Citocromo P450 e interazioni tra farmaci Gabriella Facciolà, Maria Gabriella ScordoIstituto di Farmacologia - Università degli Studi di Messina

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1 Citocromo P450 e interazioni tra farmaci Gabriella Facciolà, Maria Gabriella ScordoIstituto di Farmacologia - Università degli Studi di Messina Indice 1. Introduzione 2. Citocromo P Polimorfismo genetico 4. Interazioni tra farmaci 5. Conclusioni 6. Esempi di polimorfismo genetico 7. Esempi di interazioni tra farmaci 8. Citocromo P450 2D6 (CYP2D6) 9. Citocromo P450 3A4 (CYP3A4) 10. Citocromo P450 1A2 (CYP1A2) 11. Citocromo P450 2C9 (CYP2C9) 12. Citocromo P450 2C19 (CYP2C19) 13. Citocromo P450 2E1 (CYP2E1) 14. Bibliografia 1. Introduzione Assumere un farmaco, per le più diverse esigenze e nelle più varie circostanze, è un azione che milioni di persone compiono quotidianamente. La ricerca scientifica mette continuamente a disposizione del malato nuovi e "miracolosi" rimedi per i problemi più disparati, dall ultimo e più efficace farmaco per la terapia dell ipertensione fino al più moderno "pillolo" anticoncezionale. Spesso però, il prezzo da pagare per tutto questo è molto alto. I morti da Viagra sono solo l ultimo eclatante esempio di una storia, quella della farmacologia, segnata da episodi spesso drammatici 1. Negli ultimi anni l interesse del mondo scientifico verso gli isoenzimi del citocromo P450 é aumentato notevolmente, mentre si veniva progressivamente chiarendo il loro ruolo nelle interazioni farmacologiche, nella tossicità dei farmaci e nella formazione di metaboliti carcinogeni. In particolare, l attenzione nei confronti delle interazioni farmacologiche che coinvolgono gli isoenzimi del CYP450 è stata notevolmente rafforzata dalle direttive della Food and Drug Administration (FDA), che qualche anno fa per questa ragione ha sospeso la terfenadina (Seldane ) dal mercato farmaceutico. Il metabolismo della terfenadina é catalizzato da un isoenzima, il CYP3A4 2, che può essere inibito da farmaci di comune impiego quali eritromicina o ketoconazolo 3. L inibizione del metabolismo della terfenadina determina un aumento delle concentrazioni plasmatiche del farmaco che può provocare aritmie. Secondo i dati pubblicati dalla FDA, fino ad oggi la tossicità da terfenadina può essere correlata a 396 decessi. In particolare sono stati segnalati 39 casi di torsades de pointes, 145 casi di allungamento dell intervallo QT c e 207 casi di arresto cardiaco. Ancora più attuale è l annuncio con il quale l 8 Giugno 1998 la Roche ha stabilito il ritiro dal mercato farmaceutico del mibefradil (Posicor ), nuovo farmaco calcio-antagonista, in seguito alle crescenti evidenze riguardanti l ampio spettro di interazioni 4 (molte delle quali con farmaci comunemente utilizzati per il trattamento di patologie cardiovascolari), e dopo solo un anno dalla sua introduzione in Europa e negli USA. E stato chiarito che il mibefradil inibiva l attività del CYP3A4, una delle più rappresentate isoforme del citocromo P450 ( ~ 30%) determinando quindi un pericoloso aumento delle concentrazioni plasmatiche di tutti quei farmaci che vengono metabolizzati da questo enzima. Le conseguenze sono state ancora più gravi con quei composti caratterizzati da un ristretto indice terapeutico, quali ciclosporina e tacrolimus 5, 6. I due esempi riportati, sicuramente rappresentativi di un problema più vasto, testimoniano e rafforzano l importanza e la necessità non solo di effettuare specifici studi di interazioni farmacocinetiche prima di immettere un nuovo farmaco nel già "affollato" mercato farmaceutico, ma di rivedere, alla luce di questo nuovo segnale di allerta, i farmaci già in uso. 2. Citocromo P450 Per cercare di ridurre il rischio di comparsa di effetti indesiderati la cui gravità può arrivare fino al verificarsi di danni irreversibili (es. l embriotossicità da talidomide, che causò una vera e propria epidemia di nati deformi

2 negli Anni Sessanta, o la comparsa di discinesia tardiva da antipsicotici) o addirittura all esito letale, con costi sociali ed umani enormi, la ricerca scientifica si è impegnata negli ultimi anni nell individuazione di quei fattori che possono rappresentare un rischio o che determinano una predisposizione allo sviluppo di tali effetti, onde individuare e quindi proteggere i soggetti più a rischio. Molti effetti indesiderati trovano la loro causa prima in alterazioni di quei processi metabolici a cui quasi tutti gli xenobiotici vanno incontro, principalmente a livello epatico, ed il cui fine ultimo é quello di modificarne le proprietà chimico fisiche, facilitandone l escrezione. Durante il processo di biotrasformazione epatica, principale meccanismo con il quale viene regolata la concentrazione del farmaco nell organismo e quindi nel sito d azione, il farmaco progenitore viene convertito in uno o più metaboliti (farmacologicamente attivi o inattivi) dotati di maggiore polarità, quindi più idrosolubili e facilmente eliminabili con l urina o con la bile. Tale processo avviene attraverso la trasformazione dei gruppi funzionali della molecola (reazioni di fase I quali