Métabolisme des xénobiotiqu es

Les CYPs impliqués dans le métabolisme des xénobiotiques montren t des spécificités larges et c roisées pour de nombreux substra ts . En e ffet, la spécificité de substra ts des cytoch romes P450 est relative et chevauchante (pu isqu'un CYP peut métabolise r plus ieurs substrats e t un substra t peut être métabolisé par plusieu rs CYP).

Malgré la p rox imité de leurs séquences p rotéiques, les isoenz ymes d'une sous-famille montrent des a ctivités catalytiques d ive rgentes. Le tableau 3 présen te quelques substra ts de s P 450 des f amille s 1 à 3 chez l'homme.

Tablea u 05: liste de quelques s ubstrats des P450s

CYP Subs tra ts

CYP1A1 Chlorzoxazone , théophylline, étoxyresorufine

CYP1A2 Acetaminophéne, acétanilide, caféine, phénacétine , propranolol, tactine

CYP2A6 Couma rine

CYP2B6 cyc lophosphamide, S -Méphénitoine (nirvanol) CYP2C8 diclofenac, mephenitoine, toglitazone

CYP2C9 ac ide acethyl s alicy lique, dic lofenac, ibuprofene, phen ytoine , ac ide tielinique, tolbutamine, warfarine

CYP2C19 citalopra m, cyclogu anil, c yclophospha mide , diazepam, hexobarbita l, omeprazol, proguanil, propranolol

CYP2D6 c lozapine, codéine , déb risoquine , propranolol, spa rtéine.

CYP2E1 alcools, acetaminophen, chloroforme , hqloth ane, acide launique CYP3A4 aceta minophen, amiodarone, coca ine , codeine, diazepan, dig itoxine,

citalopram, chlorzox azone, e rythromicine, meth adone, taxol, xarfa rine, omeprazole.

En présence de substrat exogène, les CYPs catalysent un très grand nombre de biotransformations, qui se distinguent princ ipa le ment par l'a ctivité biologique éven tuelle du produit obtenu. Dans la plupa rt de s c as, ce dern ier a une fo rmation qui lui permet de fa ciliter l'é limina tion du composé initial par l'ajout de g roupements polaires . Une étape de conjug aison vient éventuellement parachever ce mécanis me de détoxication , in itié pa r CYP.

Dans d'autres cas, il arrive que le produit obtenu à la suite de la première pha se de détoxication, présen te une activité biologique due à une modification des propriétés pha rmacologiques de la molécule de départ, ou à l'acquisition d'une nouvelle activité au cours du p rocessus de biotrans fo rmation.

A l'o pposé, il arrive que la biotransformation subit pa r la molécule conduise à la formation d'un métabolite toxique . Il s 'a git d'une activation métabolique .

Cependan t le métabolis me des xénobiotiques durant la phase I peu t faire in tervenir une grande v ariété de ré actions tel que :

- L'Ox ydation d'une molécule a liphatique ou aromatique fo rmant un composé hyd rox ylé

- Désa lky la tion des atomes d'azote, de soufre ou d'oxyg ène, ou le groupe éliminé est remplacé p ar un hyd rogène

- Désh alo géna tion oxydative de solvants organiques chlorés comme le chloroforme

- N ou S-oxy dation: les amines primaires ou secondaire s sont

trans formées en h ydroxylamines, les soufres d iva lents en sulfoxy des et sulfones - Epox ydation sur doubles liaisons alipha tiques ou a romatiques

- Réductions des N-ox ydes d 'a mines tertiaires .

La variété des substrats métabolisés par les cytochromes P450 va de pair avec l'existence de multiples enz ymes P450. Sur le plan cinétique, la flexibilité du site actif pe rmet à P450 de métaboliser un grand nombre de molécules de struc tures chimiques très dif fé ren tes .

Il est ainsi difficile de citer un substrat spécifique pour une forme enz ymatique puisqu'un même substrat peut être reconnu pa r plusieurs enzymes, d ’où la notion de spécificité imparfa ite et chevauchante .

