APAP-Hepatotoxizität nach therapeutischen Dosen

Paracetamol (Acetaminophen, APAP) ist ein allgegenwärtiges Schmerzmittel und Antipyretikum, das weltweit in zahlreichen rezeptfreien und verschreibungspflichtigen Medikamenten erhältlich ist. Bei supratherapeutischen Dosen ist APAP ein gut beschriebener hepatotoxischer Wirkstoff und ein erhebliches Problem für die öffentliche Gesundheit, da jedes Jahr in den USA schätzungsweise 30.000 Krankenhauseinweisungen mit APAP-bedingter Leberschädigung (DILI) zusammenhängen. APAP ist in der Tat die häufigste Ursache für akutes Leberversagen (ALF) in den USA und Europa mit einer geschätzten Gesamtmortalität von 28 %. Halbe APAP-Überdosierungen sind unbeabsichtigt und die schlechte Fähigkeit von Patienten, Produkte mit APAP zu identifizieren, wurde dokumentiert. In Krankenhäusern enthalten 1 % aller Arzneimittelverschreibungen eine überdosierte APAP-Verschreibung, was die Notwendigkeit einer stärkeren Sensibilisierung für unbeabsichtigte APAP-Überdosierungen unterstreicht.

Bei der empfohlenen therapeutischen Dosis von 4 g/Tag gilt APAP normalerweise als sicher. Es wurden jedoch Zusammenhänge zwischen der therapeutischen Dosierung von APAP und Erhöhungen der Alaninaminotransferase (ALT) nachgewiesen. Tatsächlich kam es bei bis zu 1/3 gesunder Freiwilliger, die mit therapeutischen Dosen von APAP behandelt wurden, nach 3-tägiger Behandlung für bis zu 11 Tage zu einer 3-fachen ALT-Erhöhung (bis zu 14-fach). Diese Ergebnisse wurden bei Nicht-Trinker-Patienten bestätigt. Die multinationale Fallpopulations-SALT-Studie berichtete über 81 Fälle von ALF (49 in Frankreich), die zu einer Transplantation führten, nachdem eine APAP-Exposition ohne Überdosierung in einem 3-Jahres-Follow-up durchgeführt wurde, und eine Nicht-Überdosierung von APAP war mit einer 2-mal höheren ALF-Rate verbunden als NSAIDs. In den USA wurden 17 % der APAP-induzierten ALF über einen Zeitraum von 41 Monaten mit einer APAP-Dosis von weniger als 4 g/Tag gemeldet.

Unterernährung als Risikofaktor Einige Autoren haben vorgeschlagen, dass therapeutische Dosen von APAP in Gegenwart von Unterernährung und geringem Körpergewicht sowie bei chronischem Alkoholkonsum und Arzneimitteln, die Cytochrome P450 (CYPs) induzieren, hepatotoxisch sein können. Da Glutathion (GSH) aus 3 Aminosäuren (aa) (Cys, Glu und Gly) synthetisiert wird, kann ein Protein- oder aa-Mangel zu einem GSH-Mangel führen. Bei Ratten war das Fasten mit einer erhöhten APAP-Hepatotoxizität als Folge der hepatischen GSH-Abnahme verbunden, und eine 16-stündige Fastenperiode war ausreichend, um die GSH-Speicher zu erschöpfen. Es wurde gezeigt, dass die GSH-Spiegel bei magersüchtigen weiblichen Patienten im Vergleich zu den Kontrollen reduziert waren, und es wurde eine positive Korrelation zwischen den GSH-Spiegeln und dem BMI beobachtet. Eine kleine retrospektive Studie (n=10) zeigte, dass einer schweren Hepatotoxizität nach einer moderaten APAP-Dosis (4 bis 10 g/Tag) in 80 % der Fälle eine Mangelernährung vorausging. Es wurden mehrere Fallberichte über schwere Hepatotoxizität (einige mit tödlichem Ausgang) nach therapeutischen APAP-Dosen bei unterernährten Erwachsenen veröffentlicht. In der pädiatrischen Population wurden ALF-Fälle nach therapeutischen APAP-Dosen nach Virusinfektion und niedrigem Ernährungsstatus berichtet. Keine gut durchgeführte Studie zielte jedoch darauf ab, die Auswirkungen von Mangelernährung auf die Toxizität von APAP in therapeutischen Dosen prospektiv zu bewerten.