ossidazioni, riduzioni ed idrolisi) e la successiva coniugazione con sostanze endogene per la formazione di composti inattivi (reazioni di fase II quali glucuronidazione, solfatazione) 7, 8. Il principale responsabile delle reazioni di fase I di un ampia varietà di composti endogeni ed esogeni, chimicamente e biologicamente non correlati, è il sistema epatico del citocromo P450, costituito da una serie di isoenzimi localizzati sulle membrane microsomiali del reticolo endoplasmatico liscio principalmente a livello epatico e/o in tessuti extraepatici, quali il tratto gastrointestinale, i reni, i polmoni, la cute ed il sistema nervoso centrale 9, 10. Tutte le isoforme enzimatiche del citocromo P450 sono proteine contenenti un gruppo eme, inizialmente identificate come pigmenti rossi (P) che producevano una caratteristica banda di assorbimento spettrofotometrico a 450 nm 11. Gli isoenzimi del citocromo P450 sono stati suddivisi in famiglie e sottofamiglie, in base alla somiglianza strutturale nella sequenza aminoacidica, ed indicati con il prefisso CYP seguito da un primo numero indicante la famiglia, una lettera indicante la sottofamiglia ed un secondo numero indicante il singolo isoenzima 12. Negli ultimi anni sono stati identificati circa 30 CYPs, 7 dei quali svolgono un ruolo determinante nel metabolismo dei farmaci (CYP 1A2, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4, 2E1) Polimorfismo genetico Esiste una marcata variabilità, sia interindividuale che interetnica nella capacità di metabolizzare i farmaci. Tale variabilità rende parzialmente conto delle differenti risposte (il cui range può variare dalla mancanza di effetti clinici alla comparsa di gravi effetti tossici) alla stessa dose di farmaco quotidianamente osservate nella pratica clinica 14. A determinare tale variabilità concorrono fattori di natura diversa: fisiologici (età, sesso), patologici (es. malattie epatiche o renali), ambientali (es. interazioni tra farmaci o altri composti chimici), genetici. Proprio l individuazione e la caratterizzazione delle variazioni nella risposta ai farmaci dovute a fattori ereditari è oggi oggetto di studio di una branca della genetica nota appunto come farmacogenetica 15. La maggior parte delle modificazioni farmacocinetiche di natura genetica attualmente conosciute riguarda la variabilità interindividuale nell attività degli enzimi responsabili del metabolismo di alcuni farmaci: una riduzione geneticamente determinata nella velocità dei processi metabolici può provocare l accumulo di un farmaco nell organismo con un aumentato rischio di effetti collaterali, mentre un incremento di tale velocità può condurre ad un fallimento terapeutico, causa il mancato raggiungimento di livelli plasmatici efficaci 16. E stato osservato che esiste una certa variabilità interindividuale nel contenuto e nell attività di diversi enzimi del citocromo P450. Tra i molteplici fattori responsabili di tale fenomeno, il polimorfismo genetico è sicuramente il più importante. Il termine polimorfismo genetico definisce un carattere monogenico presente nella popolazione in almeno due diversi fenotipi (e verosimilmente in almeno due genotipi), di cui il più raro con frequenza di almeno 1-2 % 17.

3 Il polimorfismo genetico relativo agli enzimi metabolizzanti i farmaci determina nella popolazione l esistenza di almeno due distinti sottogruppi o fenotipi con differente capacità metabolica: metabolizzatori lenti (PM) e metabolizzatori rapidi (EM) 18. Ovviamente, la presenza di varianti enzimatiche ad attività ridotta o nulla o, al contrario, ad attività molto elevata, ha importanti risvolti clinici e tossicologici. I PM sono esposti al rischio di raggiungere elevate concentrazioni plasmatiche di farmaco, e di sviluppare quindi effetti collaterali concentrazione-dipendenti. Al contrario i soggetti EM (e ancora più alcuni soggetti identificati come metabolizzatori ultra rapidi, UR) rischiano di non beneficiare degli effetti terapeutici attesi 19. La capacità metabolica individuale può essere determinata mediante test di fenotipizzazione, basati sulla somministrazione di una singola dose orale di un marker enzimatico, quali ad esempio, debrisochina, sparteina o destrometorfano (CYP2D6), oppure mediante tipizzazione genetica con tecniche di biologia molecolare. L identificazione delle principali varianti alleliche degli enzimi polimorfici ci consente infatti di genotipizzare gli individui, e quindi di predire quali soggetti sono più esposti al rischio di sviluppare effetti indesiderati, con una tecnica di minima invasività (un unico prelievo di 10 ml di sangue è tutto ciò che viene richiesto al paziente) e completamente scevra dai rischi connessi con altre tecniche quali ad esempio la fenotipizzazione (possibili interferenze con altre terapie in atto, reazione abnorme al probe-drug). Determinare quale sia il genotipo di un individuo può essere di notevole importanza non solo nel breve, ma anche nel lungo termine, in quanto il genotipo, come tutti i caratteri genetici, non è soggetto a cambiare nel corso dell esistenza. 