ABC transzporterek és izotiocianátok: A farmakokinetikai étrend – gyógyszer kölcsönhatások lehetősége

Absztrakt

Az izotiocianátok, a rákellenes szerek egy csoportja, keresztesvirágú zöldségekből, például brokkoliból, káposztából és vízitormaból származnak, és számos rákmodellben és epidemiológiai tanulmányban kimutatták a kemopreventív aktivitást. A rákmegelőzés és a rákellenes alternatív terápiák iránti érdeklődés miatt az ezeket a vegyületeket tartalmazó gyógynövény-kiegészítők és zöldségek fogyasztása elterjedt és növekszik. Az izotiocianátok kölcsönhatásba lépnek az ATP-kötő kazetta (ABC) efflux transzporterekkel, például a P-glikoproteinnel, az MRP1, az MRP2 és a BCRP-vel, és befolyásolhatják ezen transzporterek szubsztrátjainak farmakokinetikáját. Ez az áttekintés az izotiocianátok farmakokinetikai tulajdonságait, az ABC transzporterekkel való kölcsönhatásukat tárgyalja, és néhány adatot ismertet, amelyek leírják az izotiocianát által közvetített étrend – gyógyszer kölcsönhatások lehetőségét.

Bevezetés

Az izotiocianátok (ITC-k) olyan vegyületek osztályát alkotják, amelyekről ismert, hogy rákmegelőző tulajdonságokkal rendelkeznek, és konjugátumokként széles körben fordulnak elő Brassica-ban és a Cruciferae család egyéb zöldségei (pl. Káposzta, karfiol, kelbimbó, vízitorma, brokkoli, kelkáposzta) és a Raphanus nemzetség (retek) és daikonok). A szerves ITC-k (R-N = C = S) a növényekben tioglikozid konjugátumként, glükozinolátként ismertek. A növényi sejtek károsodásából, például vágásból és rágásból, felszabadul a mirozináz (β-tioglikozid-glükohidroláz), amely katalizálja a glükozinolátok hidrolízisét és az ITC-k képződését Lossen-átrendeződéssel [1]. A bél mikroflóra hidrolizálhatja a glükozinolátumokat az emberekben is ITC-kké [2]. Az allil-izotiocianát, a benzil-izotiocianát (BITC), a fenetil-izotiocianát (PEITC) és a szulfafafán a természetben előforduló izotiocianátok. Az 1. ábra több izotiocianát szerkezetét sorolja fel.

Néhány természetben előforduló izotiocianát szerkezetét tanulmányozták az ABC transzporterekkel való kölcsönhatásra

Az izotiocianátok számos epidemiológiai vizsgálatban, valamint a rák állatmodelljeiben kimutatták, hogy csökkentik a rák kockázatát [3,4]. Korai tanulmányok ezen a területen arról számoltak be, hogy a brokkoli és a vízitorma (amelyek izotiocianátok forrásai) bevitele csökkentheti a tüdőrák kockázatát azáltal, hogy gátolja a prokarcinogének aktiválásáért felelős CYP450 enzimeket [5,6]. Azóta az izotiocianátoknak sokféle hatása van. A CYP450 gátlás mellett az izotiocianátokról beszámoltak arról, hogy olyan II. Fázisú enzimeket indukálnak, mint az UDP-glükuronoszil-transzferázok (UGT), a szulfotranszferázok (SULT) és a kinonreduktázok (QR-k), amelyek mind szerepet játszanak az aktivált rákkeltők méregtelenítésében [7, 8]. Az apoptózis kiváltása fontos mechanizmus, amellyel az izotiocianátok kifejtik rákellenes hatásukat [9,10]. Legutóbb az izotiocianátokról is kimutatták, hogy antiangiogén aktivitást mutatnak, ami egy másik hatásmechanizmust jelenthet [11]. Az izotiocianátok rákellenes hatásainak mechanizmusait korábban másutt is felülvizsgálták [12].

Ebben az évtizedben számos tanulmány feltárta az izotiocianátok egy másik tulajdonságát: ezek számos ABC transzporter szubsztrátjai és inhibitorai. Az ABC transzporterek sokféle szubsztrátumot szállítanak a sejtmembránokon, koncentrációgradienssel szemben. Ezeket a transzportereket számos szolid daganat is túl expresszálja, ami hozzájárul a rákban megfigyelt többféle gyógyszer-rezisztenciához, és izotiocianátok általi gátlásuk ezen vegyületek másik rákellenes hatását jelentheti [13,14]. Az ABC transzporterek azonban az exogén vegyületek felszívódásában és eliminálásában részt vevő számos szövetben is bazális szinten expresszálódnak, és izotiocianátok általi gátlásuk diéta-gyógyszer kölcsönhatáshoz vezethet. Ez a cikk leírja az izotiocianátok és az ABC transzporterek közötti kölcsönhatásokat, valamint azt, hogy ezek miként befolyásolhatják az együtt alkalmazott gyógyszerek farmakokinetikáját.

