STUDII DE FARMACOCINETICĂ A COPTIZINEI

STUDII  DE  FARMACOCINETICĂ  A  COPTIZINEI

Peredelcu Rodica¹, Gonciar Veaceslav¹, Casian I., Casian A.

¹Catedra de farmacologie şi farmacie clinică, USMF „Nicolae Testemiţanu”

Rezumat

Alcaloizii din rostopască, inclusiv coptizina, manifestă un şir de efecte farmacologice (antibacterian, hepatoprotector, antiinflamator, imunomodulator, gastroprotector, antioxidant, spasmolitic etc.) pentru argumentarea cărora sunt necesare  studii de farmacocinetică. Scopul cercetării a constat în studiul concentraţiei coptizinei bisulfat în sânge, ficat şi bilă la administrarea intragastrală şi intraperitoneală. S-a studiat concentraţia coptizinei bisulfat în sânge, ficat şi bilă s-a efectuat pe şoricei albi (0,2 mg/kg, 2 mg/kg şi 20 mg/kg.) şi şobolani (50 mg/kg). S-a constatat că după administrarea intragastrală la şobolani coptizina se determina doar în ficat cu un maxim peste 3 ore, iar după cea intraperitoneală concetraţia maximă era peste 15 min. La şoricei după administrarea internă s-a demonstrat o corelaţie dependentă de doză a coptizinei în ficat şi bilă. Studiile de farmacocinetică au demonstrat că coptizina are o biofisponibilitate mică la administrarea internă, fiind un substrat pentru P-glicoproteina şi CYP2D6.

Summary

Pharmacokinetic studies of coptisin

Celandine alkaloids, including coptisine show a number of pharmacological effects (antibacterial, hepatoprotective, anti-inflammatory, immunomodulatory, gastro-protective, antioxidant, antispasmodic, etc.) which are necessary to substantiate the pharmacokinetic studies. The purpose of the study was to study the concentration of coptisin bisulfate in blood, liver and bile at intragastric and intraperitoneal administration. Coptisine bisulfate concentration was studied in blood, liver and bile was carried out on white mice (0.2 mg/kg, 2 mg/kg and 20 mg/kg) аnd rats (50 mg/kg). It has been found that after intragastric administration to rats only in the liver coptisine determine a maximum over 3 hours, and after the maximum concentration as intraperitoneal was more than 15 min. In mice after internal administration, a dose-dependent correlation of coptisin in the liver and bile was demonstrated. Pharmacokinetic studies have demonstrated that coptisin has a low bioavailability at internal administration, being a substrate for P-glycoprotein and CYP2D6.

Резюме

Фармакокинетические исследования коптизина

Aлкалоиды чистотела, в том числе коптизин, обладают рядом фармакологических эффектов (антибактериальный, гепатопротекторный, противовоспалительный, иммуномодулирующий, гастропротекторный, антиоксидантный, спазмолитический и др.), для обоснования которых необходимы фармакокинетические исследования. Цель исследования заключалась в изучении концентрации коптизина бисульфата в крови, печени и желчи при внутрижелудочном и внутрибрюшинном введении. Концентрация биссульфата коптизина в крови, печени и желчи была изучена у белых мышей (0,2 мг/кг, 2 мг/кг и 20 мг/кг) и крыс (50 мг/кг). Было обнаружено, что после внутрижелудочного введения у крыс коптизин определялся только в печени с максимумом через 3 часов, а после внутрибрюшинном максимальная концентрация определялась после 15 минут. У мышей после введения внутрь была показана дозозависимая корреляция коптизина в печени и желчи. Фармакокинетические исследования показали, что коптизин обладает низкой биодоступностью при интрагастральном введении, являясь субстратом для P-гликопротеина и CYP2D6.

