Il citocromo P450 costituisce una superfamiglia di proteine emo-tiolate che catalizza la biotrasformazione di sostanze endogene ed esogene, tra le quali una grande varietà di farmaci clinicamente somministrati. Nell‟uomo, più dell'80% del metabolismo ossidativo e circa il 50% dell‟eliminazione dei farmaci comunemente utilizzati avvengono a carico delle tre maggiori famiglie (CYP1, CYP2 e CYP3). Come detto nel capitolo precedente, il citocromo, è principalmente localizzato nel fegato, il principale organo adibito all‟eliminazione delle sostanze. Tuttavia il citocromo P450 è espresso in maniera apprezzabile nella mucosa intestinale, nel rene, nel cervello, nella mucosa olfattiva, nel polmone e nella pelle (Paine et al., 2006). Negli ultimi dieci anni particolare importanza ha assunto il tratto gastrointestinale e specialmente la mucosa intestinale, per il ruolo svolto nel metabolismo presistemico dei farmaci oralmente somministrati (Thörn et al., 2005).
Il metabolismo nell‟intestino da parte del P450 è localizzato a livello delle cellule epiteliali specializzate, gli enterociti, che rappresentano il primo sito metabolico delle sostanze oralmente assunte (Watkins, 1997). Una diminuzione o un blocco dell‟uptake influisce sull‟efficacia terapeutica del farmaco (Zhang et al., 1999).
Dalla letteratura sappiamo che la mucosa intestinale è il principale sito di assorbimento di nutrienti, acqua e di sostanze potenzialmente sia benefiche che nocive. Negli ultimi venti anni è stata dimostrata la presenza in quest'organo di un complesso macchinario metabolico, costituito da enzimi di fase I, enzimi di fase II espressi in associazione ai trasportatori (fase III). Ciò indica che il first-pass metabolism nell‟intestino possa avere un ruolo a volte maggiore di quello svolto dal fegato.
L‟intestino tenue è diviso in tre regioni: duodeno, digiuno e ileo. Queste tre regioni non sono ben distinte anatomicamente, sebbene presentino capacità di assorbimento e secretorie differenti. Le tre regioni mostrano un pattern istologico comune, e sono formate, passando dall‟interno all‟esterno da mucosa, submucosa, strato di muscolatura liscia e la tonaca sierosa (Lin et al., 1999) (Fig. 11).
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Fig. 11: Pattern istologico di un segmento di intestino tenue. Dall’interno verso l’esterno ritroviamo mucosa, submucosa, strato muscolare liscio e tonaca sierosa.
La morfologia dell‟intestino, così come le diverse caratteristiche anatomiche e fisiologiche contribuiscono alla competenza metabolica dell‟organo. Tra queste si possono annoverare la lunghezza dell‟intestino, la distribuzione dell‟epitelio competente come monostrato di enterociti, l‟amplificazione della superficie per mezzo delle numerose proiezioni finger-like all‟apice dei villi e la base del villo chiamata cripta. Queste caratteristiche aumentano la superficie esposta alle sostanze e quindi l‟assorbimento, rendendo l‟intestino un organo potenzialmente importante come first-pass metabolism (Obach et al., 2000; Kaminsky and Zhang, 2003; Rowan et al., 2011).
Quanto una sostanza viene somministrata oralmente prima di raggiungere la circolazione sistemica sanguigna, deve passare attraverso la barriera intestinale e successivamente attraverso il fegato. La sostanza passa dal lume intestinale all‟interno degli enterociti, tramite diffusione passiva o facilitata o tramite trasportatori attivi, dove viene metabolizzata. Una frazione residua può passare successivamente nel fegato attraverso la vena porta, dove viene ulteriormente metabolizzata per poi essere immessa nel torrente circolatorio attraverso la vena cava (Van Herwaarden et al., 2009; Lin et al., 1999).
Come nel fegato, anche nell‟intestino si denota un variabilità interindividuale nell‟espressione degli enzimi metabolici di fase I e di fase II. Il motivo non è ancora del tutto chiarito, tuttavia alcune indicazioni risiedono nella genesi degli enterociti dei villi o ad una differente regolazione del citocromo P450 da parte della dieta e di fattori sia genetici che ambientali (Kaminsky and Zhang, 2003).
