Pharmacologie métabolisme des xénobiotiques

Pharmacologie:
Métabolisme des Xénobiotiques
Franck Rencurel, PhD
Pharmacologie Franck Rencurel 2020
1

Pharmacologie Franck Rencurel 2020 2
Plan du cours
I- absorption et voies d’entrée
II-Devenir d’un xénobiotique dans l’organisme
II-1 Rôle du microbiote intestinale
II-2 Rôle du foie
II-2-1 les cytochromes P450
II-2-2 La conjugaison (Phase II)
II-2-3 La phase III
III Phénomènes d’induction
III-1 Mécanismes moléculaires
III-2 Les principaux xénosensors
III-2-1- PXR
III-2-2 CAR
III-2-2-3 AhR
IV Développement d’un médicament
IV-1 Le dossier préclinique
IV-2- Etudes de phase 1
IV-5- Le dossier d’AMM
V- Facteurs altérant le métabolisme
V-1 notions de pharmacologie
V-2 le polymorphisme
VI- Toxicité de l’acétaminophène
VII- intéractions
VII-1- les plantes
VII-1-1 le millepertuis
VII-2 Cigarette et clozapine
VII-3 Aliments et médicaments
VII-3-1 Les statines
VII-3-2 Phyto-oestrogènes

Objectifs pédagogiques:
A l’issue de ce cours vous devez être capables de décrire
les Phases 1, 2 et 3 du métabolisme des xénobiotiques.
•Vous devez être capables d’expliquer les principaux
facteurs régulant la biodisponibilité d’un xénobiotique
dans l’organisme.
•Connaitre la notion de polymorphisme, d’interaction,
d’inhibition et d’induction.
•Connaitre le métabolisme de la codéine dans ses
grandes lignes
•Savoir expliquer la toxicité à l’acétaminophène
Etre capables d’expliquer les interactions
statines/pamplemousse.

I-Absorption et voies d’ entrée dans l’organisme

L’ Absorption
Un xénobiotique doit franchir des barrières (peau, muqueuses) pour entrer
dans l’organisme et atteindre la circulation générale
Le franchissement de ces barrières est aussi appelé absorption
L’absorption est le processus durant lequel, le xenobiotique, passe de son site
d’administration vers la circulation générale.
En terme d’absorption , L’injection intraveineuse est la
référence (pharmacocinétique) car la plus directe et la plus
rapide.

Les différentes voies d’administration ou d’entrée d’un
xénobiotique :
Voie orale
Voie intra-veineuse
Voie sub-linguale: veines linguales, maxillaires, jugulaire externe
Voie rectale: veines hémorroïdaires puis veine porte
Voie sous cutanées
 Voie Trans-dermique
Voie Intra-musculaire
Voie nasale (veines nasales) ou occulaire (collyres)
Voie inhalée (bronches, poumons)

Traverser une barrière
Diffusion facilitéeDiffusion Passive Transport actif
Non saturable
Non spécifique
Saturable
+/- spécifique
Saturable
spécifique
Membrane plasmique

L’absorption est influencée par:
Les propriétés physico chimiques, pKa (molécule non ionisé
vs ionisée), Hydrophobe, hydrophiles.
La galénique (sirop, poudre..) vitesse de solubilité
Les caractéristiques receveur
pH gastrique
•Vitesse de la vidange gastrique
•Qualité du repas
•Âge
•Etat métabolique (obésité, à jeun)
•Interactions (autres xénobiotiques, aliments, métabolites)

II-Devenir d’un xénobiotique dans l’organisme

Principaux sites de biotransformation et élimination
des médicaments et xenobiotiques
L’intestin grêle: transport/transformation
Le foie: transformation/transport
Les reins: Transport/transformation
Les autres tissus ont des capacités de transformation et
transport des Xenobiotiques mais moins importants
quantitativement
Ne pas oublier les bactéries intestinales capables de
biotransformations

II-1 rôle du microbiote intestinal dans la biodisponibilité d’un médicament

Entérocytes et microbiote jouent un rôle important dans la Transformation et
le transport des xenobiotiques dans l’organisme.
12
Biotransformation
Aliments Xénobiotiques
Microbiote
Métabolites
Métabolites
métabolisme
Muqueuse intestinales
Circulation sanguine/lymphatique

Adapté de :The microbial pharmacists within us: a metagenomic view of xenobiotic metabolism Elizabeth N. Bess, Rachel N. Carmody & Peter J. Turnbaugh
Nature Reviews Microbiology14,273–287(2016)
Mécanisme direct Mécanisme indirect
Prodrogue
Métabolite
actif Drogue ou métabolite microbiote
métabolites
Métabolites modifiés
Par le microbiote
Métabolites produits
Par le microbiote
Altération du métabolisme de l’hôte
Intéractions xénobiotiques/microbiote

Adapté de : The microbial pharmacists within us: a metagenomic view of xenobiotic metabolism Elizabeth N. Bess, Rachel N.
Carmody& Peter J. Turnbaugh Nature Reviews Microbiology14,273–287(2016)
Devenir d’un xenobiotique dans l’organisme

II-2 rôle du foie dans la biotransformation des xénobiotiques

Le Foie, principal site de transformation des xénobiotiques
Composé
Hydrophobe
Composé
hydrophile
Excrétion
Urinaire
FOIE
Selles
Rein

Le devenir d’un Xénobiotique.
Objectif: augmenter l’hydrophilie de la molécule à
excréter
R R-OH R-O-Glu
Phase I Phase II
Hydrophilie
Excrétion
Ex: Hydroxylation Conjugaison
Phase III
Transport

