Departamentul de Toxicologie, Institutul de Farmacologie și Toxicologie Academia Națională de Științe Medicale din Ucraina, Ucraina

Trimiterea: 26 octombrie 2017; Publicat: 14 noiembrie 2017

* Autorul corespunzator: Bondarenko Larysa Borysivna, Departamentul de Toxicologie, Institutul de Farmacologie și Toxicologie Academia Națională de Științe Medicale din Ucraina, str. Eugene Pottier, 14, Kiev, 03680, Ucraina, Tel: + 38067-683-2659; E-mail: [email protected]

Cum se citează acest articol: Bondarenko L B, Shayakhmetova G M, Voronina A K, Kovalenko V M. Efectele metforminei asupra citocromelor CYP3А, CYP2С și CYP2Е1 care funcționează la sindromul metabolic la șobolani de vârstă diferită. Curre Res Diabetes & Obes J. 2017; 4 (4): 555645. DOI: 10.19080/CRDOJ.2017.04.555645

Abstract

Scopul prezentului nostru studiu a fost de a efectua o estimare complexă a modificărilor mediate de sindromul metabolic (MS) și metformină în expresia ARNm CYP3A, CYP2C, CYP2E1 și activitățile enzimelor marker corespunzătoare, de îndată ce sistemul antioxidant hepatic și parametrii de peroxidare a lipidelor la adulți și șobolani pubertali.

Șobolanii masculi albini Wistar de două categorii de vârstă (animale tinere cu vârsta de 21 de zile (50-70g) și adulți (160-180g)) au fost împărțiți în 6 grupe (câte 8 animale în fiecare): 1 -Control 1 (șobolani tineri intacti); 2 -Control 2 (șobolani adulți intacti); 3-MS3 (șobolani tineri cu SM); 4-MS4 (șobolani adulți cu SM); 5-MS3 (șobolani tineri cu MS + metformină); 6-MS4 (șobolani adulți cu MS + metformină). Modelul sindromului metabolic a fost indus prin înlocuirea completă a apei potabile cu soluție de fructoză 20% (200g/l). După 60 de zile de modelare a MS, s-au efectuat investigații ale expresiei ARNm a ficatului de șobolan CYP3A, CYP2C și CYP2E1, activitățile lor de enzime marker, precum și parametrii de peroxidare a lipidelor.

S-a demonstrat că administrarea metforminei a scăzut expresia ARNm CYP3A și activitatea enzimatică a markerului la șobolani cu MS, dar nu a putut normaliza indicii corespunzători pentru CYP2E1 și CYP2C la animalele pubertale. Activitățile simultane de glutation transferază și reductază au fost, de asemenea, normalizate sub administrarea metforminei cu SM. Conținutul redus de glutation hepatic a rămas mult scăzut la animalele pubertale, în timp ce la adulți a fost identificat un efect normalizator mai pronunțat al metforminei în ceea ce privește peroxidarea lipidelor. Astfel, metformina a demonstrat eficacitatea dependentă de vârstă pentru normalizarea ratelor de expresie a izoformelor citocromului P-450, precum și a ratelor de sistem glutationic și de peroxidare a lipidelor. Lipsa informațiilor privind diferențele legate de vârstă în efectele metforminei asupra stărilor CYP450 și a sistemelor de glutation cu MS determină aceste date de o importanță considerabilă. Rezultatele obținute indică necesitatea optimizării și individualizării farmacoterapiei SM în funcție de vârsta pacienților.

Cuvinte cheie: Sindrom metabolic; Metformin; CYP450; Pubertal; Adult; Șobolani

Abrevieri: SM: sindrom metabolic; CYP: Citocrom P450; PNP: P-nitrofenol hidroxilază; LPO: Peroxidarea lipidelor; TBARS: Substanță reactivă a acidului tiobarbituric; bp: Base Paires

Introducere

Dezvoltarea sindromului metabolic (SM) este însoțită de o schimbare substanțială a sistemului CYP450 [1], metabolizând majoritatea medicamentelor. Concomitent cu efectele specifice MS asupra expresiei și activității CYP450, medicamentele utilizate pentru tratamentul SM pot provoca, de asemenea, un impact semnificativ asupra acestor parametri. Astfel, metformina (utilizată pe scară largă pentru tratamentul SM) este capabilă să inhibe expresia CYP17A1 [2]. Inhibă semnificativ expresia proteinei de reglare steroidogene (StAR) și a 17α-hidroxilazei (CYP17A1) [3]. O serie de experimente cu diferiți inductori și inhibitori ai izoformelor CYP450 au permis clarificarea rolurilor lor în metabolismul metforminei la șobolani [4]. Conform rezultatelor obținute, metformina la șobolani metabolizată în principal prin CYP2C11, 2D1 și 3A1/2 hepatice. Alți autori au arătat, de asemenea, că în hepatocitele de șobolan fracția microsomală 2C11, 2D1 și 3A1, dar nu CYP1A2, 2B1/2 și 2E1 au fost implicate în metabolismul metforminei [5].