4. Interazioni tra farmaci L uso contemporaneo di più farmaci è spesso essenziale per il raggiungimento del risultato terapeutico desiderato o per il trattamento di patologie concomitanti. La polifarmacoterapia è una pratica ormai accettata e necessaria in situazioni quali ad esempio l ipertensione, l insufficienza cardiaca, la chemioterapia antitumorale, molte malattie psichiatriche, nelle quali l uso di un farmaco risulta efficace solo in una piccola percentuale di pazienti. E ormai noto che la contemporanea assunzione di più farmaci può condurre ad interazioni di diversa natura, tutte comunque risultanti in una alterata azione dei farmaci stessi che può portare sia al fallimento terapeutico che alla comparsa di effetti collaterali 8. In particolare, nel caso di interazioni a livello metabolico, e più precisamente a livello delle isoforme del citocromo P450, si possono verificare i fenomeni di inibizione e induzione enzimatica 20. La prima eventualità si verifica quando due o più farmaci vengono metabolizzati dallo stesso enzima. Si viene in tal caso a determinare una competizione di legame per la stesso sito enzimatico con conseguente diminuzione del grado di metabolismo del farmaco con minore affinità. I meccanismi di inibizione degli enzimi CYP450 possono essere suddivisi in tre categorie: reversibili, quasi-irreversibili ed irreversibili, in dipendenza del tipo di interazione che si instaura tra enzima e substrato (farmaco o suoi metaboliti) 21, 22. Alcuni farmaci e xenobiotici (es. fenobarbitale, carbamazepina, fenitoina, etanolo, fumo di sigaretta) sono invece in grado di 22, 23, 24, indurre, sia a livello epatico che extraepatico, diversi CYPs, tra cui il CYP 1A1, 1A2, 2C9, 2E1, 3A4 25. A differenza dell inibizione, che rappresenta una risposta quasi immediata, l induzione è un processo regolatorio lento, che può ridurre la concentrazione plasmatica di un farmaco, e di conseguenza comprometterne l efficacia, in maniera tempo dipendente. L induzione enzimatica prevede infatti un aumento della trascrizione genica, e quindi della sintesi della proteina enzimatica, come risposta adattativa che protegge le cellule da xenobiotici tossici aumentandone l attività detossificante 26. É in un certo senso difficile predire i tempi richiesti affinché si verifichi l induzione di un enzima. Diversi fattori, inclusi l emivita del farmaco ed il turn-over dell enzima, possono infatti concorrere nel suo determinismo. Le conseguenze più importanti della induzione dei CYPs nella terapia farmacologica sono: a) una riduzione degli effetti farmacologici in seguito ad un incremento del metabolismo del farmaco; b) una diminuzione della tossicità, attraverso una detossificazione più rapida, o un aumento della tossicità, in seguito alla maggiore produzione di metaboliti reattivi. La rilevanza clinica attribuibile ad una eventuale interazione farmacologica deve però essere valutata anche alla luce di alcune importanti caratteristiche sia del farmaco il cui metabolismo viene inibito, quale ad esempio l indice terapeutico, e sia del farmaco inibitore o induttore, quali ad esempio la potenza e la selettività.

4 In seguito ai numerosi studi effettuati allo scopo di caratterizzare le diverse isoforme del CYP450 e di definire l esistenza di substrati, inibitori o induttori più o meno selettivi, è oggi possibile, utilizzando diversi approcci, in vitro ed in vivo, identificare quali isoforme siano responsabili del metabolismo di un nuovo farmaco e prevedere la possibilità che esso sia soggetto ad interazioni con altri farmaci, specialmente se comunemente utilizzato in polifarmacoterapia 27. Non dobbiamo ancora dimenticare che anche sostanze presenti negli alimenti possono influenzare l attività degli isoenzimi P450 28, che anche il fumo di sigaretta 29 può indurre il metabolismo di substrati del CYP1A2 quali la clozapina, la fluvoxamina, teofillina o la caffeina, o ancora che pazienti con dipendenza da alcohol sono soggetti ad un elevato rischio di epatotossicità da acetaminofene a causa della capacità di indurre gli enzimi (CYP1A2 e CYP2E1) coinvolti nella formazione dei metaboliti tossici del farmaco Conclusioni Un elevato numero di farmaci comunemente impiegati nella pratica clinica é metabolizzato da uno o più isoenzimi del citocromo P450. A causa di ciò, il metabolismo di tali farmaci può risultare alterato in presenza di particolari condizioni (ad es. l esistenza di un polimorfismo del gene che codifica per un determinato enzima) o dalla contemporanea assunzione di altre sostanze capaci di agire come induttori o inibitori degli enzimi in questione. In particolare, le interazioni farmacologiche dei farmaci caratterizzati da uno stretto indice terapeutico, possono causare conseguenze molto serie, con la comparsa di gravi effetti collaterali o addirittura con il decesso del pazienti. Coloro che sono trattati con uno o più farmaci (in particolare le fasce più a rischio, cioè soggetti in età pediatrica o anziani in politerapia) dovrebbero essere a conoscenza dei potenziali rischi di interazioni farmacologiche e della necessità che il medico si aggiorni sulla loro storia clinica e sulle terapie in atto praticate prima di associarvi nuovi rimedi. In diversi