Với chuyên đề “Cơ chế tác dụng vượt trội của các thuốc ức chế bơm proton PPI thế hệ mới”, nội dung trình bày bao gồm sinh lý bài tiết acid tại dạ dày; cấu trúc, cơ chế hoạt động, dược độ
SINH LÝ BÀI TIẾ T ACID T Ạ I D Ạ DÀY
Đặc điể m sinh lý h ọ c phân t ử c ủ a d ạ dày [3],[6]
Từ trên xuống dưới, dạ dày gồm có tâm vị, đáy vị, thân vị, hang vị và môn vị Về mặt mô học, ngoài tế bào tiết nhầy nằm khắp bề mặt của dạ dày, dạ dày còn có 2 loại tuyến quan trọng là tuyến môn vị và tuyến đáy vị (Hình 1.1)
Trong cơ thể người ước tính có khoảng 10 tế bào thành, chiếm khoảng 80% lượng tế bào của các tuyến dạ dày và nằm ở tuyến đáy vị Đây là loại tế bào duy nhất trong cơ thể bài tiết acid và có sự chênh lệch về nồng độ H + giữa bên trong và bên ngoài màng đỉnh tế bào lên đến xấp xỉ 3 triệu lần
Tếbào thành được tạo ra từ cổ và eo tuyến dạdày, thường nằm phía dưới và đáy của tuyến, tế bào nằm phía trên mạnh hơn các tế bào nằm sâu dưới đáy tuyến Tế bào thành có dạng hình nón với 2 cực: cực trên có diện tích nhỏhơn, tại đây có các ống chế tiết (còn gọi là kênh chế tiết) và có 1 cửa thông với lòng tuyến; cực đáy tiếp xúc với khoảng gian bào, diện tích lớn hơn cực trên, tại đây có các receptor histamin (H2), gastrin (CCKB), acetylcholin (Ach)
Tế bào thành có 02 trạng thái, tùy vào trạng thái mà thay đổi về hình dạng và cấu trúc:
- Ở trạng thái nghỉ, tế bào không hoặc rất ít bài tiết acid, bên trong là các túi tiểu quản chứa các bơm H + K + ATPase ở trạng thái không hoạt động
- Ở trạng thái kích thích, tế bào biến đổi về mặt hình thái và bơm
H + K + ATPase cũng thay đổi Hệ thống tiểu quản chế tiết nở to, đan xen nhau cùng với sự xuất hiện của vi nhung mao (Hình 1.2), do vậy diện tích tiếp xúc ở cực đỉnh cũng tăng lên Khi được kích thích có sự hòa nhập của các túi tiểu quản vào ống chế tiết làm cho các bơm H + K + ATPase được chuyển từ dạng bất hoạt trong các túi chế tiết sang dạng hoạt động với vai trò là bơm proton ở cực đỉnh của tế bào thành
H椃nh 1.1 Tuyến đáy vị và môn vị [6]
Đặc điểm Bơm proton ở d ạ dày [3],[4],[5],[6],[11]
Từ đầu thế kỷ XX, người ta đã biết nhiều yếu tố ảnh hưởng lên sự bài tiết acid ở dạ dày nhưng việc phát hiện enzyme H + K + ATPase và vai trò của nó trong quá trình bài tiết acid dịch vị được coi là một thành tựu quan trọng về sinh học tế bào ởgiai đoạn này
Enzyme H + K + ATPase được tạo ra trong lưới nội bào của tế bào thành, dự trữ trong các túi nhỏ gọi là túi tiểu quản và khi tế bào ở trạng thái hoạt động thì chúng được đưa tới màng đỉnh để hòa vào các kênh chế tiết, tạo nên bơm
H + K + ATPase, hay còn được gọi là bơm proton
Bơm H + K + ATPase là một protein ở màng tế bào thành thuộc họ P-type ATPase gồm các enzyme Na + K + ATPase và Ca ++ ATPase với cấu trúc chuỗi khá giống nhau Những đặc trưng về mặt cấu trúc phân tử của H + K + ATPase hiện
H椃nh 1.2 Tế bào thành ở trạng thái nghỉ và hoạt động [3] còn nhiều điểm chưa rõ Bơm được cấu tạo bởi hai chuỗi aminoacid được gọi là tiểu đơn vịα và tiểu đơn vịβ
- Tiểu đơn vịα: chiều dài từ 1033 đến 1035 aminoacid, tùy theo loại Ở người chuỗi α có 1035 aa với trọng lượng phân tử là 100 kDa và vị trí bắt đầu của nó là một Methionin Đây là phần đảm nhận chức năng căn bản của enzyme là vận chuyển H + từ tế bào ra lòng dạ dày để tạo acid
Về mặt cấu trúc tiểu đơn vịα được chia làm 03 phần:
+ Phần trong bào tương: có kích thước khá lớn và được chia làm 3 vùng chính gồm
Vùng N: gắn với các nucleotide, cụ thể là gắn với ATP
Vùng P: có chức năng phosphoryl hóa.