Introducere. Rostopasca (Chelidonium  majus) este bine cunoscută încă din timpurile străvechi ca o plantă cu multiple efecte asupra organismului.  În  Chelidonium majus L. s-au izolat circa 70 de compuşi şi 24 de macro- şi microelemente. În sucul părţilor aeriene de rostopască se conţin de la 0,1% pânăa la 1,3% alcaloizi, peste 20 derivaţi de benzofenantridină şi derivaţi printre care cei mai importanţi în raport cantitatiiv sunt chelidonina, sangvinarina, coptizina şi cheleritrina, precum şi berberina, protopina, homochelidonina, alocriptopina, stilopina, oxisangvinarina, chelirubina, canadina (Maji A.K. et al., 2015, Qian X.C.et al., 2015, Gilca M. et al., 2010; Mikołajczak PL et al., 2015, Monografia OMS, 2010, Meng F.C.et al., 2018; Zielinska S.et al., 2018).

          Coptizina, alcaloid protoberberinic obţinut din Chelidonium major, este cunoscut pentru efectele sale multiple asupra organismului: antibacterian, hepatoprotector, antiinflamator, imunomodulator, gastroprotector, antioxidant, spasmolitic etc. (Feng Y et al., 2011; Fan H.et al., 2013, Qian X.C.et al., 2015; Han-Ming Cui et al., 2015; Ye X.et al., 2009; Maji A.K.et al., 2015; Gilca M.et al., 2010; Mikołajczak PL et al., 2015, Meng F.C.et al., 2018; Zielinska S.et al., 2018,). Pentru argumentarea acestor efecte şi aspectelor de utilizarea clinică  a coptizinei şi altor alcaloizi din rostopască devin tot mai stringente cercetările de farmacocinetică.

Scopul cercetării a constat în studiul concentraţiei coptizinei bisulfat în sânge, ficat şi bilă la administrarea intragastrală şi intraperitoneală..

Materiale şi metode. Studiul concentraţiei coptizinei bisulfat în sânge, ficat şi bilă s-a efectuat pe 2 specii de animale de laborator: şoricei albi cu masa corporală 20-25 grame şi şobolani cu masa corporală 170-200 grame. Coptizina bisulfat a fost administrată unimomentan intraperitoneal la  şobolani în doza de 50 mg/kg. Probele de sânge şi ficat au fost colectate peste 15 min, 30 min şi 1 oră. După administrarea intragastrală la şobolani a preparatului în doză unică de 50 mg/kg  s-au colectat probe de sânge şi ficat peste 1 oră, 2 ore şi 3 ore.

La  şoricei albi s-a administrat unimomentan coptizina bisulfat în doze de 0,2 mg/kg, 2 mg/kg şi 20 mg/kg. Peste 1 oră, 2 ore şi 3 ore s-au colectat probe de bilă, ficat şi excremente pentru determinarea concentraţiei de coptizină bisulfat.

  Rezultate şi discuţii.  Studiile au demonstrat că după administrarea intraperitoneală a coptizinei în doza de 50 mg/kg peste 15 min s-a constatat cea mai mare concentraţie a preparatului cu o diminuare peste 30 min şi o majorare peste 1 oră. În acelaşi timp după  introducerea intragastrală substanţa cerecattă nu s-a determinat în sânge dar cu o evoluţia în creştere în ficat peste 1 oră, 2 oe şi 3 ore (tab.1).

Cercetările farmacocinetice la şoricei au relevat o corelaţie dintre doza coptizinei şi concentraţia substanţei în ficat şi bilă. Analiza rezultatelor obţinute ne-a demonstrat că coptizina se concentrează în ficat cu eliminarea prin bilă şi ulterior prin scaun. Cantittaea mare de alcaloid în masele fecale ne-a relevat şi despre faptul că o parte importantă nu se absoarbe din tubul digestiv, ceea ce de monstrează despre biodisponibilitatea redusă a coptizinei (tab.2).

