Schopnost indukce je charakteristickou vlastností mikrosomového biotransformačního systému. Tento fenomén byl popsán při studiích metabolismu methylovaných azobarviv. Zjistilo se, že aplikace 3-methylcholanthrenu (3-MC) měla za následek zvýšení enzymové aktivity biotransformačního systému. Tato látka se později ukázala jako velmi účinný induktor specifické izoformy cytochromu P-450. Přibližně v téže době se zjistilo, že podání fenobarbitalu (PB) experimentálním zvířatům mělo za následek zkrácení trvání hexobarbitalového spánku a zvýšení aktivit hepatálních monooxygenas.

 

Enzymová indukce je důležitým faktorem, který modifikuje farmakokinetiku léčiv a celé řady cizorodých látek. Při enzymové indukci dochází k transkripci DNA v jádře a vzniku mRNA, která potom řídí syntézu enzymového proteinu na ribosomech. Je to tedy jev, který je možné demonstrovat pouze in vivo. To je v příkrém protikladu s fenoménem zvýšení rychlosti enzymové reakce (tj. aktivací) celou řadou chemických látek, z nichž většina obsahuje ve své molekule dusík. Tyto látky, např. metyrapon, zvyšují aktivitu biotransformačních enzymů mechanismem, jenž je účinný jak in vitro, tak in vivo, a je odlišný od mechanismu indukce.

Dlouhou dobu se rozdělovaly induktory biotransformačního enzymového systému do dvou hlavních kategorií:

• látky účinkující podobně jako 3-methylcholanthren a
• látky účinkující podobně jako fenobarbital.

Zlepšení analytických technik umožnilo podrobnou charakterizaci isoforem cytochromu P-450 a ukázalo větší množství chemických induktorů (viz tabulka).

 

 

Induktory biotransformačního systému cytochromu P-450

 

Typ induktoru	Přednostně katabolizovaný substrát indukovanou formou cytochromu P-450
fenobarbital	D-benzfetamin, hexobarbital
3-methylcholanthren	benzpyren, acetanilid
izosafrol	izosafrol
pregnenolon-16α-karbonitril	ethylmorfin, aminopyrin
ethanol	ethanol

 

Některé induktory enzymů I. fáze biotransformace, současně indukují i enzymy II. fáze biotransformace. Např. epoxidhydro­lasa z mikrosomové frakce potkaních jater je indukovatelná fenobarbi­talem, poly­cyklickými aromatickými uhlovodíky typu 3-MC, pregnenolon-16α-karbonitrilem, antioxidanty, stejně jako polychlorovanými bifenyly. UDP-glukuronosyl­transferasa u potkana je indukovatelná jak fenobarbitalem, tak i 3-MC. Cytosolová glutathion S-transferáza je indukovatelná PB, 3-MC, trans-stilbenoxidem a 2-acetylaminofluorenem. Některé látky, jako např. antioxidační činidlo butylhydroxyanizol a extrakt ze zelených kávových zrn, způsobují významnou indukci glutathion-S-transferasy a epoxidhydrolasy při současném  minimálním účinku na cytochrom P-450. Toto výrazné zvýšení aktivity enzymů II. fáze biotransformace by mohlo být důležité při ochraně před reaktivními metabolity, které vznikají transformací potencionálně toxických a karcinogenních látek.

 

Indukce systému cytochromu P-450 polycyklickými aromatickými uhlovodíky

Polycyklické aromatické uhlovodíky indukují isoformy cytochromu P-450, označované jako cytochrom P450IA1 a P450IA2. Prototypem této skupiny induk­torů je 3-methylcholanthren. Chemicky příbuznými látkami indukujícími tvorbu těchto isoforem cytochromu P-450 jsou i benzpyren a benzantracen. Nejúčinnějšími induktory v této kategorii jsou však polyhalogenované aromatické uhlovodíky jako např. 2,3,7,8-tetrachlordibenzo-p-dioxin (TCDD) a 2,3,7,8-tetrachlordibenzofuran (viz tabulka). Kromě těchto vysoce toxických induktorů sem patří i sloučeniny s nízkou toxicitou jako např. různé rostlinné indoly a flavony. V experimentech se značenými aminokyselinami se zjistilo, že podání induktorů typu 3-MC vedlo ke zvýšení inkorporace těchto aminokyselin do specifických bílkovin jater. Jiní autoři zjistili, že indukce cytochromu P-450 pomocí 3-MC byla u myší spojená se zvýšenými hladi­na­mi mRNA kódující cytochrom P-450. Byla nalezena zvýšená množství cytochrom P-450 mRNA v játrech potkanů. Na základě těchto výsledků lze předpokládat, že indukce cytochromu P-450 je zprostředkovaná zvýšením tvorby mRNA pravděpo­dobně na úrovni zvýšené transkripce příslušného genu.

Zjištění, že induktor musí splňovat určité strukturální předpoklady, vedla k přesvědčení, že induktor působí prostřednictvím receptoru. Ukázalo se, že musí existovat mechanismy odpovědné za rozeznání indukující látky, stejně jako za spuštění indukční odpovědi. V roce 1976 byl podán první experimentální důkaz existence "Ah receptoru" (Ah = aromatic hydrocarbon). Postupně se prokázalo, že Ah receptor má všechny základní vlastnosti, které se očekávají od pravého receptoru. Ah receptor připomíná strukturou a způsobem účinku receptory pro steroidní hormony.

Shrneme-li tedy působení induktorů typu MC, lze říci, že Ah receptor specificky rozeznává a váže induktory 3-MC-typu a po transformaci komplexu ligand-receptor dochází ke stimulaci tvorby mRNA v důsledku interakce komplexu ligand-receptor se specifickou DNA-sekvencí, která účinkuje jako transkripční "enhancer".