Vùng A: là vùng hoạt hóa giúp chuyển nạp năng lượng
+ Phần xuyên màng tiểu đơn vịα có 10 vị trí xuyên màng (transmembrane- TM) được đánh số từ TM1–TM10 Đây được coi là vịtrí để vận chuyển ion
H椃nh 1.3 Cấu trúc phân tử bơm proton [5],[11]
+ Phần ngoài bào tương: nhỏ và ngắn, tiếp xúc với lòng tuyến Đây là phần tương tác với các thuốc ức chế bơm proton. Ở Hình 1.4, các vòng tròn màu đỏ trong miền tế bào chất lớn tương ứng với vị trí phosphoryl hóa (Asp 387 ), vị trí liên kết FITC (Lys 519 ) và vị trí được biến đổi bởi pyridoxal 5'- phosphate (Lys 493 )
Các vòng tròn màu lam tương ứng với các vị trí liên kết cation hoặc các vịtrí liên quan đến tương tác cation
Các vòng tròn màu lục là các vị trí liên kết PPI và màu nhạt đại diện cho vị trí liên kết giả định của APAs
H椃nh 1.4 Mô hình giản đồ của tiểu đơn vịα [4]
Các vòng tròn màu vàng nằm trong miền đầu cuối amino là các vị trí phosphoryl hóa proteinkinases và các vòng tròn màu đen là cấu trúc cụm lysine/glycine
Các vòng tròn màu xám đại diện cho vị trí liên kết chính của tiểu đơn vịβ.
- Tiểu đơn vịβ: chiều dài từ 290-294 aminoacid Ởngười chuỗi này gồm
291 aa với trọng lượng phân tử là 30 kDa
Chuỗi βcũng được chia làm 03 phần:
+ Phần trong bào tương: là một cuống nhỏ có 60 aa
+ Phần xuyên màng chỉ có 01 vị trí xuyên màng duy nhất với 3 cầu nối disulfur
+ Phần ngoài bào tương: là một cuống lớn với khoảng 200 aa và có 07 vị trí được glucosyl hóa
Hình 1.5 thể hiện tiểu đơn vị β trong dạ dày thỏ chứa bảy chuỗi cacbohydrat được liên kết với N tại các vị trí Asn-99, Asn-103, Asn-
130, Asn-146, Asn-161, Asn-193 và Asn-222 (được hiển thị trong các vòng tròn màu lục) và ba liên kết disulfur tại các vị trí
Cys131-Cys152, Cys162-Cys178 và Cys201-Cys263 (hiển thị trong vòng tròn màu đỏ) ở không gian ngoại bào
H椃nh 1.5 Sơ đồ trình bày tiểu đơn vịβ trong dạ dày thỏ [4]
Tiểu đơn vị βcũng chứa hai loại môtip để tiếp nhận protein, môtip dựa trên Tyr (Tyr-20) và môtip Met-Leu (Leu-30) (hiển thị trong vòng tròn màu xanh), trong khu vực tế bào chất
- Liên kết giữa chuỗi α và chuỗi β: hai chuỗi này liên kết với nhau trong lưới nội bào và đây là sự liên kết chặt chẽ nhưng không phải là liên kết đồng hóa trị Các nghiên cứu đã chỉ ra β liên kết với α ở vùng quai nối giữa vị trí TM7 và TM8 (Hình 1.4) Ngoài ra, khi có ion K + thì xuất hiện thêm một vị trí gắn kết nằm giữa TM5-TM6 Các nghiên cứu gần đây đã xác định được chính xác hơn là các aa từ vị trí Arg 898 đến Arg 922 có mối liên kết chặt chẽ với phần ngoài bào tương chuỗi β
- Tổng hợp và thoái hóa: bơm proton được tổng hợp trong lưới nội bào, việc kết hợp 2 tiểu đơn vị thành phân tử kép xảy ra ởngăn sau của bộ Golgi và ở màng tế bào Thời gian bán thải của bơm vào khoảng 54 giờ, vì vậy trong 24 giờ lượng bơm proton mới được tạo ra khoảng 20% và diễn ra vào ban đêm nhiều hơn ban ngày Thời gian đểbơm chuyển từ dạng không hoạt động sang dạng hoạt động là khoảng 05-60 phút
1.2.2 Cơ chế ho ạt độ ng c ủa bơm proton [6]
Bơm proton của tế bào thành có chức năng vận chuyển ion H + ra lòng dạ dày và đưa ion K + vào trong tế bào để tạo ra HCl Quá trình trao đổi ion được thực hiện nhờ năng lượng từ ATP, tuy nhiên mức độ tiêu thụ năng lượng phụ thuộc vào pH trong kênh ion Khi pH thấp, việc đẩy mỗi H + chỉ cần tiêu hao 01 ATP, nhưng nếu pH trung tính hoặc gần trung tính thì cần lượng ATP gấp đôi
Quá trình đưa proton ra ngoài tế bào của bơm H + K + ATPase có hai dạng
E1 và E2 E1 có ái lực với H + rất cao nhưng với K + thấp, dạng E2 thì ngược lại (Hình 1.6)
N (Nucleotide binding): liên kết Nucleotide
A (Actuator): Truyền động, chuyển nạp năng lượng
- Tại mặt trong màng tế bào, ion H + gắn vào bề mặt của bơm
H + K + ATPase nhờ ái tính của bơm với ion H + rất cao và đây là dạng E1 của bơm proton Đầu tiên bơm proton gắn với ATP mà không có sự hiện diện của K + Tiếp theo nó gắn với Mg-ATP và được phosphoryl hóa ở vị trí Asp386 và trở thành phức hợp Mg-E1-P- HCO3 - Lúc này bơm proton vận chuyển ra mặt ngoài màng đỉnh của tế bào thành và tựđộng chuyển thành dạng E2 Ở dạng này phức hợp có ái tính rất thấp với ion H + nên ion này được giải phóng và bài xuất ra ngoài
- Tại mặt ngoài màng tế bào, ion K + từ lòng dạ dày gắn vào bơm ở dạng
E2 Tiếp đó phức hợp được khử phosphoryl thành dạng Mg-E2-K + và được vận chuyển vào mặt trong màng tế bào Tại đây phức hợp cũng tự động chuyển thành dạng E1-K + Dạng này có ái lực rất thấp với K + nên ion đã tách ra và đi vào trong bào tương tế bào
Như vậy khi hoạt động ở màng đỉnh tếbào thành, bơm proton có 3 trạng thái: gắn với ion ở mặt trong màng, gắn với ion ở mặt ngoài màng và trạng thái lưu giữ vận chuyển ion bên trong màng tế bào Sự chuyển đổi giữa các dạng