Tabelul 1

Concentraţia Coptizinei bisulfat (50 mg/kg) în sânge şi fica lal șobolani

Proba cercetată	Intragastral, μg/g			Intraperitoneal, μg /ml
	1 oră	2 ore	3 ore	15 min	30 min	1 oră
Sânge	0	0	0	0,539	0,218	0,426
Ficat	0,243	0,484	0,517	-	-	-

                                                                                      Tabelul 2

Concentraia coptizinei bisulfat în ficat şi bila la  şoricei

Doza de coptizină bisulfat	Nr. de animale	Concentraţia în ficat, μg/g	Concentraţia în bilă, μg /g	Concentraţia în mase fecale, μg /g
0,2 mg/kg	6	0,109 ± 0,033	0,154 ± 0,071
2 mg/kg	6	0,538 ± 0,518	0,316 ± 0,281
20 mg/kg	6	1,42 ± 0,610*	1,17 ± 0,697*	3410 ± 34

Notă: * - veridicitatea cu o,2 mg/kg şi 2 mg/kg

          Analiza literaturii referitor la farmacocinetica alcaloizilor din Chelidonium majus ne-a relevat un număr relativ mic de surse cu date destul de contradictorii. În primul rând aceasta se referă la absorbţia şi biodisponibilitatea alcaloizilor din rostopască. În acest aspect s-a specificat diferenţă dintre nivele plasmatice după administrarea extractelor din plantă şi folosirea alcaloizilor puri. În cel de al doilea rând s-a încercat de a elucida o corelaâie dintre concentraţiile alcaloizilor şi efectele farmacologice, respectiv de a evidenţia capacitatea de distribuţie în diferite ţesuturi şi organe. În al teilea rând, s-a cercetat corelaţia dintre concentraţia alcaloizilor puri şi procesele de metabolizare la nivelul ficarului sau chiar intestinului, fenomene ce presupun rolul unor metaboliţi ai alcaloizilor, responsabili de efectele farmacologice.

Studiile de farmacocinetică au relevat că administrarea dozei de 3 g/kg la şoricei a determinat nivele plasmatice mai mari decât folosirea a 618 mg/kg berberină pură. S-a presupus că cauza acestor diferenţe poate fi asociată cu îmbunătăţirea proprietăţilor farmacocinetice ale berberinei prin alţi compuşi prezenţă în extract prin influenţarea absorbţiei, distribuţiei şi metabolismului deoarece conversia celorlalţi alcaloizi în berberină este exclusă reieşind din structurile chimice ale acestora. Cercetările de absorbţie au demonstrat că berberina asigură concentraţii mai mari din extractul apos decât din soluţia pură, fapt cauzat de inhibarea P-glicoproteinei de compuşii din extract (berberina este un substrat al acestei pompe de eflux) cu diminuarea efluxului din mucoasa intestinală (Ma B.L.et al., 2016).

          Studiile anterioare de farmacocinetică au demonstrat că alcaloizii din rostopască au o biodisponibilitate şi concentraţie plasmatică mică după administrarea orală la şobolani, câni şi om. Concomitent s-a raportat că berberina este un substrat al glicproteinei P (P-gp) şi se supune unui metabolism extensiv în ficat cu participarea CYP2D6 şi CYP 1A2. Aceste date szgerează că absorbţia slabă, efluxul prin P-glicoproteină şi metabolismul crescut pot fi responsabili pentru biodisponibilitatea redusă a alcaloizilor din rostopască (Cui HM et al., 2015).

          Cercetările experimentale de farmacocinetică a berberinei, coptizinei, palmatinei şi jatrprhizinei au demonstrat că alcaloizii au un coeficient de repartiţie ulei/apă mai mare într-un mediu acid, dacât în soluţia bufer (pH-7,4), iar berberina a avut cel mai mare corficient. Astfel,  o solubilitate mai mare în ulei va determina o absorbţie prin difuziune pasivă, iar modelarea acestor  două medii simulează mediul din stomac şi intestin (Cui HM et al., 2015).

          Coeficientul de permeabilitate al coptizinei  a oscilat între 0,49-0,64x10^-6cm-s^-1, mai mic decât al berberinei, dar mai mare ca la palmatină şi jatrorhizină, fapt ce demonstrează despre om permeabilitate slabă a alcaloizilor (Cui HM et al., 2015).