 

 

Induktory systému cytochromu P-450 patřící ke 3-methylcholanthrenovému typu

 

Polycyklické aromatické uhlovodíky

• 3-methylcholanthren
• benzpyren
• benzanthracen
• dibenzanthracen

Fenothiaziny

β-naftoflavony

Rostlinné indoly

• indol-3-acetonitril
• indol-3-karbinol

Elipticin

Cigaretový kouř

Spálené maso

Surová nafta

Fotooxidační produkty histidinu

Polychlorované bifenyly

Halogenované dibenzofurany

2-acetaminofluoren

 

 

Induktory systému cytochromu P-450 fenobarbita­lového typu

Tyto induktory se uplatňují především při indukci jaterního biotransformačního systému. Podobně jako při indukci polycyklickými aromatickými uhlovodíky i indukce vyvolaná fenobarbitalem (PB) vyžaduje syntézu bílkovin de novo. Na druhé straně, rychlost syntézy bílkovin cytochromu P-450 je primárně závislá na rychlosti transkripce genů kódujících cytochromy P450IIB1 a P450IIB2, které jsou hlavními isoformami, indukovatelnými PB.

Při indukci cytochromu P-450 induktory fenobarbitalového typu zůstává stále nejasné, jak buňka rozeznává tyto induktory a jak se příslušná informace dostává k transkripčnímu aparátu. Téměř všechny údaje známé o mechanismu indukce PB látkami jsou od úrovně transkripce. Byla vyslovena domněnka o existenci receptoru pro induktory fenobarbitalového typu, ale existuje více údajů, které tento předpoklad zpochybňují. Jednou z hlavních překážek pro existenci specifického receptoru je skutečnost, že chemická struktura induktorů v této skupině je velmi rozdílná. Není zde strukturální podobnost ani určitý společný rys, nezbytný pro jejich účinek.

Další charakteristikou fenobarbitalového typu induktorů je jejich relativně slabá potence. Typický induktor z MC-typu látek je účinný v nanomolových koncentracích na kg tělesné hmotnosti. PB-induktory potřebují na vyvolání efektu dávky řádově vyšší (mikromoly na kg). Pokud tedy existuje specifický receptor pro PB-typ induktorů, jde o receptor nízkoafinitní.

 

Indukce systému cytochromu P-450 pregnenolon-16α-karbonitrilem a glukokortikoidy

Pregnenolon-16α-karbonitril (PNC) indukuje isoformu cytochromu P-450 označenou jako cytochrom P450IIIA1. Ukázalo se, že tuto isoformu je možné kromě PCN indukovat i mnoha dalšími látkami, mezi které patří např. antagonista aldo­steronu spirolakton, stejně jako endogenní a syntetické glukokortikoidy, makro­lidová antibiotika a některá protiplísňová chemoterapeutika. Vzhledem k chemické heterogenitě induktorů této skupiny není překvapivé, že i mechanismus regulace indukce cytochromu P450IIIA1 je komplexní. Původně se předpokládalo, že látky této skupiny působí prostřednictvím receptoru, který je podobný receptoru pro glukokortikoidy (glucokorticoid-like receptor), ale účinkuje odlišným způsobem. Hlavním důvodem pro vyloučení aktivace klasickým způsobem byla skutečnost, že tyrosimaminotransferasa (TAT), klasický enzym indukovaný prostřednictvím glukokortikoidového receptoru, je účinkem PCN naopak inhibován. Ukazuje se, že při indukci cytochromu P450IIIA1 sehrává důležitou úlohu aktivace transkripce.

Zdá se však, že zvýšená transkripce není jediný mechanismus, který se uplatňuje v účinku této skupiny induktorů. Dexametazonem podmíněné 12-násobné zvýšené množství mRNA pro cytochrom P-450 je spíše důsledkem stabilizace mRNA než zvýšené transkripce. Kromě zvýšené transkripce a stabilizace mRNA pro cytochrom P450IIIA1 je důležitá i skutečnost, že induktory jako makrolidová antibiotika triacetyloleandomycin a erytromycin i přímo stabilizují syntézovaný cytochrom P-450IIIA1.

 

Indukce systému cytochromu P-450 ethanolem a těkavými látkami

Ethanol indukuje zvláštní isoformu cytochromu P450, která byla označena jako cytochrom P450IIE1. Kromě ethanolu je možné indukovat tento cytochrom i některými dalšími prchavými a neprchavými látkami. Induktory skupiny fenobarbitalu nejsou schopné indukce této isoformy. Alkoholismus chronického typu vede ke zrychlení metabolismu mnoha druhů léčiv stejně jako samotného ethanolu.

I když hlavními induktory cytochromu P-450 jsou exogenní látky, je indukce cytochromu P450IIE1 dobrým příkladem pro vliv některých endogenních fyziologických podnětů pro indukci cytochromu P-450. Tak např. hladovění u potkanů vyvolávalo vzestup aktivity nitrosamindealkylasy, o které je v současnosti známo, že je podmíněná isoformou cytochromu P450IIE1. Pokud se týká mechanismu, kterým indukují látky ze skupiny ethanolu isoformu cytochromu P450IIE1, zdá se pravděpodobné, že nedochází ke zvýšení genové transkripce. Mechanismus zvýšení cytochromu P450IIE1 po ethanolu je pravděpodobně důsledkem zvýšení stability molekuly proteinu cytochromu P450, stejně jako příslušné mRNA.

 

Další informace:

·                     Přeměna a vylučování xenobiotik

·                     Indukce cytochromu P450

·                     Suprese cytochromu P450

·                     První fáze biotransformace

·                     Druhá fáze biotransformace

·                     Klasifikace enzymůAJDPC

 

Petr Schneiderka

.