Les différentes phases de biotransformation
 Phase 1: « fonctionalisation » de la molécule
75% des réactions catalysées par P450, -OH hydrophilie
++ =>Métabolites inactifs ou actifs(toxicité)
Phase 2: la Conjugaison
Augmente l’Hydrophilie+++
20% des réactions catalysées par UGT*
Peu de toxicité liée à la Phase2 (<10%)
Phase 3: Export des molécules
Bile Selles.
Sang Urine
*UGT= UDP-glucuronosyltransferase)

OH OOH
O
Elimination
Phase 1 Phase 2
Phase 3
o2
xenobiotique
cellule
Transport
membranaire
Transport
membranaire

Les réactions de Phase I
Oxydation Réduction Hydrolyse
Cytochromes P450
Monoamine oxydase
Flavine Monooxygenase
Alcool et aldehyde
deshydrogénase
Xanthine oxydase
Céto réductases Estérases
Amidases
Epoxyde
hydrolases

II-2-1 Les Cytochromes P450

Les Cytochromes P-450 catalysent les réactions de
Phase 1
OH
Hydrophobe
Hydrophile
Plus de 3000 gènes connus
(Végétaux, champignons, animaux)
Chez l’homme: 57 gènes and
29 pseudogènes
Substrats:
• Stéroles, stéroïdes, Ac. Biliaires (14 )
• Ac. gras( 4 )
• Eicosanoïdes ( 5 )
• Vitamines ( 4 )
• Médicaments et xénobiotiques (15 )
• Fonctions inconnues ( 15 )
Excretion
FOIE

Nomenclature
CYP2B6
Cytochrome
Famille
>40% homologie Sous famille
> 55% homologie
Numérotation
du gène
Les cytochromes P450 sont désignés par un code de chiffres et lettres
Les majuscules désignent un P450 d’origine humaine (CYP2B6),
les minuscules d’origine murine (Cyp2b10)

17 familles connues.
Noter que Les Cytochromes P450 ne sont pas uniquement dédiés aux
processus de détoxication (synthèse de vitamine, de lipides..)

On les appelle cytochrome P450 car ils un spectre d’absorption caractéristique
Avec un pic à 450nm

Mono oxygénases => càd fixent 1 atome d’oxygène
Un noyau d’hème avec 1 atome de Fer (pour fixer l’oxygène).
Présents dans tous les tissus mais surtout foie, intestin, reins.
Représentent 1% des protéines totales du foie!
Régulation transcriptionnelle
Face externe de la membrane du RE et dans
les mitochondries =>membrane internes, externes, matrice)
Cytochromes P450

Cytochromes P450 une structure multimérique
Cytochrome
Reductase
O2
RH R-OH
H2O
Matrice
Cytoplasme
NADPH
NADP+
2e-
P450
Voie des pentoses
Transfert d’électrons grâce à la réductase
Et au fer héminique
Membrane
réticulum endoplasmique
Molécule hydrophile

R-H
R-OH
C’est le transfert d’électron grâce à la réductase et l’atome de Fer
(Fe2+) qui permet l’hydroxylation des molécules reconnues par le
Cytochrome P450
Molécule
hydroxylée

Métabolisme
Acides biliaires
Cholestérol
Vitamine D
Endocrinologie
Œstrogènes
Progestérone
Stéroïdes
Pharmacologie
Thérapeutique
Interactions
Carcinogenèse
Activation de mutagènes
Pro-carcinogènes
Toxicologie
Polluants
Additifs alimentaires
Plantes
Cosmétiques…
P450
Les P450 interviennent dans
de nombreuses fonctions

II-2-1-2 Facteurs influençant le métabolisme

Facteurs influençant le métabolisme
Âge: Isoformes spécifiques ou quantité variables.
Fœtus, nouveau né adulte.
 Selon les espèces (différentes isoformes) et/ou différences
quantitatives (problématique du model en R&D) .
Nouveau né, maturité des P450s (isoformes adultes) vers la
2ème semaine de vie puis augmentation d’expression jusqu’à
l’adolescence (pharmacologie néonatale et pédiatrique)
Pathologies hépatiques : stéatose, cirrhose, hépatites..

Facteurs environnementaux
Alimentation
Polluants
Interactions médicaments/médicaments
Phénomènes d’induction:
Induction transcriptionnelle qui impacte:
1) La Clairance hépatique baisse d’effet.
2) Avec des risques de surdosage (prodrogue).
3) Ou de Formation d’un métabolite toxique  toxicité

Diminution de la clairance métabolique:
Risque de Toxicité, surdosage ou absence d’effet (si
prodrogues).
1) Inhibition réversible:
Inhibiteur non métabolique, fixation sur le site
actifcompétition.
Exemple d’inhibiteurs:
•Cimétidine (ulcère gastro-duodénal) (tous les P450!)
•Antifongiques (P450 3A)
•Jus de pamplemousse (P450 3A4)
•Polyphénols (P450 3A et 2B)…..
Inhibition:

2) Inhibition irréversible:
Formation d’un métabolite se fixant sur le Fe ou un atome de N
du noyau du P450, irréversible conduisant à la
dégradation du P450
 Substrat suicide dans le site de liaison (stable, rapide et
efficace.
Ce type d’Inhibition est dangereuse car il y a risque de déplétion
en P450 (il est plus long de reconstituer le stock de P450)
Exemple d’inhibiteur irréversible: hyperforine (cf millepertuis).
Inhibition:

CYP3A4
CYP2D6
CYP2C
CYP2E1 CYP1A2
CYP3A4
CYP2CCYP1A2
CYP2E1
CYP2D6
Quantité relative dans le foie
From Shimada T et. Al J. Pharmacol Exp Ther (1994; 270(1):414
Proportion des médicaments
métabolisés
Distribution quantitative des Cytochromes P450 chez l’homme (CYP)
Noter que bien que CYP3A4 ne représente qu’un quart des P450 exprimés dans le foie
Il intervient dans le métabolisme de plus de 50% des médicaments mis sur le marché.

