Κατάθλιψη: μεταβολικό και ανοσολογικό προφίλ-ρόλος αντικαταθλιπτικών φαρμάκων: πειραματική προσέγγιση

Abstract

It is known that depressed patients and individuals under stress show increased morbidity. Our earlier studies have shown that stress influences the drug metabolizing capacity of the liver, a fact that determines to a large extent the pharmacokinetic behavior of a drug, the inter-individual variability and interactions with other drugs, all important parameters in drug therapy and toxicity. In order to better understand the link between depression and hepatic drug metabolism on one hand and immune responsiveness on the other hand, the hepatic metabolic profile and the immune profile of an experimental model of depression, the Flinders Sensitive Rat Line (FSL) were investigated in this study. The data showed reduced glutathione (GSH) content and glutathione S-transferase (GST) activity, as well as lower constitutive expression of certain major CYP enzymes, including CYP2B1, CYP2C11 and CYP2D1 in the FSL rats compared to Sprague-Dawley (SD) controls. In contrast, CYP2E1 and CYP1A1 constitutive expressions were up-regulated in FSL rats. Mirtazapine (MIRT: a widely prescribed antidepressant drug) modified the expression of various CYPs in both FSL and SD rats. In particular, in FSL rats, the drug up-regulated CYP1A1, CYP1A2, CYP2C11, CYP2E1 and CYP3A1/2, while it left GSH content and GST activity unaffected. The role of a widely spread environmental pollutant, the B(α)P, on the hepatic drug metabolizing profile was also investigated in FSL and SD rats. The data showed that B(α)P has markedly up-regulated various enzymes, including CYP1A1, CYP1A2, CYP2B1/2 and ALDH3c in SD at a level ranging higher than that observed in FSL rats. B(α)P, however, suppressed 2α-testosterone and 1'-bufuralol hydroxylase activities in SD rats, whereas the first was increased and the later was not affected in FSL rats. MIRT modified the B(α)P-induced alterations in the drug metabolizing enzymes in FSL and SD rats. CYP2C11 and ALDH3c activities were increased, while GSH content and CYP2A1 activity were suppressed by MIRT in FSL livers after B(α)P. A differentiation in the immune profile between FSL and SD rats was also observed. It appeared that the number of Tc-cells was higher in SD than in FSL rats, whereas no difference was observed in the number of TH cells. The expression of IL-6R, IL-2R and NKR-P1a receptors was also higher in SD than in FSL rats. In contrast, the binding of IL-1 to its receptors was higher in FSL than in SD rats. Handling stress resulted in the reduction of the IL-2R expression in FSL compared to FSL non-stressed animals. In contrast, the expression of NKR-P1a and IL-1 binding was higher in stressed FSL rats. It is noteworthy that there is no significant differentiation in the T-cytotoxic cell population between FSL and SD stressed rats. Nonetheless, TH-cell population was higher in the FSL than in SD stressed animals. The expression of IL-2 receptors and NKR-P1a was markedly higher in SD than in FSL stressed rats. In contrast, the rate of interaction between IL-1 and leukocyte population was higher in FSL than in SD stressed rats. MIRT treatment increased the number of IL-2R in FSL rats, but the levels of these receptors remained at lower levels compared to those observed in SD rats. CLOR has a different impact on the immune profile of the FSL rats. The drug reduced the rate of NK cell activation and IL-1 binding to its receptors, in FSL rats. It is noteworthy that CLOR and MIRT did not affect the immune indexes tested in SD rats. In conclusion, the data of this study showed that several key enzymes of the hepatic biotransformation machinery are differentially expressed in FSL rats as compared to SD controls. The differences are maintained or are even more evident after treatment with Β(α)P and/ or MIRT, and are such that could modify the pharmacokinetics of several clinically used drugs. In addition, the elevated expression of CYP1A1 and CYP2E1 in combination with the low levels of GSH content and GST activity that are observed in FSL rats, potentially results in accumulation of toxic metabolites and free radicals in the body. Major differences in the immune profile of FSL and SD rats were also observed, which were modified after exposure to stress. Treatment with MIRT or CLOR altered the immune profile only in FSL rats, while it has no effect on SD rats. The differentiation in the hepatic drug metabolizing and immune profile that was observed in the animal model of depression, the FSL rats, compared to SD controls could possibly explain, at least in part, the increased cancer incidence and morbidity observed amongst patients suffering depression, when they are compared to normal population.

