Métabolisme hépatique des médicaments Application à l'intoxication au Paracétamol Journées DES Octobre 2014

Plan Métabolisme hépatique des médicaments Biotransformations (2 phases) Clairance et excrétion hépatique Application a l'intoxication au Paracétamol Métabolisme hépatique du Paracétamol Facteurs de risque d'intoxication Antidote = NAC

→ Élimination indirecte Devenir du médicament 4 étapes : ADME Absorption Biotransformations Distribution → Élimination indirecte Métabolisme 4 étapes : sur le modele ADME - Absorption - Distribution systemique du medicament aux organes cibles - Metabolisme : principalement dans le foie, par de nombreuses biotransformations qui correspond a l'elimination dite « indirecte » des medocs - Excretion : par 2 organes : le foie/syst. Biliaire et le rein qui correspond a l'elimination « directe » des medocs 2 organes d’excrétion - Foie-Bile - Rein → Élimination directe Excrétion

Xénobiotiques Biotransformations Métabolites Dérivés conjugués = substances étrangères (médicaments...) Biotransformations Détoxification Toxification Métabolites Les xenobiotiques absorbés, correspondants aux structures etrangeres comme les medicaments par exemple, subissent des biotransformations, notament au niveau hepatique, permettent la transformation du medicament en metabolite puis en dérivé conjugué plus soluble permettant son élimination plus facilement (la phrase a rallonge!!) Ces biotransformations peuvent avec 2 effets opposés sur le medicament : - detoxification : atténue leurs propriétés pharmacologiques ou toxiques du medoc - toxification : rendant le derivé plus toxique que la molecule mere (+ rare) (atténue leurs propriétés Pharmacologiques ou toxiques) (+ toxique que la substance mère) Dérivés conjugués ELIMINATION

Clairance hépatique Clairance = Q x E = Q x (Ca – Cv) / Ca Ca Cv Pourcentage de médicament dégradé au cours de son passage hépatique = volume de sang totalement débarrassé d'un médicament par unité de temps (en mL/min) Clairance = Q x E = Q x (Ca – Cv) / Ca Ca Q : débit sanguin E : extraction hépatique Ca : C° sguine artérielle Cv : C° sguine veineuse Quand on parle d'excretion hepatique, on parle notament de clairance hepatique LIRE LA DEFINITION et LE CALCUL L'exctraction hepatique tient comte des concentrations arterielle et veineuse des medicaments Cv http://www.chups.jussieu.fr/polys/pharmaco/poly/POLY.Chp.4

Métabolisme hépatique Xenobiotique Métabolisme hépatique Circulation systemique Mécanisme d'efflux (P-glycoP) Métabolite Conjugué Phase 1 Phase 2 Phase 3  Transporteurs (MRP,OCT,OATP) Intestin Cycle entéro-hépatique Déconjugaison Réabsorption Élimination Bile Rein Fèces Dérivés liposolubles Dérivés hydrosolubles

Métabolisme de Phase 1 Réactions de fonctionnalisation (3) Oxydations (perte d’électrons par le substrat) Hydrolyses (catalysées par les esterases principalement +/- aminases) Réductions (gain d’électrons par le substrat réduit) → Dans les microsomes (fragments de RE) R-H R-OH (hydroxylés) R-COOH (carboxylés) R-NH2 (aminés) Phase 1 Les reactions du metabolisme de phase 1 sont des reactions chimiques de fonctionnalisation Elles sont au nombre de 3 : oxydations / reductions / hydrolyses Elles permettent de créer des derivés hydroxylés, carboxylés, et aminés Elles ont lieu dans les microsomes, qui sont les fragments du reticulum endoplasmique

Oxydations Généralement catalysées par le cytochrome P450 Complexe multi enzymatique Plusieurs iso-formes : CYP1A2, 2A6, 3A4...  Hémoprotéine-oxydase Enzyme réductrice Les oxydations : Elles sont generalement catalysées par le cytochrome P450, qui est un complexe multi enzyme avec plusieurs isoformes existants, les principaux sont 1A2, 2A6, 3A4... Les 2 elements principaux sont : - l'hemoproteine oxydative cytochrome P450 (a gauche) - l'enzyme reductrice : NADPH-cytochrome p450 reductase – qui catalyse la reaction suivant... CYP 450 reductase R-H + O2 + NADPH + H+ R-OH + H2O + NADP+

Hydrolyses Catalysées par les estérases principalement (+ amidases) 4 catégories : Arylesterase : esters aromatiques Carboxylesterase : esters aliphatiques Cholinesterase : esters dont le résidu est un alcool Acétylesterase : esters dont la moitié acide est l'acide acétique Les reductions : Catalysées par des esterases principalement, mais parfois par des amidases. LIRE LA REACTION Et LA SUITE

