APAP Hepatotoxiciteit na therapeutische doses

Paracetamol (paracetamol, APAP) is een alomtegenwoordige pijnstiller en koortswerend middel dat wereldwijd verkrijgbaar is in tal van vrij verkrijgbare en voorgeschreven medicijnen. Bij supratherapeutische doses is APAP een goed beschreven hepatotoxisch middel en een aanzienlijk probleem voor de volksgezondheid, aangezien naar schatting 30.000 ziekenhuisopnames elk jaar in de VS verband houden met APAP-medicijngeïnduceerde leverbeschadiging (DILI). APAP is inderdaad de meest voorkomende oorzaak van acuut leverfalen (ALF) in de VS en Europa met een geschatte totale mortaliteit van 28%. Overdoseringen van de helft van APAP zijn onbedoeld en het slechte vermogen van patiënten om producten met APAP te identificeren is gedocumenteerd. In ziekenhuizen bevatte 1% van alle medicijnvoorschriften een APAP-recept met een overdosis, wat de noodzaak benadrukte van meer bewustzijn over onbedoelde APAP-overdosis.

Bij de aanbevolen therapeutische dosis van 4 g/dag wordt APAP gewoonlijk als veilig beschouwd. Er zijn echter associaties aangetoond tussen therapeutische APAP-dosering en verhogingen van alanineaminotransferase (ALT). Inderdaad, tot 1/3 gezonde vrijwilligers die werden behandeld met therapeutische doses APAP ervoeren 3x ALAT-verhoging (tot 14x) na 3 dagen behandeling gedurende maximaal 11 dagen. Deze resultaten werden bevestigd bij niet-drinkende patiënten. De multinationale case-population SALT-studie rapporteerde 81 gevallen van ALF (49 in Frankrijk) die leidden tot transplantatie na niet-overdosis APAP-blootstelling in een follow-up van 3 jaar en niet-overdosis APAP werd geassocieerd met een 2x hoger percentage ALF dan NSAID's. In de VS werd 17% van de APAP-geïnduceerde ALF gedurende een periode van 41 maanden gemeld met een APAP-dosis van minder dan 4 g/dag.

Ondervoeding als risicofactor Sommige auteurs hebben gesuggereerd dat therapeutische doses APAP hepatotoxisch kunnen zijn bij ondervoeding en een laag lichaamsgewicht, evenals bij chronisch alcoholgebruik en geneesmiddelen die cytochromen P450 (CYP's) induceren. Omdat glutathion (GSH) wordt gesynthetiseerd uit 3 aminozuren (aa) (Cys, Glu en Gly), kan eiwit- of aa-deficiëntie leiden tot GSH-uitputting. Bij ratten werd vasten in verband gebracht met verhoogde APAP-hepatotoxiciteit als gevolg van afname van GSH in de lever, en een periode van vasten van 16 uur was voldoende om GSH-voorraden uit te putten. Er is aangetoond dat GSH-waarden verlaagd zijn bij vrouwelijke patiënten met anorexia in vergelijking met controles en er werd een positieve correlatie tussen GSH-waarden en BMI waargenomen. Een kleine retrospectieve studie (n=10) toonde aan dat ernstige hepatotoxiciteit na een matige dosis APAP (4 tot 10 g/dag) in 80% van de gevallen werd voorafgegaan door ondervoeding. Er zijn verschillende casusrapporten gepubliceerd van ernstige hepatotoxiciteit (sommige fataal) na therapeutische APAP-doses bij ondervoede volwassenen. Bij pediatrische patiënten werden ALF-gevallen gemeld na therapeutische APAP-doses na een virale infectie en een lage voedingsstatus. Geen enkele goed uitgevoerde studie heeft echter tot doel gehad om prospectief de impact van ondervoeding op de toxiciteit van therapeutische doses APAP te beoordelen.

FDA-experts wezen erop dat APAP vaak wordt gebruikt bij patiënten met cachexie. Cachexie is een complex syndroom dat wordt gekenmerkt door verschillende homeostatische verstoringen, waaronder progressief onvrijwillig gewichtsverlies, vergezeld van verspilling, vroege verzadiging, zwakte en anorexia. Een breed spectrum van klinische ziekten wordt in verband gebracht met cachexie. De prevalentie van ondervoeding is waargenomen bij 20-29% van de gehospitaliseerde patiënten in Europa en bij 33% op chirurgische afdelingen. Pickering et al. toonden aan dat het APAP-metabolisme verschuift naar de toxische oxidatieve routes na een grote aorta-operatie, wat suggereert dat die patiënten bijzonder vatbaar kunnen zijn. Gegevens over drugsgebruik geven ook aan dat het APAP-gebruik hoog is in postoperatieve instellingen. Het British National Formulary heeft een maximale dosis van 60 mg/kg IV APAP aanbevolen voor gebruik bij volwassenen met een gewicht van minder dan 50 kg en 3 g/dag IV bij chronische ondervoeding of uitdroging. Verrassend genoeg is een dergelijke aanbeveling niet beschikbaar voor orale APAP, die vaak onafhankelijk van de voedingsstatus wordt voorgeschreven. Het is waarschijnlijk dat gevallen van leverbeschadiging secundair aan de normale aanbevolen dosis ondervertegenwoordigd zijn, aangezien de dosis niet als buitensporig wordt ervaren en niet als zodanig wordt beschreven in internationale richtlijnen voor pijnbeheersing. Gezien het wijdverbreide gebruik van APAP en de prevalentie van ondervoeding op operatieafdelingen, is het van cruciaal klinisch belang om te verduidelijken of ondervoeding predisponeert voor APAP-geïnduceerde hepatotoxiciteit bij de aanbevolen dosering van 4 g/dag.