case-reports é infatti emerso che le interazioni farmacologiche sono spesso provocate da farmaci prescritti in momenti diversi e da medici diversi, spesso a causa dell aggiunta di un induttore o un inibitore ad un paziente in terapia cronica di mantenimento con un farmaco ben conosciuto come substrato di un determinato isoenzima. La ricerca farmaceutica attualmente si sta indirizzando verso l individuazione degli enzimi responsabili del metabolismo di un farmaco prima che questo venga commercializzato, e ancora meglio nelle prime fasi dello screening del farmaco stesso. Questo potrebbe permettere l individuazione di possibili interazioni tra farmaci o ancora aiutare a chiarire se fattori genetici possano avere un ruolo più o meno importante nel suo metabolismo. Grazie alla possibilità di disporre di avanzati sistemi per la studio del metabolismo in vitro (microsomi epatici umani, enzimi espressi), e al continuo perfezionamento delle tecniche di biologia molecolare, è ormai possibile evitare che un farmaco introdotto nel mercato farmaceutico debba essere dopo breve ritirato a causa degli effetti indesiderati associati al suo metabolismo, come nel caso eclatante del mibefradil. 6. Esempi di polimorfismo genetico Esempio n.1 Gli antidepressivi triciclici correlati strutturalmente all amitriptilina, come ad es imipramina e nortriptilina, vengono tutti idrossilati in posizione 2 dall enzima CYP2D6 con formazione di metaboliti inattivi. Differenze geneticamente determinate nella capacità metabolica determinano l ampia variabilità dell emivita di questi composti (ad es. da 18 fino a 93 ore per la nortriptilina negli adulti) e possono in parte spiegare la variabilità nella risposta clinica e nella comparsa di effetti collaterali tra i diversi pazienti 31, 32. Esempio n.2 Il polimorfismo genetico può spiegare la variabilità nella risposta clinica di soggetti diversi alla stessa dose di codeina. L enzima CYP2D6 converte la codeina in morfina. Alcuni di quei pazienti che non riescono ad ottenere un miglioramento della sintomatologia algica con la codeina sono metabolizzatori lenti per il CYP2D6, incapaci di trasformare il farmaco nel suo più potente metabolita 33. Esempio n.3 L isoforma 2C9 del CYP, di cui si conoscono due varianti alleliche associate ad una ridotta attività metabolica, é responsabile del metabolismo dell S-warfarina. I soggetti portatori di tali varianti alleliche

5 costituiscono un sottogruppo di pazienti che presentano difficoltà nell induzione della terapia warfarinica, richiedono dosi più basse del farmaco e sono potenzialmente esposti ad un maggiore rischio di complicazioni emorragiche dei soggetti con attività metabolica normale Esempi di interazioni tra farmaci Esempio n.1 L inibizione del metabolismo della carbamazepina da parte dell eritromicina é stata segnalata per la prima volta nei primi anni L eritromicina agisce come potente inibitore del CYP3A4 36, il più importante enzima coinvolto nel metabolismo della carbamazepina, e può determinare un aumento dei livelli plasmatici di carbamazepina fino al raggiungimento di concentrazioni tossiche. Sono stati segnalati numerosi casi di questo tipo di interazione nei bambini, verificatisi per lo più quando a bambini stabilizzati in terapia con carbamazepina per un disordine di tipo epilettico veniva somministrata eritromicina a causa di un otite media od una faringite. I sintomi segnalati quale risultato dell interazione di tali farmaci potevano variare dal nistagmo di media intensità associato ad atassia fino ad un innalzamento della vasopressina (che poteva causare ritenzione idrica), necrosi renale acuta e blocco atrioventricolare con arresto cardiaco. Recentemente é stata descritta l inibizione del metabolismo della carbamazepina da parte della claritromicina, un antibiotico della famiglia dei macrolidi simile all eritromicina, che sembra a sua volta inibire l attività del CYP3A4 37. Esempio n.2 La cisapride é diventata un alternativa popolare alla metoclopramide nel trattamento del reflusso gastrointestinale nei bambini 38. Alle dosi terapeutiche, la cisapride é relativamente priva di effetti collaterali; tuttavia, a concentrazioni più elevate, può causare gravi alterazioni della conduzione cardiaca. La cisapride é metabolizzata principalmente dal CYP3A4. Gli inibitori di questa isoforma, come ad es il fluconazolo, ne inibiscono il metabolismo e determinano un innalzamento delle concentrazioni seriche fino a livelli tossici. I soggetti affetti da leucemia sono spesso a rischio di quest interazione, quando ad un paziente a cui é stata prescritta la cisapride per stimolare la motilità intestinale a seguito dell uso di oppioidi, viene aggiunto in terapia il fluconazolo per prevenire o trattare infezioni micotiche 39. Nel corso dei primi tre anni dall introduzione nel mercato americano del farmaco, la FDA ha ricevuto 34 segnalazioni di torsade de points e 23 di prolungamento dell intervallo QT c verificatisi in pazienti trattati con cisapride. Quattro di questi casi riguardavano pazienti in età pediatrica. In oltre la metà dei casi segnalati, i pazienti assumevano anche un farmaco di cui era