A 4.8.2.3. fejezetben már bemutatott módon a hatóanyagok metabolizmusa során keletkező metabolitok olyan irányba változnak, hogy alkalmassá váljanak a szervezetből történő kiürülésre. Ezzel egyidejűleg (a prodrugok kivételével) általában elveszítik az anyavegyület célponthoz való affinitását, de előfordulhat az is, hogy a keletkező metabolit(ok) szintén hordozza(ák) az anyamolekulára jellemző affinitást a biológiai célponton, esetleg egészen új specifikus affinitás jelenik meg.

 

A citokróm P450 enzimek (CyP450) kulcsszerepet töltenek be a gyógyszerek főként oxidatív metabolizmusában (lásd 4.8.2.3. fejezet). Ennek megfelelően, megváltozott aktivitásuk a farmakokinetikai gyógyszer–gyógyszer interakciók (DDI – drug-drug interaction) leggyakoribb kiváltó okaként ismert. Praktikus szempontból a CyP450-gátlásokat alapvetően két ketegóriába sorolhatjuk: időfüggő és nem időfüggő gátlások. A nem időfüggő gátlások enzimkinetikailag kompetitívek, nem(non)-kompetitívek és unkompetitívek lehetnek. A nem időfüggő gátlások általában reverzibilisek. A kompetitív gátlás igen gyakori és a klinikai gyakorlatban lehetetlen elkerülni, ha több gyógyszert is alkalmaznak egyidejűleg. Ilyenkor az összes hatóanyag (szubsztrát) versenyez egymással, és metabolizmusuk mértékét a kérdéses CyP450 izoenzimhez való affinitásuk és a tömeghatás törvénye határozza meg. Kompetitív gátlás hatására a Km (az adott szubsztrát iránti affinitás mértéke = a Vmax/2 sebességhez tartozó szubsztrát koncentrációjával) emelkedik és a Vmax (nulladrendű kinetikai körülmények között mért maximális reakciósebesség) nem változik. Tisztán nem kompetitív gátlás ritkán fordul elő, ilyenkor az inhibitor nem a szubsztrátkötőhelyre kötődik. Enzimkinetikailag csökkent Vmax és változatlan Km jellemzik. Az unkompetitív gátlás akkor fordul elő, ha az inhibitor az enzim–szubsztrát komplexhez kötődik. A Vmax és Km csökken, és a linearizált telítési görbék párhuzamosan futnak. A reverzibilis gátlással összefüggő expozíciónövekedés szorzófakorát a gátolt és nem gátolt AUC aránya adja meg, ami az alábbi egyenlettel adható meg:

 

 

ahol AUCi a gátolt metabolizmushoz tartozó függvény alatti terület, AUCui a nem gátolt metabolizmushoz tartozó függvény alatti terület, fmCYP a vizsgált CyP450 izoenzim által metabolizált hányad, Ki az inhibitorállandó és [I] az inhibitorkoncentráció.

 

A MIC-képződésen alapuló gátlószerek gyakoriak, a szelektív szerotoninvisszavétel-gátlók, makrolid antibiotikumok (pl. eritromicin, klaritromicin) és kalciumcsatorna-blokkolók tartoznak közéjük (Bertelsen, 2006; Franklin, 1991). Az MBI-molekulák szubsztrátjai a gátolt enzimnek, ezért direkt enzimgátlási vizsgálatban kompetitív jelleget mutathatnak. A reakció olyan terméket eredményez, ami nem képes az enzimről disszociálni, és ily módon inaktiválja azt. Ha az enzim bioszintézise nem képes lépést tartani az inaktivált enzimmennyiséggel, a metabolikus kapacitás hiánya miatt a gyógyszer jelenléte egyre nagyobb lesz. A reaktív metabolitok gyakran elektrofil molekulák, amelyek nukleofil centrumokhoz, így a fehérjék aminosav oldalláncainak hidroxil vagy szulfhidril csoportjaihoz kötődnek a leggyakrabban.

 

ahol E az enzimet jelenti. A partícióhányados (r) az az arányszám, amely megmutatja, hogy egy sikeresen befejeződött enzimreakcióra hány olyan reakció jut, amelyik „beragadt”, vagyis r = kcat /kinact vagy r = k3/k4 (kcat – a sikeresen katalizált reakció sebességi konstansa). Némelyik különösen erős inhibitor esetében, mint amilyen például a mibefradil, az r közel van az egyhez, másoknál több száznak vagy ezres nagyságrendűnek adódik.