H椃nh 1.6 Mô hình cấu trúc 3-D của tiểu đơn vịα trong dạ dày ở dạng E1 (trái) và E2 (phải) [4],[11] được điều chỉnh bởi việc gắn với ATP và thủy phân ATP Ngoài ra, để hỗ trợ cho việc vận chuyển ion, màng tế bào có sự điều chỉnh về mặt cấu trúc bằng cách thay đổi kích thước lỗ vận chuyển và điều chỉnh lại khoảng cách giữa mặt trong và mặt ngoài tùy theo vị trí gắn cũng như hướng vận chuyển của ion
H椃nh 1.7 Cơ chế hoạt động của bơm proton [6]
H椃nh 1.8 Chu trình xúc tác của H + K + ATPase trong dạ dày [11]
Quá trình bài ti ế t acid chlohydride ở d ạ dày [3]
1.3.1 L ị ch s ử phát hi ệ n acid chlohydride (HCl) trong d ạ dày
Ngay từ thời Hy Lạp, một số thầy thuốc đã dựđoán rằng dịch chua trong dạ dày người có liên quan đến quá trình tiêu hóa thức ăn Nhiều thế kỷ sau, một số nhà khoa học tin rằng dịch chua này không chỉ có vai trò trong tiêu hóa thức ăn mà còn là nguyên nhân gây ra một số bệnh lý dạ dày Năm 1923, William Prout, nhà sinh lý học người Anh đã chỉ ra rằng HCl là thành phần chủ yếu của dịch dạ dày Năm 1930, Dodds và Robectson đã chứng minh được dạ dày chỉ bài tiết duy nhất HCl còn các acid khác tìm thấy là sản phẩm của quá trình lên men thức ăn.
Nửa đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học đã xác định được các chất tác động lên quá trình bài tiết acid như gastrin, histamin, acetylcholin Đặc biệt bơm
H + K + ATPase hay còn gọi là bơm proton đã được phát hiện và khẳng định chức năng vô cùng quan trọng đối với bài tiết acid dịch vị
1.3.2 Quá trình bài ti ế t acid chlohydride trong d ạ dày
Khi có kích thích, tế bào thành bài tiết một dung dịch điện giải chứa 160mmol acid HCl/1 lít, pH khoảng 0.8 Để cô đặc được nồng độ hydrogen trong 01 lít dung dịch như thế cần phải dùng 1500 calo HCl có vai trò tạo môi trường acid cho hoạt động của pepsin và diệt các vi khuẩn ăn vào.
Các giai đoạ n bài ti ế t HCl (Hình 1.9):
Trong tế bào thành có các kênh nội bào (intracellular canaliculi) khi tế bào bài tiết, các kênh này mở rộng ra và dịch sẽ bài tiết thẳng vào lòng của tuyến đáy vịqua 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: ion chlorid được chuyên chở chủ động từ bảo tương vào lòng của các kênh nội bào, tạo ra điện thế âm ở đây khoảng -70mV Điều này sẽ gây sự khuếch tán thụ động của K + vào trong kênh Kết quả hình thành potassium chlorid trong lòng kênh
Giai đoạn 2: trong bào tương của tế bào thành H2O phân ly thành H + và
OH - H + được bài tiết chủ động vào lòng kênh, nhờ hoạt động của bơm
H + K + ATPase còn gọi là bơm proton Bơm này đồng thời làm cho K + được hấp thu trở lại Kết quả H + thay chỗ cho K + tạo nên một dung dịch hydrochlorid acid mạnh trong kênh nội bào và được bài tiết vào trong lòng tuyến
Giai đoạn 3: nước di chuyển vào lòng kênh nhờ hiện tượng thẩm thấu
Giai đoạn 4: cuối cùng, CO2(carbon dioxid) được thành lập từ quá trình chuyển hóa của tế bào hoặc từ máu đến sẽ thủy hóa với H2O:
CO 2 + H 2 O Carbonic anhydrase Carbonic anhydrase H H 2 2 CO CO 3 3
Ion HCO3 - này sẽ khuếch tán ra khỏi tế bào thành vào dịch ngoại bào (trao đối với Cl - vào tế bào) Do đó, khi sự bài tiết acid của dạ dày tăng sau bữa ăn, pH máu sẽtăng và nước tiểu bị kiềm hóa
Trong việc thành lập HCl, CO2và men carbonic anhydrase đóng vai trò quan trọng
H椃nh 1.9 Cơ chế bài tiết HCl của tế bào thành [3]
Điều hòa bài tiết acid dạ dày [3],[6]
HCl được tiết ra từ các tế bào thành tạo ra môi trường acid mạnh trong lòng dạ dày (pH 2), giết chết vi khuẩn có nguồn gốc từ thực phẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tiêu hóa thức ăn và thúc đẩy sự hấp thụ các khoáng chất bao gồm phosphat, canxi và sắt Mức độ tiết acid cao cũng có khả năng gây hại cho sự toàn vẹn của niêm mạc dạ dày Do đó, niêm mạc dạ dày phải duy trì sự cân bằng giữa tiết acid và cơ chế bảo vệ niêm mạc
1.4.1 Điề u hòa bài ti ế t d ị ch v ị Điều hòa bài tiết dịch vị bằng cơ chế thần kinh và thể dịch qua 3 giai đoạn: giai đoạn tâm linh, giai đoạn dạ dày, giai đoạn ruột
H椃nh 1.10 Điều hòa bài tiết dịch vị bằng cơ chế thần kinh và thể dịch [6]
* Giai đoạ n tâm linh: là hiện tượng bài tiết dịch vịtrước khi có thức ăn vào dạ dày Đây là phản xạ có điều kiện được thành lập từtrước:
- Tác nhân kích thích: ởngười, khi có những hình ảnh, mùi vị, những ý nghĩ thèm muốn về thức ăn sẽ gây bài tiết dịch vị Ngoài ra, khi giận dữ dạ dày cũng tăng tiết Ngược lại lo sợ làm dạ dày giảm tiết
- Cung phản xạ: xung động thần kinh bắt nguồn từ vỏ não và trung tâm ăn ngon miệng, truyền đến nhân lưng vận động của thần kinh X, sau đó theo thần kinh nội tại ở dạ dày đến kích thích các tuyến bài tiết HCl, nhiều pepsinogen và chất nhầy
- Lượng dịch bài tiết khoảng 10% (40mL) tổng lượng dịch tiết trong bữa ăn.