nota la capacità di inibire il metabolismo della cisapride. Esempio n. 3 Ad una donna di 63 anni in terapia di mantenimento con imipramina (100 mg/die) fu somministrato un altro antidepressivo, la fluvoxamina (100 mg/die), nel tentativo di potenziare la risposta. Dopo alcuni giorni comparvero tremore, secchezza delle fauci, costipazione e confusione, tipici effetti indesiderati da triciclici. L interruzione del trattamento con fluvoxamina determinò la scomparsa di tali effetti. L analisi delle concentrazioni plasmatiche di imipramina durante il trattamento con fluvoxamina evidenziarono che quest ultima provocava un drammatico aumento delle concentrazioni plasmatiche di imipramina. Questo effetto era dovuto alla inibizione da parte della fluvoxamina della reazione di demetilazione della imipramina mediata dal CYP1A2, come dimostrato da studi in vitro 40. Esempio n.4 L induzione del metabolismo dell acido valproico da parte della fenitoina può determinare una significativa riduzione nelle concentrazioni plasmatiche dell acido valproico o non determinare alcuna alterazione. Forse più interessante é il fatto che la fenitoina ha il potenziale di aumentare significativamente la produzione di 4- ene-valproato, una tappa intermedia del processo metabolico. Un incremento delle concentrazioni di questo

6 metabolita sono state messe in relazione con l epatotossicità associata all uso di acido valproico. Pertanto questa associazione, in particolare in soggetti sotto i due anni di età, dovrebbe essere evitata 41. Esempio n.5 Il fenobarbitale e la rifampicina, potenti induttori del CYP3A4, possono interferire con il metabolismo di farmaci quali la warfarina 42, la ciclosporina 43 o i contraccettivi orali 44, la cui eliminazione verrà quindi accelerata. Il primo esempio di induzione metabolica, riportato nel 1967, concerneva proprio l interazione tra fenobarbitale ed anticoagulanti orali. In pazienti trattati con bisidrossicumarina, che ricevevano anche barbiturici a scopo ipnotico, si è reso necessario aumentare considerevolmente la dose di cumarinico allo scopo di poter avere un buon controllo del tempo di protrombina. Quando i pazienti cessarono l assunzione di barbiturico, e dopo 2-3 settimane scomparve il suo effetto inducente, si osservarono numerosi e gravi episodi emorragici dovuti alle elevate dosi di bisidrossicumarina il cui metabolismo non era più indotto dall ipnotico. 8. Citocromo P450 2D6 (CYP2D6) ISOFORME DEL CITOCROMO P450 Il CYP2D6 è uno dei più importanti isoenzimi coinvolti nel metabolismo ossidativo dei farmaci e sebbene sia quantitativamente uno dei meno rappresentati (< 5 % del totale), catalizza l ossidazione di più di 30 farmaci (antidepressivi triciclici, neurolettici, antiaritmici, beta-bloccanti, antitussivi). Il CYP2D6 è presente in concentrazioni minori, oltre che a livello epatico, anche nel cervello. Questo sembra rivestire particolare importanza per l elevata affinità dimostrata verso composti quali la cocaina ed altri stimolanti centrali. Inoltre la conversione della codeina in morfina potrebbe rivestire maggiore importanza nel cervello che nel fegato. Il CYP2D6 è stato ampiamente studiato non solo per l importante ruolo svolto nel metabolismo di numerosi farmaci, ma soprattutto perché la sua attività è soggetta a polimorfismo genetico, per cui è possibile distinguere nella popolazione almeno due fenotipi: metabolizzatori lenti (PM) e metabolizzatori rapidi (EM). La capacità di metabolizzare i farmaci varia non soltanto tra i singoli individui ma anche tra i differenti gruppi etnici. Ad esempio tra i Caucasici circa il 7% è rappresentato da PM per la debrisochina (probe drug utlilizzata per caratterizzare il fenetipo per questo enzima), mentre lo stesso gruppo è rappresentato in percentuale minore all 1% negli Orientali. Il dosaggio di un farmaco metabolizzato dal CYP2D6 (come per gli altri enzimi polimorfici), dovrà quindi essere adattato alla capacità metabolica del singolo individuo, soprattutto per gli antidepressivi triciclici (amitriptilina, desipramina, clomipramina, nortriptilina) o gli antipsicotici (aloperidolo, risperidone, tioridazina), ampiamente metabolizzati da tale enzima e caratterizzati da uno stretto indice terapeutico. E inoltre utile riuscire a prevedere eventuali interazioni farmacocinetiche le quali, soprattutto per un enzima come il CYP2D6 coinvolto nel metabolismo di numerosi farmaci, rivestono una notevole importanza. Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori dell enzima, e di alcune comuni interazioni è presentato nelle tabelle 1 e 2. 45, 46 Tabella 1 Substrati ed inibitori del CYP2D6 SUBSTRATI Amitriptilina Clomipramina Desipramina Doxepina Fluoxetina Imipramina Antidepressivi INIBITORI Paroxetina Fluoxetina Sertralina Fluvoxamina Nefazodone Venlafaxina Antidepressivi