Le jeu des 17 familles .
Pioche!

L’objectif ici n’est pas de développer toutes les
isoformes de P450 mais de décrire les
principales formes en terme de rôle.
Nous retrouverons ces isoformes plus loin à
propos des interactions Ou de polymorphisme

Famille CYP1 Ex:CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1
Principalement activés par des polluants de la famille des
hydrocarbures polycycliques aromatiques.
Fumées industrielles
Fumée de cigarette
Viandes grillées
Mais aussi des composés dans les crucifères (Brocoli, choux de
Bruxelles..)
CYP1A1,1B1: présents dans Poumons, glande mammaire, placenta, peau
CYP1A1,1A2 et 1B1 : Métabolisme des prostaglandines, œstrogènes et
mélatonine

Famille CYP2
La plus grande famille de CYP chez l’homme.
Famille hétérogène dans ses régulations et spécificités de
substrats.
Ex: CYP2C8, 2C9,2C18,2C19
Métabolisme:
25% des médicaments du marché
Intervient dans le métabolisme de
l’Acide arachidonique (Inflammation)
Antidépresseurs
Anticoagulants
(ex:warfarine)
AINS (ibuprofène)
Exemple de classes de molécules métabolisées

Famille CYP2 suite CYP2D6, 2D7, 2D8
Uniquement CYP2D6 chez l’homme
•Analgésiques
•Anti-arythmiques
•Antidépresseurs
•Codéine (voir suite cours)
•Pesticides
Impliqué dans le métabolisme de :

Famille CYP3
Sous famille des CYP3A comprenant 4 gènes: CYP3A4, CYP3A5 (intestin) ,
CYP3A7 (foie fœtal, tumeurs)
CYP3A4 principalement hépatique
Métabolise 50% des médicaments mis sur le
marché
Forte régulation transcriptionnelle,

Etape extrêmement importante.
Reflétée par le nombre d’enzymes impliquées.
Plusieurs critères définissent la conjugaison:
1)Liaison covalente du xénobiotique à une molécule
endogène (le radical)
2)Objectif augmenter l’Hydrophilie ++
3)Nécessite une Transférase (enzyme)
4)Besoin d’un Co-facteurs apportant le « conjuguant
ou radical ».

Phase II: Conjugaison
Conjugaison  Transférase  Molécules donneuses
Glucuronidation UDP-glucuronyl
transférases
Ac.UDP glucuronique
Acétylation N-acétyltransférases Acetyl-CoA
Conjugaison
Au Glutathion Glutathion-S-
transférase
Glutathion
Conjugaison
à la Glycine
glycine
Glycine transférases
Sulfatation Sulfotransférases
Phosphoadénosyl
phosphosulfate
Methylation Methyltransférase S-adenosyl-méthionine

La Glucuronidation
Transfer: Acide glucuronique
Cofacteur: acide uridine-5;-diphospho-a-D-glucuronique
Enzymes: UGT (plus de 20 isoformes)
Réaction prédominante chez l’homme.
Substrats: Antihistaminiques, antibiotiques, nicotine…
Réaction en compétition avec la sulfonation
La Sulfonation domine à faible dose de substrat
La Glucuronidation entre en jeu à forte dose de substrat
O-b-D-glucuronide

Plusieurs UGT dans métabolisme de la Morphine
Forme inactive
Forme Active
La morphine-6-glucuronide
est 13x plus analgésique que la morphine

Le syndrome de Gilbert est un défaut de conjugaison de la
bilirubine
Recyclage
du Fer
Hématie (120j)
Bilirubine
Conjugaison par UGT BSEP
Export dans les selles
avec la bile
Intestin
Urobilinogène
Cycle entérohépatique
Transport rétrograde
Bilirubine
Urobilinogène
(bactéries Inst.)
Selles
ATP
ADP+Pi
Rate
La bilirubine est un sous produit de l’hême
Transport
plasmatique
Hépatocyte
Rein

Mutation du promoteur du gène UGT1
 Se déclare à Adolescence
2 % population
Souvent asymptomatique.
Ictère déclaré: jeûne*, effort intense (hémolyse), prise
de médicaments
Pas de traitements, pas d’effets sur la santé
jeûne*: mécanismes mal décrits, réabsorption intestinale
de bilirubine non conjuguée non captée par le foie?
Syndrome de Gilbert

Réaction de conjugaison au Glutathion
G
l
u
t
a
t
h
i
o
n
GlutathionSynthèse hépatique.
Equilibre entre forme oxydée et réduite
GSH et GSSG
•Liaison avec les radicaux libres d’oxygènes
•Conjugaison par GST (multiples isoformes)
•N-acetylcystéine précurseur de GSH

Les précurseurs:
glutamate, glycine et de cystéine
Glutamylcysteine synthétatse (g-
GCS)
Glutathion synthétase (GS)
Le glutathion libre dans le
cyctosol: 10mM.
15% est compartimentalisés dans les
mitochondries, le RE ou le noyau.
Voie de Synthèse de glutathion

II-2-3-Phase III
Les transporteurs

Les transporteurs
Ces protéines affectent l’absorption et l’excrétion des
xénobiotiques dans l’intestin, le foie et les reins.
Les transporteurs peuvent ralentir ou accélérer l’entrée de
molécules dans le cerveau, le placenta, cellules tumorales etc..
Les molécules qui induisent l’expression des CYP sont
également inductrices des transporteurs.
Un rôle important dans la biodisponibilité
des xeno et endobiotiques.

