksol, zopiklon,karbamazepin, verapamil,
kvercetin DA Na novo spoznan pomen tega encima
2D6 Rifampicin,deksametazon
Beta blok., antiaritmikiantidepresivi TCA, SSRI, antipsihotoki, kodein,donepezil, tamoksifen,tramadol,setroni
Fluoksetin, paroksetin, kinidin, bupropion, kinidinamiodaron, ritonavirterbinafin
DA Majhna vsebnost v jetrih! Velika frekvenca polimorizmov.
CYP3A4 Rifampicin,deksametazon,karbamazepin,fenobarbiton,
efavirenz,St John
Midazolam, testosteron, pregesteron, več
kot 50% vseh ZU
Ketokonazol,grenivkaeritromicin,klaritromicin, nefazodon,ritonavir
NE Polovica vseh zdravil se biotransformira
s tem encimom.
Swedish
environmental
classification
of
pharmaceuticals
Facts
for
prescribers
(Fakta för
förskrivare)
http://www.fass.se/LIF/produktfakta/fakta_lakare_artikel.jsp?articleID=18352
“Osumljenih 5”
-
InhibitorjiAmiodaronKetokonazolCimetidinCiprofloksacin (1A2)DiltiazemEritro, klaritromicin(3A4)Etanol (akutno)Flukonazol (3A4)Fluoksetin (2C9, 2C19, 2D6)Fluvoksamin (1A2, 2C19, 3A4)Grenivka (3A4, P-gp)
Itrakonazol (3A4)MetronidazolMikonazol (3A4)Nefazodon (3A4)peroralni kontraceptiviParoksetin (2D6)FenilbutazonKinidin (2D6)SulfinpirazonVerapamil (P-GP, vse)Ciklosporin A (vse)
velja tako za sistemski kot za predsistemski metabolizem
“Osumljenih 5”
–
Induktorji
Barbiturati (2B,3A)karbamazepin (2C19, 3A4/5/7)fenitionjedi z žara, prekajeno, (1A2)DeksametazonEtanol (kroniki) (2E1)Grizeofulvin
Izoniazid (2E1)Primidon (2B)Rifabutin (3A4)Rifampicin (2B6, 2CB, 2C19, 2C9, 2D6, 3A4/5/7)Tobak, dim (1A2)šentjanževka
velja tako za sistemski kot za predsistemski metabolizem
OTHER36%
CYP2D62%
CYP2E17%
CYP 2C17%
CYP 1A212%
CYP 3A4-526%
Relativna vsebnost CYP encimov v jetrih
Relativna vloga posamičnih izoform pri metabolizmu
zdravil
CYP encimi v jetrih
CYP 1A214%
CYP 2C914%
CYP 2C1911%
CYP2D623%
CYP2E5%CYP 3A4-5
33%
Pomembne
ne-citokromske
metabolične reakcije
Oksidacije (FMO, MAO, AO, XO)
Hidrolize (npr. esteraze)
Konjugacije (Faza 2)Glavne reakcije konjugacije:
Glukuronidiranje (visoka kapaciteta) Sulfatiranje (nizka kapaciteta) Acetiliranje (variabilna kapaciteta) Primeri: Prokainamid, Izoniazid
Ostale reakcije konjugacije: O-Metilirianje, S-Metiliranje, AK-konjugiranje (glicin, tavrin, glutation)
Etanol
Non-CYP oksigenaze
Monoaminska
oksidaza
(MAO),
je v mitohondrijih
oksidativno deaminira endogene substrate (dopamin, serotonin, A, NA );
Alkohol
in Aldehidna
dehidrogenaza
–
nespecifični, nemikrosomski
encimi; etanol
Ksantinska
oksidaza
(XO)–
pretvarja hipoksantin
v ksantin
in potem v urat. Zdravila: teofilin, 6-MP, alopurinol
(hkrati inhibitor).
II. Faza metabolizma
konjugacija prek:OH, COOH, NH2, SH
tvorba hidrofilnih produktov –> izločanje!neaktivnih produktov
-δ
Glavna pot izločanja: morfin, raloksifen, entecapon, ketoprofen, kodein, naproksen, paracetamol
(50%)etinilestradiol
(40%)...
Primeri: Prokainamid,
izoniazid, sulfanilimid, histamin
NAT najdemo v različnih tkivih...
Ar NH2
R SH
R OH
R NH2+
Ar NCH3
O
H
Acetyl transferase
CoA SO
R NO
CH3H
R OO
CH3
R SO
CH3
Vloga prenašalcev
A …
para.absorpcijaB…
facilitirana
absorpcija
C…efluks
absorbiranih snoviD…izločanje iz krvi
E…
absorpcija in metabolizemF…
absorpcija, metabolizem in izločanje
Položaj
in smer prenosa različnih prenašalnih proteinov v enterocitih
in hepatocitih, prirejeno po [Ito,2005], [Jeong,2005], [Chan,2004], [Tian,2008:doi:10.1124/dmd.107.019273]
Sklopitev transporta in metabolizma
Gre za funkcionalno (in smiselno) povezavo - kot sistem tekočega traku v tovarni.
MTB reakcija in transport prek membrane sta sklopljena takrat, ko transport vpliva na metabolično reakcijo in obratno.
