Цитохроми Р450 () — надродина монооксигеназ (офіційне скорочення CYP), являє собою важливий клас металопротеїнів, також це велика і різноманітна група ферментів, які каталізують реакції окиснення органічних речовин. Субстратами монооксигеназ виступають проміжні метаболіти, такі як ліпіди і стероїдні гормони, а також ксенобіотики, такі як фармацевтичні препарати та інших токсичних хімічних речовин. CYP є основними ферментами, що беруть участь у метаболізмі ліків. Монооксигеназні реакції складають близько 75% від загальної кількості різних метаболічних реакцій.
Сама назва цитохром P450 (скорочено P450 або CYP) походить від спектральних властивостей цього гемопротеїну. Цей термін був придуманий Омура і Сато в 1962 році. У своїй відновленій (залізній) формі він зв'язує оксид вуглецю, утворюючи комплекс, який максимально поглинає світло при 450 нм.
Найбільш поширеною реакцією, що каталізується цитохромом P450 є реакцією мікросомального окиснення — включення одного атома кисню в склад аліфатичного органічного субстрату (RH), інший же атом кисню відновлюється до води:
Цитохроми Р450 (CYP) належать до білків, що містять кофактором гем і, отже, є гемопротеїнами. Загалом, ці ферменти є кінцевими ділянками в ланцюгах переносу електронів, що широкому сенсі класифікуються яко P450-вмісні системи. Термін P450 походить від спектрофотометричного піку при довжині хвилі максимуму поглинання ферменту (450 нм), коли він знаходиться у відновленому стані і в комплексі з чадним газом (СО).
Монооксигенази виявлені у всіх форм життя — тварин, рослин, грибів, найпростіших, бактерій, архей, і навіть у вірусів. Однак, цей фермент не було знайдено в E.coli. Відомо більше 18 000 різних CYP.
Більшість CYP потрібен допоміжний білок, для перенесення одного або кількох електронів для відновлення йона Заліза (а в кінцевому підсумку молекулярний кисень). На підставі характеру білків перенесення електронів, CYP можна розділити на кілька груп: Мікросомальні P450 системи, в яких електрони передаються від НАДФН через цитохром P450 редуктазу. Цитохром b5 (cyb5) також може сприяти зниження потужності до цієї системи після його відновлення цитохром b5 редуктазою (CYB5R). Мітохондріальні P450 системи задіюють адренодоксинредуктазу і адренодоксин для перенесення електронів від НАДФН в P450. Бактеріальні Р450 системи використовують в ферредоксинредуктазу і ферредоксин в перенесенні електронів на P450. CYB5R/cyb5/P450 системи, в яких обидва електрона, необхідні CYP переходять від цитохрому b5. FMN/Fd/P450 системи вперше знайдені у виду Rhodococcus в якому ФМН-залежна редуктаза спаяна з CYP. Власне P450 системи не вимагають зовнішнього відновну систему. Відомі з них включають CYP5 (тромбоксан-синтазу), CYP8 (простациклін-синтазу) і CYP74A.
Номенклатура Гени, що кодують монооксигенази, позначаються абревіатурою CYP та числом, яке вказує родину генів, велика літера позначає підродину, а додаткові цифрою — ген. Коли мова йде про ген, його пишуть курсивом. Наприклад, CYP2E1 — ген, який кодує фермент CYP2E1 — один з ферментів, що бере участь у метаболізмі парацетамолу (ацетамінофену). Тим не менш, деякі назви генів або ферментів для CYP можуть відрізнятися від такої номенклатури, позначаючи каталітичну активність і назву сполуки, що використовується як субстрат. Приклади включають CYP5A1, тромбоксан А2—синтазу, скорочено TBXAS1 (ThromBoXane A2 Synthase 1), та CYP51A1, ланостерин-14-α-деметилазу, іноді неофіційно скорочено LDM або ЛДМ відповідно до його субстрату (Ланостерол) і активність (ДеМетилювання).
Назви деяких генів або ферментів для CYP можуть відрізнятися від цієї номенклатури, позначаючи каталітичну активність і назва з'єднання, що використовується в якості субстрату. Правила номенклатури визначають, що члени нових родин CYP повинні мати не менше 40% амінокислотної ідентичності, в той час як члени підродин - не менше 55% амінокислотної ідентичності.