Deux grandes familles de transporteurs
ABC
(ATP binding cassette)
SLC
(Solute carrier)
Diffusion facilité,
gradient de concentration.
46 sous familles
360 gènes
Contre un gradient
Couplé à un site de liaison d’ATP,
Activité ATPase
7 sous-familles
49 gènes

Import
« entrée »
Export
« sortie »
surtout
« Solute carriers »
Surtout
« ABC Transporters »
OATP B,C,8
NTCP
OCT 1
OAT 2
MDR1
MRP2,3,5,6
PgP
BSEP
BCRP
Noyau
Influx (SLC)
Efflux (ABC/SLC)

ATP
Adapté de University of Waterloo, Canada
Faire sortir Empêcher d’entrer
Dans le cerveau les ABC transporteurs ont un rôle protecteur mais qui
limitent aussi le développement thérapeutique

Caractéristiques générales des transporteurs
56
 Un transporteur donné prend en
charge plusieurs substrats.
 Un substrat est souvent pris en
charge par plusieurs
transporteurs.
Spécificité médiocre !
Pharmacologie complexe

Les transporteurs: leur rôle
Permettre le passage des molécules hydrophiles à travers la membrane
plasmique: sortie ou entrée!
Surexpression dans
les cellules tumorales
Resistance chimiothérapie (ex de MDR1)
Expression de ces transporteurs est dépendante de nombreux facteurs:
 Nutritionnels (ex: caféine)
 Hormonaux (ex:corticoïdes)
Polymorphisme (voir suite cours)
Induction d’expression par xénobiotiques

Resistance aux médicaments
 Faible expression des transporteurs de molécules hydrosolubles dans
la cellule tumorale.
Changements métaboliques au sein de la cellule, résistance à
l’apoptose, amplification des mécanismes de réparation de l’ADN..
 Amplification des gènes exprimant les ABC transporteurs, efflux des
drogues liposolubles.
thérapie combinée avec un inhibiteur des ABC transporteurs
Mal ciblée, stratégie complexe.

Localisation des transporteurs
Dans toutes les cellules
Pôle apical des entérocytes (MRP2, BCRP, Pg-P) ,
exportent les molécules, diminuant leur biodisponibilité!
Entrée des molécules dans les hépatocytes (
OATP et OCT ) Clairance hépatique ++ biodisponibilité --.
Canalicules biliaires (MRP2, PgP, BSEP
l’export dans la bile, xénobiotiques, sels biliaires
Barrière hémato-encéphalique, placenta: export => rôle protecteur.
Dans le tubule proximal du rein => élimination dans les urines

Transporteurs dans l’intestin (grêle)
Entérocyte
Lumière intestinale
Sang
MRP2 P-gp BCRP OATP
MRP1-3
L’intestin n’est pas un site d’élimination des médicaments
injectables (pas de transport Plasma cellule).
xénobiotique
Pôle
Basolatéral
Pôle
Apical
Injection IV

LumièreSang
MRP4
MDR1
BCRP
MRP1
OATP3
NT
MRP4,
5
MCT
OATP2
MRP2
OATP2
OATP3
Neurones
Cellules gliales
(Astrocytes..)
Seulement 6 zones dans la barrière
hématoencéphalique permet le passage de grosses
molécules.

Les principaux transporteurs dans l’hépatocyte
Noyau
Canalicule
biliaire
Noyau
MRP5MRP1
GS-conjugués, GSH …
MDR1,
3
Acides biliaires
ATP
ATP
ATP
ATP
MRP6
MRP3
ATP
??
Jonctions denses
BSEP
Acides
biliaires
BCRP
NTCP
OATP
B,C,8
OCT1
OAT 2
HépatocyteHépatocyte

Syndrome de Dubin-Johnson: mutation de MRP2
Hémolyse (Globules rouges)
(rate, sport intense..)
Bilirubine circulante
(liée à l’albumine)
Cyclosporine A
Troglitazone
Rifampicine
Stéroïdes (pilule)
Noyau
Canalicule
biliaire
OATP2
Conjugaison (UGT)
Bilirubine conjuguée
MRP2
Export
Hepatocyte
Ictère modéré dû à
l’accumulation
plasmatique
de bilirubine)

III- Phénomène d’induction

L’INDUCTION
Certains médicaments ou xénobiotiques, induisent la
transcription (synthèse de l’ARNm) de plusieurs gènes incluant
ceux codant pour des transporteurs et enzymes de phase I ou II

Conséquences de l’induction
Altérations pharmacocinétiques
Interactions médicamenteuses
Biodisponibilité des hormones

L’induction des Cytochromes P450: un peu d’histoire
Proliferation of ER
Inducteurs des P450 chez l’homme:
Anticonvulsants
Phenobarbital
Phenytoin
Carbamazepin
Primidon
Felbamate
Vigabatrin
Antidepressants
Hyperforin in
St. John’s Wort
Antibiotics
Rifampicin
HIV protease-
and RT inhibitors
Ritonavir
Saquinavir
Efavirenz
Nevirapine
Remmer (1958) Naturwissenschaften
Time course of phenobarbital effect
PPAR agonists
Troglitazone
+PB

III-1 Mécanismes moléculaires
d’induction
Comment les « inducteurs »
peuvent activer autant de gènes ?

Les récepteurs nucléaires: médiateurs de la réponse génique.
Famille de facteurs de transcriptions qui traduisent un signal métabolique,
endocrinien, nutritionnel ou développemental vers la régulation de gènes
Chez l’Homme, 48 membres constituant la famille de récepteur nucléaires.
Activés par la liaison d’un ligand sur le récepteur ou dans certains cas, actifs
constitutivement.