Izotiocianátok farmakokinetikája

Az izotiocianátok nemcsak mindenütt jelen vannak az étrendben, hanem mivel rákellenes aktivitást mutattak, gyógynövény-kiegészítőkben szárított növényi kivonatokként is forgalmazzák őket, például Cruciferous Vegetable Blend ® (Nature's Way) [15]. Ennek eredményeként az étrend és az étrend-kiegészítők bevitele révén az izotiocianátoknak való kitettség jelentős. Patkányokon és embereken számos izotiocianát farmakokinetikai tulajdonságait vizsgálták. Az izotiocianátoknak nagy az orális biohasznosulása, és a beadott dózisoknál nem mutatnak káros reakciókat. Az izotiocianátok glutation-S-transzferázok által közvetített metabolizmuson mennek keresztül, és amint azt itt részletesen tárgyaljuk, az ABC transzporterek szubsztrátjai. Az izotiocianátok nemlineáris eliminációs profilokat mutatnak, amelyek következményei lehetnek enzim vagy transzporter telítettség, vagy mindkettő.

A PEITC farmakokinetikája patkányokban. A bal oldali panel a PEITC dózisban normalizált plazmakoncentrációit mutatja patkányokban, amelyekben 2 (●), 10 (○), 100 (▲) és 400 (△) μmol/kg PEITC-t adagoltak. A jobb oldali panel a PEITC plazmakoncentrációit ábrázolja 10 (▼) és 100 (▽) μmol/kg dózis per os beadása után. Az adatokat átlag ± SD-ként fejezzük ki, n = 3-4. A PEITC koncentrációkat specifikus LC/MS/MS assay-vel határoztuk meg. Sokszorosítva innen: [16], Elsevier engedélyével

A PEITC farmakokinetikai profilja emberben 100 g vízitorma elfogyasztása után. Az adatok átlag ± SD, n = 3–4. Sokszorosítva innen: [17], Elsevier engedélyével

Az 1-NITC farmakokinetikája patkányokban. A bal oldali panel az 1-NITC dózis-normalizált plazmakoncentrációit mutatja patkányokban, az 1-NITC jelzett dózisaival. A jobb oldali panel a dózissal normalizált plazmakoncentrációt mutatja az 1-NITC orális beadása után. Az adatokat átlag ± SD-ként fejezzük ki, n = 4. Sokszorosítva [18] -ból a Wiley Interscience engedélyével

A szulforafán plazmakoncentrációja az idő függvényében 50 μmol orális szulforafán adag után patkányokban. Az eredmények átlag ± SD, n = 3. Sokszorosítva innen: [19], az ASPET kiadványainak engedélyével

Asztal 1

Az izotiocianátok farmakokinetikája

ITCÁllatmodell/klinikai vizsgálat - dózis Félélet más paraméterek Nemlineáris farmakokinetika Referencia

PEITC	Emberek - 100 g vízitorma	4,9 óra	Cmax: 928 nM Tmax: 2,6 óra CL/F: 29,5 l/óra	ND	[17]
PEITC	Patkányok 16,3 mg/kg – szájon át 66 mg/kg-i.v.	13,1 óra (i.v.)	Cmax: 42,1 μM Tmax: 2,0 óra	Igen	[16]
Sulforaphane	Patkányok 265 mg orálisan	4,9 óra	Cmax: 60 μM AUC: 491 μmol/l óra	ND	[20]
Sulforaphane	Patkányok 88,5 mg orálisan	2,23 óra	Cmax: 20 μM Tmax: 4 óra	ND	[19]
NITC	Patkányok 75 mg/kg-i.v.	8,2 óra	Igen	[18]

ÉN, nincs meghatározva.

Az izotiocianátok különböző szövetekben oszlanak el, ami annak a lehetőségének a kialakulásához vezet, hogy az ITC-k befolyásolhatják az együtt beadott gyógyszer szubsztrátok transzporter által közvetített eloszlását. Vizsgálták a PEITC és a fenhexil-izotiocianát szöveti eloszlását, és ezek a vegyületek eloszlanak a hasnyálmirigyben, a lépben és az orr nyálkahártyájában [21]. Emberekben a sulforaphane jelentősen eloszlik az emlőmirigyben [20].