Studiile pe intestin perfuzat de şobolan a demonstrat că alcaloizii se absorb preponderent în jejun şi ileon, dar mai semnificativ în jejun. Procentul cumulativ al absorbţiei intestinale pentru alcaloizi timp de 4 ore a fost de peste 15,75%. Rezultatele obţinute relevă că alcaloizii , inclusiv coptizina, se caracterizează printr-o permeabilitate şi absorbţie slabă, iar efluxul prin P-gp şi metabolismul hepatic sunt responsabili de biodisponibilitatea redusă şi la concentraţii plasmatice reduse la administrarea internă (Cui HM et al., 2015).

    Biodisponibilitatea coptizinei poate fi redusă datorită metabolizării la prima trecere prin ficat cu formarea unui metabolit activ în cadrul unei reacţii de demetilare oxidativă. S-a demonstrat că coptizina este supusă metabolizării  de I fază cu participarea CYP 2D6, în timp ce palmitina se scindează cu CYP1A2. Concomitent s-a constatat că coptizina, cel mai puternic din alcaloizii din rostopască, reduce metabolismul berberinei datorită inhibării CYP2D6 în ficat. În pofida unei absorbţii reduse a coptizinei la administrarea orală, alcaloidul se distribuie preponderent în ficat. Totodată s-a demonstrat că, utilizarea extractului integru din rostopască, alcaloizii, îndeosebi coptizina, vor avea influenţe benefice asupra farmacocineticii compuţilor activi (S0ngcan L..et al., 2015).

După administrarea orală coptizina, berberina, palmitina şi jatrorhzina au fost identificate în plasmă la şobolani, iar primii trei alcaloizi şi în urină sub formă neschimbată (Fan H.et al., 2013).

După administrarea internă a coptizinei  în doză unică de 30, 75 şi 150 mg/kg s-a constatat o variaţie dependentă de doză a concentraţiei palsmatice şi ariei de sub curba concentraţiei cu cele mai mic concentraţii la doza de 30 mg/kg. Biodisponibilitatea absolută a constituit variaţii de la 1,87 kla 0,52% (Yan Y.et al., 2017).

Absorbţia alcaloizilor din Rhizoma Coptidis, inclusiv a coptizinei, pe intestin izolat a fost un proces liniar, în doze  mari, medii şi mici cu o absorbţie în intestinul subţire. Rata de absorbţie a fost mai mare din decoctul de rizomi în comparaţie cu extractul alcoolic (Chen K.et al., 2015).

Coptizina s-a determinat în plasmă la şobolani după administrarea internă (Zhou X.et al., 2017).

Coptizina s-a administrat intern (50 mg/kg) şi intravenos (10 mg/kg) la şobolani cu determinarea parametrilor farmacocinetici şi capacitatea de a penetra prin bariera hemato-encefalică. După folosirea orală biodisponiiblitatea alcaloidului a constituit 8,9% cu u perioadă de înjumătăţire (T_0,5) în plasmă scurt de 0,71 ore. După administrarea intravenoasă a penetrat rapid bariera hemato-encefalică atingând concentraţii mari cu o eliminare lentă din diferite regiuni ale creierului (Su J.et al., 2015).

S-a constatat că coptizina se supune metabolizării cu formarea a 17 metaboliţi, inclusiv 11 neconjugaţi, rezultaţi prin hidroxilare, hidrogenare, demetilare, dehidrogenare, şi 6 conjugaţi cu acid glucuronic şi sulfuric (Su J.et al., 2015).

În studiile experimentale pe culturi de celule s-a constatat că alcaloizii din rostopască (berberina, coptizina, palmatina, jateorhizina) sunt substrate ale P-glicoproteinei, iar transportul lor de la membrana apicală la cea bazală a fost crescut de inhibitorii P-glicoproteinei ciclosporina A şi verapamil, în timp ce transportul în direcţie opusă a fost diminuat. Totodată alcaloizii respectivi nu au influenţat  activitatea P-gp. Astfel, s-a concluzionat, că absorbţia coptizinei este realizată prin transportul transmembranar cu ajutorul P-gp (Zhang X.et al., 2011).