ADN Ligand
A/B C FD E
CN
AF-1 CTE DIMERISATION AF-2
Structure des récepteurs Nucléaires
Domaine variable
AF= activation function 1
Indépendant de la liaison du
ligand
Liaison à l’ADN
Région charnière
(flexibilité)
Liaison du ligand
dimérisation

Récepteurs stéroïdiens
Monomériques (classiques)
GR glucocorticoid
MR mineralcorticoid
PR progesterone
AR androgen
ER estrogen
GR GR
Récepteurs Orphelins monomériques
NGFI-B
SF-1
Rev-erb
ROR
ERR
RXR
?
La superfamille des récepteurs nucléaires
Récepteurs Heterodimères
T35 thyroid hormone
RAR all-trans RAMR
VDR 1.25-(OH)2-VD
PPARa fatty acids/
PPARg 15D- 12D12,14-PGJ
EcR eodysone
FXR bile acids
CAR androstane (murin)
LXR oxystero.l
PXR/SCR xenobiotics
RXR R
Récepteurs Orphelins dimériques
COUP
HNF-4
TR2
TLX
GCNF
??

Différents récepteurs nucléaires peuvent agir sur des cibles
identiques ou « Cross talk »
A novel panel of mouse models to evaluate the role of human pregnane X receptor and constitutive androstane receptor in
drug response.
Scheer N, Ross J, Rode A, Zevnik B, Niehaves S, Faust N, Wolf CR. J Clin Invest. 2008 Sep;118(9):3228-39

III-2 Les principaux « Xenosensors »

Les principaux « Xenosensors »
Ce sont des récepteurs nucléaires capables de lier des
xenobiotiques avec les mêmes
Caractéristiques cinétique de liaision d’un ligand sur un
récepteur hormonal.
La liaison du ligand (xenobiotique) sur son récepteur (le
xenosensor) entraine son activation c’est-à-dire sa liaison sur
une région spécifique du promoteur du gène qu’il active et
ainsi que le recrutement et la liaison avec des coactivateurs
permettant l’association de l’ARN polymérase sur la région
promotrice du gène cible.

Les principaux « Xenosensors »
AhR
Polyphénoles
Flavonoïdes
Cigarettes
dioxine
AhR
ARNT
ARNT=AhR Nuclear Translocator
EX Promoteur de Gènes codant pour CYP1A1, CYP1A2,
CYP1B1, GSTA1
Récepteur nucléaire AhR (Aryl Hydrocarbon Receptor) exprimé dans
le foie, la peau, les poumons, le tissus adipeux et les muqueuses.
Le récepteur AhR a des homologies de structure avec HIF 1a et recrute le
même partenaire ARNT
Le complexe protéique empêche la
liaison de AhR sur l’ADN.
Ce complexe est déplacé par
liaison d’un ligand sur AhR

III-2-1-PXR= Pregnane X receptor
76
PXR
HSP90
?
Antibiotiques
Antidepresseurs
Acides biliaires
Anti retroviraux
stéroïdes
HSP90
?
PXR RXR
Liaison de PXR et son partenaire
RXR (dimérisation) sur le
promoteur du gène codant
pourCYP3A, CYP2B, CYP2C, PgP,
gènes de lipogenèse…
Foie/intestin/rein/estomac
ADN (promoteur)
NucléoplasmeCytoplasme

III-2-2 ACTIVATION DE CAR PAR XENO ET ENDOBIOTIQUES
77
hsp90
CAR
CCRP
hsp90
CAR
CCRP
PP-2A
CAR RXR
COACT
CAR-RE
CAR RXR
COACT
CAR-RE
+
+
?
UGTs
SULTs
CYPs
GSTs
MRPs
OATPs
TCPOBOP (Murin)
CITCO (Humain)
Activation „Directe“
Activation „indirecte“
Phenobarbital
Bilirubin
Lithocholic acid
Steroids
Yin Zhi Huang
AMPK?
Asapté de Goodwin & Moore, TIPS 2004
Noyau
Cytoplasme
CAR= Constitutive Androstane Receptor ou Constitutively Active Receptor
2 molécules de synthèse
Exemple de
gènes cibles

Extrait de : Stimulation of AMP-activated protein kinase is essential for the induction of
drug metabolizing enzymes by phenobarbital in human and mouse liver.
Rencurel F,et Al. . Mol Pharmacol. 2006 Dec;70(6):1925-34. Epub 2006 Sep 20
Le phénobarbital (PB) ou un
activateur de l’AMPK (AICAR)
déplacent l’équilibre de CAR
dans le cytoplasme
Et permet la translocation de
CAR vers le noyau de la
cellule et ainsi sa liaison avec
l’ADN.

The nuclear receptor CAR mediates specific
Xenobiotic induction of drug metabolism
D’après Ping Wei et al : Nature, 2000
Cyp2b10 gene expression
in mouse liver
BrdU
Liver
weight
TCPOBOP=ligand synthétique de
l’isoforme murine de CAR
PB=phenobarbital,
79

CAR n‘est pas qu‘un „Xenosensor“!
Heme synthesis
Drug metabolism & transport
Lipid homeostasis
(cholesterol, triglycerides)
Hepatomegaly
Tumor promotion
Bile acid detoxification
(cholestasis)
CAR
Energy metabolism
(gluconeogenesis, fatty
acid oxidation)
Acetaminophen
Heptatotoxicity
Bilirubin metabolism

IV-Développement
d’un médicament

Développement d’un Médicament

VI-1 Le Dossier préclinique
Détermination d’une cible (exemple récepteur, enzyme)
Screening par liaison au récepteur ou action enzymatique (HTS)
Pharmacologie sur cellules ou animaux (rats, chiens…)
(quels P450, quels transporteurs etc..)
Toxicologie (détermination de la DL50)
Mutagenèse, génotoxicité, cancérogenèse,
fonctions de reproduction

IV-2-Etudes de Phase I
C’est la première administration chez l’homme.
Objectifs:
Déterminer l’ordre de grandeur des doses tolérées
Caractéristiques pharmacocinétiques chez l’homme
Sujets:
Sujets sains
Sujets malades lorsque la substance testée
ne peut pas être testée chez le sujet sain.