Розберемо CYP2D6, також відомий як дебризохінгідроксилаза (названий на честь препарату, який призвів до відкриття), CYP2D6 є найбільш відомим і вивченим геном надродини CYP. Цей ген викликає великий інтерес також завдяки своїй високополіморфній природі, а також через те, що бере участь у метаболічному перетворенні великої кількості лікарських речовин. +Приклади лікарських препаратів, які може метаболізувати цитохром CYP2D6CYP2D6 Метопролол, пропранолол, кодеїн, декстрометорфан, клозапін, дезипрамін, галоперидол, амітриптилін, іміпрамін
Відомо понад 100 генетичних варіантів CYP2D6, зокрема поліморфізми rs35742686, rs3892097, rs5030655. Використовують також таку номенклатуру поліморфізмів: алелі *1, *3, *4, *5, *6, *1xN (мутації, що призводять до зміни активності ферменту). Алель *1 вважається нормою.
Функція гена: кодує цитохром Р450 2D6, монооксигеназу печінки, є ферментом першої фази детоксикації ксенобіотиків і відповідає за метаболізм 20% ліків, зокрема протиаритмічних, антигіпертензивних і психотропних препаратів, а також бере участь в синтезі холестеролу й інших ліпідів.
Метаболізм препаратів Відносна кількість Р450, порівняно з редуктазою в печінці, сприяє зростанню рівня гему P450, що обмежує стадії хімічних реакцій, а саме вивільнення препаратів в печінці. Виконує важливі функції:
Детоксифікацію екзогенних органічних з’єднань, в тому числі й дуже небезпечних й токсичних, які можуть призводити до пошкоджень тканин та органів організму в цілому. Біосинтез стероїдів, жовчних кислот, гідроксилювання холестерину та найрізноманітніших ксенобіотиків. Метаболізм лікарських засобів/речовин.
Всі препарати, які застосовує пацієнт, проходять один і той же шлях через дві фази.
I фаза метаболізму лікарських засобів – несинтетичні реакції, під час яких, з лікарських засобів відбувається утворення більш гідрофільні сполук внаслідок приєднання або звільнення активних функціональних груп (наприклад, ОН, -NH2, -SH).
Основні реакції I фази - окислення, з них найбільш поширена реакція гідроксилювання (приєднання радикала ОН). Каталізаторами цих реакцій служать оксидази зі змішаною функцією. Їх субстратна специфічність дуже низька, тому вони беруть участь в окисленні лікарських речовин різної хімічної структури. Найбільш важливою ферментативної системою фази I метаболізму є цитохром Р-450, який являє собою сімейство мікросомальних ізоферментів, які каталізують окислення багатьох лікарських засобів. Основним необхідним елементом для цих електронів служить НАДФ-Н-цитохром Р450-редуктаза, та флавопротеїни, що переносять електрони з НАДФ-Н на цитохром Р450. Основною задачею є зробити речовини більш розчиненими і менш токсичними шляхом впровадження гідроксильного радикала.
II фаза, в якій можна виділити кілька таких підфаз, що закінчуються метилюванням і кон'югацією з різними речовинами. Для вступу в реакцію II фази в молекулі повинен міститися хімічно активний радикал, до якого може приєднатися кон'югуюча молекула. Найбільш поширені реакції II фази - реакції ацетилювання, метилювання, сульфатування, водної кон'югації. В результаті реакцій ксенобіотики зазвичай повністю втрачають біологічну активність, проте можливе утворення активних метаболітів і канцерогенів. Метаболізм лікарських засобів може здійснюватися в реакціях виключно I або II фази, одночасно в обох або ж послідовно в кожній.
7 мітохондріальних Р450 синтезуються на рибосомах, а потім потрапляють у мітохондрії після протеолітичної обробки. Замість мікросомальної НАДФН-P450 редуктази ці P450 отримують електрони з мітохондріальної електронно-транспортної системи, що складається з флавопротеїну та фередоксину, адренодоксинредуктази НАДФН та адреноксину.
У цьому оксино-відновному процесі ключову роль відіграють два мікросомальні ферменти. Першим із них є флавопротеїн, НАДФН цитохром Р450-оксидоредуктаза. 1 моль цього ферменту містить 1 моль флавінового мононуклеотиду та флавін-аденин-динуклеотиду. Другим мікросомальним ферментом є гемопротеїн, тобто цитохром Р450, який служить кінцевою оксидазою. Насправді мікросомальна мембрана містить кілька форм цього гемопротеїну і ця множинність збільшується шляхом багаторазового введення або впливу екзогенних хімічних речовин.