Réductions Souvent catalysées par le cytochrome P450 : par les réductases Azoréduction : R-N-N-R' (azoïques) → R-NH2 + R'-NH2 Nitroréduction : R-NO2 (nitrés) → R-NH2 Carbonylréduction : R-C-R' → R-CH-R' O OH = gain d’électrons par le substrat réduit – concerne surtout les fonctions azotées LIRE

Métabolisme de Phase 2 Réactions synthétisantes : les Conjugaisons Produisent des dérivés conjugués plus hydrosolubles et donc plus facilement excrétables Par enzymes du RE et du cytosol des hépatocytes Catalysées par des transférases avec des co-enzymes 5 réactions principales Glucurono-conjugaison (UDP-glucuronyl-transferase) Sulfo-conjugaison (Sulfo-transferase) Méthylation (Methyl-transferase) Acétylation (N-acetyl-transferase) Conjugaison au Glutathion (Glutathion S-transferase) Les reactions chimiques de phase 2 sont des reactions synthetisantes : ce sont des conjugaisons LIRE LES 3 LIGNES ensuite Les 5 principales sont resumées dans le tableau sur la diapo suivante

Application a l'intoxication au Paracétamol

Introduction Formule brute : C8H9NO2 Nom chimique systemique : → Para-Acétamido-Phénol liposoluble Origine synthétique : Réaction d'acylation LIRE D'après Clayden et Al. (2003); Mesplede et Saluzzo (2004)

Absorption Absorption par diffusion passive (plus rapide ds l’intestin grêle que dans l'estomac) Biotransformation hépatique dès le 1er passage hépatique Biodisponibilité absolue : 80% (voire 90% pour les formes effervescentes) LIRE D'après Serrie et Thurel (2002); Gaudy (1999)

Oxydases a Cytochrome P450 SULPHATE GLUCURONIDE (Sulfo-Transferase) (UDP-glucuronyl Transferase) 35% 55% Phase 2 PARACETAMOL Phase 1 Oxydases a Cytochrome P450 (CYP2E1-CYP3A4) 5-8% Glutathion NAPQI N-acétyl- pbenzoquinone-imine Bien dire que : a dose therapeutique : - la double fleche du haut correspond aux conjugaisons du paracetamol (phase2) en sulphate et glucuronide, non toxiques, par les enzymes notées entre parenthese - la fleche du bas : formation du composé toxique, le NAPQI, par oxydation du Paracetamol (phase 1) par l'intermediaire d'oxydases du CytP450 et notament les fractions CYP2E1 et 3A4 Le NAPQI sera a son tour conjugué par le glutathion transferase, pour donner le derivé conjugué hydrosoluble, le Mercaptate, non toxique et eliminable facilement Phase 2 MERCAPTATE Métabolisme du Paracétamol À doses thérapeutiques D'après Sterner 1999; Hacchula 1999

Mécanismes d'action toxique A doses supra thérapeutiques Saturation des voies de conjugaison SULPHATE GLUCURONIDE PARACETAMOL Necrose centro lobulaire CYP450 Voie oxydative +++ Glutathion NAPQI Toxicité A doses toxiques, c'st a dire supra therapeutiques Le Paracetamol est en exces, donc les voies de conjugaisons sont saturées, deviant le metabolisme vers la voie oxydative et la formation en grande quantité de NAPQI Les quantités de Glutathion etant limitées par rapport a l'exces de formation de NAPQI, celui ci ne peut etre conjugué et donc eliminé Le NAPQI se lie donc aux proteines hepatiques, provoquant ainsi une necrose centro lobulaire Quantités insuffisantes Se lie aux protéines hépatiques (LXR, ChREBP...) MERCAPTATE

Facteurs de risque d'intoxication Déplétion des réserves en glutathion (jeûne, malnutrition) Consommation d'inducteurs des oxydases du CYP450 Prise d'inhibiteurs des glucoronyl Transferases Consommation chronique d'alcool Consommation régulière de Paracétamol Hepatopathies chroniques ou aigues Variabilité interindividuelle et interethnique LIRE D'après Carli et Al. (2004), Reichl (2004), Osmann (2007), Seraifi (2007), Levy (2009)

Déplétion des réserves en glutathion Jeune et Malnutrition Concernant la depletion des reserves en glutathion, qui se voit notament lors du jeune ou de la malnutrition, on observe une baisse du seuil de toxicité, Ces courbes montrent que, lorsque la dose de paracetamol ingérée augmente, on observe une baisse de glutathion et une augmentation du taux de liaison du NAPQI aux proteines hepatiques L'augmentation du taux de liaison du NAPQI aux proteines hepatiques est directement liée a un appauvrissement en glutathion D'après Reichel et Al. (2004)