Είναι γνωστό ότι οι καταθλιπτικοί ασθενείς και τα άτομα, που ευρίσκονται σε συνθήκες stress, παρουσιάζουν αυξημένη νοσηρότητα σε σύγκριση με τον γενικό πληθυσμό. Προηγούμενες μελέτες μας, έδειξαν ότι το stress επηρεάζει την ικανότητα του ήπατος να μεταβολίζει φάρμακα και άλλες ξενοβιοτικές ουσίες, μία συνθήκη η οποία καθορίζει σε σημαντικό βαθμό τη φαρμακοκινητική συμπεριφορά ενός φαρμάκου, την ενδοατομική μεταβλητότητα και τις αλληλεπιδράσεις με άλλα φάρμακα, παράγοντες σημαντικούς για την αποτελεσματικότητα της φαρμακοθεραπείας και τη φαρμακοτοξικότητα. Προκειμένου να κατανοήσουμε την πιθανή συσχέτιση μεταξύ της κατάθλιψης και της ικανότητας μεταβολισμού ουσιών από το ήπαρ από τη μία πλευρά και της ακεραιότητας του ανοσοποιητικού συστήματος από την άλλη πλευρά, διερευνήθηκε το ηπατικό μεταβολικό προφίλ και το ανοσολογικό προφίλ ενός πειραματικού μοντέλου κατάθλιψης, των επιμύων Flinders Sensitive Line (FSL) και των αντίστοιχων μαρτύρων τους, των επιμύων Sprague-Dawley (SD). Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν μειωμένα επίπεδα αναχθείσας γλουταθειόνης (GSH) και δραστικότητας τρανσφερασών της γλουταθειόνης (GST) στο ήπαρ των επιμύων FSL σε σχέση με τους μάρτυρες SD, καθώς και μειωμένη βασική έκφραση αρκετών σημαντικών κυτοχρωμάτων που μεταβολίζουν φάρμακα και τοξικές ουσίες, περιλαμβανομένων των CYP2B1, CYP2C11 και CYP2D1. Αντίθετα, η βασική έκφραση των κυτοχρωμάτων CYP2E1 και CYP1A1 ήταν υψηλότερη στους επίμυες FSL. H μιρταζαπίνη (MIRT), ένα ευρέως συνταγογραφούμενο αντικαταθλιπτικό φάρμακο, τροποποίησε την έκφραση αρκετών κυτοχρωμάτων και στα δύο στελέχη επιμύων. Ειδικά, στους επίμυες FSL, η MIRT αύξησε την έκφραση των κυτοχρωμάτων CYP1A1, CYP1A2, CYP2C11, CYP2E1 και CYP3A1/2, ενώ δεν επηρέασε τα επίπεδα GSH και GST. Ο ρόλος ενός ευρέως διαδεδομένου περιβαλλοντικού ρυπαντή, του B(α)P, στο μεταβολικό προφίλ του ήπατος επίσης διερευνήθηκε στους επίμυες FSL και SD. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το B(α)P αύξησε σημαντικά και στα δύο στελέχη επιμύων, την έκφραση πολλών ενζύμων, περιλαμβανομένων των CYP1A1, CYP1A2, CYP2B1/2 και ALDH3c. Αξίζει να σημειωθεί ότι στους επίμυες SD το επίπεδο της έκφρασης αυτών των ενζύμων μετά από έκθεση σε B(α)P ήταν σημαντικά υψηλότερο σε σύγκριση με εκείνο των FSL. Το B(α)P όμως κατέστειλε την 2α-υδροξυλίωση της τεστοστερόνης και την 1'-υδροξυλίωση της μπουφουραλόλης στους επίμυες SD, ενώ η πρώτη αντίδραση αυξήθηκε και η δεύτερη δεν επηρεάστηκε στους επίμυες FSL. Η MIRT τροποποίησε τις μεταβολές, τις οποίες προκάλεσε το B(α)P στα ηπατικά ένζυμα μεταβολισμού και στους επίμυες FSL αλλά και στους SD. Η έκφραση των CYP2C11 και ALDH3c αυξήθηκε, ενώ το περιεχόμενο των ηπατοκυττάρων σε GSH και η δραστικότητα, η εξαρτώμενη από το κυτόχρωμα CYP2A1 κατεστάλη από τη MIRT στο ήπαρ των επιμύων FSL. Παρατηρήθηκε επίσης διαφοροποίηση στο ανοσολογικό προφίλ μεταξύ των επιμύων FSL και SD. Φάνηκε ότι ο αριθμός των Tc-λεμφοκυττάρων ήταν υψηλότερος στους επίμυες