Az izotiocianátok metabolizmusát főleg emberen tanulmányozták. Az ITC-k konjugációját és kiválasztását döntően az M1 glutation S-transzferáz (GSTM1) és a GSTT1 [22] katalizálja, bár számos más GST, köztük a GST A1, P1, M2 és M4 is kisebb mértékben érintett. Ezeket a konjugátumokat az ABC transzporterek is szállítják, és felelősek az in vitro megfigyelt intracelluláris glutation-kimerülésért [23]. Az in vivo megfigyelt nemlinearitás ennek a kiáramlásnak a telítettségéből, vagy a szülő anyagcseréjének csökkenéséből adódhat, és a glutation fogyása hozzájárulhat az in vivo megfigyelt nemlineáris farmakokinetikához.

Az izotiocianát-ABC transzporter kölcsönhatások azonosítása

ATP-eredetű energia felhasználásával az ATP-kötő kazetta (ABC) transzporterek működnek a sejtmembránon, hogy a molekulákat koncentrációgradienssel szállítsák. A gyógyszer-metabolizáló enzimekhez hasonlóan elsődleges funkciójuk valószínűleg az endogén molekulák transzportja, de a xenobiotikumok és az endogén anyagok közötti szerkezeti hasonlóság miatt a gyógyszereket a sejtmembránokon keresztül is szállítják.

Ezek a membránfehérjék transzmembrán doménekből és egy nukleotidkötő doménből állnak [24]. Ezek endogén módon vannak jelen az abszorpcióban és eliminációban részt vevő szövetekben, és befolyásolhatják az e szövetek által feldolgozott gyógyszerek elhelyezkedését is. Ezen túlmenően, mivel a transzporterek széles körben vannak jelen más szövetekben, például a hepatociták epeúti csatornáiban, az enterociták apikális membránjaiban és a különböző vér-szöveti gátakban, fontos szerepet játszanak a gyógyszereloszlásban is. Az izotiocianátokkal való kölcsönhatásuk miatt vizsgált ABC transzporterek közé tartoznak a P-glikoprotein (P-gp, ABCB1), a multirezisztens fehérje 1 (MRP1, ABCC1), a multirezisztencia fehérje 2 (MRP2, ABCC2) és az emlőrák-rezisztencia fehérje (BCRP, ABCG2). A transzporterek, a BCRP kivételével, amelyet fél transzporternek neveznek, legalább 12 transzmembrán doménből és egy ATPáz aktivitással rendelkező nukleotidkötő doménből állnak. A BCRP csak hat transzmembrán doménből és egy nukleotidkötő doménből áll, ATPáz aktivitással. Az ezeket a transzportereket expresszáló szöveteket, valamint az általuk szállított vegyületeket a 2. táblázat tartalmazza .

2. táblázat

Az ABC transzporterek izotiocianát-transzport kölcsönhatásokat vizsgáltak

TransporterSzövet kifejezéseEndogén szubsztrátokDrug szubsztrátokReferenciák

PgP	A hámsejtek apikális felületei pl. bél, epeúti tubulusok, vese, vér – agy gát	Opioid peptidek, pl. β-endorfin	Morfin, Verapamil, Daunomycin	[25–27]
MRP1	A hepatociták csatornás membránjai	Epesók, ösztradiol-3-szulfát Ösztradiol-17-glükuronid	Mitoxantron szakinavir Eritromicin	[28]
MRP2	A bél, a májsejtek és a vese hámsejtjeinek apikális membránjai	Ösztradiol-17-glükuronid Ösztradiol-3-glükuronid	Glükuronid/szulfát konjugátumok, gyógyszerek glutation konjugátumai, metotrexát, mitoxantron.	[29–31]
BCRP	Hepatociták, bél, emlőmirigy, placenta	Ösztradiol-3-szulfát Ösztradiol-17-glükuronid, dehidroepiandroszteron	Gyógyszerek glükuronid/szulfát konjugátumai, ösztradiol, metotrexát, topotekán	[32,33]

Az MRP1 (ABCC1) és az MRP2 (ABCC2) a multirezisztens asszociált fehérjecsalád tagja, amely kilenc tagból áll [34]. A két transzporter hasonló szubsztrát-specifitással rendelkezik, negatív töltésű vegyületeket, például sok vegyület glutationját, glükuronidját és szulfátkonjugátumait, például izotocianátok glükationkonjugátjait, valamint glükuronid- és szulfátkonjugált ösztrogéneket szállítja a gyógyszer szubsztrátok mellett [29,30,35, 36]. Az MRP1 a tüdő, a herék és a vesék hámsejtjeinek bazolaterális membránjában expresszálódik. Az MRP2 apikális membránokban expresszálódik a hepatociták, a proximális vese tubulusok, a vékonybél, a vastagbél, az epehólyag és a placenta epebeli csatornáiban [37–39].

