Cytochromy P450 - hlavní enzymy metabolizmu léčiv: studium vlastností těchto enzymů v gastrointestinálním traktu potkana a jejich ovlivnění probiotiky

Mgr. Zuzana MATUŠKOVÁ

Doctoral thesis

Cytochromes P450 - Main Enzymes of Drug Metabolism: a Study of Properties of these Enzymes in Rat Gastrointestinal Tract and their Influencing by Probiotics

Abstract:

Cílem předkládané disertační práce bylo zjistit, zda probiotické bakterie, Escherichia coli Nissle 1917 a Lactobacillus casei, ovlivňují cytochromy P450 (zkráceně CYP, nejdůležitější enzymy metabolizmu cizorodých látek včetně léčiv) v játrech a ve střevě potkana. V první části práce byla sledována enzymová aktivita, exprese mRNA a exprese proteinů jednotlivých forem CYP (k tomu byla rovněž provedena studie distribuce CYP v potkaním střevě) po premedikaci oběma probiotiky. Ve druhé části práce bylo studováno, jestli aplikovaná probiotika mohou alterovat farmakokinetické parametry modelových léčiv (amiodaronu a diklofenaku). V předběžné studii distribuce forem CYP v potkaním střevě bylo zjištěno, že se zastoupení jednotlivých vybraných enzymů CYP po celé délce střevního traktu potkana mění. V tenkém střevě se nachází především CYP1A1 a 2B1/2, zatímco CYP2E1 je ve vysokých koncentracích jak v tenkém střevě, tak i ve slepém. Naopak CYP2C6 se nachází především v tlustém střevě (caecum i colon). Enzym CYP3A1 je lokalizován ve zřetelně detekovatelných koncentracích po celé délce potkaního střeva. Po aplikaci probiotického kmene E. coli Nissle 1917 bylo v porovnání s kontrolní skupinou stanoveno významné snížení v expresi proteinu CYP3A po celé délce střevního traktu a po aplikaci probiotických bakterií L. casei bylo především detekováno významné snížení nebo snižující se trend v expresi proteinu i mRNA CYP1A1 od tenkého střeva po střevo tlusté. Podání E. coli Nissle 1917 by tak mohlo ovlivnit metabolizmus současně podaných látek, které podléhají přeměně za účasti CYP3A, zatímco podání L. casei by mohlo ovlivnit metabolizmus současně podaných látek, které podléhají přeměně prostřednictvím CYP1A. Na druhé straně, podání E. coli Nissle 1917 i L. casei nezpůsobilo významnou změnu v aktivitě a expresi jaterních proteinů CYP v játrech, kde je největší zastoupení enzymů CYP. Podání probiotického kmene E. coli Nissle 1917 neovlivnilo farmakokinetiku současně podaného léčiva diklofenaku, nicméně byly detekovány významné změny ve farmakokinetice jiného léčiva amiodaronu. Zvýšení AUC0 30h pro amiodaron (přibližně o 50 % proti výsledkům získaným u nepremedikovaných potkanů) a pro jeho hlavní metabolit N desethylamiodaron (rovněž přibližně o 50%) po aplikaci E. coli Nissle 1917 by mohlo mít i důsledky na účinek léčiva, zejména u predisponovaných pacientů. Na druhou stranu nebyla významně ovlivněna farmakokinetika amiodaronu současně podávaným probiotikem L. casei. Výsledky získané v předkládané disertační práci ukazují, že probiotika mohou mít vliv na farmakokinetiku současně podaného léčiva, ale nevykazují obecný, stejný či podobný vliv, protože zřejmě velmi záleží jak na vlastnostech podaného probiotika, tak na vlastnostech interagujícího léčiva a v neposlední řadě i na aktuálním stavu organizmu.

Abstract:

The aim of this work was to find if probiotic bacteria E. coli Nissle 1917 and Lactobacillus casei influence cytochromes P450 (abrev. CYP, the most important enzymes of metabolism of xenobiotics inc. drugs) in liver and in the gastrointestinal tract of experimental model (Wistar rat). In the first part of this thesis, enzyme activities, the expression of the mRNA as well as the protein expression of the individual CYP forms after premedication of animals by both the above mentioned probiotics were determined. Before start of this, a study on the distribution of CYP forms along the gastrointestinal tract of the rat has been examined. The second part of this work has been focussed on the studies of possible changes in pharmacokinetic parameters of the model drugs (amiodarone, diclofenac) induced by premedication of animals by both E. coli Nissle 1917 and L. casei. In the preliminary study on the distribution of CYP enzymes along the rat intestine it has been found that the relative contribution of the individual selected CYP forms is changed along the rat gastrointestinal tract. Whereas in the small intestine there are the CYP1A1 and CYP2B1/2 present, the CYP2E1 form has been detected in high level both in the small intestine and in the caecum. On the contrary, the CYP2C6 was detected mainly in the caecum and in the colon. The CYP3A1 enzyme has been detected in all areas of the rat intestine. Application of the E.coli Nissle 1917 has led to a decrease of the expression of the CYP3A1 protein along the gastrointestinal tract; on the other hand, the premedication of animals with L. casei was reflected in a significant lowering or a clear trend (depending on the respective part of the rat intestine) to lower values of the CYP1A protein as well as mRNA expression. In other word, the administration of E. coli Nissle 1917 could affect the intestinal metabolism of drugs by CYP3A enzyme(s); the L. casei might be able to influence the biotransformation of drugs by CYP1A proteins present in the intestine. On the contrary, the content of the CYP enzymes in the liver has not been affected by administration either of E. coli nor L. casei. Regarding the pharmacokinetics of the drugs studied, the administration of probiotic E. coli Nissle 1917 did not affect the pharmacokinetic parameters of concomitantly taken drug diclofenac; however, there were detected significant changes in pharmacokinetics of other drug amiodarone. An increase of the AUC0-30h for amiodarone and for its main metabolite N desethylamiodarone after application of E. coli Nissle 1917 by one half has been observed (whereas the non-probiotic strain was not able to produce a comparable effect). In fact, the results indicate that administration of a probiotic could, at least in predisposed patients, alter pharmacokinetic parameters of concomitantly taken drugs. On the other hand, the pharmacokinetics of amiodarone was not affected by probiotic L. casei. Results presented in this thesis show that probiotics can exhibit an effect on pharmacokinetics of concomitantly taken drugs; however, this effect is apparently not a general, same or similar one. Most probably, it is because it depends on many factors as the properties of the administered probiotics, properties of the interacting drug and least but not least on the current state of the organism.

Keywords

cytochromy P450, farmakokinetika, probiotika, E. coli Nissle 1917, Lactobacillus casei, amiodaron, diklofenak

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 2. 2015

Accessible from:: 19. 2. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 17. 4. 2015

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Pharmacology / Medical Pharmacology