* Giai đoạ n d ạ dày: là hiện tượng bài tiết dịch vị khi thức ăn đã vào dạ dày Các tác nhân kích kích thích:
- Tác nhân cơ học: khi dạ dày bịcũng sẽlàm tăng tiết dịch vị
- Tác nhân hóa học: khi dạ dày tiếp xúc với acetylcholin hay những sản phim tiêu hóa protein trong giai đoạn đầu, chủ yếu là các peptid, sẽ kích thích tế bào G vùng hang bài tiết gastrin, làm tăng tiết HCl
Tuy nhiên khi nồng độ HCl tăng cao (pH ≤ 2) sẽức chế tiết gastrin, làm giảm HCl Cơ chế này bị kìm hãm bởi vi khuẩn Helicobacter Pylori
Giai đoạn ruột là hiện tượng xảy ra khi thức ăn đã rời dạ dày Khi vị trấp từ dạ dày có chứa các thành phần dinh dưỡng, acid xuống tá tràng sẽ kích thích niêm mạc tá tràng bài tiết:
- Somatostatin (ức chế bài tiết histamin và gastrin)
Các hormon này ức chế hoạt động bài tiết của dạ dày
Như vậy, giai đoạn tâm linh giai đoạn dạ dày là kích thích bài tiết, giai đoạn ruột là ức chế bài tiết dịch vị
1.4.2 Các y ế u t ố kích thích t ế bào thành bài ti ế t HCl
- Histamin: do tế bào ECL trong tuyến đáy vị bài tiết Histamin đến gắn lên receptor H2 trên tếbào thành làm tăng AMPc, dẫn đến tăng bài tiết HCl
- Acetylcholin: là chất truyền đạt thần kinh của các dây thần kinh phó giao cảm và hệ thần kinh ruột Acetylcholin đến gắn lên receptor muscarinic (M3) làm tăng Ca ++ trong tế bào thành dẫn đến tăng bài tiết HCl Ngoài ra, acetylcholin còn có tác dụng kích thích tế bào ECL và ức chế tế bào D
H椃nh 1.11 Các thành phần của tế bào kiểm soát sự bài tiết acid dạ dày [6]
- Gastrin: do tế bào G của tuyến môn vị bài tiết Gastrin đến gắn lên receptor gastrin làm tăng Ca ++ trong tế bào thành dẫn đến tăng bài tiết HCl Ngoài ra, gastrin còn có tác dụng kích thích tế bào ECL
1.4.3 Các y ế u t ố ứ c ch ế t ế bào thành bài ti ế t HCl
- Prostaglandin E2 (PGE2): là một hormon địa phương có tác dụng ức chế adenylcyclase làm giảm AMPc ở tế bào thành PGE2cũng ức chế tế bào G làm giảm tiết gastrin
- Somatostatin: do tế D ở tuyến môn vị và ruột bài tiết cũng có tác dụng ức chế men adenylcyclase, làm giảm AMPc ở tế bào thành Ngoài ra, còn ức chế tế bào ECL làm giảm tiết histamin, ức chế tế bào G làm giảm tiết gastrin
- pH dịch vị≤ 2: sẽức chế tiết gastrin từ tế bào G vùng hang vị
H椃nh 1.12 Các thụ thể màng trên các tế bào thành và tế bào ECL và các con đường truyền tín hiệu nội bào điều chỉnh sự tiết acid dạ dày [6]
THUỐ C Ứ C CH Ế BƠM PROTON
L ị ch s ử phát hi ệ n [3]
Vào đầu thập niên 70 của thế kỷ XX, một nhóm các nhà khoa học Thụy Điển đã tổng hợp được pyridine-2-acetamid là một chất kháng virus nhưng đồng thời cũng ức chế bài tiết acid dịch vị Người ta cố gắng thay đổi hợp chất này và đã tạo pyridine-2-thioceramide với mong muốn cải thiện khảnăng chống virus nhưng cuối cùng lại không thành công, trong khi đó khảnăng kháng acid lại tốt hơn.
