Изоформа CYP1A2, как составная часть суперсемейства цитохрома P450

Введение

В реакциях  биотрансформации I  фазы  ключевую роль играет цитохром P450.

Цитохром  P450 — суперсемейство ферментов, осуществляющих биотрансформацию  не  только лекарственных  средств  (ЛС)  и  других  ксенобиотиков, но также эндогенных веществ, участвующих в синтезе стероидных  гормонов, холестерина,  желчных  кислот, простаноидов (тромбоксана А2, простациклина I2) [30, 46]. Впервые цитохром P450 из микросом  печени крысы выделили Klingenberg M. и Garfincell D. в 1958 г. [56].

Как показали  филогенетические исследования, цитохромы P450 появились в живых организмах около 3,5 миллиардов лет назад. Цитохром является гемопротеином — в восстановленной форме он связывает углерода монооксид [77, 83, 104].

У цитохрома  P450 имеется  множество  изоформ  — изоферментов, которых  выделено  уже более тысячи. Они  играют  важную  роль в окислении многочисленных эндогенных и экзогенных соединений [57].

По  классификации Nebert D.W.,  изоферменты цитохрома P450 принято  разделять по близости (гомологии)  нуклеотид/аминокислотной  последовательности на семейства,  а последние,  в свою очередь,  на подсемейства.  Изоферменты цитохрома  P450 с идентичностью аминокислотного состава более 40% объединены в семейства, которых выделено 36, 12 из них обнаружены у млекопитающих [76, 85]. Изоферменты цитохрома

P450 с идентичностью  аминокислотного состава более 55% объединены в подсемейства, которых выделено 39. Семейства  цитохромов  P450 принято  обозначать  римскими  цифрами, подсемейства  — римскими цифрами и латинской  буквой. Отдельные изоферменты обозначаются следующим  образом:  сначала  арабская цифра, обозначающая семейство,  далее латинская буква, обозначающая подсемейство, в конце  указывается  арабская цифра, соответствующая изоферменту.

Представители различных семейств  и подсемейств цитохрома P450 отличаются субстратной специфичностью и регуляторами  активности (ингибиторами и индукторами).  Члены  отдельных семейств,  подсемейств, а  также  отдельные   изоферменты могут  иметь  перекрёстную субстратную специфичность, а также  перекрёстные ингибиторы и индукторы.

Отличительной особенностью изоферментов семейства  CYP1  является  способность индуцироваться под  действием  полиароматических углеродов,  в  том числе, диоксина и 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина. В организме  человека семейство CYP1 представлено двумя подсемействами: IA и IB.

CYP1A2 — белок,  состоящий из 515 аминокислотных остатков,  имеющий  молекулярную массу  58 кД. Ген CYP1A2 находится в 15 хромосоме. CYP1A2 отсутствует в микросомах фетальной печени и печени новорождённых, однако  его находят к 1-3 месяцам  жизни, причём к первому году его количество  составляет  50% от количества CYP1A2 взрослого [7].

CYP1A2 содержится  в основном  в печени  и отсутствует или  слабо  выражен  во  внепечёночных тканях человека [93], крыс и мышей [35].

В печени человека на CYP1A2 приходится 13% общего количества изоформ цитохрома Р450 [55, 93] и данная изоформа участвует в метаболизме около 4% ЛС [105].

В метаболизме  кофеина изофермент CYP1A2, главным образом, участвует в 3-N-деметилировании кофеина до параксантина (1,7-диметилксантин) [31].

1. Метаболизм субстратного маркера CYP1A2 — кофеина (человек и модельные животные). Сходства и отличия

Метаболизм кофеина у человека

Более 90% кофеина метаболизируется изоформой CYP1A2. Большая межиндивидуальная вариабельность активности CYP1A2 влияет на концентрацию субстрата, например, кофеина [66] и эти вариации можно объяснить такими факторами, как пол, раса, генетический полиморфизм и воздействие индукторов [84].

Молярные отношения  метаболитов   кофеина, используемые  в качестве показателя активности CYP1A2 в  популяциях,  распределяются в  соответствии   с  би- или  тримодальным распределением, а также предположительно  являются нормальным и однородным/ одномодальным распределением [66]. Два разных направления метаболизма  (N-деметилирование и С8-ги- дроксилирование) кофеина катализируются одной изоформой CYP1A2 [34].