Estimarea efectelor complexe ale SM și medicamentelor pentru tratamentul acesteia asupra diferitelor izoforme CYP450 ar putea avea un interes special, deoarece permite definirea componentelor modificatoare suplimentare pentru interacțiunile metabolice ale preparatelor, atribuite acestei patologii. Cu toate acestea, astfel de informații sunt limitate la câteva studii pe adulți [2,3] fără a lua în considerare caracteristicile metabolice ale copiilor și adolescenților. Rezultatele noastre anterioare au indicat existența unor caracteristici legate de vârstă în citocromii CYP3A, CYP2C și CYP2E1 care funcționează la sindromul metabolic [6]. Scopul prezentului nostru studiu a fost de a efectua o estimare complexă a modificărilor mediate de SM și metformină în expresia ARNm CYP3A, CYP2C, CYP2E1 și activitățile enzimelor marker corespunzătoare, de îndată ce sistemul antioxidant hepatic și parametrii de peroxidare a lipidelor la șobolanii adulți și pubertali cu SM.

Materiale și metode

Nivelurile de peroxidare a lipidelor (LPO) în microsomii hepatici au fost investigate ca rate de formare a substanțelor reactive ale acidului tiobarbituric dependente de NADPH (TBARS) [18]. Datele obținute au fost exprimate ca medie ± eroare standard a mediei (M ± SEM) și analizate prin analiza unică a varianței (ANOVA) urmată de testul lui Tukey folosind software-ul Origin Pro 7.5. Diferențele au fost considerate semnificative statistic la p Go to

  • articol de cercetare
  • Abstract
  • Introducere
  • Materiale și metode
  • Rezultate si discutii
  • Concluzie
  • Referințe

Rezultate si discutii

Studiul comparativ al expresiei ARNm CYP2E1 la ficatul șobolanilor pubertali și adulți cu administrare de SM și metformină a demonstrat modificări mai pronunțate la grupurile de șobolani tineri (Figura 1). Expresia ARNm CYP2E1 a fost crescută atât la grupul de animale pubertale cu SM (1,8 ori comparativ cu martorul), cât și la grupul de animale pubertale cu SM și administrare de metformină (1,7 ori comparativ cu martorul). Modificările acestor parametri în grupurile de animale adulte nu au fost semnificative statistic.

despre

Rezultatele investigației expresiei ARNm CYP3A2 la ficatul șobolanilor pubertali și adulți cu administrare de SM și metformină au demonstrat, de asemenea, modificări mai pronunțate la grupurile de șobolani tineri (Figura 2). MS a provocat o creștere semnificativă statistic a expresiei mRNA CYP3A2 la un grup de animale pubertale, în timp ce administrarea metforminei a dus la normalizarea acestui parametru. Ca și în cazul CYP2E1, modificările expresiei genei CYP3A2 la grupele de animale adulte nu au fost semnificativ diferite de cele de control.

În cazul CYP2C23 am detectat reducerea nivelurilor de expresie a ARNm la ficatul ambelor grupe de vârstă cu SM comparativ cu martorii: animale pubertare -1,4 ori, adulți -1,6 ori (Figura 3). Administrarea de metformină a permis normalizarea ratelor de expresie a ARNm CYP2C23 numai la un grup de animale adulte. La un grup de animale pubertare, un astfel de efect de metformină a fost absent. Am investigat activitatea PNP-hidroxilazei în microsomii hepatici la șobolani adulți și pubertali cu administrare de SM și metformină. Creșterea semnificativă statistic a activității PNP-hidroxilazei cu SM a fost detectată atât la grupele de animale pubertale (1,6 ori), cât și la cele adulte (1,38 ori) (Tabelul 1).