Лікарські взаємодії З віком, функціональна активність печінки в процесі метаболізму через ферментну систему CYP450 знижується на ≥ 30% внаслідок зменшення обсягу печінки і кровотоку. Тому лікарські речовини, що метаболізуються даної ферментної системою, у літніх пацієнтів досягають більш високої концентрації і мають тривалий період напіввиведення. Оскільки новонароджені мають недорозвинену систему печінкових ферментів, метаболізм багатьох лікарських засобів у них також утруднений.
Ферменти цитохрому P450 необхідні для метаболізму багатьох ліків. Хоча цей клас містить понад 50 ферментів, шість з них: CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4 та CYP3A5 метаболізують 90% ліків, причому двома найбільш значущими ферментами є CYP3A4 та CYP2D6. Ферменти цитохрому P450 (CYP450) Ферменти CYP450 названі так, оскільки вони зв’язані з мембранами всередині клітини (цито) і містять пігмент гему (хром і Р), який поглинає світло на довжині хвилі 450 нм під впливом чадного газу. Експресуються переважно в печінці, але вони також зустрічаються в тонкому кишечнику (зменшуючи біодоступність препарату), легенях, нирках та плаценті. Вони необхідні для виробництва холестерину, стероїдів, простациклінів та тромбоксану А2. Вони також необхідні для детоксикації сторонніх хімікатів та метаболізму ліків.
Генетична мінливість (поліморфізм) цих ферментів може дати певну реакцію пацієнта на загальнопризначені класи препаратів, включаючи бета-адреноблокатори та антидепресанти. Ферменти цитохрому P450 можуть інгібуватися або індукуватися ліками, що призводить до клінічно значущих взаємодій лікарських засобів, які можуть спричиняти непередбачувані побічні реакції або терапевтичні збої. У взаємодії з варфарином, антидепресантами, протиепілептичними препаратами та статинами часто беруть участь ферменти цитохрому Р450. Знання найважливіших препаратів, що метаболізуються ферментами цитохрому P450, а також найпотужніших інгібуючих та індукуючих препаратів може допомогти мінімізувати можливість побічних реакцій та взаємодій лікарських засобів. Хоча тести на генотип можуть визначити, чи є у пацієнта специфічний ферментний поліморфізм, не встановлено, чи рутинне використання цих тестів покращить результати.
Застосування антіцітокінових препаратів дозволило істотно підвищити ефективність терапії різних аутоімунних захворювань. У багатьох випадках вони дозволяють подолати терапевтичну резистентність і поліпшити не тільки найближчий, але й вельми віддалений прогноз при багатьох системних аутоімунних захворюваннях. Взаємодії між моноклональними антитілами (МАТ) і малими молекулами можуть відбуватися на фармакодинамічну рівні за допомогою впливу на рецептори, ліганди і клітини-мішені, а також на фармакокінетичну рівні за допомогою впливу одних ЛЗ на процеси всмоктування, розподілу, метаболізму та елімінації інших ЛЗ. Незважаючи на відсутність метаболізму системою цитохрому Р450, МАТ, тим не менш, можуть впливати на активність ферментів цієї системи.
Нижче приведені дані, щодо взаємодії моноклональних антитіл (МАТ) з лікарськими засобами (ЛЗ) та їх вплив на цитохроми P450(CYP450)
1. Базиліксимаб (сильний селективний імуносупресивний препарат) + Циклоспорин (мунодепресант, селективно діє на Т-лімфоцити) = інгібує CYP3A й підвищує концентрацію циклоспорина. Базиликсимаб + Такролімус (імуносупресивний препарат, який використовується після трансплантації алогенних органів, щоб знизити активність імунної системи й знизити ризик відторгнення органів) = інгібує CYP3A та підвищує концентрацію такролимуса на 63%
2. Муромомаб(має імонодепресивні властивості по відношенню до антигена Т3(CD3) клітин людини, попереджують реакцію відторгнення при трансплантації нирок) + Циклоспорин (мунодепресант, селективно діє на Т-лімфоцити) = інгібує CYP3A й підвищує концентрацію циклоспорина.