CYP1A2 отвечает за 3-N-деметилирование, 1-N-деметилирование и 7-N-деметилирование и фактически может катализировать все реакции связанные с кофеином и его метаболитами. CYP1A2 метаболизирует  кофеин до параксантина в среднем на 81,5%, до теобромина на 10,8% и до теофиллина на 5,4%, в то время как CYP2E1 оказывает большое влияние на образование теофиллина и теобромина [54].

Исходя  из  значений площади  под  фармакокинетической   кривой   (AUC)  кофеина и  каждого из диметилксантинов в  плазме  крови,   Mean±SD  степени превращения кофеина  в параксантин, теобромин и теофиллин составила  79,6±21,0, 10,8±2,4  и 3,7±1,3%, соответственно [71]. В другом исследовании показано, что среди диметилксантинов в плазме крови параксантин составляет 63,0±13,0%, теобромин — 27,0±15,0%  и теофиллин — 10,0±2,6% [87].

Анализ метаболитов  в моче человека  указывает  на то, что в основном  образуется параксантин (72%), теобромин (20%) и теофиллин (8%) [11].

Многочисленные исследования  метаболизма кофеина на микросомах печени показали, что 3-N-деметилирование до параксантина у человека  (основной путь окисления) специфично катализируется CYP1A2. В тоже время предполагается, что другие пути окисления кофеина  могут быть опосредованы, по крайней  мере, частично,  изоформами Р450, отличными  от CYP1A2. В экспериментах на микросомах печени с использованием CYP1A-специфических ингибиторов или  индукторов, показано, что CYP1A2 человека  играет ключевую роль в биотрансформации кофеина, особенно в катализе реакции N-деметилирования [20, 21, 31, 53].

Таким образом, результаты исследований биотранс- формации кофеина у человека in vivo и in vitro показали, что интенсивность его деметилирования уменьшается в ряду: 3-N-деметилирование > 1-N-деметилирование > 7-N-деметилирование. В тоже время необходимо  отметить,  что количество параксантина, теобромина и теофиллина, регистрируемое  в исследованиях in vivo и in vitro отличается по абсолютным  величинам.

Филимоновой   А.А.,   Зиганшиной   Л.Е.,   Чичировым А.А. описано определение активности изоферментов CYP1А2, 2Е1, 3А4 системы  цитохрома  P450 с использованием  ВЭЖХ по содержанию кофеина и его метаболитов  в слюне  и плазме  крови.  Период  полувыведения кофеина у добровольцев варьировал  от 3 до 14 ч, кажущийся  клиренс  имел значения от 1,17 до 20,50 л/ч.  Процентное соотношение параксантина, теобромина и теофиллина составило  57±15, 11±3 и 32±15%, соответственно. Процентное содержание  1,3,7-триметилмочевой   кислоты составило 4,0±4,8%   от общего числа  метаболитов.  Величины  относительной биодоступности кофеина варьировали от 0,13 до 0,91. Было сделано заключение, что оценка метаболизма кофеина является надёжным  тестом для определения функционального  состояния печени  и активности изоферментов системы цитохрома P450 CYP1А2, 2Е1, 3А4 [9].

Krul C.,  Hageman G. методом  ВЭЖХ  проанализировали содержание кофеина (1,3,7-триметилксантин (137К)) и его пяти метаболитов в моче: параксантин или 1,7-диметилксантин (17К), 1,7-диметилурациловая кислота (17У), 1-метилксантин (1К), 1-метилурациловая кислота (1У) и 5-ацетиламино-6-формалино-3-метилурацил (АФМУ). Применялась стандартизиро- ванная процедура  для перорального приёма  и отбора мочи. Активность изоформы CYP1A2 рассчитывали по МО (АФМУ+1К+1У)/17У. При использовании данной процедуры,  метаболические отношения были определены  для четырёх групп людей: здоровые,  некурящие женщины,  принимающие оральные контрацептивы, (5) и не принимающие контрацептивы (5),  здоровые некурящие мужчины (9) и дети (7). Результаты данного исследования сопоставимы с литературными данными для людей с похожими  характеристиками. Значимое повышение МО обнаружено у мужчин (Mean±SD составляет 4,87±0,47) по сравнению с женщинами (Mean±SD  3,62±0,91); p=0.005,   Mann-Whitney).  Для остальных групп испытуемых статистически значимых отличий в активности фермента выявлено не было [65].

