2 Metabolismo ed eliminazione

INDUZIONE DEL SISTEMA ENZIMATICO CYP450 DA PARTE DI FARMACI CHE SONO

SUBSTRATI DI QUESTO SISTEMA ENZIMATICO

L’induzione farmaco-metabolica è un fenomeno che si verifica esclusivamente a seguito di

un’esposizione prolungata ai farmaci.

L’induzione farmaco-metabolica si traduce in un aumento della velocità con cui il farmaco viene

biotrasformato, con conseguente diminuzione della concentrazione plasmatica del farmaco la

curva di concentrazione plasmatica del farmaco nel tempo non raggiungerà il picco di

concentrazione plasmatica all’interno della finestra terapeutica riduzione dell’effetto terapeutico

del farmaco.

Si parla di tolleranza farmacologica: è il fatto che, dopo somministrazioni ripetute, la stessa dose

di farmaco non è più in grado di evocare lo stesso effetto terapeutico.

I meccanismi molecolari che sottendono alla tolleranza farmacologica possono avere sia un’origine

farmacocinetica (tolleranza farmacocinetica) sia farmacodinamica (tolleranza

farmacodinamica).

Tolleranza farmacocinetica= capacità di un farmaco di dare origine, dopo somministrazioni

ripetute, a un’induzione del metabolismo epatico.

Non solo alcuni farmaci possono indurre il sistema del CYP450 (fenobarbitale e rifampicina), ma

tante altre sostanze xenobiotiche (insetticidi, inquinanti ambientali, additivi alimentari, etanolo

etc…) Conseguenza: il farmaco induttore accelera non solo il proprio metabolismo, ma



anche quello di tutte quelle sostanze che sono substrato di quello specifico CYP450,

compresi i farmaci somministrati contemporaneamente al farmaco induttore.

N.B. Si parla di un’induzione sempre specificatamente correlata all’isoforma di CYP450 deputata al

metabolismo dell’induttore stesso.

MECCANISMI MOLECOLARI DI INDUZIONE FARMACO-METABOLICA DEL CYP450 (che

giustificano perché l’induzione farmaco-metabolica si verifica esclusivamente a seguito di un’esposizione prolungata ai

farmaci)

Per i farmaci sono stati individuati 3 meccanismi:

1) Meccanismi che ne stabilizzano l’mRNA

2) Meccanismi che ne stabilizzano la proteina

3) Meccanismo più specifico di attivazione trascrizionale di una specifica isoforma di CYP450

che prevede la capacità del farmaco induttore di legare dei recettori citosolici con

conseguente attivazione del recettore stesso il quale in genere si dissocia dalle proteine

inibitrici, dimerizza, migra nel nucleo, si lega a specifiche sequenze consenso di DNA e ciò

determina il reclutamento di coattivatori trascrizionali. Il risultato è la trascrizione del gene

che codifica per quella specifica isoforma di CYP450

CONSEGUENZE DELL’INDUZIONE ENZIMATICA

1) Aumento della velocità con cui il farmaco viene biotrasformato, con conseguente

diminuzione della concentrazione plasmatica del farmaco la curva di concentrazione

plasmatica del farmaco nel tempo non raggiungerà il picco di concentrazione plasmatica

all’interno della finestra terapeutica riduzione dell’effetto terapeutico del farmaco.

Si parla di tolleranza farmacologica

2) Aumento della velocità di formazione di metaboliti, che possono essere tossici o attivi dal

punto di vista farmacologico e che possono compensare la riduzione della concentrazione

plasmatica del farmaco parentale

Il tempo necessario perché si abbia induzione farmaco-metabolica e quindi comparsa di

tolleranza farmacocinetica dipende dalla potenza del farmaco come induttore metabolico,

mediamente un buon induttore metabolico necessita di 1-2 settimane

COME SI AGISCE CON PAZIENTI CON TOLLERANZA FARMACOCINETICA?

- Sospensione del trattamento farmacologico. In circa 2 settimane si ha il ripristino della

normale capacità biotrasformativa epatica; a quel punto si potrà ricominciare a

somministrare al paziente il farmaco alla stessa dose. Dopo 1-2 settimane si avrà di nuovo

la comparsa della tolleranza farmacologica e così via…circolo vizioso.

- Aumento del dosaggio in modo che la curva di concentrazione plasmatica del farmaco nel

tempo torni alla normalità

MECCANISMI DI INIBIZIONE FARMACO-METABOLICA DI CYP450

Può verificarsi a seguito di una sola esposizione terapeutica al farmaco.

I meccanismi di inibizione del CYP450 sono 3:

1) Inibizione reversibile: dovuta a farmaci che competono per il sito catalitico (inibitori

competitivi) o per un sito allosterico (inibitori non competitivi) del CYP450 con substrati

di questo enzima questi farmaci riducono il metabolismo non solo di se stessi, ma

anche di qualsiasi altro farmaco substrato di questo enzima, se co-somministrato.

Questo tipo di inibizione ha spesso delle conseguenze farmacologiche perché ci sono

numerose sostanze xenobiotiche , non farmaci, che

(x es. caffeina, composti presenti nel pompelmo)

agiscono da inibitori reversibili.

2) Inibizione quasi irreversibile: dovuta a metaboliti che derivano dalla biotrasformazione di

farmaci da parte del CYP450; questi metaboliti possono formare un complesso stabile

con l’eme del CYP450 chiamati complessi intermedi metabolici (“sequestrano” il

.

