Vi siete mai chiesti perché, quando assumiamo dei farmaci, ognuno di noi risponde in maniera diversa ad uno stesso principio attivo? E, in generale, in che modo l’organismo riesca ad eliminare le sostanze terapeutiche tanto quanto quelle tossiche che quotidianamente immettiamo nel nostro corpo?
La risposta è in gran parte contenuta in una classe di enzimi coinvolti nella detossificazione di sostanze di scarto o comunque potenzialmente pericolose per l’organismo, che potranno così essere in seguito eliminate. Quella dei citocromi P450 è una complessa e ampia famiglia di proteine di membrana, la cui espressione è diversificata nei vari tessuti: il fegato ad esempio, in quanto organo principale per il metabolismo dei farmaci, ne conta una presenza considerevole.
Cosa Sono i Citocromi P450?
Il nome P450 deriva dalla caratteristica della proteina di presentare nell’analisi allo spettrofotometro un picco di assorbimento a 450 nm quando il ferro del gruppo prostetico eme dell’enzima si trova ridotto e coniugato al monossido di carbonio. Esistono numerosissime isoforme di citocromi P450, divise in famiglie e risultanti dall’espressione di un centinaio di geni, a dimostrazione della loro importanza in tutta una serie di pathway metabolici del nostro organismo.
In genere i P450 sono associati al reticolo endoplasmatico che fa parte della frazione microsomiale, ragion per cui ci si riferisce ad essi anche con il nome di monoossigenasi microsomiali. Come suggerisce tale denominazione, questa classe di enzimi svolge un ruolo di catalisi per reazioni di ossidazione che coinvolgono una gran quantità di substrati, siano essi di origine endogena (sostanze di scarto) o xenobiotici (farmaci, tossine).
Importanza Biochimica e Farmacologica
Va da sé che, per queste loro caratteristiche, i citocromi P450 sollevino un grande interesse tanto sotto un punto di vista biochimico quanto sotto quello farmacologico: i prodotti di ossidazione che si generano dall’intervento dei CYP in seguito alla somministrazione di un medicinale possono essere intermedi non tossici, che proseguiranno così nella loro strada verso l’eliminazione dall’organismo, ma anche talvolta intermedi tossici altamente reattivi, come ROS e radicali liberi.
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È importante inoltre notare che questa classe di enzimi è soggetta ad un notevole polimorfismo genetico, che si riflette in una diversa capacità individuale di risposta a un farmaco per ciascuno di noi. A complicare ulteriormente la faccenda ci si mette il fatto che esistano alcuni farmaci in grado di inibire l’enzima CYP e altri che, al contrario, ne incrementano l’attività.
Interazioni Farmacologiche
Tale fenomeno di interazione farmacologica si ripercuote in una attenzione particolare nel momento in cui si devono assumere in concomitanza medicinali che vadano ad ostacolarsi tra loro: un’inibizione del citocromo P450 ad esempio, comporterà un rallentato metabolismo del principio attivo, che quindi rimarrà più a lungo in circolo e a dosi più elevate. Inibitori dell’enzima CYP sono farmaci (come gli antibiotici o gli antivirus HIV), ma anche sostanze naturali, tra cui la più famosa è il succo di pompelmo.
Isoenzimi del Citocromo P450
Molti farmaci vengono metabolizzati dal 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. Tutte le isoforme enzimatiche del citocromo P450 sono proteine contenenti un gruppo eme che sono suscettibili a subire processi di inibizione ed induzione enzimatica.
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. 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).
Esiste una certa variabilità interindividuale nel contenuto e nellattività di diversi enzimi del citocromo P450. Tra i molteplici fattori responsabili di tale fenomeno, il polimorfismo genetico è sicuramente il più importante.
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Meccanismi di Inibizione
Nel caso dellinibizione due o più farmaci essendo metabolizzati dallo stesso enzima si determina una competizione di legame con diminuzione della metabolizzazione del farmaco con minore affinità. I meccanismi di inibizione degli enzimi CYP450 in base all'interazione che si instaura tra enzima e substrato (farmaco o suoi metaboliti) possono essere suddivisi in tre categorie: reversibili, quasi-irreversibili ed irreversibili.
Induzione Enzimatica
Alcuni farmaci e ed altre sostanze esogene (es. fenobarbitale, carbamazepina, fenitoina, etanolo, fumo di sigaretta, succhi di frutta, alcol, caffé, té) sono invece in grado di indurre, sia a livello epatico che extraepatico, diversi CYPs, tra cui il CYP 1A1, 1A2, 2C9, 2E1, 3A4. Mentre l'inibizione è immediata, linduzione è un processo lento, tempo-dipendente.