SD σε σχέση με τους FSL, ενώ δε διαπιστώθηκε διαφορά στα επίπεδα των TH-λεμφοκυττάρων μεταξύ των δύο στελεχών επιμύων. Η έκφραση των υποδοχέων IL-6R, IL-2R και NKR-P1a ήταν υψηλότερη στους μάρτυρες SD απ’ ότι στους επίμυες FSL. Αντιθέτως, το ποσοστό σύνδεσης της IL-1 με τους υποδοχείς της στα λεμφοκύτταρα, ήταν υψηλότερο στους επίμυες FSL σε σχέση με εκείνο που παρατηρήθηκε στους επίμυες SD. Το stress από το χειρισμό (ενέσεις) είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση της έκφρασης των υποδοχέων IL-2R στους επίμυες FSL σε σχέση με τους άθικτους αντίστοιχους επίμυες. Αντίθετα, η έκφραση του NKR-P1a και το ποσοστό σύνδεσης της IL-1 ήταν υψηλότερα στους στρεσσαρισμένους FSL σε σχέση με τους μη στρεσσαρισμένους επίμυες FSL. Αξίζει να σημειωθεί, ότι δεν παρατηρήθηκε καμία διαφορά στον T-κυτταροτοξικό λεμφοκυτταρικό πληθυσμό μεταξύ των επιμύων FSL και SD υπό stress. Αντίθετα, ο πληθυσμός των ΤΗ λεμφοκυττάρων είναι μεγαλύτερος στους επίμυες FSL. Η έκφραση των υποδοχέων της IL-2 και του NKR-P1a ήταν σημαντικά υψηλότερη στους επίμυες SD απ’ ότι στους FSL υπό συνθήκες stress. Αντίθετα, το επίπεδο της αλληλεπίδρασης μεταξύ της IL-1 και του λεμφοκυτταρικού πληθυσμού ήταν υψηλότερο στους FSL σε σχέση με τους SD. Η MIRT αύξησε τον αριθμό των υποδοχέων της IL-2 στους FSL, αλλά τα επίπεδα αυτών των υποδοχέων παρέμειναν χαμηλότερα σε σύγκριση με εκείνα των επιμύων SD. H CLOR είχε διαφορετική επίδραση στο ανοσολογικό προφίλ των επιμύων FSL. Το φάρμακο αυτό μείωσε την ενεργοποίηση των κυττάρων NK και τη σύνδεση της IL-1 με τους υποδοχείς της, στους επίμυες FSL. Αξίζει να σημειωθεί ότι η MIRT και η CLOR δε μετέβαλαν τους ανοσολογικούς δείκτες στους επίμυες SD. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν ότι αρκετά ένζυμα κλειδιά του μηχανισμού της ηπατικής βιομετατροπής ουσιών εκφράζονται διαφορετικά στους επίμυες FSL σε σχέση με τους μάρτυρες SD. Οι διαφορές αυτές παραμένουν ή και επιτείνονται περαιτέρω μετά έκθεση σε B(α)P ή/και MIRT, και είναι τέτοιες που θα μπορούσαν να τροποποιήσουν τη φαρμακοκινητική πολλών φαρμάκων. Επιπροσθέτως, τα αυξημένα επίπεδα έκφρασης των κυτοχρωμάτων CYP1A1 και CYP2E1 σε συνδυασμό με τα χαμηλά επίπεδα της GSH και της δραστικότητας των GST που παρατηρήθηκαν στους επίμυες FSL, δυνητικώς οδηγούν σε συσσώρευση τοξικών μεταβολιτών και ελευθέρων ριζών οξυγόνου στον οργανισμό. Σημαντικές διαφορές στο ανοσολογικό προφίλ μεταξύ των επιμύων FSL και SD παρατηρήθηκαν επίσης, οι οποίες τροποποιήθηκαν από το stress. Αγωγή με MIRT ή CLOR μετέβαλε το ανοσολογικό προφίλ μόνο των επιμύων FSL, ενώ δεν επηρέασε το προφίλ των SD. Η διαφοροποίηση στο ηπατικό μεταβολικό και ανοσολογικό προφίλ, που παρατηρείται στο πειραματικό μοντέλο κατάθλιψης, τους επίμυες FSL, σε σύγκριση με τους μάρτυρες SD, θα μπορούσε να ερμηνεύσει, τουλάχιστον κατά ένα μέρος, την αυξημένη συχνότητα εμφάνισης καρκίνου και τη νοσηρότητα που παρατηρείται στους καταθλιπτικούς ασθενείς σε σχέση με το φυσιολογικό πληθυσμό.