Etudes de Phase I (suite)
Petits échantillons (quelques dizaines)
Administration unique (doses croissantes et répétées)
Etudes de pharmacocinétiques (prise de sangs, urines)
Identification des métabolites (GC/MS, HPLC)
Etude de biodisponibilité, de linéarité
Etudes des voies d’administration
Polymorphisme génétique (suite du cours…)

IV-3- Etudes de Phase 2
Objectifs:
•Etablir la relation dose-effet du candidat médicament sur un
petit nombre de sujets malades.
•Déterminer les paramètres de pharmacocinétique chez les sujets
malades
•Comparaison de doses (3 à 10 doses)
Petits groupes de patients sélectionnés (taille/poids/âge/durée de
la maladie etc..)pour limiter la variabilité de réponse à chaque
dose étudiée.
Contraintes de temps: La réglementation impose 2 ans
maximum.
Contraintes de qualité : Détermination fine des doses efficaces.

IV-4- Etudes de Phase 3
Démonstration de l’efficacité et de la tolérance du produit
dans des conditions d’utilisation les plus larges.
Efficacité sur le population cible. Essais à grande échelle sur la
cible.
Comparaison à un placébo ou à un traitement de référence.
Etude de tolérance (toxicité) chez des sujets à risque:
Personnes agées, insuffisants rénaux…
Interactions médicamenteuses
Interaction avec les substances associées au médicament
(galénique) Pharmacologie Franck Rencurel 2020 88

IV-5 Le Dossier d’AMM
Dépôt du dossier auprès de l’ANSM ou Agence Européenne
Rédaction d’un libellé d’AMM
Indication thérapeutique
Modalités d’administration
(doses, rythme d’administration,
durée de traitement..)
Précautions d’emploi
Contre-indications
Résumé des caractéristiques du produit (RCP)
Notice d’utilisation.
Ex: Libellé de l’AMM du Nicopatch
Traitement de la dépendance tabagique
Afin de soulager les symptômes du
sevrage
Nicotinique chez les sujets
Désireux d’arrêter leur consommation de
tabac.

V- Facteurs pouvant altérer le métabolisme

Facteurs pouvant altérer le métabolisme
Interactions entre médicaments
Interaction médicaments/aliments
Interaction médicaments/plantes
Physiopathologie, état nutritionnel
(diabète, obésité, jeûne…)
Polymorphisme génétique
Âge
Origine ethnique
Sexe

Altérations du métabolisme des xénobiotiques

V-1 Notions de pharmacologie

%age de la [médicament] dans le plasma
Administration Per os
100
[%]
0
t
Injection IV (la référence)
0
Administration
Prélèvements sanguins
La Biodisponibilité

Courbe dose-réponse, bénéfice/risque
Fenêtre
thérapeutique
Efficacité
Toxicité
Dose
Efficacité

AUC: Area Under Curve (Aire sous la courbe)
AUC
Administration
Temps de présence de l’actif
dans le plasma
Max
observé
AUC=Intégrale de la concentration
plasmatique sur un intervalle de
temps défini
Absorption Elimination

Nous ne sommes pas tous égaux face aux médicaments
V-2-Le Polymorphisme

Au sein d’une population, des individus métaboliseront mieux
ou pas du tout une classe de médicaments:
On parle de « forts ou faibles métaboliseurs »
Cette distribution dans la population constitue un
polymorphisme.
Polymorphisme génétique (nombre de copies du gène),
mutations rares (Phase 1,2,3)
Polymorphisme de régulation ( mécanismes d’induction
différents)
Fréquence des polymorphismes différente selon l’ethnie.
Le Polymorphisme

D’aprés Pharmacogenomics: translating functional genomics into rational therapeutics
Evans WE, Relling MV. Science. 1999 Oct 15;286(5439):487-91. Review
Polymorphisme génétique sur Phase1 et Phase 2
Proportion des enzymes de phase 1 et phase 2 exprimant un polymorphisme génétique

Les conséquences du polymorphisme
Efficacité +/-
Effets secondaires +/-
Interactions (métabolites activateurs/inhibiteurs+/-)
Toxicité

Le polymorphisme de CYP2D6
Metabolisme de la Sparteine dans la population Allemande
Sparteine: antiarythmique
[nombred’individus]
Ratio [ Sparteine] / [metabolite] dans urine
Très forts
métaboliseurs
Forts
métaboliseurs
Métaboliseurs
Intermédiaires Faibles
Métaboliseurs
[métabolite] +++ [Sparteine] +++

En Europe:
•5-10% faibles métaboliseurs
•10-15% métaboliseurs intermédiaires
•5-10% forts métaboliseurs
Faibles métaboliseurs selon l’origine éthnique:
•Caucasiens  8%
•Asiatiques (Chinois, Japonais)  0,5 à 0,7 %
•Noirs6,1%
Polymorphisme de CYP2D6

CYP2D6
Métabolis ¼ des médicaments du marché
Métabolise :
La plupart des b-bloquants
Les antidépresseurs
Anti arythmiques (voir ex de la Sparteine)
La codéine
Tramadol
Amphétamines
Inhibé par:
Fluoxetine(antidepresseur)
Paroxetine (antidepresseur)
Haloperidol (neuroleptique)
Quinidine (antiarythmique)

Codeine
O-demethylation N-demethylationConjugaison
Morphine Norcodeine
CYP2D6 CYP3A4
Codeine-6-glucuronide
Morphine-6-glucuronide
Morphine- 3-glucuronide Norcodeine-6-glucuronide
Métabolisme de la Codeine
Principalement
Voie
alternative

La principale forme retrouvée dans le plasma est la Morphine-
6-glucuronide qui est 13x plus analgésique que la Morphine-
3-glucuronide.
La Norcodeîne et ses formes conjuguées n’ont pas d’effet
antalgique mais sont responsables des effets secondaires
(nausées, vertiges, constipation, sueurs froides, palpitations..)
Une diminution des fonctions rénales augmente la durée de
vie plasmatique de la codéine et des dérivés morphiniques.