Le conseguenze più importanti della induzione dei CYPs nella terapia farmacologica sono:
- una riduzione degli effetti farmacologici in seguito ad un incremento del metabolismo del farmaco;
- una diminuzione della tossicità, attraverso una detossificazione più rapida,
- un aumento della tossicità, in seguito alla maggiore produzione di metaboliti reattivi.
Studio Caso-Controllo sul Polimorfismo del CYP2C9 e Sanguinamento Gastrointestinale
Molti antinfiammatori non steroidei, sia COX selettivi che non selettivi, sono metabolizzati dall'isoenzima P450 2C9 (CYP2C9). Due varianti (CYP2C9*2 and *3) comuni del gene del CYP2C9 incidono sull'attività dell'enzima.
Al fine di valutare l'impatto del polimorfismo del CYP2C9 sul rischio di sanguinamento gastroenetrico in utilizzatori in acuto di FANS, è stato condotto uno studio caso-controllo su 26 pazienti con sanguinamento da FANS endoscopicamente confermato e 52 soggetti di controllo senza lesioni endoscopiche appaiati per età, sesso ed uso di FANS. Sia i casi che i controlli erano HP negativi ed avevano assunto antinfiammatori non steroidei metabolizzati dal CYP2C9 (celecoxib, diclofenac, ibuprofene, naprossene o piroxicam). In tutti i soggetti sono stati studiati 2 polimorfismi del gene CYP2C9 corrispondenti agli alleli CYP2C9 *2 e *3.
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Considerando il CYP2C9*1/*1 quale variante tipo selvaggia, frequenze significativamente più elevate del CYP2C9*1/*3 (34.6% vs 5.8%; P < .001; OR 12.9; 95% CI da 2.917 a 57.922) e del CYP2C9*1/*2 (26.9% vs 15.4%; P = .036; OR, 3.8; 95% CI da 1.090 a 13.190) sono state identificate nei pazienti con sanguinamento rispetto a quanto osservato nei controlli, mentre non sono state rilevate differenze per quanto concerne la condizione di eterozigosi del CYP2C9*2/*3.
Considerando i portatori degli alleli, la presenza dell'allele CYP2C9*3 con un aumentato rischio di sanguinamento (adjusted OR, 7.3; 95% CI da 2.058a 26.004).
Gli Autori concludono che studiare il genotipo del CYP2C9 può identificare sottogruppi di pazienti a maggior rischio di sanguinamento quando trattati in acuto con farmaci antinfiammatori metabolizzati dal CYP2C9, ma ulteriori studi sono necessari per verificare l'efficacia sul campo di una strategia di tipizzazione del CYP2C9 prima di raccomandarla nella pratica clinica.
Lo studio in questione si propone di identificare uno dei "fattori X". La spiegazione della varianza residua "inspiegata" applicando le carte del rischio" di tossicità g-i per l'impiego dei FANS potrebbe risiedere proprio nel polimorfismo del CYP2C9. Lo studio essendo stato fatto su piccoli numeri presenta ampi intervalli di confidenza, dunque è interessante, ma non può fornire risposte definitive.
Certamente la magnitudo dei valori puntuali degli OR appare impressionante, pertanto se il ruolo del polimorfismo del CYP2C9 sulla tossicità g-i da FANS venisse confermato questo fattore rischierebbe di pesare assai di più rispetto ad altri che sono considerati da tutte le carte del rischio g-i da FANS.
Questo rafforzerebbe la necessità di valutare con estrema prudenza tutti i vari studi retrospettivi sulla tossicità G-I dei FANS e dei COXIB metabolizzati CYP2C9 poiché se una tale variabile con questa forza non fosse equamente distribuita tra i vari gruppi considerati creerebbe uno sbilanciamento di tale entità da rendere praticamente impossibile l'analisi dei dati a meno che non si operasse unanalisi di sensibilità considerando anche fattori esercitanti effetti di tale entità.
Occorre inoltre notare che il polimorfismo del CYP2C9 influenza pure la variabilità dellattività anticoagulante allorquando gli antinfiammatori vengono usati assieme al warfarin, come dimostrato dai risultati di uno studio in cui si è osservato che l incremento di incidenza dellINR oltre 6 è stato di 2.98 (95%; CI da 1.09 a 7.02) nei pazienti trattati con FANS e warfarin portatori dellallele CYP2C9*2 e 10.8 (95%; CI da 2.57 a 34.6) nei portatori dellallele CYP2C9*3 rispetto ai soggetti non portatori di tali alleli.