7 Nortriptilina Paroxetina Venlafaxina Aloperidolo Perfenazina Risperidone Tioridazina Metoprololo Penbutolo Propranololo Timololo Codeina Destrometorfano Antipsicotici Beta-bloccanti Narcotici Altri Clomipramina Amitriptilina Flufenazina Aloperidolo Perfenazina Tioridazina Metadone Quinidine Cimetidina Antipsicotici Beta-bloccanti Narcotici Altri Tabella 2 Esempi di interazioni tra farmaci metabolizzati dal CYP2D6 Farmaci interferenti Fluoxetina- Propranololo Paroxetinadestrometorfano Fluoxetinanefazodone o trazodone Meccanismo dell interazione La fluoxetina è un potente inibitore del CYP2D6 e provoca quindi un aumento delle concentrazioni plasmatiche di propranololo. La paroxetina è un potente inibitore del CYP2D6 e provoca quindi un aumento delle concentrazioni plasmatiche di destrometorfano La fluoxetina è un potente inibitore del CYP2D6. Essa provoca l aumento delle concentrazioni plasmatiche del metabolita attivo del nefazodone (o trazodone) che è substrato dello stesso enzima e che non viene quindi ulteriormente metabolizzato. Conseguenze cliniche Vertigini, perdita di coscienza, alterazioni elettrocardiografiche Dispnea, nausea, tachicardia, ipertensione, sudorazione e confusione. Ansietà, anoressia. 9. Citocromo P450 3A4 (CYP3A4) Nell uomo, la sottofamiglia del CYP3A è composta da almeno 4 geni ed il CYP3A4 sembra essere il più importante espresso sia nel fegato che nell intestino. La variabilità interindividuale nell attività catalitica è accentuata, tuttavia finora non è stata dimostrata l esistenza di alcun polimorfismo genetico. I CYP3A rappresentano circa il 30 % di tutti gli isoenzimi del CYP450 presenti a livello epatico ed essendo

8 caratterizzati una ampia specificità di substrato, contribuiscono al metabolismo di circa il 50 % dei farmaci utilizzati. Numerosi composti sono stati identificati come substrati del CYP3A4, tra cui antidepressivi triciclici (amitriptilina, clomipramina, imipramina), benzodiazepine (alprazolam, midazolam, triazolam), calcioantagonisti (nifedipina, felodipina, diltiazem, verapamil), antibiotici (eritromicina, claritromicina, dapsone), antistaminici (terfenadina, astemizolo), e molti altri tra cui la ciclosporina, l alfentanil e il lovastatin. Il CYP3A3/4 è anche responsabile del metabolismo di alcuni ormoni endogeni come ad esempio della 6bidrossilazione di cortisolo, testosterone e desametasone. Farmaci quali gli antifungini azolici (ketoconazolo, itraconazolo, fluconazolo), antibiotici macrolidi (eritromicina claritromicina troleandromicina) e la cimetidina, sono potenti inibitori di questa isoforma. E interessante ricordare inoltre che anche alcuni flavonoidi naturali presenti nel succo di pompelmo (narigenina, quercitina) sono in grado di inibire il CYP3A4, e possono quindi determinare significative interazioni (midazolam, nifedipina, felodipina). Il CYP3A4 è anche soggetto all effetto induttore di farmaci quali alcuni antiepilettici (carbamazepina, fenitoina), barbiturici, rifampicina e glucocorticoidi (desametasone). Esempi relativi al fenomeno dell induzione del CYP3A4 sono la riduzione dell efficacia dei contraccettivi orali in seguito ad una diminuzione dei livelli di estradiolo o l effetto induttivo della carbamazepina sul suo stesso metabolismo (autoinduzione) che si evidenzia in poco più di una settimana di terapia. Riveste un certo interesse il fatto che l attività del CYP3A4 sembra essere più elevata nelle donne che negli uomini come dimostrato con il metilprednisolone. Si deve infine ricordare che il CYP3A4 è l enzima maggiormente rappresentato a livello del tratto gastrointestinale, dove può essere responsabile del metabolismo di molti farmaci (terfenadina, astemizolo, triazolam). Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori dell enzima, e di alcune comuni interazioni è presentato nelle tabelle 3 e 4. Tabella 3 Substrati, inibitori, ed induttori del CYP3A4 SUBSTRATI INIBITORI INDUTTORI Antidepressivi (Imipramina, amitriptilina, sertralina, venlafaxina, nefazodone) Benzodiazepine (alprazolam, triazolam, midazolam) Antifungini (ketoconazolo, astemizolo) Inibitori delle proteasi (ritanovir, indinavir, nelfinavir, saquinavir) Antidepressivi (Nefazodone > fluvoxamina > fluoxetina > sertralina, paroxetina, venlafaxina) Antifungini azolici (Ketoconazolo, itraconazolo, fluconazolo) Carbamazepina Desametasone Fenobarbitale Fenitoina Rifampicina Altri Terfenadina Verapamil Testosterone Teofillina Carbamazepina Cisapride Desametasone Eritromicina Etinilestradiolo Gliburide Ciclosporina Lovastatina Altri Cimetidina Claritromicina Diltiazem Eritromocina Inibitori delle proteasi

9 Tabella 4 Esempi di interazioni tra farmaci metabolizzati dal CYP3A4 Farmaci interferenti Fluoxetinacalcio antagonisti Fluoxetinaalprazolam Astemizoloketoconazolo Meccanismo dell interazione La fluoxetina, attraverso la formazione del metabolita norfluoxetina, inibisce l attività del CYP3A4, enzima che metabolizza molti calcio antagonisti. La fluoxetina, attraverso la formazione del metabolita, norfluoxetina, inibisce l attività del CYP3A4, enzima che metabolizza l alprazolam. L interazione non è stata evidenziata con il triazolam, il quale viene metabolizzato principalmente a livello gastrointestinale. Il ketoconazolo è un potente e selettivo inibitore del CYP3A4, utilizzato a tale scopo anche negli studi in vitro, e può inibire quasi completamente il metabolismo dell astemizolo. Conseguenze cliniche Nausea, vampate, edema, mal di testa. Diminuzione