CYP450)

È chiamata “quasi irreversibile” perché non c’è un legame forte che sottende a un’inibizione

irreversibile vera e propria, però questi complessi sono in vivo (in vitro sono reversibili) così

stabili da diminuire in maniera significativa l’attività catalitica del CYP450.

L’unico modo per riottenere l’attività biotrasformativa è attendere la sintesi di nuovo enzima.

È un caso abbastanza frequente.

3) Inibizione irreversibile: dovuta a metaboliti che derivano dalla biotrasformazione di

farmaci e che si legano covalentemente al CYP450 prima del loro distacco dal sito attivo

dell’enzima, causandone l’inattivazione irreversibile.

Viene anche chiamata inibizione suicida perché lo stesso metabolita che si produce

dall’attività catalitica del CYP450 blocca e inibisce l’ulteriore biotrasfromazione del farmaco

stesso.

L’unico modo per riottenere l’attività biotrasformativa è attendere la sintesi di nuovo enzima.

CONSEGUENZE DELL’INIBIZIONE QUASI IRREVERSIBILE E IRREVERSIBILE

• Rallentamento del metabolismo con cui il farmaco viene biotrasformato, con conseguente

aumento della concentrazione plasmatica del farmaco la curva di concentrazione

plasmatica del farmaco nel tempo aumenta e potrebbe eccedere nella finestra di tossicità

si avrà un effetto terapeutico ma si potrebbero avere effetti tossici.

Queste conseguenze ci sono se nel paziente sussistono queste due condizioni:

- Il sistema del CYP450 è la sola via biotrasformativa del farmaco

- Se il farmaco non ha un buon indice terapeutico (indice terapeutico basso): se il farmaco è

un inibitore metabolico, facilmente l’inibizione del metabolismo- in termini di entità - correla con

un certo grado di aumento della concentrazione plasmatica che facilmente potrebbe sfociare

nella finestra di tossicità.

(Se il farmaco ha un buon indice terapeutico (indice terapeutico alto), anche a fronte di un’inibizione del

metabolismo e quindi di un aumento della concentrazione plasmatica del farmaco, questo potrebbe non sfociare

nella finestra di tossicità e ciò fa sì che la conseguenza non ci sia).

Questo concetto dovrebbe teoricamente valere anche per il fenomeno di induzione: se il farmaco è un induttore

metabolico ed è potente perché è efficace già a basse dosi, anche a fronte di un’induzione del metabolismo e quindi

di una diminuzione della concentrazione plasmatica del farmaco, questo potrebbe non portare al fenomeno della

tolleranza; viceversa invece per un farmaco poco potente.

STUDIO DELLA STABILITA’ METABOLICA

Consiste nel valutare in vitro la stabilità di un principio attivo rispetto ai sistemi enzimatici deputati

al suo metabolismo, al fine di escludere composti metabolicamente scarsamente stabili dallo

sviluppo.

1. Si utilizzano microsomi (artefatto preparativo che deriva da una centrifugazione e da un’ultra-

centrifugazione di un’omogenato di tessuto epatico umano; si ottiene una frazione microsomiale rappresentata

da frammenti di REL degli epatociti umani che contiene tutti gli enzimi di fase I e II, comprese tutte le isoforme

.

del CYP450)

2. Si incubano i microsomi con il farmaco in studio ad una concentrazione fissa, generalmente

elevata (1 µM)

3. Si incuba per 30-60 minuti (tempo necessario perché l’attività catalitica mediata dagli

enzimi abbia luogo) in presenza di NADPH (perché il NADPH è il donatore di elettroni

necessario per ridurre il ferro del CYP450 affinché possa legare l’ossigeno)

4. Analisi mediante cromatografia accoppiata alla massa del composto che è stato incubato,

al fine di valutare i livelli del composto incubato che non è stato metabolizzato (quantità di

farmaco immodificata).

Per questo motivo la stabilità metabolica viene definita con un parametro chiamato

“percent remaining” = percentuale di principio attivo che rimane immodificato dopo

esposizione all’attività enzimatica del nostro sistema enzimatico.

Come per ogni lavoro sperimentale, necessitiamo di due controlli: uno privo di farmaco, l’altro invece privo di

NADPH (questo ci permette di determinare se esiste una biotrasformazione del farmaco che non sia

dipendente dai sistemi ossidativi enzimatici del CYP450).

Percent remaining= è il rapporto percentuale tra la concentrazione del principio attivo

immodificata al termine dell’incubazione (x es. 30 minuti, C ) e quella iniziale (C ).

30’ 0

% percent remaining= C / C * 100

30’ 0

Sulla base del percent remaining, i principi attivi saggiati vengono classificati in 3 fasce di stabilità

metabolica:

- Stabilli = se % remaining > 80%

- Moderatamente stabili se % remaining è compresa tra 30 e 80%

- Scarsamente stabili se % remaining < 30%

Candidati farmaci scarsamente stabili sono da scartare perché biotrasformati troppo velocemente

(candidati farmaci stabili o moderatamente stabili, verranno biotrasformati meno velocemente e dunque

avranno una buona concentrazione plasmatica).

Che differenze mi aspetto di trovare, dal punto di vista della stabilità, tra un farmaco stabile e uno

moderatamente stabile?

Un effetto terapeutico che, per quelli stabili, teoricamente sarà più prolungato (rimane per più tempo

nell’organismo).

VALUTAZIONE DELL’INIBIZIONE METABOLICA

Permette di scartare candidati farmaci che sono inibitori del sistema del CYP450 (è necessario

.

scartarli per le conseguenze esposte precedentemente)

È abbastanza semplice da fare perché le diverse iso