Funzionamento delle Monossigenasi Citocromo P450
Ora si prende in considerazione una famiglia di enzimi che fa parte delle reazioni di funzionalizzazione (di fase I). Questa famiglia di enzimi è quella delle monossigenasi citocromo P450 (abbreviato a CYP o P450). Un citocromo è un'emoproteina, come l'emoglobina, perché contiene il gruppo -EME. Perché questa emoproteina si chiama citocromo P450? Questa emoproteina, quando è legata al monossido di carbonio (CO) e viene posta in uno spettrofotometro, ha un picco di assorbimento di 450 nm. Quindi il nome P450 è derivato dall'assorbimento che presenta il citocromo legato con il monossido di carbonio.
Non esiste un solo citocromo P450, ma esistono altri isoenzimi che appartengono a questa superfamiglia. Questi isoenzimi sono CYP 1A2, 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4, 3A5, 4A11 e 7. Tra queste isoenzimi i CYP 1A2, 2A6, 2C9, 2D6, 2E1 e 3A4 sono le isoforme maggiormente responsabili del metabolismo epatico dei farmaci e degli xenobiotici. Senza questi enzimi il nostro organismo non è in grado di metabolizzare né le sostanze endogene, né le sostanze esogene.
Queste monossigenasi non lavorano da sole, ma hanno bisogno del contributo del NADPH (fornisce potere riducente), inoltre hanno bisogno di un altro enzima che si chiama NADPH-reduttasi e naturalmente hanno bisogno di ossigeno. Innanzitutto ci si trova sulla membrana del reticolo endoplasmatico perché si è a livello microsomiale. Sulla membrana c'è la presenza del Citocromo P450 e vicino a questa emoproteina c'è la presenza dell'enzima NADPH-reduttasi. Il rapporto è di 1:10 tra citocromo e NADPH-reduttasi.
Questi due enzimi utilizzano l'ossigeno molecolare per introdurre un ossigeno nella molecola e contemporaneamente si ha l'eliminazione di una molecola di acqua. La molecola di partenza (RH) nel primo passaggio si lega al Cyt P450 e in condizioni di inattività all'interno del gruppo -EME il ferro si trova in forma ossidata 3+. La molecola RH-CytP450 nel secondo passaggio acquisisce un elettrone che gli viene fornito dal contatto con la flavoproteina, la quale passa dalla forma ridotta alla forma ossidata, perché il NADPH perde un idrogeno e diventa NADP+. A questo punto, il ferro all'interno del gruppo -EME non è più in forma 3+ ma è in forma 2+ visto che la molecola ha acquisito un elettrone.
Nel terzo passaggio c'è l'interazione con l'ossigeno molecolare e con un altro elettrone, che viene fornito da un'altra reduttasi; si formerà un complesso altamente instabile con presenza di ossigeno all'interno della molecola del farmaco. A questo punto si ha una forma chimica instabile ricca di energia che ha bisogno di scindersi per passare a delle forme energicamente più stabili. Nel penultimo passaggio la molecola instabile si degrada e si origina il Cyt P450 con il ferro 3+, viene liberata una molecola d'acqua. Infine viene liberata la nostra molecola di partenza con attaccato un gruppo ossidrile (RH-OH), quindi molto più polare, e dall'altra parte il Cyt P450 con il ferro 3+.
Influenza sulla Velocità di Biotrasformazione
Questa superfamiglia dei citocromi fa parte degli enzimi microsomiali, quindi possono essere ipoattivati od iperattivati. Nel caso di iperattività il fegato aumenta di peso, vista la maggior attività di questi enzimi, portando anche ad un proliferazione del reticolo endoplasmatico. Inoltre, durante l'induzione enzimatica si ha un aumento della trascrizione e traduzione proteica. Nel caso di repressione dell'attività enzimatica abbiamo una riduzione dell'efficacia di metabolizzazione del farmaco, viceversa succede con l'induzione.
Concentrazione del citocromo P450, quantità di reduttasi e affinità del farmaco per il Cyt P450 sono caratteristiche che possono far variare la velocità di biotrasformazione, quindi possono indurre o reprimere l'attività enzimatica con una conseguente influenza sulla velocità di metabolizzazione, durata ed efficacia del farmaco.
La repressione enzimatica è meno frequente, anche se alcuni farmaci possono inibire l'attività enzimatica del sistema microsomiale epatico. L'inibizione enzimatica produce un rallentamento del metabolismo, con un conseguente aumento dei livelli plasmatici del farmaco originario ed infine un aumento dell'incidenza di tossicità. Si è notato che l'attività repressiva è un processo che è tutto l'inverso dell'induzione enzimatica e può produrre persino degli effetti tossici (prevalentemente effetti epatotossici). Gli effetti sono tossici perché il farmaco non viene metabolizzato ed allontanato velocemente dall'organismo, di conseguenza rimane per lungo tempo in circolazione.
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