Rola białek transportujących leki

I. Białka transportujące leki

Leki i substancje endogenne przekraczają błony biologiczne nie tylko przez bierną dyfuzję, ale także za pośrednictwem swoistych białek określanych mianem transporterów. Znaczna ilość transporterów została już zidentyfikowana, ale wkład wielu z nich w poszczególne interakcje jest nadal niejasny.

Większość transporterów błonowych należy albo do nadrodziny białek ABC (ATP-binding cassette)  albo MF (Major facilitator) (patrz tabela 1).  Białka należące do rodziny ABC przeprowadzają aktywny transport głównie dzięki energii pochodzącej z hydrolizy ATP, natomiast białka należące do nadrodziny transporterów MF pośredniczą zarówno w dyfuzji jak i w aktywnym transporcie, do którego dochodzi na zasadach wymiany lub kotransportu (równoczesnego transportu) jonów  z cząsteczką leku.

Białka transportowe mogą być zaangażowane w różnym stopniu w interakcje leków, które wpływają na wchłanianie, dystrybucję, metabolizm i eliminację leków w różnych anatomicznych  obszarach ciała np. w mózgu, wątrobie, jelitach, nerkach . Działanie transporterów może ulec zmianie pod wpływem jednocześnie stosowanych leków.

Tabela 1. Przykłady wybranych transporterów błonowych

*Hugo - Human Genome Organization- organizacja zajmująca się opracowaniem ludzkiego genomu.

1. Nadrodzina białek ABC

A ) P-glikoproteina

Do nadrodziny białek ABC należy stosunkowo najlepiej poznany transporter:  P-glikoproteina. Jest to białko kodowane przez gen oporności wielolekowej (multidrug resistance – MDR1), mające zdolność aktywnego transportu na zewnątrz komórek wielu ksenobiotyków, w tym także ważnych klinicznie leków, takich jak: leki przeciwnowotworowe, nasercowe, immunosupresyjne oraz inhibitory proteazy HIV.  Zasada działania P-glikoproteiny została zilustrowana na rys 1.

^{Rys. 1 Zasada działania przenośników ABC na przykładzie P-glikoproteiny.
Opracowano na podstawie Farmakologia i Toksykologia Mutschler 2001, str 41}

Dzięki właściwości „wyrzucania” cząsteczek leków z komórek, P-glikoproteina wywiera wpływ na stopień absorpcji leków (poprzez jelita), dystrybucję (do mózgu, jąder lub łożyska) i eliminację leków (z moczem i żółcią). Np. białko to, obecne w komórkach wyściółki jelita, może wyrzucać niektóre właśnie zaadsorbowane cząsteczki leków z powrotem do jelit, w wyniku czego zmniejsza się całkowita ilość wchłoniętej ilości leku. Tym sposobem P-glikoproteina działa jako bariera wchłaniania - "wyrzucając" leki z komórek, zapobiega ich kumulacji. Lokalizacje P-glikoproteiny i uproszczone przykłady jej funkcjonowania przedstawia rys. 2

^{Rys. 2 Lokalizacja P-glikoproteiny w narządach oraz uproszczone przykłady jej funkcjonowania
Opracowano na podstawie Drug Interactions , S. Penzak,  Online Presentation,
 http://www.cc.nih.gov/training/training/principles/slides/DrugInteractions.08-09oneslide.pdf}

Działanie pompujące  P-glikoproteiny może być indukowane lub hamowane przez niektóre leki np. indukcja aktywności P-glikoproteiny przez ryfampicynę w komórkach nabłonka jelit może być powodem wyrzucania digoksyny w jelitach bardziej gwałtownie, co  skutkuje  zmniejszeniem stężenia digoksyny w surowicy. Z odwrotną sytuacją, zwiększeniem poziomu digoksyny w surowicy,  mamy do czynienie w przypadku łącznego stosowania digoksyny z werapamilem, który jest silnym inhibitorem  glikoproteiny P.  Inhibitorem glikoproteiny P jest również rytonawir, który zwiększa stężenia stosowanej jednocześnie feksofenadyny lub digoksyny. Zwiększone stężenia mogą z czasem ulec obniżeniu wraz z rozwojem indukcji. Podanie u zdrowych osób chinidyny z loperamidem (substratem P-glikoproteiny) powodowało depresję oddechową pomimo braku zmian stężenia loperamidu w surowicy. Mechanizm tej interakcji polega na hamowaniu przez chinidynę P-glikoproteiny obecnej w barierze krew-mózg, w wyniku czego dochodzi do większego stężenia loperamidu w centralnym układzie nerwowym  i możliwej poważnej neurotoksyczności.