В  работе  Begas  E.  и  соавт.  на  44  добровольцах (21 мужчина, 23 женщины) оценивали активность CYP1A2,  CYP2A6,  ксантиноксидазы  (XO)  и  N-ацетил-трансферазы-2  (NAT-2). Пробы   образцов мочи были проанализированы через 6 ч после приёма 200 мг кофеина  (в течение 30 ч соблюдалась метилксантиновая диета). Основные метаболиты кофеина в моче — это 1У, АФМУ, 1К, 17У и 17К. Активность  CYP1A2, CYP2A6, XO и NAT-2 оценивали по метаболическим отношениям (АФМУ+1У+1К)/17У, 17У/17К,  1У/(1+1У)  и АФМУ/ (АФМУ+1У+1К), соответственно. Курение повлияло только на CYP1A2, а гендерная принадлежность не оказывала никакого влияния на активность фермента [19].

Dobrinas M. и соавт. описали  высокую  вариабельность активности изоформы CYP1A2 и влияние на неё курения.  Активность  CYP1A2 определяли  соотношением параксантин/кофеин у 184 курильщиков, 113 из которых  воздерживались от курения  в течение  4 недель. Участников исследования генотипировали на 22 полиморфизма в 12 генах. Установлено, значительное влияние  курения  на индуцибельность ряда полиморфизмов  изофермента CYP1A2. В тоже время  у других курильщиков табачный  дым  не  вызывал  увеличения интенсивности биотрансформации кофеина,  то  есть индукцию CYP1A2. Это связано  с тем, что в условиях генетически детерминированного снижения активности CYP1A2, табачный  дым не способен  индуцировать этот изофермент [43].

Метаболизм кофеина у крыс и других животных

Содержание изофермента CYP1A2 в микросомах печени  обезьян  и собак,  не получавших лечение  индуцирующими данную изоформу  препаратами, значительно ниже чем у человека [51, 88]. У обезьян одного рода, но разных видов ферменты семейства CYP1A могут отличаться  по ряду свойств. Содержание изофермента CYP1A2 в гепатоцитах  печени  макаки-крабоеда намного ниже, чем у макаки-резуса. В тоже время наибольшей  гомологией  к человеку по аминокислотному составу изоферментов цитохрома  P450 обладают приматы. При этом показано довольно сильное сходство последовательности аминокислот с CYP1A2 человека (95%), но использование обезьян  в качестве экспериментальных  моделей обходится дорого, поэтому большинство исследований проводится  на крысах и кроликах [4, 46, 92].

Изучение  изоферментов цитохрома  P450 в эксперименте на животных имеет не только научное значение, но также может быть использовано в экспертизе новых ЛС, например, в качестве  доклинического исследования  взаимодействия ЛС на уровне биотрансформации [79].

В течение многих лет на крысах изучается роль цитохрома  P450 в метаболизме  кофеина. Исследования проводятся  с использованием высоких  концентраций субстрата, преимущественно неспецифических индукторов или ингибиторов Р450 [38, 39], часто без включения всех изоформ Р450 [50, 78] или всех метаболических реакций  кофеина [39].

На  группе  мышей   с  недостаточной экспрессией CYP1A2 (далее  — CYP1A2-/-) проведено исследование  роли  CYP1A2 в фармакокинетике и метаболизме кофеина. Период  полувыведения кофеина  из крови был в семь раз больше у животных  CYP1A2 -/-, чем у мышей  дикого типа. В то же время клиренс был в восемь раз ниже.  Между изучаемыми  группами  мышей не обнаружено статистически достоверно отличающихся  параметров, влияющих   на  фармакокинетику, таких как креатинин, АЛТ, АСТ, щелочная фосфатаза и билирубин, или  альбумин.  Активность  других изоформ цитохрома P450 (CYP2A, 2B, 2C, 2EI, и 3A) у этих двух групп мышей  также  не отличалась.  3-N-деметилированные метаболиты кофеина, характерные  для CYP1A2,  (особенно 1-метилксантин,  и  1-метилурат) были также обнаружены  в моче CYP1A2-/- животных, и у 40% мышей дикого типа. Эти данные  показывают, что кофеин  у мышей  дикого типа  метаболизируется, прежде всего, CYP1A2 [31].