VI- accidents pharmacologiques

VI-1- Intoxication à l’acétaminophène (paracétamol)

Acétaminophène
•Antalgique le plus utilisé au
monde.
•1ère cause de greffes en France
•Aux USA,1ère cause de toxicité
hépatique, devant les hépatites
virales.
•Métabolite toxique:
•NAPQI=N-acétyl benzoquinone
imine NAPQI

Acétaminophène
NAPQI
Elimination
Molécules
non réactives
CYP2E1
CYP1A2
CYP3A4
CYP2A6
Liaisons
covalentes
Nécrose

Lors d’une prise « normale* »
Conjugaison :
Sulfation
Glucuronidation
Elimination
*4g/j
1g par prise max
Toutes les 6-8h

Surdosage
Saturation des enzymes de conjugaison
Prise en charge par les P450 ( 2E1,3A4, 1A2, 2A6)
NAPQI
GSH
Elimination

Surdosage /comportements à risque
N-acetylcysteine:
Précurseur de GSH
NAPQI
Risque: conso
70% Stock GSH
Nécrose
Elimination
Greffe
CYP 2E1
CYP 1A2
CYP 3A4
Alcool
Jeûne
Cigarette
Médicaments
Plantes
NAPQI GSH
GSH
La toxicité est en
grande partie causée
par une déplétion
en GSH

Facteurs de risques de toxicité
Jeûne: Activateur de CYP2E1 et déplétion en Glutathion
Alcool: Activateur CYP2E1 et déplétion en Glutathion
Facteurs génétiques: polymorphisme sur P450 (forts
métaboliseurs)
Paracétamol dans préparations multiples, automédication
Pour la « gueule de bois »: Eau + sucre rien d’autre!

VII-Interactions

VII-1 Nos amies les petites plantes

Les plantes sont des médicaments.
•Les principes végétaux suivent les mêmes
processus de biotransformation
•Existence d’ Interactions
•Toxicité (fenêtre thérapeutique)
•Multitudes de composés actifs
Activateurs
•Inhibiteurs

Exemples de Médicaments dérivés de plantes
Molécule Action Plante
Atropine Anti
cholinergique
Atropa Belladona
Mandragore..
Berberine Dysenterie à
colibacilles
Berberis vulgaris
Codeine
Morphine
Analgésique Papaver
somniferum
L-Dopa Parkinson Mucuna sp
Scopolamine Sédatif Datura Sp

Exemples d’interactions plantes/médicaments

VII-1-Interactions médicamenteuses avec le
Millepertuis (Hepericum perforatum L. )

Le millepertuis est principalement utilisé
pour les dépressions légères à modérées et
les insomnies.
•Plante herbacée vivace, d’odeur balsamique et de saveur
aromatique, aux fleurs jaune d’or à cinq pétales asymétriques.
•Hauteur 30 à 50 cm, tige rougeâtre
•Terrains secs et incultes le long des routes et en lisière
de bois.
•Les fleurs épanouies fin juin (herbe de la Saint-Jean).
•Ce sont les parties utilisées.

Principaux constituants
L’hypéricine: La pseudohypéricine,
l’iso-, la proto-, la protopseudo-, la cyclopseudohypéricine
et des substances apparentées.
L’ Hyperforine
Hypericine et Hyperforine sont les principales molécules
ayant les effets antidépresseur recherchés.

Indications thérapeutiques :
Voie Orale:
•Dépression légère ,anxiété, agitation nerveuse.
•Améliore la qualité du sommeil
•Atténue les troubles obsessionnels compulsifs
Topique:
•Douleurs musculaires, crampes.
•Contusions, cicatrise les plaies et les brûlures.
Le millepertuis agit sur le métabolisme de la
sérotonine et du GABA

[cyclosporine]plasmatique
(mg/l)
Heures
Cyclosporine
Cyclosporine+ Millepertuis
Bauer et al.,
British Journal of Clinical Pharmacology
Volume 55 Issue 2 Page 203 - February 2003
Interactions Millepertuis et cyclosporine: un cas d’école

Rif:rifampicine
HFN: Hyperforine
HCN: Hypericine
Western blot (protéines)
Hepatocytes humains
culture primaire
L’hyperforine est un puissants inducteurs de CYP3A4

Activité P450 3A4
CYP3A4
CYP2D6
CYP2C
CYP2E1 CYP1A2
L’hyperforine induit l’activité de
p450 3A4 de façon dose-dépendante

Contre-indications:
Antidepresseurs: Interactions avec les molécules de types SRI,
MAOI. Syndrome serotoninergique (surdosage).
Antihistaminiques: diminution des effets
Loratadine (Claritin),Cetirizine (Zyrtec), Fexofenadine (Allegra)
Antiretroviraux (HIV): Diminution de l’efficacité.
Pilulle contraceptive: Grossesses involontaires.
Etc………………

VII-2- Interaction Cigarette et Clozapine:
Cas d’un patient traité à forte dose (600mg)
Prescription normalement 25- 100mg
Pas de réponse clinique
Dosage plasmatique faible
Clozapine métabolisée par P450 1A2
La fumée cigarette induit CYP1A2
Patient gros fumeur  induction de P450 1A2
clairance hépatique +++ biodisponibilité faible de
la Clozapine absence d’effets
Clozapine: neuroleptique utilisé dans le traitement de la schizophrénie.