delle capacità cognitive e dell attività psicomotoria. Cardiotossicità 10. Citocromo P450 1A2 (CYP1A2) Il CYP1A2 rappresenta circa il % degli isoenzimi del CYP450 a livello epatico. Tra i farmaci da esso metabolizzati ricordiamo gli antidepressivi triciclici, il paracetamolo, la fenacetina, le metilxantine, quali caffeina (che viene utilizzata quale marker nei test di fenotipizzazione) e teofillina, ed ancora clozapina, tacrina, ecc. Sebbene per questo enzima non sia stata evidenziata l esistenza di polimorfismo genetico, la sua attività varia notevolmente da individuo ad individuo. In particolare è stato dimostrato che l attività del CYP1A2 è più elevata nelle donne e nei soggetti di razza nera rispetto agli uomini ed ai soggetti di razza bianca. Il fumo di sigaretta, alcuni alimenti quali broccoli e cavoletti di Brussel, o ancora i cibi cotti alla brace, possono indurre l attività del CYP1A2. L effetto induttore del fumo spiega anche perché i soggetti fumatori richiedono dosi maggiori di teofillina, substrato di tale enzima. E stato dimostrato ancora che le concentrazioni plasmatiche di fluvoxamina, dopo una singola dose orale, sono circa il doppio in soggetti non fumatori rispetto a quelle riscontrate in soggetti fumatori. L enzima può essere inoltre inibito da farmaci quali la fluvoxamina, furafillina e i chinoloni (ciprofloxacina, norfloxacina, ofloxacina). Una importante interazione che coinvolge l attività di questo isoenzima riguarda l inibizione del metabolismo della teofillina, farmaco che in Inghilterra risulta essere prescritto a più di 3.5 milioni di persone ogni anno. La terapia concomitante con farmaci inibitori del CYP1A2 (fluvoxamina, chinoloni) potrebbe portare a severi effetti tossici da teofillina, caratterizzata da uno stretto indice terapeutico, e anche alla morte per concentrazioni plasmatiche molto elevate. Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori dell enzima, e di alcune comuni interazioni è presentato nelle tabelle 5 e 6. Tabella 5 Substrati, inibitori, ed induttori del CYP1A2 SUBSTRATI INIBITORI INDUTTORI Amitriptilina Clomipramina Clozapina Fluvoxamina Succo di pompelmo Chinoloni Omeprazolo Fenobarbitale Fenitoina

10 Inipramina Propranololo R-warfarina Teofillina Tacrina Rifampicina Fumo di sigaretta Cibi cotti alla brace Broccoli Cavoletti di Brussel Tabella 6 Esempi di interazioni tra farmaci metabolizzati dal CYP1A2 Farmaci interferenti Meccanismo dell interazione Conseguenze cliniche Fluvoxaminaantidepressivi triciclici (ammine terziarie) Fluvoxaminateofillina Fluvoxamineclozapina La fluvoxamina è un potente inibitore del CYP1A2 e blocca quindi la reazione di demetilazione delle ammine terziarie (imipramina e amitriptilina) ad ammine secondarie (desipramina e nortriptilina), le quali verrebbero successivamente metabolizzate dal CYP2D6. La fluvoxamina è un potente inibitore del CYP1A2 e determina quindi l inibizione del metabolismo della teofillina con conseguente pericoloso aumento delle sue concentrazioni plasmatiche La fluvoxamina è un potente inibitore del CYP1A2 e determina quindi l inibizione del metabolismo della clozapina, la quale è metabolizzata principalmente dal CYP1A2 ma anche dal CYP3A4. Tremore, secchezza delle fauci, costipazione e confusione (tipici effetti indesiderati da triciclici) Tachicardia, palpitazioni, aritmie, anoressia, vomito, nausea, diarrea, disidratazione, albuminuria, febbre, insonnia, irritabilità, delirio, convulsioni. Sedazione eccessiva, ipotensione ortostatica, scialorrea. 11. Citocromo P450 2C9 (CYP2C9) Il CYP2C9 è l isoenzima più rappresentato della sottofamiglia del CYP2C ed in particolare costituisce circa il 18 % degli isoenzimi del CYP450 a livello epatico. Esso catalizza l idrossilazione dell S-enantiomero del farmaco anticoagulante warfarina, farmacologicamente più potente dell enantiomero R, con formazione di metaboliti inattivi. L inibizione di tale isoforma può pertanto portare a conseguenze clinicamente importanti. Il fluconazolo, il metronidazolo, il miconazolo e l amiodarone sono alcuni esempi di farmaci che possono provocare un marcato aumento del tempo di protrombina in seguito all inibizione del metabolismo della S- warfarina. Il CYP2C9 è coinvolto inoltre nelle reazioni di idrossilazione di numerosi FANS, quali diclofenac, ibuprofene, acido mefenamico, piroxicam e tenoxicam, nonché di altri farmaci di una certa importanza, quali ad esempio tolbutamide e fenitoina. Per il CYP2C9 è stata dimostrata l esistenza di polimorfismo genetico. Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori dell enzima, e di alcune comuni interazioni è presentato nelle tabelle 7 e 8. Tabella 7 Substrati, inibitori, ed induttori del CYP2C9 SUBSTRATI INIBITORI INDUTTORI FANS Fluconazolo Rifampicina