 

Az egyes gyógyszerekkel szembeni metabolizmuskapacitás csökkenése rendszerint az adott enzim gátlásának következtében alakul ki. In vitro szövetkultúrában vagy in vivo körülmények között a CyP450 enzimek expressziójának leszabályozása sem ritka esemény. Az interferonindukáló ágensek ilyen hatása például régóta ismert. Gyulladásos, illetve fertőzéses megbetegedésekben is létrejöhet a CyP450-rendszer leszabályozása. A gyulladáskeltő citokineken túl, gyógyszerszerű kismolekulák is képesek a CyP450 enzimek leszabályozására. Így például az „azol”-molekulák (ketokonazol) blokkolják a nukleáris receptor PXR-t, amivel csökkentik az expresszió szintjét. Ezek a molekulák tehát nem csupán a CyP450 enzimekkel interakcióba lépve okozhatnak gyógyszerkölcsönhatási problémát, hanem az expresszált enzim mennyiségének csökkenésével is. A metabolikus enzimek expressziójának csökkenése sokkal gyakrabban jön létre, mint ahogy azt a ráirányuló minimális figyelem mutatja.

 

Az irreverzibilis CyP450-gátlások során nem csupán a farmakokinetikai tulajdonságok megváltozásával kell számolni, hanem esetlegesen a direkt toxicitással is. A reaktív elektrofil metabolitok (kinonok, epoxidok, főként aromás primer és szekunder aminokból képződő N-hidroxilaminok, glükuronid-konjugátumokból képződő aldehidek) képesek a fehérjék kovalens módosítására és a megváltozott fehérje az immunrendszer célpontjává válhat (Kerns és mtsa, 2008). Így a mechanizmusalapú gátlószerek haptén formációt és autoimmun választ indíthatnak el. A nemkívánt reakciók kiváltására irányuló hajlam az MBI-molekuláknál magasabb. A fehérjék kovalens megváltozása egyrészt az adott fehérje funkcióját károsítja, másrészt pedig autoimmun válasz elindítója lehet. Az erősen reakcióképes metabolitok valószínűleg a keletkezés helyén vagy annak közelében reagálnak. Miután a máj a metabolizmus fő szerve és a reaktív metabolitok itt képződnek a legnagyobb mennyiségben, ezért érthető, hogy a leggyakrabban megfigyelt toxikus hatás a hepatotoxicitás. Az MBI-molekulák gyakran indukálják a CyP450 enzimeket, ily módon a csökkent metabolikus kapacitás helyreállhat egy indukált enzim szintézisnek köszönhetően. Magasabb CyP450-tartalom mérhető, de ez nem mindig jelenik meg a metabolikus kapacitás növekedésében, mert az újonnan keletkezett enzimmolekulák is inaktiválódnak az inhibitor jelenlétében.

 

A későbbi, fejlesztési fázishoz közelítő szakaszban, ahol mérlegelni kell a legmagasabb humán klinikai dózis mértékét (Cmax), az osztályozást a korábban kimért Ki adatok felhasználásával a Cmax/Ki hányados alapján adják meg. Az eszerint megadott osztályozási kritériumban egy vegyület dózisfüggő in vivo CyP450-gátlásának kialakulása (Bjornsson, 2003):

 

Fontos megemlíteni, hogy Cmax/Ki arányok egyúttal kiemelt szerephez jutnak a korai klinikai DDI-vizsgálatok tervezésében is.

 

Az enzimindukció egy biológiai funkciónak az enzimmennyiség útján történő szabályozását jelenti. Az indukált enzim kinetikai jellemzői (átviteli szám, Km) nem változnak meg. Gyógyszerkutatási szempontból az enzimindukciónak armakokinetikai és txikológiai szempontból van jelentősége.

A CyP450-indukció és a karcinogenitás közötti kapcsolat korán felmerült a farmakológiában. Számos karcinogén molekula rágcsálókban a CYP1A-család induktorának bizonyult. Az egyik legtöbbet tanulmányozott molekula, a benz(a)pirén a környezetben is fellelhető, az átlagos humán napi terhelés kb. 2,2 μg. Dohányosok esetében ez 0,4–0,7 μg/nap terheléssel magasabb lehet. A karcinogenitásért a benz(a)pirén egyik metabolitját tették felelőssé (anti-7,8-dihidroxi-9,10-epoxi-7,8,9,10-tetrahidro-benz[a]pirén), ami fő DNS-addukciós termékként kimutatható volt (Stowers, 1985). Mai ismeretink szerint a potenciális karcinogén gyors eliminációja sokkal fontosabb, mint a lehetséges reaktív intermedierek képződésének gátlása a metabolizmus gátlásával (Nebert, 2004; Endo, 2008). A CYP1A-indukció nem fokozza, hanem csökkenti a prokarcinogén molekulák mutagenitását, karcinogenitását.

 

Az enzimindukció emberben történő kialakulásának előrejelzése egy adott anyagkoncentráció mellett többé-kevésbé sikeres lehet. A számításhoz használt koncentráció preklinikai fázisban még fiktív, ami a becslés pontosságát jelentősen korlátozza. Az indukció létrejöttén túl az igazi feladat a gyógyszerinterakciók valószínűségének és mértékének előrejelzése.

 

ahol Emax az indukálószerre adott maximális válasz, Css(fu) az indukálószer egyensúlyi, szabad plazmakoncentrációja, EC50 a félmaximális hatást kiváltó koncentráció.

 

ahol Cmax(fu) a szabad koncentráció maximuma és NOEL az a koncentráció, ahol még nem figyelhető meg hatás.