PARACETAMOL NAPQI CYP450 Glutathion Toxicité SULPHATE GLUCURONIDE Jeûne / Malnutrition Jeûne / Malnutrition (réduit les réserves hépatocytaires en hydrates de carbone) PARACETAMOL CYP450 NAPQI Glutathion Jeûne / Malnutrition En cas de jeune ou de malnutrition, on observe une depletion majeurs des reserves de glutathion, qui est apporté par l'alimentation Donc, si les reserves sont insuffisantes, il ne peut detoxifier et eliminer le NAPQI qui s'accumule et devient toxique pour les hepatocytes De plus, le jeune réduit les reserves en hydrates de carbone et altere donc la glucuro et sulfo conjugaison, toutes 2 dependantes des ces reserves, Il en resulte, un shunt vers la voie oxydative de transforamtion du Paracetamol, induisant la formation de NAPQI, toxique Toxicité MERCAPTATE

PARACETAMOL NAPQI CYP450 Toxicité SULPHATE GLUCURONIDE Inhibiteurs des glucoronyl Transferases PARACETAMOL Bactrim, Zidovudine Inducteurs Enzymatiques CYP450 Antiépileptiques, Rifampicine antirétroviraux, Milepertuis... NAPQI Toxicité

PARACETAMOL NAPQI Glutathion CYP2E1 Toxicité Éthylisme chronique La consommation chronique d'alcool induit l'isoforme CYP2E1 du cytP450 de 200 a 300%, donc une plus grande fraction du paracetamol est shuntée vers cette voie toxique avec la formation massive de NAPQI De plus, l'alcool inhibe directement la synthese de glutathion, souvent associée a une malnutrition... Éthylisme Chronique Toxicité MERCAPTATE

PARACETAMOL Glutathion NAPQI Dans la population Alcoolique chronique SULPHATE GLUCURONIDE Dans la population Alcoolique chronique PARACETAMOL Consommation Aiguë d'alcool CYP2E1 Inhibition compétitive Glutathion NAPQI A l'opposé, chez des patients ethylique chronique, une consommation aigue d'alcool est protecteur de cette toxicité hepatique de l'ethylisme chronique En effet, l'acool consommé de facon aigue, entre en competition avec le paracetamol pour le CYP2E1 (inhibition competitive), ce qui diminue la production de NAPQI, et reduit ainsi la toxicité en eliminant l'exces de risque lié a l'abus chronique Cette effet protecteur ne s'applique qu'a la population alcoolique PROTECTEUR MERCAPTATE Élimine l’excès de risque Lié a l'abus d'alcool

Consommation régulière de Paracétamol PARACETAMOL Déclin régulier, Asymptomatique du Stock de glutathion CYP2E1 Glutathion NAPQI Une consommation reguliere de Paracetamol peut induire un declin regulier, asymptomatique, du stock de glutathion hepatique, Les reserves etant en dessous du seuil critique, il perd sa capacité a inactiver le NAPQI Toxicité MERCAPTATE Perd sa capacité a inactiver le NAPQI

N-Acétyl-Cysteine (Antidote) SULPHATE GLUCURONIDE PARACETAMOL N-acétyl-Cysteine CYP450 Glutathion NAPQI Il existe un antidote a l'intoxication au Paracetamol permettant de lutter contre sa toxicité hepatique : la N-Acetyl-Cysteine, qui represente la forme acetylée de la cysteine, Il est naturellement produit par le corps humain ou apporté par l'alimentation (ail, oignons, œufs, brocolis,,,) Chez le patient intoxiqué au paracetamol, il permet d'apporter la cysteine necessaire a la biosynthese du glutathion. Ce dernier est alors synthetisé en grande quantité et permet de se premunir contre l'hepatotoxicité Rappelons que l'efficacité du NAC est observé que si il est introduit dans les 10 premieres heures apres l'ingestion de Paracetamol Toxicité MERCAPTATE Efficacité si introduit ds les 10 premières heures suivant l'ingestion de Paracétamol Vaubourdolle (2007)

Étapes de synthèse du Glutathion a partir de la N-Acétyl-Cysteine

Conclusion Foie : organe clé du métabolisme des médicaments Biotransformations : voie majeure d’élimination des médicaments Rôle fondamental du cytochrome P450 dans le métabolisme hépatique des médicaments De nombreux facteurs influencent la toxicité hépatique du Paracétamol Antidote (N-Acetyl-Cysteine) permettant de lutter contre la toxicité hépatique du Paracétamol