Исследования на крысах показали, что кофеин  вы- ступает  в качестве  индуктора  CYP1A2. Можно предположить,  что индукция  CYP1A2 кофеином может частично  влиять на привыкание к кофеину  [3]. Однако остаётся  неизвестным, является  ли кофеин  индуктором  данной  изоформы у человека. Результаты  исследований  на  клетках  HepG2  показали, что кофеин не является активатором рецепторов  ароматических углеводородов, основного фактора транскрипции, участвующего в регуляции  CYP1A2. Кроме  того, CYP1A2 не  индуцирует  экспрессию в первичных гепатоцитах человека в концентрациях, достигаемых  при обычном приёме кофе. С другой стороны, 9-кратное  увеличение экспрессии CYP1A2 кофеином наблюдалось  в гепатоцитах крыс. Эти результаты  предполагают, что обычный приём кофе не вызывает индукцию  CYP1A2 у человека,  и, скорее всего, способствует развитию  привыкания к кофеину у людей [100].

Одним из главных различий между человеком и крысой, как видами,  заключается  в общей  экскреции кофеина и метаболитов  (без учёта деметилированных метаболитов), которые  составляют  до 5 и 42% от введённой дозы, соответственно [12, 13].

В тканях печени крысы обнаружены только первичные метаболиты, при этом 1-N-деметилирование является основным путём метаболизма, образуя теобромин, содержание которого составляет 51% от обнаруженных диметилксантинов, и 1,3,7-DAU является  важным метаболитом,  соответствующим 9,7% от общего содержания метаболитов  кофеина [23].

В то же время  в исследованиях in vitro (на микро- сомах  печени)  было  установлено, что  С-8-гидроксилирование — доминирующий метаболический путь у крыс  [10, 12]. Показано, что С-8-гидроксилирование кофеина является  основной метаболической реакцией в микросомах печени крыс и печёночных долях (около 70%) по сравнению с 1-N-  и 7-N-деметилированием (8-9%)  и 3-N-деметилированием (около  13%), при концентрации субстрата 100 мкM [63].

В опытах in vitro показано, что основные  различия  в метаболизме  кофеина у крыс и человека заключаются в выраженности 3-N-деметилирования и 8-гидроксилирования, а также в количественном и качественном влиянии изоформы Р450 на некоторые  пути  окисления.  В то время как у человека  3-N-деметилирование количественно является  основным  путём  окисления, С-8-гидроксилирование — доминирующий метаболический  путь у крыс. Обе эти основные  реакции  у двух видов  специфично катализируются CYP1A2. CYP1A2 вносит значительный вклад в образование некоторых вторичных метаболитов  кофеина [31, 63].

Таким  образом,  вклад  CYP1A2 в метаболизм  кофеина наиболее высок при 3-N-деметилировании у человека и С-8-гидроксилировании у крыс по сравнению с другими изоформами Р450. По вышеуказанным причинам, кофеин  можно применить в качестве маркера для оценки активности CYP1A2 как в микросомах печени человека, так и в микросомах печени крыс с использованием разных реакций:  3-N-деметилирования  у человека  и  C-8-гидроксилирования  у крыс [63, 64, 80].

В опытах in vitro показано, что кофеин  окисляется по нескольким положениям своей химической структуры: помимо 3-N-деметилирования до параксантина, он  проходит  1-N-деметилирование, 7N-деметилирование,  и С-8-гидроксилирование (до теобромина, теофиллина, и 1,3,7-триметилмочевой кислоты, соответственно) (рис. 1). При этом С-8-гидроксилирование кофеина является  основной метаболической реакцией в  микросомах печени  крыс  (около  70%). Напротив, 3-N-деметилирование являлось  главным  окислительным  путём  кофеина в микросомах печени  человека (85%)  по сравнению с 1-N-деметилированием  (75%) и 7-N-деметилированием (38,7%)  и С-8-гидроксилированием (28,7%),  при измерении концентрации субстрата 100 мкM [21].

Необходимо  отметить,  что подавляющее  большинство исследований по изучению биотрансформации кофеина было проведено  in vitro на микросомах клеток печени  человека  и крыс [64, 98]. В этих исследованиях показано, что основное направление биотрансформации кофеина у человека — 3-N-деметилирование с образованием основного метаболита параксантина, у крыс  — С-8-гидроксилирование с  образованием основного метаболита 1,3,7-триметилмочевой кислоты.

Однако  в исследованиях на  целостном  организме крыс получен целый ряд данных, противоречащих полученным  данным  в опытах in vitro. Так,  в частности, установлено, что в моче крыс  основной метаболит  — параксантин [83]. В плазме крови и мозге крыс наряду с неизменённым кофеином обнаружены его деметилированные  метаболиты.  В то же время 1,3,7-триметилмочевая кислота не определялась  [102].