V- REGULATION DE L'EXPRESSION DES ENZYMES DE

DETOXIFICATI ON

La va riabilité d 'e xpression intra e t inter espèces des enzy mes de détoxification est modulé à deux niveaux:

1/ par des fac teurs non génétiques inclu ant les fa cteurs en vironnementaux (inducteurs ou inhibiteu rs), le sexe , l'âge, la physiologie, les pa tholog ies ..

2/par de s fac teurs génétiques représen tés par le poly morphis me

1 – origine non génétique

a1- facte urs en dogènes

L'express ion des enz ymes du métabolis me des xénobiotiques varie chez les individus en fonc tions de l'âge, du sexe ou de conditions ph ysiologiques particuliè res.

Tous ces fac teurs sont le reflet, pou r une gra nde part, des modulations des séc ré tions hormonales qui su rviennent au cours du développement et de l'ac tivité sexuelle. Chez l'homme aucun dimorphisme se xuel n'a été décrit à ce jour, et les dif fé rences in terindividuelles observées sont plutôt le résultat de varia tions génétiques, ou d'e xpositions diverses à des xénobiotiques .

D'a utres p art, de nombreuses études ont montré que les processus pathologiques et in flammatoires, auss i bien chez l'homme que chez l'animal, qui était acco mpagné pa r une diminution du métabolisme hépatique entraîné ainsi un ra lentisse ment de toutes les réactions de détoxication .

a2- facteu rs exogènes

Les principaux facteurs e xogènes régulant l'exp ression des enzymes de détoxification sont les xénobiotiques et l'a limentation.

L’inductibilité est une des prop riétés originale qui ca rac té rise les enz ymes de détoxifica tion impliquées d ans la biotransforma tion des xénobiotiques.

Dif férents composés de structures chimiques variées sont des inducteurs d'enz ymes. L'exposition à l'inducteur se traduit p ar la s ynthèse de novo d'une ou plusieurs enzy mes cibles.

L'induction es t souvent un p rocédé de ré gulation lent, faisant in tervenir un mécanis me transcriptionnel. Ces inducteurs transcriptionnels activent spécifiquement l'exp res sion d'un ou de plus ieurs gènes en activan t des voies de signalisation spécifiques sou vent transduites pa r un récepteur nucléaire .

Cependan t, si l'activation transcriptionnelle est souvent à l'origine de l'induction, une stab ilis ation de la proté ine ou de l'ARNm peut ég alement être impliquée .

Les inducteu rs peu vent être c lassés en cinq g roupes agiss ant ch acun sur le niveau d'expression d'un groupe limité d'enz ymes :

* Inducteurs de type les h ydrocarbures aromatiques polycyc liques (HAPs) re groupent la dioxine e t certaines benzo-flav ones . Ces composés se lient à un récepteur cy tosolique appelé récepteu r Ah e t le comple xe récepteur-ligand, compa rable à ce lui formé par les ho rmones sté roïdes et leur récepteur, est re sponsable de l'activation des gènes du cy tochro me p450 (CYP1 A) a insi que les gènes de glu tha tion S transférases.

* Induc teurs de type le phénobarbital (PB), un médica ment anticonvu lsivant, son mécanis me d'action es t mal connu, les gènes conce rnés par ces inducteu rs sont les CYP2B et 2C ain si que des gènes codan t pour des enz ymes de la phase II de détoxifica tion.

* Induc teurs de types corticoïdes de s ynthèse tel le dex améthasone qui semble agir indépendamment du récep teur glucocorticoïde classique .

* Inducteurs de type clofibrate qui es t agent hypo lipémiant e t proliférateur des pe rox ysomes, induit l'hyd rox yla tion de l'acide arachidonique et l'ac ide gras comme l'acide laurique (C12), par un mécanisme transc riptionnel médié par un récepteur des CYP4.

* Inducteurs de type éth anol, acétone, isoniaz ide et py razole qui peuvent être des substrats et des inducteurs des CYP2E se lon un double mécanisme transcriptionnel e t post transcriptionnel.

Les phénomènes d'induction (et auss i d 'inhibition) des enzy mes de détoxification induisent donc un nouveau facteur modulant le métabo lisme des médicaments . En effet, les associations de plus ieurs médicaments peuvent entra îne r des risques d'interactions médicamenteuses qui do ivent être connues pour adapter les posologies .