Concomitent cu modificări ale metabolismului glutationului, procesele LPO la șobolani adulți au fost intensificate celulele hepatice (Figura 4). Acest lucru a fost indicat de rate crescute de producție a substanțelor reactive ale acidului tiobarbituric dependente de NADPH (+ 30%). La șobolanii puberali acest parametru a rămas neschimbat. Biotransformarea este o parte importantă a realizării efectelor medicamentelor asupra sistemelor fiziologice ale organismului [19]. Ca rezultat al biotransformării pot apărea nu numai metaboliți biologic activi și inactivi, ci și intermediari reactivi citotoxici [19]. Principalele trăsături caracteristice ale enzimelor implicate în procesele de biotransformare sunt nu numai o variabilitate individuală considerabilă a ratelor și inducibilității lor sub influența agenților endogeni și exogeni, ci și existența unei mari varietăți a mecanismelor lor de reglare a expresiei și a izoformelor [20].

Dintre acestea, procesele patologice, care fac obiectul farmacoterapiei, ar putea, de asemenea, să modifice semnificativ ratele proceselor de biotransformare. Anterior, am demonstrat că, în timpul dezvoltării MS, anumite niveluri ale citocromului P-450 au fost foarte mult încălcate, simultan cu sistemul glutation [6]. Modificările parametrilor investigați au fost dependente de vârstă și mai profunde la șobolanii pubertali cu SM.

Este destul de evident faptul că, pentru o farmacoterapie MS eficientă și sigură, ar trebui să se cunoască exact profilele izoformelor CYP450 cu această stare patologică. Situația este complicată de faptul că nu numai diferite izoforme CYP450 sunt implicate simultan, ci că majoritatea medicamentelor sunt metabolizate pe mai multe căi, care au implicat și mai multe izoforme [19,20]. De exemplu, s-a demonstrat că metabolismul metforminei în ficatul de șobolan a implicat izoforme CYP2C și CYP3A [21]. Astfel, pentru optimizarea farmacoterapiei, este absolut necesară estimarea complexă a SM și a medicamentelor pentru impactul medicamentelor sale asupra profilurilor de exprimare a isoformelor CYP450 2E1, 3A2 și 2C23. Având în vedere luarea în considerare a creșterii profunde a SM în estimarea populației pediatrice a caracteristicilor legate de vârstă ale acestor efecte este de un interes special.

Rezultatele noastre privind expresia crescută a genei CYP2E1 la șobolani pubertali atât cu administrarea MS cât și a metforminei, de acord cu datele de la alți autori au arătat o activitate mai mare a CYP2E1 la animalele de laborator și la oamenii cu obezitate (unul dintre factorii cheie ai SM) [22,23]. La șobolanii pubertari administrarea de metformină nu a permis exprimarea genei CYP2E1 reducându-se la un nivel semnificativ statistic. În cazul animalelor adulte cu administrare de metformină, nivelurile expresiei genei CYP2E1 au rămas la nivelul de control. Trebuie remarcat faptul că în experimentele altor autori s-a demonstrat și capacitatea metforminei de a reduce expresia ARNm CYP2E1 în ficatul animalelor adulte nediabetice cu steatohepatoză nealcoolică [24].

Trebuie subliniat faptul că modificările activităților PNP-hidroxilază (enzima marker CYP2E1) în fracția microsomală hepatică a șobolanilor pubertali (atât cu MS, cât și cu administrare de metformină cu MS) au fost în deplină conformitate cu datele noastre privind expresia genei CYP2E1. Anterior, am demonstrat diferențe dependente de vârstă în efectele SM asupra ratelor de expresie a genei CYP2E1 și a activităților enzimei marker CYP2E1 [20]. Aceeași situație am observat-o și în cazul administrării metforminei la șobolanii pubertali și adulți. Conștient de diferențele mari de vârstă în funcționarea sistemului CYP450 [25] și datele noastre anterioare [20], intensificarea slabă a expresiei CYP2E1 urmată de stimularea statistic semnificativă a activității enzimei marker corespunzătoare la animalele adulte (atât cu administrarea MS, cât și a metforminei) cu SM), erau așteptați. Astfel de modificări ar putea fi realizate prin intermediul unor mecanisme post-traducere [26].