Рис. 1. Вклад изоформ цитохрома Р450 в метаболизм кофеина в микросомах печени крыс и человека in vitro [105]. Выделенные рамки демонстрируют основные метаболические пути кофеина у двух видов. Основные изоформы Р450 выделены жирным шрифтом 

Известно, что у людей CYP1A1, 1A2, 2C8, 2C9, 2D6 и 3A4 и у крыс CYP1A1, 1A2, 2C13, 2C11, 2D1 и 3A1(23) белки гомологичны на 78%, 70%, 68%, 77%, 71% и 73% соответственно [68, 72].

Исследования на  животных  могут  быть  полезны, так как в случае получения положительного результата, появляются новые модели для исследования.

2. Фармакокинетика субстратного маркера CYP1A2-кофеина и его метаболитов (человек и модельные животные). Сходства и отличия

Главными источниками кофеина, по крайней  мере, у взрослых людей, являются  кофе и чай. В разных количествах кофеин встречается в какао, безалкогольных напитках  типа кока-колы, матэ и в различных рецептурных и безрецептурных  ЛС. На основе данных о балансе питательных веществ, ежедневное потребление кофеина на душу населения в Европе и Северной  Америке составляет более чем 200 мг/сутки  [57].

Несмотря  на широкое  использование, немного  известно о том, как влияет генетика на потребление, быструю реакцию  или долгосрочные  эффекты кофеина. Традиционно  кофеин рассматривается  как безопасный препарат,  и при пероральном приёме он быстро и полностью абсорбируется из ЖКТ [6, 32, 98].

Благодаря  высокой  липофильности кофеин  всасывается из ЖКТ на 99%, и достигает пика концентрации в сыворотке  крови  через  30-60  мин.  Быстро  распределяется по всему организму после приёма внутрь и проникает через гематоэнцефалический барьер путём диффузии, а также за счёт поглотительной транспортной системы. Константа степени  ионизации (pKa) кофеина равна 14, коэффициент распределения в липидах (log P) 0,85. Как следствие, молекула существует преимущественно как слабое основание в среде желудочного сока (pH = 2-3) [89]. Умеренно липофильный характер  кофеина позволяет  ему проходить  через  все биологические мембраны [23, 24].

В целом скорость всасывания и биодоступность кофеина у людей, собак, кроликов, крыс и мышей подобны [101]. У животных  и человека  всасывание  кофеина из ЖКТ  в системный кровоток происходит быстро  и полно [14]. Чтобы оценить  межвидовую фармакокинетику кофеина, теобромина, теофиллина и параксантина (всасывание, биодоступность, экскрецию) в общем сходных  у человека, собак, кроликов, крыс и мышей следует учитывать межвидовые  различия  в путях метаболизма и ферментах, вовлечённых в этот процесс [101].

Кофеин, принимаемый человеком  и вводимый  животным, распределяется во всех жидкостях организма и проникает через все биологические барьеры. Кофеин и его деметилированные метаболиты не аккумулируются в органах и тканях и в значительной степени метаболизируются печенью,  в результате  чего в моче человека регистрируется менее  2% неизменённого кофеина от введённой  дозы [47].

Фармакокинетика кофеина в плазме крови и спинномозговой  жидкости сходна [100].

Можно  наблюдать дозозависимую и дозонезависимую фармакокинетику кофеина и других метилксантинов.  Объясняется этот феномен  насыщением метаболических   путей  и ослаблением элиминации из-за низкой активности ферментов и заболеваниями печени. Эти  эффекты дозозависимой кинетики, отмеченной у животных, можно  объяснить насыщением метаболической трансформации кофеина [12, 25]. Линейную  или  нелинейную фармакокинетику кофеина можно наблюдать в зависимости от способа и скорости введения  [67].  Системный клиренс  общего кофеина равнялся 3,83±1,94   и 1,14±0,80  мл/мин/кг и  несвязанного  кофеина — 5,09±2,60  и 1,41±0,71 мл/мин/кг, у взрослых кроликов  и крольчат, соответственно [75].

Ожирение, физическая нагрузка,  заболевания, курение  и  взаимодействие с другими  ЛС  влияют на элиминацию кофеина и метилксантинов благодаря индукции  или ингибированию CYP1A2. Хроническое потребление или запрет на приём  кофеина человеком не сильно влияет на его распределение, но компоненты пищи (например, травяные чаи),  а также алкоголь модифицируют фармакокинетику кофеина и его метаболитов. Использование  метаболических отношений метаболитов  кофеина в плазме крови и/или моче, фенотипирование активности различных ферментов, таких как монооксигеназ цитохрома, N-ацетилирования, 8-гидроксилирования, ксантиноксидазы, стало ценным  инструментом для идентификации полиморфизмов и понимания индивидуальных вариаций и возможных связей с рисками  для здоровья [47].