Jednoczesne podawanie induktora lub inhibitora aktywności P-glikoproteiny  nie zawsze oznacza  zmniejszenia lub zwiększenia biodostępności substratu P-glikoproteiny. Ma to miejsce głównie wtedy, gdy bierne wchłanianie leku do komórki znacznie przekracza szybkość „wypychania” cząsteczek leku przez P-glikoproteinę . Z powyżej opisaną sytuacją mamy do czynienia wtedy, gdy  leki są podawane w dużych dawkach, szybko się rozpuszczają i wchłaniają, a co za tym idzie znacząco nasycają i jednocześnie przeładowują  białko P-glikoproteiny, które nie jest zdolne do skutecznego wypompowywania cząsteczek leku z komórki. Zarówno indukcja jak i inhibicja P-glikoproteiny może być klinicznie istotna dla leków, które posiadają duże cząsteczki, niską biodostępność, rozpuszczają się powoli i/lub niekompletnie.

Trudno jest niejednokrotnie ocenić mechanizm interakcji,  ponieważ często substraty, induktory i inhibitory są wspólne zarówno dla enzymu CYP3A4 jak i P-glikoproteiny .Np. podanie leku będącego jednocześnie substratem dla CYP3A4 i P-glikoproteiny, równocześnie z lekiem będącym induktorem P-glikoproteiny , może zmniejszać wprawdzie wchłanianie leku przez jelita poprzez pobudzenie działania wypierającego białka P-glikoproteiny,  ale  może jednocześnie zwiększać metabolizm  leku przez enzymy CYP3A4 znajdujące się w jelitach.   Dlatego też obydwa mechanizmy mogą być zaangażowane w wiele interakcji leków uznawanych tradycyjnie za interakcje zachodzące w wyniku zmian aktywności enzymu CYP3A4.  Digoksyna jest jednym z nielicznych przykładów leku, który jest substratem P-glikoproteiny, ale nie jest substratem dla enzymu CYP3A4.

P-glikoproteina występuje również w niektórych komórkach nowotworowych, gdzie została odkryta w ramach badań nad rozwojem oporności nowotworów na cytostatyki. Białko to jest w stanie wypompować cytostatyki z wnętrza komórki nowotworowej tak, że stężenie cytostatyków w komórce zostaje obniżone do poziomów niższych niż toksyczne. Odkrycie P-glikoproteiny w komórkach nowotworowych dało początek badaniom nad inhibitorami P-glikoproteiny, takimi jak valspodar, których celem jest zwiększenie penetracji cytostatyków do komórek  nowotworowych.

B) Pompa eksportu soli żółciowych

Innym transporterem należącym do nadrodziny ABC jest białko siostrzane P-glikoproteiny , inaczej nazywane pompą eksportu soli żółciowych (bile salt export pump – BSEP lub ABCB11). Tak jak wskazuje nazwa, spełnia ona w organizmie funkcje transportowe dla soli żółciowych. Zahamowanie tej pompy może zwiększyć ryzyko zastoju żółci (cholestazy). Wiadomo, że m.in. cyklosporyna, glibenklamid i bozentan hamują pompę kanalikową soli żółciowych. W charakterystyce leku Tracleer (bozentan) producent informuje o przeciwwskazaniu do łącznego stosowania bozentanu z glibenklamidem i cyklosporyną.

2. Nadrodzina białek MF

A) Polipeptydy transportujące aniony organiczne (OATP)

Poza białkami wypierającymi leki z komórki, takimi jak omówiona powyżej  P-glikoproteina, występują jeszcze inne białka, które  głównie wychwytują i przenoszą cząsteczki leków do komórki, a tym samym ułatwiają ich wchłanianie.  Jedną z lepiej poznanych klas białek wychwytujących są polipeptydy transportujące aniony organiczne (OATP). Są one zlokalizowane w różnych obszarach ciała m.in. występują na rąbku szczoteczkowym enterocytów w świetle jelita, gdzie transportują cząsteczki leków i  pobudzają ich wchłanianie. Zwiększają tym samym wątrobowy wychwyt leków. Działają więc całkowicie przeciwnie do P-glikoproteiny. Jeżeli zahamujemy zlokalizowane w jelitach białka transportowe OATP możemy spodziewać się zmniejszenia wchłaniania i zmniejszenia stężenia leku w surowicy. Podczas gdy w przypadku P-glikoproteiny, jeżeli zahamujemy jej czynność wypierającą,  zwiększymy absorpcję leku. Natomiast w wyniku indukcji białek OATP  możemy zaobserwować zwiększenie stężenia leku w surowicy. Przykładem reakcji inhibicji może być interakcja feksofenadyny ,która jest substratem dla białek OATP, z sokami owocowymi (pomarańczowy, jabłkowy, grejpfrutowy) ,które hamują aktywność białek OATP, w wyniku czego może dojść do zmniejszenia biodostępności feksofenadyny o 60-80%.

Tabela 2. Porównanie funkcjonowania wybranych transporterów wypierających cząsteczki leku z transporterami wychwytującymi.

B) Transportery anionów organicznych (OAT)

Do tej pory zidentyfikowano 6 białek należących do grupy transporterów anionów organicznych (OAT - organic anion transporters ) , które odgrywają ważną rolę w dystrybucji i eliminacji substancji endogennych i egzogennych w nerkach, wątrobie i mózgu. Transportery OAT są hamowane przez kilkanaście substancji leczniczych, włączając w to probenecyd, antybiotyki cefalosporynowe, tiazydy i diuretyki pętlowe, acetazolamid i niektóre NLPZ. Ale klinicznie istotne interakcje mogą wywołać tylko nieliczne leki np. probenecyd, cefalosporyny.