Vào năm 1973, với sự nghiên cứu vềcimetidine được thông báo, các nhà khoa học Thụy Điển đã gắn vòng Benzyk imidazole vào và tạo ra Timoprazole vào năm 1975 với khả năng ức chế được bơm H + K + ATPase Tiếp theo sau đó là hàng loạt những cải biến thay đổi về công thức hóa học và vào năm 1979 Omeprazole đã được tổng hợp Năm 1988, Omeprazole được giới thiệu tại Hội nghị Tiêu hóa toàn thế giới tại Rome Các nghiên cứu sâu hơn cho thấy thuốc này có khả năng ngăn chặn dòng ion H + đi vào lòng dạ dày do ức chế bơm
H椃nh 2.1 Lịch sử phát hiện của các thuốc ức chế bơm proton
H + K + ATPase Do vậy, Omeprazole trở thành thuốc đầu tiên trong nhóm mới có tên là thuốc ức chế bơm proton (Proton pump inhibitor - PPI) và được sử dụng phổ biến trên lâm sàng từnăm 1989
Trên cơ sở của Omeprazole, các thay đổi tiếp theo đã dẫn đến sự ra đời của lansoprazole vào 1996, pantoprazole vào 1997, rabeprazole vào 1999 và esomeprazole vào 2001; gần đây nhất là dexlanzoprazole, tenatoprazole và ilaprazole
Tenatoprazole là thuốc có thời gian bán hủy kéo dài (9 giờ) và hiệu lực ức chế bài tiết acid cao tuy nhiên cho đến nay chưa được dùng phổ biến trong lâm sàng Ilaprazole tuy mới ra đời nhưng đã được dùng khá nhiều tại Hàn
Quốc và khả năng ức chế bài tiết giống như các PPI thế hệ cũ Hai thuốc Esomeprazole (đồng phân quay trái của omeprazole) và dexlanzoprazole (đồng phân quay phải của lanzoprazole) có nhiều ưu điểm về mặt chuyển hóa, dược động học và hiệu quả điều trịnên được xếp là các PPI thuộc thế hệ mới
Hiện nay 5 PPI được sử dụng rộng rãi trên lâm sàng là omeprazole, lansoprazole, pantoprazole, rabeprazole và esomeprazole.
C ấ u trúc hóa h ọ c [2],[3]
Cấu trúc cơ bản của tất cả PPI là khung pyridine methyl sulfanyl PPI được sử dụng dạng tiền dược Vì PPI không bền trong môi trường acid và để tránh thuốc bị proton hóa sớm khi còn ở pH acid lòng dạdày nên được bào chế dạng viên tan ở ruột hoặc viên phóng thích tức thì có NaHCO3 hay Mg(OH)2 tác dụng như antacid để ngăn PPI proton hóa sớm Hoạt chất được phóng thích ở ruột vào máu và được vận chuyển đến tế bào thành
H椃nh 2.2 Khung pyridine methyl sulfanyl
Tại đây thuốc được tích lũy trong các tiểu quản chế tiết, nơi có pH acid rất cao, xấp xỉ bằng 1 Chính nhờmôi trường acid này mà các PPI được chuyển sang dạng có hoạt tính bằng quá trình ion hóa với 02 bước:
Bước 1: PPI được proton hóa lần đầu trên vòng pyridine và được tích lũy ở tiểu quản chế tiết Nồng độ thuốc ởđây cao gấp khoảng 1000 lần trong máu
Bước 2: PPI được proton hóa lần 2 trên vòng benzymidazole tạo thành dẫn xuất sulfonamide hoặc acid sulfenic Các phức hợp ưa lưu huỳnh này có tính phản ứng cao nên đã kết hợp với nhóm -SH của cysteine trong bơm để tạo cầu nối disulfide tương đối ổn định Ở trạng thái này H + K + ATPase bị bất hoạt, không còn khả năng vận chuyển ion nữa Sự phân phối chọn lọc enzym
H + K + ATPase trên tế bào thành và phải ở pH acid thuốc mới có hoạt tính khiến PPI có tính đặc hiệu cao
Tuy nhiên, chỉ các cysteine nằm ở mặt ngoài bào tương mới có điều kiện để phản ứng với các PPI được hoạt hóa Quá trình proton hóa bước 1 (pK1) và bước 2 (pK2) của mỗi thuốc là khác nhau và điều này cũng là yếu tố làm cho tác dụng các PPI khác nhau
H椃nh 2.3 Cấu trúc của các thuốc ức chế bơm proton [10],[11]
Cơ chế hoạt động [3],[7],[11]
PPI sau khi được hoạt hóa thì tác dụng lên các cysteine nằm ngoài bào tương thuộc chuỗi α Cho đến nay có 5 cysteine được coi là đích tác dụng của các PPI, đó là cystein 321, 813, 821, 822 và 892 Trong đó, tất cả PPI đều tác dụng lên cysteine 813 nằm giữa TM5 – TM6 và liên kết này giúp cốđịnh bơm proton ở cấu hình E2 Ngoài ra, mỗi PPI lại còn có tương tác thêm với 1 cysteine khác, như Omeprazole có 2 vị trí gắn là cystein 813 và 892, Lansoprazole thì là cys821 nằm sâu trong màng tế bào,
Bên cạnh đó cầu nối disulfide giữa PPI và bơm proton không phải là mối liên kết bên vững PPI hoạt hóa nhanh thì dễ gắn vào các vị trí cysteine ở bề mặt bơm nhưng cũng dễ bị phân tách làm PPI hồi phục hoạt tính Ngược lại, PPI hoạt hóa chậm sẽ gắn vào các vị trí sâu bên trong màng tế bào nên hiện tượng phân ly khó xảy ra Do vậy tuy thời gian bán hủy của phức hợp PPI – bơm proton cũng tương tự như thời gian bán hủy của bơm proton là 54 giờ, nhưng thời gian khôi phục hoạt động của bơm ngắn hơn nhiều, chỉ khoảng 15 giờ Thời gian tác dụng của thuốc và việc phục hồi bài tiết acid phụ thuộc vào
• Tốc độ chuyển từ dạng bất hoạt sang dạng hoạt động của bơm.