Период  полувыведения кофеина составляет  от 3 до 12 ч (4-6 ч в среднем).  У лиц с нарушениями функции печени  наблюдается  задержка  выведения кофеина, у таких  пациентов  период полувыведения составляет 23,3±14,06 ч. Кофеин связывается с белками плазмы на 25-36%, и кажущийся  объём его распределения составляет от 0,5 до 0,75 л/кг  у человека  и 0,9 л/кг  у крысы, что говорит  о том, что это вещество  распределяется в общем  объёме жидкостей  в организме [15, 23, 24, 28]. Кофеин может проникать в мозг путём простой  диффузии  и путём диффузии с помощью молекулы-переносчика  [74].

Кажущийся  клиренс после  перорального приёма составляет в среднем 0,02-0,14 л/ч/кг, кажущийся объём распределения у взрослых колеблется  от 0,3 до 1,0 л/кг.  Выводится  кофеин  в виде метаболитов  (теобромина,  теофиллина, параксантина) почками, 1-5% кофеина выводятся в неизменном виде [1, 2, 5, 10, 37, 43].

Фармакокинетика кофеина может изменяться под действием препаратов, влияющих на изменение активности CYP1A2 (человек и крысы) или CYP2C (крысы), например, путём аутоиндукции или при помощи определённых антидепрессантов и нейролептиков. Таким образом, пациентам, принимающих кофеин-содержащие препараты, или любителям кофе, принимающих лекарства, которые взаимодействуют с CYP1A2, может потребоваться корректировка  дозы  приёма   кофеина внутрь или прекращение приёма.

Установлено, что кофеин и его метаболиты  являются сильными ингибиторами переносчиков органических анионов у человека  [95], которые  встречаются в лёгких, почках, и яичках человека [68], а также в гематоэнцефалическом барьере, что  было  показано на культуре эндотелиальных клеток человеческого мозга [55]. Период полувыведения кофеина составляет 4-5 ч, но этот параметр  может быть пролонгирован у пациентов с заболеваниями печени,  у новорождённых (до 100 часов),  или  во время  беременности [35,  60]. Его биотрансформация  ограничивается главным  образом печенью (связано с активностью CYP1A2), а выведение неизменённого соединения почками составляет 3% [33, 59].

Моделирование, основанное на исследованиях близнецов, показывает, что  генетика  играет важную роль в индивидуальной изменчивости при употреблении  кофеина и при прямом воздействии кофеина. Фармакодинамические и фармакокинетические полиморфизмы были обусловлены  действием кофеина. Эти данные могут помочь в будущем при исследовании роли генетики  в формировании острых и хронических эффектов кофеина [103].

Lelo A., Birkett D.J. и соавт. изучали фармакокинетику кофеина, параксантина, теобромина и теофиллина на 6 здоровых добровольцах  мужского  пола после перорального  приёма  каждого компонента в отдельных случаях.  Общий плазменный клиренс  кофеина и параксантина имел приблизительно одинаковые значения (2,07 и 2,20 мл/мин/кг, соответственно) также, как и для теофиллина и теобромина (0,93 и 1,20 мл/мин/ кг,  соответственно). Плазменный клиренс несвязанного кофеина и параксантина был также близок по ве- личине (3,11 и 4,14 мл/мин/кг, соответственно), как и для теофиллина и теобромина (1,61 и 1,39 мл/мин/кг, соответственно). Периоды полувыведения теофиллина и теобромина (6,2 и 7,2 ч, соответственно) были значительно  больше периодов полувыведения кофеина и параксантина (4,1 и 3,1 ч, соответственно). Кажущийся  объём распределения в  стационарном состоянии теофиллина (0,441 л/кг)  был меньше,  чем у других метилксантинов (0,630-0,721 л/кг). Однако объём распределения свободной  фракции теофиллина (0,771 л/кг), оказался  таким же, как и для теобромина (0,791 л/кг), в то время как для параксантина (1,180 л/кг) этот параметр был близок по значению  к объёму распределения кофеина (1,061 л/кг) [70].