FDA-Experten wiesen darauf hin, dass APAP häufig bei Kachexie-Patienten eingesetzt wird. Kachexie ist ein komplexes Syndrom, das durch mehrere homöostatische Störungen gekennzeichnet ist, einschließlich progressivem unwillkürlichem Gewichtsverlust, begleitet von Auszehrung, früher Sättigung, Schwäche und Anorexie. Ein breites Spektrum klinischer Erkrankungen ist mit Kachexie assoziiert. Die Prävalenz von Mangelernährung wurde bei 20-29 % der Krankenhauspatienten in Europa und bei 33 % auf chirurgischen Stationen beobachtet. Pickeringet al. zeigten, dass sich der APAP-Metabolismus nach einer großen Aortenoperation in Richtung der toxischen oxidativen Wege verschiebt, was darauf hindeutet, dass diese Patienten besonders anfällig sein könnten. Daten zum Drogenkonsum zeigen auch, dass die APAP-Nutzung in postoperativen Einstellungen hoch ist. Das British National Formulary hat eine maximale Dosis von 60 mg/kg IV APAP für die Anwendung bei Erwachsenen mit einem Gewicht von weniger als 50 kg und 3 g/Tag IV bei chronischer Unterernährung oder Dehydration empfohlen. Überraschenderweise gibt es für das orale APAP, das üblicherweise unabhängig vom Ernährungszustand verschrieben wird, keine solche Empfehlung. Es ist wahrscheinlich, dass Fälle von Leberschäden infolge der empfohlenen Normaldosis unterrepräsentiert sind, da die Dosis nicht als übermäßig empfunden und in den internationalen Leitlinien zur Schmerzbehandlung nicht als solche beschrieben wird. In Anbetracht der weit verbreiteten Anwendung von APAP und der Prävalenz von Mangelernährung in chirurgischen Stationen ist es von entscheidender klinischer Bedeutung zu klären, ob Mangelernährung zu einer APAP-induzierten Hepatotoxizität bei der empfohlenen Dosierung von 4 g/Tag prädisponiert.

Biomarker der APAP-Hepatotoxizität:

APAP wird durch Glucuronidierung (55 %) und Sulfatisierung (40 %) metabolisiert. Die Metaboliten von APAP werden durch Multidrug-Resistenz-assoziierte Proteine ​​aus der Leber ausgeschieden (36-38). APAP wird durch die Cytochrome P450 (CYP) 2E1, 3A und 1A2 zum hochreaktiven N-Acetyl-p-benzochinon (NAPQI), einem elektrophilen und zytotoxischen Metaboliten, oxidiert (5 %), der für die Lebertoxizität von APAP verantwortlich ist.