További vizsgálatok kimutatták, hogy számos izotiocianát növelheti az MRP1 és P-gp szubsztrátok felhalmozódását azokban a sejtekben, amelyek túl expresszálják ezeket a transzportereket (MCF7/ADR sejtek túl expresszálják a P-gp és Panc-1 sejtek túl expresszálják az MRP1-et) [13, 41]. A sejteket daunomycin vagy vinblastin szubsztrátokkal inkubáltuk 2 órán át, 100 μM különféle izotiocianátokkal együtt. A NITC erőteljes hatást fejtett ki a vinblasztin és a daunomycin ezekben a sejtekben való felhalmozódására (a daunomicin és a vinblasztin esetében 4–40-szeres, MCF7/ADR sejtekben pedig 3–5,5-szeres, a daunomycin és a vinblastin esetében pedig Panc-1 sejtekben 3–5,5-szörös). A BITC és a PEITC szintén jelentős növekedést okozott a daunomycin akkumulációjában a CaCo2 sejtrétegekben (1,75-szeres, illetve 1,85-szeres) [41]. A PEITC-kezelés a vinblasztin felhalmozódásának kétszeres növekedését eredményezte a Panc-1 sejtekben, az MCF7/ADR sejtekben azonban nem, ami arra utal, hogy ez nem P-gp inhibitor. Az izotiocianátok általi gyenge P-gp gátlást Barecki-Roach et al. [42]. A 100 μM koncentrációban vizsgálva a PEITC vagy a BITC, de az 1-NITC nem, 2 óra inkubáció után csökkentette a sejtek GSH szintjét. A PEITC a kezeletlen sejtekben a kontrollérték 10 ± 3,5% -ára csökkentette a GSH-t, míg a BITC a kontrollérték 15,3 ± 6,4% -ára csökkentette a GSH-t.

A BCRP (ABCG2) szintén széles körben expresszálódik az összes szövetben, de a legnagyobb mértékű expressziót a placentában, a májban és a bél apikális membránjaiban mutatja. A BCRP felelős a glükuronid- vagy szulfátrészekkel konjugált endogén szteroidok kiáramlásáért. Néhány gyógyszer, amely ennek a transzporternek a szubsztrátja, a topotekán, mitoxantron, metotrexát, nitrofurantoin és szulfaszalazin [32].

A radioaktívan jelölt PEITC intracelluláris felhalmozódása a BCRP-ben expresszáló, túl expresszáló NCI-H460/MX20 sejtekben a 10 μM fumitremorgin C (FTC) kezeléssel 6,8-, 4,6-, 4,1-, 2,7- és 1,5-szeresére nőtt 5, 10, 25 és 50 μM PEITC koncentráció, ami arra utal, hogy a PEITC és/vagy metabolitjai BCRP szubsztrátok [43]. Ezt tovább megerősítették a BCRP-t túl expresszáló MCF7/MX100 sejtekből izolált, belülről jövő vezikulákban történő felhalmozódásának mérésével [44]. Mivel ezek a rendszerek nem rendelkeznek metabolizáló enzimekkel, a 14 C-jelölő anyag felhalmozódása az FTC-vel történő inkubálás után magának a PEITC-nek tulajdonítható, szemben az enzimatikus anyagcsere termékeivel. Az FTC (10 μM) 1,7-szeresére csökkentette a 25 μM PEITC ATP-függő felhalmozódását a belsejében lévő vezikulákban. Míg az izotiocianátok transzportjának versenyképes gátlása várható, mivel a PEITC a BCRP szubsztrátja, az izotiocianátok szintén gátolhatják a BCRP ATPázt, ami a BCRP gyógyszer szubsztrátok felhalmozódását eredményezi. Az ITC-k és az ABC transzporterek közötti kölcsönhatásokat a 3. táblázat tartalmazza .

3. táblázat

Az izotiocianátok, mint az ABC transzporterek szubsztrátjai/inhibitorai in vitro vizsgálatok