Изофермент CYP1A2 метаболизирует  ряд ЛС, включая  клозапин, оланзапин и теофиллин. Эти лекарственные препараты  демонстрируют  высокую степень  межиндивидуальных различий фармакокинетического ответа. Измерение активности CYP1A2 in vivo может являться  важным инструментом для выявления факторов, влияющих  на изменчивость фармакокинетики препарата, и помогать в подборе дозы препаратов, метаболизируемых данной изоформой. До настоящего времени кофеин   остаётся  единственным соединением,  применяемым для  проведения фенотипирования CYP1A2 in vivo [7].

Существует большое количество матриц (биологические  жидкости, содержащие  препарат,  и/или метаболита/ы) для измерения активности CYP1A2 с помощью кофеина. На данный момент потенциальное влияние  периода  метилксантинового воздержания на фенотипирование CYP1A2 и воздействие  кофеина на определение активности CYP1A2 являются актуальными вопросами [82].

В исследовании Teekachunhatean  S. и соавт. проведён сравнительный анализ фармакокинетики кофеина после введения в виде клизмы и приёма одной порции кофе. Относительная биодоступность кофеина  после кофеиновой клизмы,  была в 3,5 раза меньше,  чем после перорального потребления кофе [97].

Работа  Wilkinson J.M. и соавт. посвящена распределению кофеина и его метаболитов (теофиллина, теобромина, параксантина) в мозге  20-дневного плода крысы и плазме крови взрослого человека. Установлено,  что значения AUC кофеина в мозге плода крысы и плазме крови  взрослого  человека  не отличались  для мозга и плазмы  при  одинаковой дозировке  (5 или  25 мг/кг). Однако  метаболиты кофеина накапливались в мозге плода при введении  обеих доз, в результате чего наблюдалось трёхкратное  увеличение  образования метаболитов  по сравнению с уровнем  кровообращения плода. Поскольку многие аспекты метаболизма  кофеина схожи  у крыс  и человека,  предполагается, что потреблению кофеина во время беременности должно уделяться особое внимание [102].

Изучено  влияние  кофеина на суточные  ритмы  частоты сердечных сокращений (ЧСС), температуру тела (ТТ)  и двигательную  активность  (ДА) у крыс  в зависимости  от времени введения  препарата, а также возможные  механизмы, связанные с фармакокинетикой кофеина. В ходе исследования ЧСС, ТТ и ДА измеряли каждые  10 мин  радиотелеметрически. Исследование разделили на три периода: период контроля P1, период лечения  P2 и восстановительный период P3. Во время P2, крысы  из утренней (M(pk))  и вечерней  (E(pk)) групп получали такую же дозу, как и животные телеметрического исследования. В последний день P2, были взяты образцы крови 0,25, 0,5, 1, 2, 4, 8, 12 и 24 ч после утреннего  и вечернего  введения  в целях определения фармакокинетики М(pk)  и E(pk).  Результаты показали, что утренние введение кофеина подавило суточный ритм ЧСС и изменил  суточную амплитуду ДА и ТТ, а вечернее введение не подавило  суточный ритм ДА, но изменил амплитуду и акрофазы трёх ритмов, с указанием хронофармакологического эффекта. С учётом фармакокинетических эффектов, площадь под кривой (AUC) была значительно ниже у крыс E(pk) по сравнению с M(pk),  за счёт увеличения общего плазменного клиренса и объёма распределения. Сделан вывод, что хронофармакокинетические эффекты кофеина могут объяснить, по крайней  мере,  частично, наблюдаемые кофеин-индуцированные изменения суточных ритмов [81].

3. Межлекарственное взаимодействие субстратного маркера CYP1A2-кофеина с различными лекарственными веществами 

В данном разделе описана главная роль печени в метаболизме кофеина и многих ЛС, представлены примеры этих взаимодействий. Клинические исследования показали частое взаимодействие лекарств, приводящее к замедлению  элиминации кофеина и снижению клиренса, как  кофеина, так и его метаболитов.  Средства традиционной медицины, а также пищевые добавки из растительных  экстрактов могут влиять на фармакокинетику кофеина. На здоровых добровольцах  с использованием  кофеина в качестве  тест-препарата изучено влияние  натрия таншинон IIA сульфоната  — водорастворимого производного  препарата   китайской медицины даншена  на активность  CYP1A2. Активность CYP1A2, определяемая величиной МО параксантина к кофеину в течение 6 ч в плазме крови,  увеличилась на 41,1%, AUC кофеина достоверно снизилась  на 13,3%, а AUC параксантина достоверно выросла на 17,4% [34].