În studiu pe celule in vitro s-a constatat că sulfatul de coptizină în concentraţii până la 100 pmol/l a inhibat, într-o maneră dozodependentă, CYP2D6, date ce necesită a fi luate în consideraţie la utilizarea concomitentă cu medicamentele ce se inactivează prin intermediul acestei izoenzime a citocromului P-450 (Qu Q.et al., 2014).

Cercetpările  de metabolism au relevat că sub influenţa alcaloizilor din Rhizoma Coptidis berberina este metabolizată prin CYP 2D6, în timp ce coptizina este un inhibitor al acestei izoenzime,c e a şi contribuit la majorarea nivelului plasmatic  al berberinei, fapt responsabil de creşterea toxicităţii. Totodată alcaolizii nu influenţează  metabolizarea coptizinei (Songcan L. et al.  2015).

Studiile in vivo şi in vitro au demonstrat că administrarea internă de extract din rizomă de coptidis a activat funcțiile de P-gp şi CYP3A4. Astfel,  o doză unică (1g/kg) şi şapte doze consecutive (1g/kg) de Coptidis Rhizoma au scăzut semnificativ Cmax a ciclosporinei, substrat al P-glicoproteinei şi CYP 3A4,  cu 56,9% şi 70,4% şi a ariei de sub curba concentraţiei (ASC) cu 56,4% şi 68,7%, respectiv. Studiul pe celule a indicat că decoctul din Coptidis Rhizoma, berberină, coptisină şi  palmatină au activat transportul de  eflux al P-glicoproteinei. Studiul in vitro a arătat Coptidis Rhizoma a majorat acticitatea metabolică a CYP 3A4 (Yu CP et al.,218).

Şobolanii intacţi şi cei cu insomnie au fost tratați cu pulbere de Rhizoma Coptidis (RC) şi Jiao-Tai-Wan (JTW - o fitocombinaţie ce conţine Rhizoma Coptidis şi Cortex Cinnamon în raport 10: 1 g/g ) la o doză de  3g/kg pe zii timp de 7 zile. Rezultatele au arătat că la şobolanii intacţi, excreţia urinară şi fecală a alcaloizilor, în special berberinei, coptizinei şi palmatinei a crescut semnificativ în grupul JTW comparativ cu grupul RC, în timp ce excreţia urinară şi fecală a şase alcaloizi a scăzut la animaleel cu insomnie. Aceste date au sugerat că afecţiunile patologice ar putea avea o influență notabilă asupra excreţiei de alcaloizi la şobolani şi au demonstrat că compatibilitatea ar putea promova efecte terapeutice mai bune prin acumularea de alcaloizi în organism. (Chen N.et al., 2018)..

           Concluzii. Studiile de farmacocinetică au demonstrat că extractele, sumele de alcaloizi şi alcaloizii puri au o biodisponibilitate relativ mică, aceasta fiind influenţată de activitatea P-glicoproteinei în intestin, metabolizarea la nivel hepatic cu participarea izoenzimelor CYP2D6, CYP 1A2 şi formarea metaboliţilor.  Coptizina s-a dovedit a fi un substrat pentru P-glicoproteina şi CYP2D6, iar alcaloidul la rândul săi manifesta capacităţi de inhibare a izoenzimei date cu modificarea parametrilor farmacocinetici şi toxici ai altor alcaloizi.

Bibliografie

1.    Chen K [Evaluation on intestinal absorption of alkaloids extracted by different methods from Rhizoma Coptidis-Rheum rhabarum herbal pair via everted gut sacs]. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 2015 Dec;40(24):4853-9.

2.    Chen N. et al. Simultaneous determination of six coptis alkaloids in urine and feces by LC-MS/MS and its application to excretion kinetics and the compatibility mechanism of Jiao-Tai-Wan in insomniac rats. Biomed Chromatogr. 2018 Mar 25:e4248.