• Sự thoát ức chế do hủy cầu nối disulfide giữa PPI và bơm.
Khi tế bào ở trạng thái nghỉ(ban đêm), hơn 90% bơm ở trong tình trạng bất hoạt Khi tế bào ở trạng thái kích thích (bữa ăn), 60-70% bơm ở trạng thái hoạt động và có khoảng 70% bơm được hoạt hóa trước bữa ăn sáng, do vậy đây là thời điểm khuyến cáo dùng thuốc PPI đểđạt tác dụng tối đa Do tác dụng của PPI phụ thuộc vào tỷ lệbơm hoạt hóa nên thuốc thường đạt tác dụng tối đa sau 3-5 ngày Ở Hình 2.4, nhóm thế R1, R2, R3, và R4 của cấu trúc chung (Bz- Py) đại diện cho nhóm thếđược chọn từ hydro, methoxy, methyl và nhóm alkoxy được thế
Phần trên cùng cho thấy sự proton hóa của vòng pyridin và hàng cấu trúc thứhai cũng cho thấy sự proton hóa của vòng benzimidazole Các dạng bis-proton hóa ở trạng thái cân bằng với benzimidazole được proton hóa và pyridine không được proton hóa
Trong ngoặc đơn trình bày cơ chế hoạt hóa theo đó 2C của benzimidazol được proton hóa phản ứng với phần không được proton hóa của gốc pyridin dẫn đến sự sắp xếp lại thành acid sulfenic tetracyclic cation vĩnh cửu mà khi ở trong chất tan trong nước thì khử nước để tạo thành sulfenamit cation Một trong hai loại thiophilic này có thể phản ứng với enzyme để tạo thành disulfide với một hoặc nhiều cystein enzyme có thể tiếp cận được từ bề mặt bên trong của enzyme
H椃nh 2.4 Cơ chế hoạt hóa của thuốc ức chếbơm proton thể hiện ở dạng cấu trúc chung [11]
Hình 2.5 cho thấy thay vì ngăn chặn một hoặc một số tác nhân kích thích chính sản xuất acid dạ dày (ví dụ: histamin, gastrin, thụ thể muscarinic), PPI ngăn chặn sự tiết acid bằng cách ức chế con đường chung cuối cùng của quá trình sản xuất acid: bơm proton H + K + ATPase trên bề mặt của tế bào thành dạ dày
Ngược lại, thuốc kháng cholinergic chặn các thụ thểmuscarinic, thường kích hoạt bơm proton thông qua con đường phụ thuộc canxi Thuốc đối kháng thụ thể histamine loại 2 ngăn chặn các thụ thểhistamine, thường kích hoạt bơm proton thông qua con đường adenosine monophosphate (cAMP) tuần hoàn Thuốc kháng acid tương tác với acid hydrochloric để tăng pH dạ dày; hoạt động của acid dạ dày giảm khi độpH tăng lên.
H椃nh 2.5 Vịtrí tác động của các thuốc ức chế/ngăn chặn quá trình bài tiết acid tại dạ dày [7]
Dược độ ng h ọ c c ủ a PPI [2],[3]
PPI được uống lúc bụng đói vì sinh khả dụng giảm 50% nếu bụng no Tuy nhiên, khi bụng đói chỉcó 10% bơm proton hoạt động nên uống thuốc 30 phút trước bữa ăn (ăn sáng hiệu quảcao hơn ăn tối) để nồng độđỉnh của thuốc trùng với thời điểm bơm proton bài tiết acid nhiều nhất (tăng 10 lần khi có thức ăn) Vì lượng H + K + ATPase cao nhất sau thời gian nhịn đói lâu dài nên uống PPI vào bữa ăn đầu tiên trong ngày Nhìn chung chỉ cần 1 liều PPI đủ ức chế tiết acid Đôi khi cần liều thứ 2 nên uống trước buổi ăn tối Không nên dùng chung thuốc kháng H2, Prostaglandin hoặc các thuốc chống tiết acid khác vì làm giảm hiệu lực chống tiết acid của PPI
Tuy t1/2 của PP1 ngắn (1,5 giờ) nhưng thời gian tác động đến 24 giờ vì bơm proton bịức chế không thuận nghịch nên chờ đến 18 giờ sau để tổng hợp
H + K + ATPase mới Không phải tất cả bơm proton bị ức chế ngay từ liều đầu, cần dùng thuốc mỗi ngày trong 3-4 ngày để đạt sự ức chế tiết acid đầy đủ Sau 3-4 ngày ngừng thuốc sự tiết acid mới trở lại bình thường Vậy PPI khởi đầu tác dụng chậm hơn thuốc kháng H2 nên không phải là thuốc sử dụng khi cần tác dụng ngay Nếu muốn PPI khởi phát nhanh thì trong 2 –3 ngày đầu dùng 2 lần/ngày
PPI được chuyển hóa tại gan qua cytochrome P450 với 2 enzyme CYP2C19 và CYP3A4 nhưng ái lực của CYP2C19 mạnh hơn rất nhiều nên nó chịu trách nhiệm chính trong chuyển hóa PPI, trừ rabeprazole Gen CYP2C19 có tính đa hình do có nhiều đột biển nên ảnh hưởng lên sự chuyển hóa các thuốc PPI, từđó ảnh hưởng lên pH dạdày khi điều trị bằng PPI
Sự khác biệt về kết quảđiều trịở các nhóm kiểu hình khác nhau của gen CYP2C19 chỉ rõ với các PPI thế hệ cũ như omeprazole, pantoprazole, lansoprazole; còn các PPI thế hệ mới như rabeprazol, esomeprazole và dexlanzoprazole có ưu điểm vượt trội về chuyển hóa nên ít phụ thuộc vào CYP2C19 hơn.