Biomarker van APAP hepatotoxiciteit:

APAP wordt gemetaboliseerd door glucuronidering (55%) en sulfatering (40%). De metabolieten van APAP worden uit de lever uitgescheiden door multidrug-resistentie-geassocieerde eiwitten (36-38). APAP wordt geoxideerd (5%) door cytochromen P450 (CYP) 2E1, 3A en 1A2 tot het zeer reactieve N-acetyl-p-benzochinon (NAPQI), elektrofiele en cytotoxische metaboliet, verantwoordelijk voor APAP levertoxiciteit.

Bij een therapeutische dosis wordt APAP gewoonlijk snel ontgift door conjugatie met GSH, uit de lever geklaard en uitgescheiden in de urine. Slattery et al. hebben aangetoond dat GSH-depletie begint over het bereik van 0,5-3 g APAP. Na overmatige APAP-inname raken zowel de sulfonerings- als de glucuronideringsroutes verzadigd ten gunste van de oxidatieroute. Dit resulteert in de vorming van grote hoeveelheden NAPQI en GSH-depletie in de lever. NAPQI bindt covalent aan macromoleculen, reageert met zwavelgroepen in levereiwitten en is verantwoordelijk voor de histopathologische hepatische centrilobulaire necrose met periportale spaarzaamheid. N-acetylcysteïne (NAC) is een scavenger voor NAPQI. Binnen 24 uur na een enkele acute inname worden APAP-plasmaconcentraties gebruikt om de waarschijnlijkheid van hepatotoxiciteit en de behoefte aan NAC-tegengif te voorspellen. Het normogram is echter niet relevant voor patiënten die zich later dan 24 uur na inname of na een chronische inname presenteren. Het ontwikkelen en valideren van een vroege en gemakkelijk toegankelijke marker van hepatotoxiciteit zou vooral nuttig zijn bij kwetsbare populaties met een hoger risico om de diagnose en het beheer van APAP-geïnduceerde hepatotoxiciteit te verbeteren. Inderdaad, niet-herkende gevallen van APAP-hepatotoxiciteit hebben een slechte prognose, aangezien de toediening van het tegengif niet zal worden ingesteld of uitgesteld. APAP bindt covalent aan eiwit als resultaat van een reactie tussen NAPQI en cysteïneresiduen om APAP-CYS-eiwitadducten te produceren. In APAP-gerelateerde ALF bleken piekconcentraties van APAP-CYS-adducten te correleren met piekaminotransferaseconcentraties en werden gedetecteerd tot 12 dagen na inname. Bij 157 adolescenten en kinderen met een APAP-overdosis correleerden piek APAP-CYS-adducten met piek levertransaminasen, tijd tot behandeling met NAC en risicobepaling met behulp van het normogram. Er is ook aangetoond dat APAP-CYS-concentraties variëren afhankelijk van de mate van blootstelling en APAP-CYS is specifiek voor APAP-blootstellingen. Er werd echter geen directe detectie van APAP-CYS op eiwitten van volledige lengte of lange polypeptiden uitgevoerd. Detectie werd uitgevoerd na digestie met een niet-specifieke endopeptidase. De exacte adductpositie en de identiteit van gemodificeerde eiwitten is dus onbekend.

De binding van chemische stoffen aan hemoglobine en plasma-albumine is een bekend fenomeen en de meeste chemicaliën die via reactieve metabolieten werken, vormen dergelijke adducten. Hemoglobine- en albumine-adducten zijn gemakkelijk toegankelijk via een bloedmonster en hebben een goed gedefinieerde levensduur vanwege het ontbreken van herstel. Onlangs werden protocollen voor directe eiwitanalyse beschreven die berusten op LC-MS/MS-analyse van intacte globineketens of peptiden voor de analyse van hemoglobine- en albumine-adducten. De klinische bruikbaarheid van APAP-CYS-gemodificeerd albumine en hemoglobine als biomarkers van APAP-hepatotoxiciteit zal worden geëvalueerd en vergeleken met het serumgehalte van transaminasen, APAP, APAP-CYS en metabolieten.

