Expression und Funktion arzneimittelmetabolisierender Enzyme und des ABC-Transporters P-Glykoprotein in Dünndarm und Leber des Menschen.

Abstract

Für eine Vielzahl von Arzneimitteln ist die Bioverfügbarkeit nach oraler Gabe gering und weist große interindividuelle Schwankungen auf. Bisher war man davon ausgegangen, daß die Leber das für die präsystemische Elimination von oral applizierten Arzneimitteln entscheidende Organ ist. In jüngster Zeit gibt es jedoch Hinweise darauf, daß auch die Darmwand in erheblichem Umfang zum First-Pass Metabolismus und damit zur unvollständigen und variablen Bioverfügbarkeit von Arzneimitteln beitragen kann. In der vorliegenden Arbeit wurde mittels biochemischer, molekular- und zellbiologischer Techniken die maßgeblich am Phase I Stoffwechsel beteiligten Enzyme der Cytochrom P450 2C- und 3A-Subfamilien, am Phase II Stoffwechsel von Morphin beteiligte UDP-Glucuronosyltransferasen sowie der Arzneimitteltransport durch P-Glykoprotein in aus Dünndarmmukosa isolierten Enterozyten als Mechanismen der oben beschriebenen Variabilität untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß Leber und Darm ein unterschiedliches Expressionsprofil für Enzyme des Phase I und Phase II Arzneimittelstoffwechsels aufweisen. CYP3A4 und P-Glykoprotein waren in Enterozyten im Mittel stärker exprimiert als in den entsprechenden Lebern (3,7- bzw. 6,4-fach). CYP2C9 war im Mittel in Enterozyten 9-fach geringer als in den entsprechenden Leberproben exprimiert. In keiner der untersuchten Enterozytenproben konnte CYP2C8 Protein nachgewiesen werden, CYP2C18 Proteinexpression war weder in Enterozyten- noch in Leber nachzuweisen. Der CYP2C19 Proteingehalt war in Enterozyten und Lebern vergleichbar. Weder die gemessenen CYP2C, CYP3A4-Aktivitäten und die Morphinglucuronidierung noch die Proteinexpression aller analysierten Enzyme korrelierten intraindividuell zwischen Darm und Lebern. Demzufolge ist von einer unterschiedlichen Regulation der untersuchten Enzyme in beiden Organen auszugehen. Diese differentielle Expression hat zur Folge, daß der intestinale Anteil am First-Pass Effekt für ein gegebenes Arzneimittel davon abhä

A broad variety of drugs exhibits a low and interindividually variable bioavailability after oral administration. It is generally believed that the liver is the major site of presystemic drug metabolism. However, recent investigations have shown that the small intestine can contribute substantially to overall first-pass metabolism and therefore to low and variable bioavailabilty of certain drugs. In this thesis enzymes of the Cytochrome P450 2C and 3A subfamiliy (Phase I), UDP-glucuronosyltransferases involved in morphine glucuronidation (phase II) and the xenobiotic transporter P-glycoprotein have been characterized in enterocytes isolated from human small intestinal mucosa as a factor limiting oral bioavailabilty of xenobiotics by means of biochemical, molecular and cell biological techniques. It could be demonstrated that phase I and phase II drug metabolizing enzymes are differentially expressed in the small intestine and liver. Mean values of CYP3A4 and P-glycoprotein levels were found to be higher in enterocytes than in corresponding livers (3.7 and 6.4-fold, respectively). CYP2C9 expression was on average 9-fold lower in enterocytes compared to hepatic levels. CYP2C8 expression could not be detected in enterocytes. CYP2C18 protein could not be detected in any of the enterocyte or liver samples. CYP2C19 protein levels were comparable in enterocytes and liver. Neither CYP2C, CYP3A4 function or morphine glucuronidation nor the protein expression of all enzymes studied was found to be correlated between enterocytes and livers. Therefore it has to be assumed that these proteins are differentially regulated in both organs. In conclusion, the intestinal first-pass effect of an orally administered drugs depends on their specificities towards the drug metabolizing enzymes studied as they were found to be differentailly expressed in the small intestine and liver and if they are subject to P-glycoprotein mediated active transport. For substances which are substrate to b