L'ef fet inducteur du phénobarbital risque ainsi d'accélérer le métabolis me de médicaments également métabolisés pa r un cy tochro me P450, avec pour conséquence selon la n atu re du médica ment une accélé ration de l'inactiv ation du produit ou, à l'inverse, une ac tivation ren forçant l'a ction thérapeutique ou l'e ffet to xique é ventue l. Le phénomène inverse sera obse rvé dans le c as de l'administration d'un composé inhibiteur (c as de la cimé tidine, médicament anti-ulcéreux).

En tant qu 'enzymes de détoxication, les cytoch romes P450 pour la pha se I ainsi que dif fé ren ts enzymes de la phase II , sont la rgement impliqués dans l'ef fe t thé rapeutique des médica ments. En ef fe t, un médica ment métabolisé peut avo ir ses propriétés pha rmacologiques modifiées à p lusieurs n ive aux:

- Inactivatio n: les enzymes de la phase I et de la phase II forment un composé facile ment éliminé de l'org anisme mais a yant pe rdu son activité pha rmacolog ique.

C'est le cas de composés comme a mphétamine, neuroleptique, anti-aryth mique pour les enzymes de la phase I, antalgique pour les enz ymes de la pha se II.

- Activa tion: ce rtains médic aments administrés doiven t subir une étape d'activ ation métabolique par les enzy mes essentie llement de la phase I afin de pouvoir e xercer leur e ffet pharmacologique thérapeutique dés iré. Telle est le cas par exe mple pour la cyc lophosphamide qui doit subir une activ ation pour pouvoir agir comme un agent antinéoplas ique.

- Modification de la répo nse phar macologique: c ertains médicaments peuvent avoir une activ ité ph armacologique p rop re dif férente de ce lle du métabolite formé suite à l'ac tion des enzymes de détoxification durant le métabolis me.

D'autres parts , le mé tabolisme d'un médica ment peut in fluer sur sa to xicité. Les c ytochromes P450 a vec les N-Ac éty l trans férases sont responsables de la toxicité hépatique de l'isoniazide (antituberculeu x) ou de l'halothane (a nesthésique). Il p eut s 'a gir é galement de l'activation de proca rc inogènes.

Toutefois, une p rotection ex iste contre les phénomènes d'activation to xique et un certain équilib re s'établit entre les phénomènes de détox ica tion et d'activ ation toxique, avec notamment le rôle protec teur cellulaire d 'autres enz ymes co mme le glutathion S transférase (GST) et l'époxy de hydrolase (EH).

Les enzymes de détoxification jouent ainsi un rôle de premie r plan d ans le métabolis me des médicaments, mais l'évalua tion de ce rôle en clinique est difficile à établir car de nomb reux fac teu rs sont in triqués, facteu rs génétiques et env ironnementaux notamment .[39]

Concern ant l'alimentation, le statut nutritionnel reste un fac teur de varia tion de l'exp res sion des enzymes du métabolisme des xénobiotiques. Il faut néanmoins dis tinguer l'aspect qualitatif de l'aspect quantitatif. L'a limentation ne constitue pas une a gre ssion chimique pou r l'organisme.

Des carences en oligo-éléments (calcium, cuivre, magnésium, zinc, fer), ou en vitamines (B, C e t E) entra înent une diminution du nive au de CYP total, suite à une dé ficience des voies de synthèse de l'a poprotéine ou de l'hème .

Il en est de même pour les régimes p auvres en protéines . Les rég imes pauvres en lipides peuvent entraîner une dégra dation de la me mbrane cellulaire avec pe rte concomitante de certaines enzymes pouvant se s itué au niveau des membranes cellulaires .

Par a illeu rs , la composition du ré gime alimenta ire est é galement susceptible d'influence r l'expression des enzymes de détoxification.

Ains i des h ydrocarbures aro matiques poten tiellement c ancé rigènes sont générés au cou rs de la cuisson de la viande au feu de bois et aug mentent l'expression du CYP1A1 et induit celle des N-ace tyltrans fé rases.