Transporter OAT1 występuje w komórkach  kanalika proksymalnego nerek i  pośredniczy w aktywnym transporcie leków z do światła kanalika nerkowego, np. furosemid normalnie ulega sekrecji do światła kanalika nerkowego (kanalika krętego pierwszego rzędu/kanalika proksymalnego)  przed osiągnięciem swojego punktu działania - pętli Henlego. Podanie probenecydu znacznie zmniejsza sekrecję do światła kanalika proksymalnego furosemidu, co w sposób istotny redukuje  jego działanie diuretyczne. Odkryto, że łączne podawanie probencydu z  cydofirem (lekiem przeciwirusowym) jest korzystne i obecnie zalecane, gdyż probenecyd zmniejsza nefrotoksyczność cydofiru  przez hamowanie jego nerkowego transportera OAT-1, w wyniku czego dochodzi do zmniejszenia kumulacji cydofiru w tkance nerek.  Innym przykładem może być znaczne zmniejszenie wydalania nerkowego metotreksatu przez leki z grupy NLPZ, które hamują wychwyt metotreksatu przez transporter OAT1 lub OAT3, a tym samym hamują wydalanie leku do kanalika nerkowego, w wyniku czego może dojść do rozwinięcia się poważnej toksyczności ze strony metotreksatu.

C) Transportery kationów organicznych OCT

Rodzina białek transportujących OCT (organic cation transporters) uczestniczy w wychwycie cząsteczek leków  z krwi, w nerkach i wątrobie, przykładem mogą być transportery OCT1 i OCT2, które pośredniczą  w wychwycie kationów organicznych m.in. dopaminy, choliny, cimetydyny.

3. Wnioski

Rola białek pośredniczących w aktywnym transporcie leków przez błony biologiczne w organizmie człowieka i ich wpływ na interakcje leków jest nadal słabo poznana. Oprócz samych białek transportujących, szereg innych czynników  może  mieć wpływ na przebieg interakcji leków. Istnieje potrzeba rozwijania dalszych badań na ten temat, ze szczególnym uwzględnieniem tego, czy nowo poznawane mechanizmy interakcji, mają czy też nie, istotne znaczenie w praktyce klinicznej.

Źródła:
1) Charakterystyka produktu leczniczego Vistide
http://www.emea.europa.eu/humandocs/PDFs/EPAR/Vistide/H-121-PI-pl.pdf
2) Dyskusja naukowa na temat preparatu Vistide
http://www.emea.europa.eu/humandocs/PDFs/EPAR/Vistide/001297en6.pdf
3) Charakterystyka produktu leczniczego Tracleer
http://www.emea.europa.eu/humandocs/Humans/EPAR/tracleer/tracleer.htm
4) Stockley’s Drug Interactions Pharmaceutical Press 2005
5) Impact of Drug Transporter Studies on Drug Discovery and Development, Naomi Mizuno, Takuro Niwa, Yoshihisa Yotsumoto and Yuichi Sugiyama, Pharmacol Rev 55:425-461, 2003
http://pharmrev.aspetjournals.org/cgi/content/full/55/3/425
6) Farmakologia i Toksykologia Mutschler 2001
7) Rola białek wiążących ATP w powstawaniu miażdżycy, dr I. Wybrańska, lek. J. Matuszczyk-Łobaziewicz, prof. dr hab. med. A. Dembińska-Kieć, CZYNNIKI RYZYKA 4/00, 2000 r.
8) Principles Of Clinical Pharmacology Second Edition, 2007
9) Zastosowanie łańcuchowej reakcji polimerazy w czasie rzeczywistym (real-time PCR) w badaniach farmakokinetycznych, Elżbieta Wyska, Mateusz Rosiak, Postepy Hig Med Dosw. (online), 2006; 60: 660-666,
http://www.phmd.pl/fulltxt.php?ICID=467143
10) Charakterystyka produktu leczniczego Norvir
http://www.emea.europa.eu/humandocs/Humans/EPAR/norvir/norvir.htm
11) Drug Interactions , S. Penzak, Online Presentation,
http://www.cc.nih.gov/training/training/principles/slides/DrugInteractions.08-09oneslide.pdf
12) Leki współczesnej terapii wydanie XVIII - Jan K.Podlewski, Alicja Chwalibogowska-Podlewska
13) Farmakologia kliniczna pod red. K.Orzechowskiej-Juzwenko 2006
14) Drug Transport in Living Systems, Yael Elbaz and Shimon Schuldiner, Wiley Encyclopedia of Chemical Biology, Article Online Posting Date: May 15, 2008
15) The HGNC Solute Carrier Family Series,
http://www.bioparadigms.org/slc/menu.asp
16) Transporter Classification (TC) system,
http://www.tcdb.org/tcdb/index.php?tc=3.A.1