Efectele administrării metforminei asupra expresiei genei CYP3A2 atât la ficatul pubertar, cât și la cel al șobolanilor adulți au fost pe deplin corelate cu efectele sale asupra activității enzimei markerului CYP3A2. Deoarece nivelurile de exprimare a genei CYP3A2 la șobolanii pubertali și adulți, nivelurile activităților de eritromicină-N-demetilază în ambele grupuri menționate mai sus nu au diferit de martori. Un astfel de efect de metformină asupra CYP3A2 ar putea fi realizat datorită influenței sale asupra PXR, CAR, VDR și GR care reglează expresia genei CYP3A [27]. Presupunerea noastră este în concordanță cu datele obținute de alți autori care utilizează hepatocite umane, în care metformina a inhibat expresia genei țintite CYP3A4 și PXR prin reglarea SHP [27]. Trebuie remarcat faptul că PXR reglează, de asemenea, expresia altor citocromi care metabolizează alte medicamente, cum ar fi CYP2C9 și CYP2C19. În plus, metformina ar putea inhiba, de asemenea, receptorul vitaminei D, receptorul glucocorticoid și receptorul constitutiv al androstanului, indus de expresia mRNA a CYP3A4 în hepatocitele umane [27]

La fel ca în cazul CYP2E1, administrarea metforminei nu a putut normaliza nivelul de expresie genică CYP2C23 la șobolanii pubertali cu SM: în acest grup am observat o reducere semnificativă statistic a conținutului de ARNm CYP2C23, în timp ce la animalele adulte cu SM și administrarea metforminei acest parametru nu a diferit de control. Am observat diferențe în efectele de administrare a MS și metformină asupra ratelor de expresie a genei CYP2C23 și a activităților enzimei marker CYP2C23, așa cum s-a demonstrat în cazul activităților CYP2E1 și PNP-hidroxilază. Modificările comparativ slabe ale expresiei CYP2C23 au fost urmate de încălcări semnificative statistic ale activității enzimei marker corespunzătoare la animalele adulte cu administrare de MS și metformină. Astfel de diferențe ar putea fi realizate prin diferite influențe ale metforminei asupra sintezei proteinelor SHP, receptorilor nucleari VDR, CAR și GR, coactivate cu SRC1 și capacitatea sa de a provoca întreruperea directă a interacțiunii PXR activate cu SRC1 independent de buzunarul de legare a ligandului PXR, așa cum a fost anterior demonstrat pentru reglementarea CYP3A [27]. De asemenea, alte mecanisme post-traducere nu ar putea fi excluse [26].

Diferențele observate în efectele metforminei asupra ratelor de expresie genică ale CYP2E1, CYP3A2 și CYP2C23 la șobolani de vârstă diferită ar putea fi cauzate nu numai de modificările stabilite anterior, în funcție de vârstă, ale influenței SM [20]. Contribuția semnificativă aparține, de asemenea, mecanismului molecular complex al reglării enzimelor CYP mediate de medicamente [27] și capacității familiei Cyp3a de a declanșa o reglare compensatorie a altor gene Cyp, așa cum s-a demonstrat anterior în studiile Cyp3a -/- șoareci].

Rezumând rezultatele privind expresia isoformelor CYP450 și activitățile enzimatice cu administrarea MS și metformină, s-a putut observa o variabilitate mai mare a tuturor expresiei genei izoformelor la șobolanii pubertali comparativ cu adulții. Încălcările sistemului CYP450 cauzate de SM și administrarea de metformină sunt însoțite de o productivitate mai mică a apărării antioxidante, care creează condiții pentru dezvoltarea stresului oxidativ. Investigațiile noastre anterioare privind efectele dependente de vârstă ale SM au arătat modificări mai profunde ale conținutului redus de glutation, precum și al activităților de glutation-S-transferază și reductază la animalele pubertale, în timp ce la adulți - conținutul de glutation doar a scăzut [20]. Administrarea de metformină a permis normalizarea (într-o anumită măsură) a activităților de glutation-S-transferază și reductază la ambele grupe de vârstă. Dar în grupul de animale pubertare cu SM și metformină administrarea a rămas conținut redus de glutation. Rezultatele noastre privind modificările sistemului de glutation sunt în concordanță cu rezultatele altor autori obținute în experimente in vitro și in vivo [29-33].

În ceea ce privește animalele pubertare, trebuie subliniat faptul că rezultatele noastre asupra impactului redus atât al medicamentului SM, cât și al metforminei asupra ratelor de peroxidare a lipidelor în această grupă de vârstă, în contururi goale, au fost în concordanță cu datele altor autori [38].

Concluzie

Astfel, metformina demonstrează eficacitatea dependentă de vârstă în ceea ce privește normalizarea nivelurilor de expresie a izoformelor citocromului P-450, precum și a sistemelor de glutation și a ratelor de peroxidare a lipidelor. Lipsa informațiilor privind diferențele legate de vârstă în efectele metforminei asupra stărilor CYP450 și a sistemelor de glutation cu MS, fac aceste date de o importanță considerabilă. Rezultatele obținute indică necesitatea optimizării și individualizării farmacoterapiei SM în funcție de vârsta pacienților.