CƠ CHẾ TÁC D ỤNG VƯỢ T TR Ộ I C Ủ A CÁC PPI TH Ế H Ệ
T ổ ng quan v ề h ệ enzyme Cytochorme P450 ở gan [1],[8]
Trong tế bào gan, trên màng ty thể, có một hệ enzyme tham gia vào quá trình chuyển hóa thuốc, thường được gọi là Cytochrome P450 enzyme (CYP) hay monoxygenase Hệ CYP gồm nhiều isoenzyme, được chia làm nhiều họ và dưới họ, tùy theo sự tương đồng về gen (được thể hiện qua thứ tự các amino acid cấu tạo gen đó).
- Những enzyme có hơn 40% tương đồng về gen thì được cho vào một họ, Family, đánh số 1, 2
- Trong một họ các enzyme có tương đồng về gen hơn 55% được xếp vào một dưới họ(Subfamily), đánh chữ A, B, C,
- Trong một dưới họ, những enzyme có tương đồng về gen hơn 97% được xếp cùng một loại, được đánh số 1, 2, 3,
Bảng 3.1 Các CYP có liên quan đến chuyển hóa thuốc ởngười tương ứng với chất nền, chất ức chế và chất gây cảm ứng đại diện [8]
Có 3 họ enzyme quan trọng trên người trong chuyển hóa thuốc, đó là CYP1, CYP2, CYP3 Phần lớn quá trình chuyển hóa thuốc ở người được xúc tác bởi sáu isoenzyme P450 sau: CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1 và CYP3A4
Quá trình oxy hóa thuốc ở gan là nguyên nhân chính dẫn đến sự khác biệt trong dược động học và đáp ứng điều trị giữa các thuốc Sự biểu hiện của các protein P450 riêng lẻ trong gan bịảnh hưởng bởi một số yếu tố, chẳng hạn như cấu trúc di truyền, bệnh tật, lão hóa và các yếu tốmôi trường (ví dụ: hút thuốc, rượu, dinh dưỡng, chất ô nhiễm) (Bảng 3.1)
Ki ể u gen, ki ể u hình c ủ a CYP2C19: [8]
Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng tính đa hình của CYP2C19 được xác định về mặt di truyền được đặc trưng bởi hai kiểu hình, được gọi là chất chuyển hóa mạnh (extensive metabolizers – EMs) và chất chuyển hóa kém (poor metabolizers – PMs) Tần suất của 2 loại kiểu hình này có sự khác biệt đáng kể giữa các quần thể dân tộc khác nhau, xem Bảng 3.2
Bảng 3.2 So sánh tần suất của các chất chuyển hóa kém (PMs) và mạnh (EMs) của CYP2C19 và các alen CYP2C19 bịđột biến ở các quần thể dân tộc khác nhau [8]
Theo số liệu Bảng 3.2, có khoảng 2-6% người da trắng và 1% người Mỹ gốc Phi đã được xác định là PMs của CYP2C19, trong khi đó tần suất của các PMs trong người Nhật (19-23%), người Trung (15%) và người Hàn (13%) cao hơn nhiều
Một phương pháp dựa trên phản ứng chuỗi polymerase đểxác định kiểu gen CYP2C19 đã được phát triển de Morais và cộng sựđã báo cáo rằng khiếm khuyết chính trong PMs là một đột biến cặp cơ sở duy nhất trong exon 5 của CYP2C19, dẫn đến một vị trí nối bất thường Khiếm khuyết này (được gọi là CYP2C19m1) phổ biến ở cả người châu Á và da trắng Đột biến thứ hai, ở exon 4 (CYP2C19m2), dường như chỉ xuất hiện ởngười châu Á; điều này giải thích cho việc gia tăng tỷ lệ mắc PMs trong nhóm chủng tộc này
Vì tình trạng oxy hóa di truyền là yếu tố chính quyết định sự thay đổi giữa các cá thể về nồng độ thuốc trong huyết tương, nồng độ trong huyết tương, và dẫn đến các tác dụng dược lý do PMs gây ra sẽ lớn hơn so với EMs Trong trường hợp này, PMs nói chung dễ gây ra tác dụng phụliên quan đến liều lượng, trong khi EMs ít có khảnăng hơn Điều quan trọng cần nhớ là do sự hiện diện của alen đột biến CYP2C19m2 bổ sung trong quần thể người châu Á Do đó, việc thải trừ các thuốc được chuyển hóa bởi CYP2C19 (ví dụ: omeprazole, lansoprazole, pantoprazole, diazepam) chậm hơn và nồng độ trong huyết tương của các thuốc này cao hơn ởngười châu Á so với người da trắng.