Le famiglie CYP1, CYP2 e CYP3 sono le maggiori coinvolte nel metabolismo degli xenobiotici. Approssimativamente il 70% del contenuto totale di CYP P450 epatico è
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rappresentato da CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C, CYP2D6 CYP2E1 e CYP3A. Tra queste le sottofamiglie 3A e 2C sono le più abbondanti espresse nel fegato, rappresentando rispettivamente il 30% e il 20% (Guengerich, 1995). A differenza del fegato, dove la distribuzione degli enzimi P450 è relativamente omogenea, nell‟intestino la distribuzione non è uniforme sia lungo la lunghezza dell‟intestino, né lungo la sezione della mucosa del villo. Il contenuto totale medio di P450 nell‟intestino umano è circa 20 pmoli/mg di proteina microsomiale. Tuttavia studi atti a valutare l‟espressione dell‟isoforma CYP3A4 e della glicoproteina P (P-gp) in enterociti ed epatociti umani, hanno mostrato che il contenuto di CYP3A4 nell‟intestino è circa 3 volte maggiore rispetto al contenuto nel fegato, così come il contenuto di P-gp che è dieci volte maggiore nell‟intestino rispetto al fegato (Von Richter et al., 2004).
In recenti studi è stato dimostrato che la sottofamiglia più abbondantemente espressa nell‟intestino è la CYP3A, localizzata negli enterociti che compongono largamente la mucosa intestinale umana, con un contenuto medio dell‟isoforma CYP3A4 che oscilla tra il 50% e il 70% del contenuto totale di P450 determinato tramite spettrometria. Questa isoforma è seguita poi dalla CYP2C9 con il 15%, la CYP2C19 con il 2,9 %, la CYP2J2 con l‟1,4% e per ultimo la CYP2D6 con l‟1%. Tali valori ottenuti da microsomi enterici, saggiati tramite western blotting e saggi spettrofotometrici (Paine et al., 2006) formano la cosiddetta „torta intestinale
dei citocromi P450‟ (Fig.12).
Fig. 12: il grafico a torta indica le rispettive percentuali delle 5 isoforme espresse nell’intestino umano, dando una visione di insieme (Paine et al., 2006).
Per esaminare quali forme di CYP siano espresse nell‟intestino umano, Zhang et al. (1999), hanno condotto esperimenti di RT-PCR da RNA totale proveniente da cellule epiteliali del
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primo segmento dell‟intestino di 4 donatori umani. I prodotti di PCR sono stati analizzati attraverso un elettroforesi su gel d‟agarosio. Il risultato ottenuto mostrava un buon segnale per il CYP1A1 e molto debole per CYP2E1. Il CYP1B1 è stato ritrovato solo in due donatori su quattro. I CYP1A1, CYP2C, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4 e CYP3A5 sono stati ritrovati in tutti e quattro i donatori. Contrariamente i CYP1A2, CYP2A6, CYP2A7, CYP2B6, CYP2F1, CYP3A7 e CYP4B1 non sono stati ritrovati. L‟espressione proteica è stata valutata anche con Western blotting indicando la presenza del CYP1A1, del CYP2C e del CYP3A4.
Per esaminare la distribuzione dei CYP nelle diverse parti dell'intestino, il contenuto totale di CYP e l‟attività del CYP3A4, gli stessi autori hanno utilizzato sei segmenti di intestino provenienti da 10 donatori uomini e donne Caucasici. L‟intestino è stato suddiviso in sei segmenti di circa 60 cm, dalla porzione prossimale alla porzione distale. Attraverso esperimenti di Western immunoblott e RT-PCR è stata osservata una diminuzione del contenuto totale di CYP a partire dall‟intestino prossimale a quello distale, confermando tuttavia che il livello di ogni isoforma varia diversamente in funzione della posizione lungo l‟intestino. È stata valutata anche l‟attività del CYP3A attraverso il saggio dell'eritromicina demetilasi, notando che quest‟attività correla in larga misura con l‟andamento del contenuto totale di CYP.
In questi esperimenti è stato osservato che solo CYP3A4, CYP2C e CYP1A1 sono espressi in tutti e 10 i donatori, mentre l‟espressione del CYP2D6 è risultato presente a livello trascrizionale, ma non a livello proteico. La proteina CYP3A5 è presente in pochi campioni, nonostante la buona espressione del trascritto a livello del colon (Zhang et al., 1999).
Un aspetto importante degli enzimi del drug metabolism è la loro inducibilità. Considerando che sia gli enzimi presenti a livello del fegato che quelli a livello dell‟intestino (coinvolti nel
first-pass metabolism) sono esposti alle sostanze oralmente assunte, non sorprende il fatto che
essi possano essere indotti. In tal modo l‟induzione conduce ad un aumento dell‟effetto del
first-pass e diminuisce la biodispobilità del farmaco (Kaminsky and Fasco, 1991; Lin et al.,
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