11 Fenitoina S-warfarina Torsemide Ketoconazolo Metronidazolo Itraconazolo Ritanovir Tabella 8 Esempi di interazioni tra farmaci metabolizzati dal CYP2C9 Farmaci interferenti S-warfarinfluconazolo Fenitoinafluconazolo S-warfarinfluvoxamina Meccanismo dell interazione Il fluconazolo è un inibitore del CYP2C9 e può quindi inibire il metabolismo della warfarina. Il fluconazolo è un inibitore del CYP2C9 ed può inibire quindi il metabolismo della fenitoina La fluvoxamina tra tutti gli l SSRI è quello che inibisce maggiormente il CYP2C9 e può quindi avere un effetto inibitore anche sul metabolismo della warfarina. Conseguenze cliniche Aumento del tempo di protrombina (emorragie) Tossicità da fenitoina Aumento del tempo di protrombina (emorragie) 12. Citocromo P450 2C19 (CYP2C19) L enzima polimorfico CYP2C19 costituisce circa il 4 % degli isoenzimi del CYP450 a livello epatico. E stato evidenziato che circa il 3-5 % dei Caucasici e l 8 %-23 % degli Orientali è privo di tale isoenzima in seguito ad una mutazione genetica. Il CYP2C19 catalizza il metabolismo degli antidepressivi imipramina, amitriptilina, clomipramina, citalopram e moclobemide, così come quello del diazepam, del desmetildiazepam, dell omeprazolo, del proguanil, e della mefenitoina (che viene utilizzata quale marker nei test di fenotipizzazione insieme all omeprazolo). L attività dell enzima sembra essere sensibile all età. Questo potrebbe spiegare l aumento delle concentrazioni plasmatiche di citalopram, metabolizzato appunto dal CYP2C19, nei soggetti anziani rispetto ai più giovani. Un esempio invece delle conseguenze del polimorfismo genetico di tale enzima è quello relativo al farmaco antimalarico proguanile. Il profarmaco inattivo viene biotrasformato a cicloguanile attivo dal CYP2C19. Nei soggetti PM per tale enzima, l azione antimalarica del farmaco può essere quindi notevolmente diminuita o assente. Nonostante la presenza di polimorfismo genetico e gli importanti farmaci che vengono metabolizzati da questa isoforma del citocromo P450, non sono stati evidenziati importanti esempi sia di interazioni che di effetti avversi da farmaci in soggetti PM o privi dell enzima. Un elenco dei substrati ed inibitori di questa isoforma e presentato in tabella 9. Tabella 9 Substrati ed inibitori del CYP2C19 SUBSTRATI Clomipramina Diazepam Imipramina Omeprazolo Propranololo INIBITORI Fluoxetina Sertralina Omeprazolo Ritanovir

12 13. Citocromo P450 2E1 (CYP2E1) Il CYP2E1 costituisce circa il 9 % degli isoenzimi del citocromo P450 a livello epatico. Esso rappresenta l unica isoforma soggetta ad un potente effetto induttore da parte dell etanolo. Il CYP2E1 metabolizza un ampia gamma di composti con strutture differenti, in particolare molecole piccole ed idrofobiche, compresi alcuni potenziali agenti carcinogeni ed epatotossici, dei quali sembra mediare gli effetti in seguito all attivazione metabolica. L espressione di questo enzima è regolata da diversi xenobiotici, molti dei quali sono anche substrati, che sono quindi capaci di indurre il loro stesso metabolismo (acetone, etanolo, piridina, pirazolo, isoniazide). Alcune eccezioni a tale comportamento, cioè substrati che non inducono l enzima, sono l acetaminofene (paracetamolo), il butadiene, il clorzoxazone ed il tetracloruro di carbonio. L imidazolo al contrario, sembra indurre il CYP2E1 senza essere un substrato. A tal proposito ricordiamo che l effetto induttore di un farmaco che non è substrato dell enzima indotto, può anche essere mediato da un effetto fisiologico quale ad esempio il digiuno, e ciò sembra essere particolarmente vero per il CYP2E1. La quantità di grassi nella dieta e la loro composizione, sembra infatti di particolare importanza nel determinare l attività di questa isoforma. Un elenco dei substrati, inibitori ed induttori di questa isoforma e presentato in tabella 10. Tabella 10 Substrati, inibitori, ed induttori del CYP2E1 SUBSTRATI INIBITORI INDUTTORI Acetaminofene Etanolo Isoniazide Etanolo Metanolo Benzene Dietiletere Cloroformio Tetracloruro di carbonio Acidi grassi (linoleico, linolenico, arachidonico) Disulfiram Etanolo Isoniazide Imidazolo Ketoconazolo Acetaldeide Dietiletere Benzene 14. Bibliografia 1. Goldenberg MM (1998) Safety and efficacy of sidenafil citrate in the treatment of male erectile dysfunction. Clin Ther 20: Yun CH, Okerholm RA and Guengerich FP (1993) Oxidation of the antihistaminic drug terfenadine in human liver microsomes. Role of cytochrome P-450 3A(4) in dealkylation and C-hydroxylation. Drug Metab Dispos 21: Jurima-Romet M, Crawford K, Cyr T and Inaba T (1994) Terfenadine metabolism in human liver. In vitro inhibition by macrolide antibiotics and azole antifungals. Drug Metab Dispos 22: Ernst ME and Kelly MW (1998) Mibefradil, a pharmacologically distinct calcium antagonist. Pharmacotherapy 18: Krayenbuhl JC, Vozeh S, Kondo-Oestreicher M and Dayer P (1999) Drug-drug interactions of new active substances: mibefradil example. Eur J Clin Pharmacol 55: Wan Po Alain Li and Zhang WY (1998) What lessons can be learnt from withdrawal of mibefradil from the market? Lancet 351: Craig CR and Stitzel RE. Farmacologia moderna, 4 th ed. Boston: Little, Brown, Goodman and Gilman. Le basi farmacologiche della terapia, 9 th ed. McGraw-Hill, New York, Parke DV. Cytochrome P450 metabolic and toxicological aspects, 2 nd ed. Costas Ioannides, Philpot RM (1991) Characterization of cytochrome P450 in extrahepatic tissues. Meth Enzymology 206:

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