In therapeutischer Dosis wird APAP normalerweise schnell durch Konjugation mit GSH entgiftet, aus der Leber ausgeschieden und mit dem Urin ausgeschieden. Slatteryet al. haben gezeigt, dass die GSH-Verarmung im Bereich von 0,5–3 g APAP beginnt. Nach übermäßiger APAP-Einnahme werden sowohl der Sulfonierungs- als auch der Glucuronidierungsweg zugunsten des Oxidationswegs gesättigt. Dies führt zur Bildung großer Mengen von NAPQI und zu einem GSH-Mangel in der Leber. NAPQI bindet kovalent an Makromoleküle, reagiert mit Schwefelgruppen in Leberproteinen und ist verantwortlich für die histopathologische hepatische zentrilobuläre Nekrose mit periportaler Schonung. N-Acetylcystein (NAC) ist ein Fänger für NAPQI. Innerhalb von 24 Stunden nach einer einzelnen akuten Einnahme werden die APAP-Plasmakonzentrationen verwendet, um die Wahrscheinlichkeit einer Hepatotoxizität und die Notwendigkeit eines NAC-Gegenmittels vorherzusagen. Das Normogramm ist jedoch nicht relevant für Patienten, die sich später als 24 Stunden nach der Einnahme oder nach einer chronischen Einnahme vorstellen. Die Entwicklung und Validierung eines frühen und leicht zugänglichen Markers für Hepatotoxizität wäre insbesondere in gefährdeten und fragilen Populationen nützlich, um die Diagnose und das Management von APAP-induzierter Hepatotoxizität zu verbessern. Tatsächlich haben unerkannte Fälle von APAP-Hepatotoxizität eine schlechte Prognose, da die Antidot-Verabreichung nicht eingeleitet oder verzögert wird. APAP bindet kovalent an Protein als Ergebnis einer Reaktion zwischen NAPQI und Cysteinresten, um APAP-CYS-Proteinaddukte zu erzeugen. Bei APAP-assoziierter ALF wurde gezeigt, dass die Spitzenkonzentrationen von APAP-CYS-Addukten mit den Spitzenkonzentrationen der Aminotransferase korrelieren und bis zu 12 Tage nach der Einnahme nachgewiesen wurden. Bei 157 Jugendlichen und Kindern mit APAP-Überdosierung korrelierten die Spitzenwerte der APAP-CYS-Addukte mit den Spitzenwerten der hepatischen Transaminasen, der Zeit bis zur Behandlung mit NAC und der Risikobestimmung anhand des Normogramms. Es wurde auch gezeigt, dass die APAP-CYS-Konzentrationen je nach Expositionsgrad variierten und APAP-CYS spezifisch für APAP-Expositionen ist. Es wurde jedoch kein direkter Nachweis von APAP-CYS auf Proteinen voller Länge oder langen Polypeptiden durchgeführt. Der Nachweis erfolgte nach Verdau mit einer unspezifischen Endopeptidase. Somit ist die genaue Adduktposition und die Identität modifizierter Proteine ​​unbekannt.

Die Bindung chemischer Substanzen an Hämoglobin und Plasmaalbumin ist ein bekanntes Phänomen, und die meisten Chemikalien, die über reaktive Metaboliten wirken, bilden solche Addukte. Hämoglobin- und Albumin-Addukte sind aus einer Blutprobe leicht zugänglich und haben eine genau definierte Lebensdauer, da sie nicht repariert werden können. Kürzlich wurden direkte Proteinanalyseprotokolle beschrieben, die auf der LC-MS/MS-Analyse von intakten Globinketten oder Peptiden für die Analyse von Hämoglobin- und Albuminaddukten beruhen. Der klinische Nutzen von APAP-CYS-modifiziertem Albumin und Hämoglobin als Biomarker der APAP-Hepatotoxizität wird bewertet und mit dem Serumspiegel von Transaminasen, APAP, APAP-CYS und Metaboliten verglichen.

Mikrovesikel (MVs) haben sich nach und nach als potenziell fruchtbare Träger von Biomarkern herausgestellt. MVs sind zirkulierende Vesikel, die von fast allen Zelltypen freigesetzt werden und aus einer Vielzahl von Biomolekülen wie Boten-RNAs, Mikro-RNAs, Proteinen und Lipiden bestehen. Interessanterweise hängt ihre Zusammensetzung mit ihrer ursprünglichen Zelle, ihrem ursprünglichen Gewebe oder Organ zusammen und wird durch Stimulation und Veränderungen der Mikroumgebung der Spenderzelle beeinflusst. Dies gibt ihnen "Signaturen" eines physiologischen Zustands. MVs werden nach einem Stimulus oder einer Zustandsänderung schnell im Blut freigesetzt und sind daher potenzielle Frühindikatoren für einen physiologischen Zustand, die wertvolle Informationen für die Überwachung von Pathologien enthalten. Spezifische Moleküle, die über MVs aus Hepatozyten direkt ins Blut freigesetzt werden, könnten interessante Biomarkerkandidaten enthalten, um das Behandlungsmanagement von Patienten nach einer APAP-Intoxikation zu verbessern. Quantitative Proteomics-Strategien werden verwendet, um neue Protein-Biomarker für APAP-induzierte Hepatotoxizität von MVs zu isolieren. Alternativ haben sich zirkulierende Mikro-RNAs als starke potenzielle Biomarker für eine Vielzahl von Krankheiten erwiesen, einschließlich Hepatotoxizität nach APAP-Überdosierung. Mikro-RNAs sind kleine, ~22 nt lange, nicht codierende regulatorische Moleküle, die die Expressionsniveaus von Hunderten von Genen beeinflussen, die in zirkulierenden Flüssigkeiten stabil sind. In Fällen von APAP-Überdosierungen haben mehrere Studien gezeigt, dass die Plasmakonzentration des leberspezifischen miR122 mit dem Anstieg der Blutspiegel der klassischen Hepatotoxizitätsmarker korreliert und sogar geringfügig vorausgeht. Transkriptomisches Screening von Plasma und MVs wird verwendet, um potenzielle neue miRNA-Kandidaten für APAP-induzierte Lebertoxizität zu identifizieren.