Microvesicles (MV's) zijn geleidelijk naar voren gekomen als potentiële vruchtbare biomarkerhouders. MV's zijn circulerende blaasjes die vrijkomen uit bijna alle celtypen en zijn samengesteld uit een grote verscheidenheid aan biomoleculen zoals boodschapper-RNA's, micro-RNA's, eiwitten en lipiden. Interessant is dat hun samenstelling gerelateerd is aan hun oorspronkelijke cel, weefsel of orgaan, en wordt beïnvloed door stimulatie en micro-omgevingsveranderingen van de donorcel. Dit geeft ze "handtekeningen" van een fysiologische toestand. MV's komen snel vrij in het bloed na een prikkel of een verandering van toestand en zijn dus potentiële vroege indicatoren van een fysiologische toestand, die waardevolle informatie bevatten voor het bewaken van pathologieën. Specifieke moleculen die rechtstreeks in het bloed worden afgegeven via MV's van hepatocyten, zouden interessante biomarkerkandidaten kunnen bevatten om het behandelingsmanagement van patiënten na APAP-intoxicatie te verbeteren. Kwantitatieve proteomics-strategieën zullen worden gebruikt om nieuwe eiwitbiomarkers voor APAP-geïnduceerde hepatotoxiciteit uit MV's te isoleren. Als alternatief is aangetoond dat circulerende micro-RNA's krachtige potentiële biomarkers zijn voor een verscheidenheid aan ziekten, waaronder hepatotoxiciteit na APAP-overdoseringen. Micro-RNA's zijn kleine ~22 nt lange niet-coderende regulerende moleculen die de expressieniveaus beïnvloeden van honderden genen die stabiel zijn in circulerende vloeistoffen. In het geval van APAP-overdoseringen hebben verschillende onderzoeken aangetoond dat de plasmaconcentratie van de leverspecifieke miR122 correleert met en zelfs lichtjes voorafgaat aan de stijging van de bloedspiegels van de klassieke hepatotoxiciteitsmarkers. Transcriptomische screening van plasma en MV's zal worden gebruikt om potentiële nieuwe miRNA-kandidaten voor APAP-geïnduceerde levertoxiciteit te identificeren.

Detectie van nieuwe biomarkers kan een moeizaam proces zijn dat kan worden vergemakkelijkt door extreme monsters als filters te gebruiken om de meest relevante kandidaten te identificeren, zowel op eiwit- als op nucleïnezuurniveau. In het kader van deze studie zullen extreme monsters worden verstrekt door 6 patiënten die in het ziekenhuis aankomen na inname van een APAP-overdosis.

Genetische marker van gevoeligheid Genpolymorfismen in geneesmiddelmetaboliserende enzymen (DME) en transporteiwitten die betrokken zijn bij de farmacokinetiek van APAP kunnen worden gebruikt als biomarkers van gevoeligheid voor APAP-levertoxiciteit. De belangrijkste eliminatieroutes van APAP zijn fase II DME's UDP-glucuronosyltransferasen (UGT) en sulfotransferasen (SULT). Drie UGT-isovormen lijken betrokken te zijn bij APAP-glucuronconjugatie en tot 15x variabiliteit in APAP-glucuronconjugatie is aangetoond. UGT1A1*28 en *6 worden in verband gebracht met verminderde enzymatische activiteit en verhoogde irinotecan-toxiciteit. Bij dieren hadden UGT-deficiënte Gunn-ratten een verhoogde gevoeligheid voor APAP in vergelijking met controles. Het syndroom van Gilbert is een erfelijke hyperbilirubinemie als gevolg van UGT1A1*28 die leidt tot een vermindering van 40% van de enzymatische activiteit, verminderde APAP-glucuronidatie en verhoogde productie van actieve metabolieten. Sulfatisatie van APAP wordt bij de mens gekatalyseerd door SULT-isovormen die tot 50x verschil in activiteit kunnen hebben. De impact van SULT-polymorfismen op APAP-toxiciteit is echter onbekend. Bioactivering van APAP in NAPQI wordt gemedieerd door de CYP-familie, waarbij CYP2E1 en 2D6 verschijnen als de meest relevante isovormen. Beide zijn zeer polymorf en kunnen genduplicatie ondergaan. Cyp2e1knock-out muizen zijn minder gevoelig voor hepatotoxische effecten van APAP dan wildtype dieren. . Bij mensen is de impact van CYP2D6- en 2E1-polymorfismen op APAP-toxiciteit onbekend. NAPQI wordt ontgift door GSTP1 in de lever waarvoor twee veelvoorkomende enkelvoudige nucleotide polymorfismen (SNP's) zijn beschreven, waarvan er één de enzymatische activiteit vermindert. Ten slotte is opwaartse regulatie van effluxtransporters beschreven na inname van toxische APAP. Dit project heeft als doel om in vitro de metabole routes te karakteriseren die betrokken zijn bij het APAP-metabolisme en de vorming van reactieve metabolieten, evenals hun impact op de productie van metabolieten.