CYP1A2 метаболизирует  многие препараты, например, такие как фенацетин, такрин,  ропинирол, ацетаминофен, рилузол, теофиллин и кофеин  [18].

Взаимодействие между флувоксамином (50-100 мг/ сутки) и кофеином (200 мг перорально) у здоровых добровольцев показало снижение общего клиренса кофеина с 107 до 21 мл/мин и рост периода полувыведения с 5 до 31 ч. Клиренс  N3-, N1-  и N7-деметилированых метаболитов кофеина снижался  с 46 до 9 мл/мин, с 21 до 9 мл/мин и с 14 до 6 мл/мин, соответственно [58].

Известно, что грейпфрутовый сок  является  ингибитором  CYP3A4 [8]. Изучено  влияние грейпфрутового сока  на метаболизм  кофеина и гемодинамические эффекты потенциального пищевого взаимодействия. В данном  перекрёстном исследовании участники  (10 добровольцев  с нормальным давлением)  получали кофеин (3,3 мг/кг)  с водой или с грейпфрутовым соком. Концентрации кофеина в сыворотке крови определяли в течение  24 ч. В другой фазе испытаний, 6 из 10 добровольцев принимали кофеин с несколькими дозами грейпфрутового сока. Амбулаторный  мониторинг артериального  давления  проводился  в течение  12 ч для оценки гемодинамических эффектов. Значения AUC (среднее  значение±SD) для группы кофеин-вода, кофеин-сок,  кофеин-многократно  грейпфрутовый сок составляли  47,0±10,8, 48,7±15,2  и 49,6±7,0  мкг/мл*ч, соответственно. В величинах систолического, диастолического  давления, процентного соотношения времени с диастолическим давлением  более 90 мм рт. ст. статистически значимых различий  не наблюдалось. Таким образом, сделан вывод, что грейпфрутовый сок не  оказывает  влияния на  фармакокинетику кофеина или гемодинамические эффекты [73].

Известно, что  настойка   зверобоя   так  же  является индуктором  CYP3A4. После  применения зверобоя (капсулы  эсберикум, 240 мг/сутки   экстракта, 3,5  мг гиперфорина) или плацебо не выявлено статистически значимых  различий  в значениях  AUC  кофеина и параксантина между группами, получавшими плацебо  и зверобой.  Таким  образом,  сделан вывод,  что экстракт зверобоя  в различных лекарственных формах,  не оказывает влияния на фармакокинетику кофеина и параксантина [16].

Однако распределение флувоксамина (50 мг/сутки перорально), изученное на здоровых некурящих добровольцах  мужского пола, которые  также получали кофеин  (200 мг перорально), показало отсутствие значимой   корреляции между  клиренсом кофеина и флувоксамина или между МО параксантин-кофеин (концентрации измеряли  в течение  6 ч в сыворотке крови)  и клиренсом флувоксамина [94], что находится в противоречии с предыдущими работами  in vitro [27] и in vivo [58].

Другие ЛС, которые могут взаимодействовать, включают антипсихотик клозапин [43], противовоспалитиельные препараты  идроциламид [26] и рофекоксиб [17] и такрин [46].

Показано, что метаболизм  кофеина ингибируется антибиотиками производными хинолона. Исследования  in vitro распределили   вероятность таких  взаимодействий в следующем  ряду: эноксацин — 74,9%, ципрофлоксацин — 70,4%, налидиксовая кислота  — 66,6%, пипемидовая кислота — 59,3%, норфлоксацин — 55,7%,   ломефлоксацин  —  23,4%,   пефлоксацин  — 22,0%, амифлоксацин — 21,4%, дифлоксацин — 21,3%, офлоксацин — 11,8%, темафлоксацин — 10,0%, флероксацин — не  оказывает влияния.  Исследования  in vivo показали, что вероятность взаимодействия с кофеином  этих ЛВ убывает в ряду: эноксацин > ципрофлоксацин > норфлоксацин > офлоксацин > ломефлоксацин  [48]. Среди фторхинолонов эноксацин  и, в меньшей  степени,  ципрофлоксацин и пефлоксацин ингибируют метаболизм   кофеина. Предложено использовать невзаимодействующие хинолоны, например, офлоксацин и норфлоксацин [51, 61].

Другие антидепрессанты и ЛС для лечения  тревожных расстройств, например,  венлафаксин, алпразолам, золпидем и триметадион, а также стимулятор бодрствования армодафинил статистически не влияли  на фармакокинетику кофеина и его метаболитов [11, 39, 41, 90, 96].