Der Nachweis neuer Biomarker kann ein langwieriger Prozess sein, der durch die Verwendung extremer Proben als Filter erleichtert werden kann, um die relevantesten Kandidaten auf Protein- oder Nukleinsäureebene zu identifizieren. Im Zusammenhang mit dieser Studie werden Extremproben von 6 Patienten bereitgestellt, die nach Einnahme einer APAP-Überdosis ins Krankenhaus eingeliefert werden.

Genetischer Marker für die Empfindlichkeit Genpolymorphismen in Arzneimittel metabolisierenden Enzymen (DME) und Transportern, die an der Pharmakokinetik von APAP beteiligt sind, könnten als Biomarker für die Empfindlichkeit gegenüber Lebertoxizität von APAP verwendet werden. Die hauptsächlichen Eliminationswege von APAP sind Phase-II-DMEs, UDP-Glucuronosyltransferasen (UGT) und Sulfotransferasen (SULT). Drei UGT-Isoformen scheinen an der APAP-Glucuronkonjugation beteiligt zu sein, und es wurde eine bis zu 15-fache Variabilität bei der APAP-Glucuronkonjugation nachgewiesen. UGT1A1*28 und *6 sind mit reduzierter enzymatischer Aktivität und erhöhter Irinotecan-Toxizität verbunden. Bei Tieren hatten UGT-defiziente Gunn-Ratten im Vergleich zu Kontrollen eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber APAP. Das Gilbert-Syndrom ist eine erbliche Hyperbilirubinämie aufgrund von UGT1A1*28, die zu einer 40%igen Verringerung der enzymatischen Aktivität, einer verringerten APAP-Glucuronidierung und einer erhöhten Produktion aktiver Metaboliten führt. Die Sulfatisierung von APAP wird beim Menschen durch SULT-Isoformen katalysiert, die einen bis zu 50-fachen Aktivitätsunterschied aufweisen können. Der Einfluss von SULT-Polymorphismen auf die APAP-Toxizität ist jedoch unbekannt. Die Bioaktivierung von APAP in NAPQI wird durch die CYP-Familie vermittelt, wobei CYP2E1 und 2D6 als die relevantesten Isoformen erscheinen. Beide sind hochgradig polymorph und können einer Genduplikation unterliegen. Cyp2e1knockout-Mäuse sind weniger empfindlich gegenüber hepatotoxischen Wirkungen von APAP als Wildtyp-Tiere. . Beim Menschen ist die Auswirkung von CYP2D6- und 2E1-Polymorphismen auf die APAP-Toxizität nicht bekannt. NAPQI wird durch GSTP1 in der Leber entgiftet, für die zwei häufige Einzelnukleotidpolymorphismen (SNPs) beschrieben wurden, von denen einer die enzymatische Aktivität reduziert. Schließlich wurde eine Hochregulierung von Efflux-Transportern nach Einnahme von toxischem APAP beschrieben. Dieses Projekt zielt darauf ab, die am APAP-Metabolismus und die Bildung reaktiver Metaboliten beteiligten Stoffwechselwege sowie deren Einfluss auf die Metabolitenproduktion in vitro zu charakterisieren.