Sprememba v hitrosti enega procesa povzroči spremembo v hitrosti izločanja metabolitov
Interakcije zdravil
1.
Farmakokinetične
2.
Farmakodinamične
Distribucija(Izpodrivanje iz plaz.proteinov)
Naproksen, indometacin)
Metabolizem(indukcija, inhibicija) antiepileptiki, azolski
antimikotiki
Sproščanje(pH, motiliteta) loperamid
Absorpcija(kelati, adsorpcija) holestiramin
Eliminacija(pH urina, prenašalci)
probenecid
Zelo močno povečani učinki teofilina
Teofilin
Kinoloni*: ciprofloksacin, norfloksacin, pefloksacin
Močno povečane koncentracije teofilina
(do 470%)
+
Mehanizem: Kinoloni
inhibirajo
CYP450 1A2 in 3A4
Kako ukrepati? Zmanjšati odmerek teofilina
Konvulzije
in smrt
* Ne velja za: ofloksacin, prulifloksacin, fleroksacin, flumekin, gemifloksacin, levofloksacin, lomefloksacin, nalidiksinsko
kislino, rufloksacin, sparfloksacin
in trovafloksacin.
Povečani učinki glukokortikoidov
Glukokortikoidi(peroralni, inhalirani
in i.v.)
Azolski antimikotiki,
Povečan AUC glukokortikoidov
za
135 %+
Mehanizem: Te učinkovine so močni inhibitorji CYP450 3A4
Kako ukrepati? Spremljati koncentracije glukokortikoidov
in zmanjšati odmerek za 50%
Prenehanje delovanja klopidogrela
Klopidogrel
Mehanizem: inhibitorji PPI inhibirajo
CYP2C19, ki aktivira klopidogrel.
Kako ukrepati? pantoprazol, rabeprazol
imata manj izraženo inhibicijo
omeprazollansoprazolesomeprazol ni učinka
klopidogrela
Toksični učinki statinov
Statini+
Mehanizem: ti makrolidni
antibiotiki so močni inhibitorji Cyp3A4
Kako ukrepati? prekiniti zdravljenje s statini
ali uvesti drug antibiotik.
klaritromicineritromicintroleandomicin rabdomioliza
lovastatinsimvastatinatorvastatincerivastatin
After St. John’s Wort
Mean plasma concentration time course of indinavir.
Indinavir -
Šentjanževka (indukcija !)
zaradi šentjanževkeAUC indinavirjamanjši
za 57%
5mg tablet with juice
without
Review-
D.G. Bailey, et al.; Br J Clin
Pharmacol
1998, 46:101-110
N
CO 2CH3CH3O2C
CH3 CH3H
H
Cl
Cl3A4
N
CO 2CH3CH3O2C
CH3 CH3
Cl
Cl
Učinek grenivkinega
soka na plazemsko koncentracijo felodipina
GS ali G, limete, nekatere pomaranče in sok močno povečajo cmax, ne pa eliminacijo( t1/2)
GS povzroči 62% zmanjšanje vsebnosti CYP3A4 in 3A5 v enterocitih; jetra ostanejo relativno neprizadeta - i.v. PK se ne spremniučinek GS traja ~4 h do 24 ur, potrebna je nova sinteza encimacelokupni učinek je celo do 5 kratno povečanje Cmaxučinek zelo različen med posamezniki –odvisen od bazalnega nivoja ekspresije CYP3A4
Dejstva o grenivkinem
soku (GS)
Paracetamol
Acetanilid – 1886 – naključno odkritje antipiretičnih lastnosti; toksičnost (methemoglobinemia); testiranje para-aminofenola in drugih derivatov. Fenacetin odkrit 1887, pogosto uporabljan analgetik(nefropatije)Odkritje metabolita – paracetamol (1899)1948-49 Brodie in Axelrod ugotovita, da je methemoglobinemijo povzroča acetanilid, analgezijo paparacetamol1955 uporaba paracetamola za analgezijo
Acetaminophen and p-Aminophenols
Acetanilid
(
toksičen)
Fenacetin,
1887(nefrotoksičnost, methemoglobinemija)
Paracetamol
70-90% 75-80%
HNCOCH 3
OH
HNCOCH 3
OC 2H5
NH2
OC 2H5
HNCOCH 3
NH2
•Acetaminophen overdose results in more calls to poison control centers in the United States than overdose with any other pharmacologic substance. •The American Liver Foundation reports that 35% of cases of severe liver failure are caused by acetaminophen poisoning which may require organ transplantation. •N-acetyl cysteine is an effective antidote, especially if administered within 10 h of ingestion [NEJM 319:1557-1562, 1988]•Management of acetaminophen overdose [Trends Pharm Sci
24:154-157, 2003
Acetaminophen (paracetamol)Toxicity
Metabolizem
paracetamola
~60% ~35%
CYP2E1*CYP1A2CYP3A11
NAPQIN-acetil-p-benzokinon imin
*indukcija
z
etanolom
Vezava na proteineToksičnost
HNCOCH 3
OH
HNCOCH 3
OSO 3H
HNCOCH 3
OO CO 2H
OHOH
HON
O
COCH 3
Recommended