Úloha lidského mikrobiomu při metabolismu cizorodých látek

Mgr. Lenka JOUROVÁ

Doctoral thesis

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá studiem vlivu střevních bakterií na metabolismus léčiv. První část předkládané práce je zaměřena na stanovení možného zapojení komenzálních a probiotických bakterií do metabolismu protizánětlivého léčiva nabumetonu in vitro a následně stanovení farmakokinetiky jeho aktivního metabolitu (kyselina 6-metoxy-2-naftyl octová, 6-MNA) na in vivo modelu potkana se změněnou střevní mikroflórou aplikací antibiotika imipenemu. Výsledky in vitro experimentů ukázaly, že komenzální i probiotické bakterie mohou být zapojeny do metabolismu nabumetonu tvorbou farmakologicky neaktivního metabolitu, který byl tvořen všemi vybranými bakteriemi in vitro za aerobních i anaerobních podmínek. Farmakokinetika 6-MNA se u potkanů stresovaných podáváním antibiotika imipenemu sice signifikantně nelišila od kontrolních zvířat, nicméně došlo k nárůstu plochy pod křivkou AUC0-24 u hlavního metabolitu o 20 %. V další části práce byl sledován vliv střevních bakterií na expresi a enzymovou aktivitu jaterních cytochromů P450 (CYP) nejdůležitějších biotransformačních enzymů I. fáze. Pro tyto experimenty byly použity gnotobiotické myší modely s přesně definovanou střevní mikroflórou. U bezmikrobních; GF myší zcela postrádajících střevní mikroflóru došlo ke zvýšení exprese mRNA Cyp1a2 a Cyp2e1 a naopak k výraznému snížení exprese mRNA Cyp3a11 oproti kontrolním (SPF) myším. Monokolonizace GF myší nepatogenní bakterií Lactobacillus plantarumNIZO2877 a probiotickou bakterií Escherichia coli Nissle 1917 měla také signifikantní vliv na expresi mRNA Cyp1a2 a Cyp2e1. Poslední část práce byla zaměřena na studium produktů bakteriálního metabolismu, které mohou být zodpovědné za změny v regulaci jaterních biotransformačních enzymů. Jedním z kandidátů jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) butyrát a propionát produkované komenzálními bakteriemi v lidském tlustém střevě ve vysoké koncentraci. Aplikace butyrátu sodného na primární kultury lidských hepatocytů vedla ke zvýšení enzymové aktivity CYP1A2. Také exprese proteinu CYP1A2 byla zvýšená po aplikaci butyrátu sodného v porovnání s kontrolními vzorky. U nejvyšší koncentrace butyrátu (500 mol?l-1) došlo také ke zvýšení enzymové aktivity CYP2A6.

Abstract:

The aim of this work was to study influence of the gut bacteria on the metabolism of drug. The first part of the presented work is focused on involvement of commensal and probiotic bacteria in the metabolism of anti-inflammatory drug nabumeton in vitro. Then, the pharmacokinetics of its pharmacologicaly active metabolite (6-methoxy-2-naphthylacetic acid, 6-MNA) using in vivo rat model with changed gut microflora by aplication of antibiotic imipenem was examined. From the results of in vitro experiments it follows that both, the probiotic and commensal bacteria are involved in the metabolism of nabumetone by forming reduced inactive metabolite under aerobic and anearobic conditions. Pharmacokinetics of 6-MNA in stressed rats by administration of the antibiotic imipenem was not significantly different from control animals, however, the area under the curve (AUC0-24) of the main metabolite was increased by 20 %. In the next part of this work, the influence of intestinal bacteria on expression and enzyme activity of hepatic cytochrome P450 (CYP) - the most important biotransformation enzymes I. phase was studied. The gnotobiotic mice models with exactly defined gut microflora were used for these experiments. The mRNA expression of Cyp1a2 and Cyp2e1 was significantly increased, while the expression of Cyp3a11 mRNA was significantly decreased in germ- free; GF mice, lacking the intestinal flora compared to the control (SPF) mice. The mRNA expression of Cyp1a2 and Cyp2e1 was also significantly influenced by monocolonization of GF mice with non-pathogenic bacteria Lactobacillus plantarumNIZO2877 or probiotic bacteria Escherichia coli Nissle 1917. The last part of this work was focused on the study of products of bacterial metabolism, which may be responsible for the changes in the regulation of the liver biotranformation enzymes. Short chain fatty acids (SCFA) butyrate and propionate produced in the colon in high concentration are one of the candidates. Application of sodium butyrate in the primary cultures of human hepatocytes led to an increase in the enzymatic activity of CYP1A2. Also, the protein expression of CYP1A2 was increased after administration of sodium butyrate in comparison with controls. The highest concentration of butyrate (500 M) caused also an increase in the enzymatic activity of CYP2A6.

Keywords

střevní mikrobiom, biotransformace xenobiotik, cytochromy P450, biodostupnost léčiv, butyrát, probiotika

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 3. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 3. 5. 2017

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Medical Chemistry and Clinical Biochemistry / Medical Chemistry and Clinical Biochemistry