VII-2 Interactions aliments
médicaments

VII-2-1-Un cas d’école
Les Statines et Pamplemousse

Isolée en 1978 à partir d’ Aspergillus terreus
Inhibiteur de la HMG CoA-reductase
Lovastatine Commercialisée en 1987
Depuis 6 formes sont commercialisées
Un peu d’histoire

AcetylCoA
Aceto-acetylCoA
HMG-CoA
Mevalonate
HMG-CoA reductase
CHOLESTEROL
Acides biliaires Vitamine DSteroïdes
Statines
50
Les statines sont des
inhibiteurs
de la HMGCoA réductase
Enzyme clée dans la voie de
synthèse du cholestérol
(voie du mévalonate)

+++
Mevalonate
HMG-CoA
Cholesterol
STATINES
LDL-R gene
LDL-R
LDL-R
LDL-R
LDL-R
Noyau
Hepatocyte
HMG-CoA red.
SREBP
LDL-Cholestérol
SREBP
L’inhibition de la voie du mévalonate induit l’expression du LDL-receptor
dans le foie

Métabolisme des statines
Interactions médicamenteuses
Erythromycine (antibiotique)
Diltiazem (hypertension)
Itraconazole (antifongique)
Inhibiteurs
CYP3A4
Rhabdomyolise
Insuffisance rénale
CYP3A4 +++ Faible biodisponibilité
[plasma] <5% de la dose per os
Surdosage
Effet secondaires

40mg Simvastatine+200ml eau
40mg Simvastatine+200ml
Jus de pamplemousse
[plasmatique]
D’après Effects of regular consumption of grapefruit juice on the pharmacokinetics of simvastatin.
Lilja JJ, Neuvonen M, Neuvonen PJ. Br J Clin Pharmacol. 2004 Jul;58(1):56-60
Un jus de pamplemousse ?
Non merci j’ai du cholestérol!
Inhibition CYP3A4 intestinal
Biodisponibilité/transport

This study suggests that even a small amount of grapefruit juice contains
sufficiently active ingredients to inhibit considerably the first-pass
metabolism of simvastatin in the intestinal wall. As a result of a considerable
increase in simvastatin acid concentrations, an augmentation in both the cholesterol
lowering effect and the risk of concentration-dependent adverse effects of simvastatin
can be anticipated. In practice, it can be difficult to predict the increase in the
therapeutic effect of simvastatin by grapefruit juice, because of the large
interindividual variation in CYP3A4-mediated drug metabolism. For example,
variation between juice batches and the potential of grapefruit juice to interact with
other drugs are disadvantages of augmentation of simvastatin bioavailability by
grapefruit juice.
Effects of regular consumption of grapefruit juice on the pharmacokinetics of
simvastatin.
Lilja JJ, Neuvonen M, Neuvonen PJ.
Br J Clin Pharmacol. 2004 Jul;58(1):56-60

Quelques exemples d’interaction fruits/médicaments

VII-2-2- Métabolisme de molécules naturelles:
Les phyto-oestrogènes

Molécules capables de se
fixer aux récepteurs aux
œstrogènes
Œstradiol
Genistéine

Famille des phyto-œstrogènes:
 Isoflavones: Génisteine et Daidzéine
( Soja et dérivés, moindre dans le pois chiche).
Les Coumestanes: Coumestrol
(choux de Bruxelles, haricots et pois).
Les lignanes: Entérodiol et Entérolactone
(Céréales, lin, le fenouil, carottes, fraise, bière, whisky)
Les stilbènes: Resveratrol (vin, raisin).
Les myco-oestrogènes:
blé, orge et maïs humidité, stockage en silos.

Les ISOFLAVONES
Légumineuses Nodosités racinaires

Les Isoflavones sont produites sous l’action d’un stress
chez la plante
(maladie, manque de nutriments, sècheresse)
Le soja jaune en est le plus riche:
26-120 mg/100g Génisteine
10-85mg/100g Daidzeine

Isoflavones
Stockage
vacuole
Hydrophilie
Conjugaison
Pour stocker les isoflavones dans la vacuole,
elles doivent être conjuguées pour augmenter
leur hydrophilie

Génistine
(ex: tofu)
Ingestion
Intestin
Glucosidase
intestinale
Génistéine:
½ vie plasmatique
8 h à plus de 20h
Génistine
Génistéine
FOIE
Glucuronidation
Elimination
Distribution
Cycle Entéro-hépatiques
Conjugaison:
Glucuronides
sulfates
UGT1
rein

•Prévention cancer prostate, sein, colon.
•Transport Calcium osseux
•Inhibe lipogenèse hépatique
•Antioxydant
•Transport intestinal chez les femmes
+++ (expression de OATP)
Dans le foie:
Principalement glucuronidation UGT1
Inhibiteur CYP3A4, 1A2, 2C9 (foie)
Inhibiteur ABC transporteurs (intestin)
La génisteïne

Liaison au récepteurs Œstrogènes
Trouble de la fertilité
Chez les moutons
« syndrome du trèfle »
Idem chez les rongeurs
Pas observé chez l’homme
Se retrouve dans le lait maternel
(incidence sur le développement et maturité sexuelle?)
Isoflavones

Conclusions
La Biotransformation des xénobiotique met en jeu des
mécanismes complexes impliquant des régulations fines et
multiples au niveau génique ou enzymatique.
Nous sommes tous exposés aux xénobiotiques (pollutions,
aliments, plantes ..)
Les mécanismes de biotransformation ont permi de nous
adapter à notre environnement
La prise de médicaments/plantes n’est jamais sans
conséquences.

Pharmacologie métabolisme des xénobiotiques

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