3.    Cui HM et al. Poor permeability and absorption affect the activity of four alkaloids from Coptis. Mol Med Rep. 2015 Nov;12(5):7160-8.

4.    Fan H. et al.  In Vitro Screening for Antihepatic Steatosis Active Components within Ma B.L., Ma Y.M..Pharmacokinetic properties, potential herb-drug interactions and acute toxicity of oral Rhizoma coptidis alkaloids. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2013; Jan;9(1):51-61.

5.    Gilca M.et al. Chelidonium majus - an integrative review: traditional knowledge versus modern findings. Forsch Komplementmed. 2010; Oct;17(5):241-8.

6.    Ma B.L.et al. Naturally occurring proteinaceous nanoparticles in Coptidis Rhizoma extract act as concentration-dependent carriers that facilitate berberine absorption. Sci Rep. 2016; Jan 29;6:20110.

7.    Maji A.L., Pratim B. Chelidonium majus L. (Greater celandine) – A Review on its Phuytochemical and therapeutic Proprietives. International journal of Herbal medicine. 2015; 3(1): 10-27.

8.     Meng F.C. et al. Coptidis rhizoma and its main bioactive components: recent advances in chemical investigation, quality evaluation and pharmacological activity. Chin Med. 2018; 13: 13.

9.    Mikołajczak P.L. et al. Evaluation of anti-inflammatory and analgesic activities of extracts from herb of Chelidonium majus L. Cent Eur J Immunol. 2015; 40(4): 400–410.

10. Qian X.C. et al. Simultaneous determination of ten alkaloids of crude and wine-processed Rhizoma Coptidis aqueous extracts in rat plasma by UHPLC-ESI-MS/MS and its application to a comparative pharmacokinetic study. J Pharm Biomed Anal. 2015 Feb;105:64-73.

11. Qu Q.et al. Inhibitory effects of phytochemicals on metabolic capabilities of CYP2D6(*)1 and CYP2D6(*)10 using cell-based models in vitro. Acta Pharmacol Sin. 2014 May;35(5):685-96.

12. Songcan L. et al. Metabolic Interaction of the Active Constituents of Coptis chinensis in Human Liver Microsomes Evid Based Complement Alternat Med. 2015; 2015: 802903

13. Su J.et al. Pharmacokinetics and Brain Distribution and Metabolite Identification of Coptisine, a Protoberberine Alkaloid with Therapeutic Potential for CNS Disorders, in Rats. Biol Pharm Bull. 2015;38(10):1518-28.

14. Zielińska S.et al.Greater Celandine's Ups and Downs−21 Centuries of Medicinal Uses of Chelidonium majus From the Viewpoint of Today's Pharmacology. Front Pharmacol. 2018; 9: 299.

15. Zhang X.et al. Intestinal absorption mechanisms of berberine, palmatine, jateorhizine, and coptisine: involvement of P-glycoprotein. Xenobiotica. 2011 Apr;41(4):290-6.

16. Zhang Z.H. et al.  [Advance in studies on pharmacological activity of coptisine hydrochloride]. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. 2013 Sep;38(17):2750-4.

17. Zhou X. et al., Inhibition activity of a traditional Chinese herbal formula Huang-Lian-Jie-Du-Tang and its major components found in its plasma profile on neuraminidase-1Sci Rep. 2017; 7: 15549

18. Yan Y. et al. Pharmacokinetics and tissue distribution of coptisine in rats after oral administration by liquid chromatography-mass spectrometry. Biomed Chromatogr. 2017 Jul;31(7).

19. Yu C.P. et al. Activation of P-glycoprotein and CYP 3A by Coptidis Rhizoma in vivo: Using cyclosporine as a probe substrate in rats. J Food Drug Anal. 2018 Apr;26(2S):S125-S132

20.  Монографии ВОЗ о лекарственных растениях, широко используемых в Новых независимых государствах (ННГ). Всемирная организация здравоохранения, 2010 г. C.75-92. ISBN 978 92 4 459772 9.