Rabeprazole [8]
Omeprazole, lansoprazole và pantoprazole được chuyển hóa rộng rãi bởi một số CYP, nổi bật nhất là bởi CYP2C19 và CYP3A4 Ngược lại, mặc dù rabeprazole cũng là một benzimidazole sulphoxide được thay thế, quá trình chuyển hóa của nó lại khá khác biệt Rabeprazole được chuyển hóa chủ yếu thông qua quá trình khử không enzym thành hợp chất thioether với sự tham gia nhỏ của CYP2C19 và CYP3A4 (Hình 3.1)
Hình 3.1 cho thấy sự chuyển hóa của Rabeprazole không giống như các chất ức chế bơm proton khác Con đường chuyển hóa chính của rabeprazole là sự hình thành hợp chất thioether bằng cách khử sulphoxide không enzym Ngoài ra, rabeprazole cũng được chuyển hóa thành demethyl rabeprazole bởi CYP2C19 và rabeprazole sulphone bởi CYP3A4
Các nghiên cứu trên các đối tượng khỏe mạnh đã cho thấy rằng sự chuyển hóa của omeprazole, lansoprazole, pantoprazole, và rabeprazole chịu sự kiểm soát dược động học cốt lõi của CYP2C19 Do đó, đối với cả bốn chất ức chế bơm proton, PMs của CYP2C19 là PMs của thuốc ức chế bơm proton tương ứng Tuy nhiên, sự đóng góp của CYP2C19 vào quá trình chuyển hóa tổng thể
H椃nh 3.1 Các con đường chuyển hóa của một số PPI và các dạng đồng phân
CYP của chúng [8] của rabeprazole ít hơn nhiều so với các chất ức chếbơm proton khác (Hình 3.1 và Bảng 3.3) Do đó, CYP2C19 đóng góp chính vào các thông số dược động học của omeprazole, lansoprazole và pantoprazole nhưng không đóng góp cho rabeprazole (Bảng 3.3)
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự khác biệt lớn giữa các cá thể về nồng độ thuốc ức chếbơm proton trong huyết tương có thểđược giải thích bằng tính đa hình của CYP2C19 được xác định về mặt di truyền Tuy nhiên, mức độđóng góp của chuyển hóa qua trung gian CYP2C19 của PPIs dường như khác nhau giữa các loại thuốc khác nhau
Ví dụ, tỷ lệ trung bình của diện tích dưới giá trịđường cong nồng độ theo thời gian (AUC) trong huyết tương giữa PM và EM đối với omeprazole, lansoprazole, pantoprazole và rabeprazole lần lượt là 6.3, 4.7, 6.0, và 1.8 Rabeprazole cho thấy sự khác biệt nhỏhơn nhiều về AUC giữa hai nhóm (EM
Bảng 3.3 Các thông sốdược động học cơ bản của PPIs trong các chất chuyển hóa mạnh (EMs) và kém (PMs) của CYP2C19 [8] và PM) so với ba thuốc PPI còn lại Điều này chỉ ra rằng CYP2C19 đóng góp ít nhất vào quá trình chuyển hóa của rabeprazole
Khi xem xét tác động tương đối của tính đa hình liên quan đến CYP2C19 đối với quá trình chuyển hóa của bốn chất ức chế bơm proton, thứ tự như sau: omeprazole > pantoprazole > lansoprazole > rabeprazole Một điều thú vị cần lưu ý là AUC của omeprazole có xu hướng tăng khi dùng liều lặp lại ở EMs, trong khi không thấy sự thay đổi như vậy đối với rabeprazole
Ngoài ra, tính đa hình di truyền của CYP2C19 dẫn đến sự khác biệt đáng kể về AUC của omeprazole Chang và cộng sự đã báo cáo rằng AUC trung bình tương đối của omeprazole trong EMs nhanh (EMs đồng hợp tử; n= 5), EMs dị hợp tử ( n = 4), và PMs (n = 5) là 1 : 3,7 : 20 (P < 0,001) sau một liều đơn 20 mg Có mối tương quan đáng kể giữa AUC của omeprazole và mức độ ức chế tiết acid dạ dày, trong khi mức độức chế acid không liên quan trực tiếp đến nồng độ thuốc trong huyết tương tại bất kỳ thời điểm nào Điều này cho thấy rằng AUC là một thông sốdược động học quan trọng đối với đáp ứng điều trị của thuốc ức chế bơm proton So với đặc tính động học của omeprazol, rabeprazol không cho thấy sự khác biệt rõ rệt về tỷ lệ AUC tương đối giữa ba nhóm kiểu gen (Ishizaki T và cộng sự, quan sát chưa công bốnhư sau: homEM : hetEM : PM = 1 : 7,9 : 2,1) Ảnh hưởng của kiểu gen CYP2C19 đối với dược động học của lansoprazole và pantoprazole vẫn chưa được xác định
Khi cả thông số chuyển hóa và dược động học của bốn chất ức chế bơm proton được xem xét liên quan đến quần thể EM và PM, rabeprazole được chứng minh là ít bịảnh hưởng nhất bởi tính đa hình di truyền của CYP2C19
Thuốc ức chế bơm proton được chuyển hóa chính bởi CYP2C19 và CYP3A4 (trừ Rabeprazole), do đó quá trình chuyển hóa của PPI có thể bị ức chế bởi các thuốc khác được chuyển hóa bởi hai isoenzyme này Dựa trên sự khác biệt về chuyển hóa và dược động học giữa bốn chất ức chế bơm proton, rabeprazole được chứng minh là chất ức chế bơm proton ít bị ảnh hưởng nhất bởi tính đa hình liên quan đến CYP2C19.
Esomeprazole [11]
Omeprazole là một hỗn hợp racemic của 2 đồng phân đối hình, R-omeprazole và S-omeprazole Mỗi đồng phân đối ảnh cho thấy ái lực khác nhau với enzyme CYP R-omeprazole nhạy cảm hơn với CYP2C19 trong khi S-omeprazole ít nhạy cảm hơn Do đó, S-omeprazole cung cấp nồng độ thuốc trong huyết tương tốt hơn.
Một nghiên cứu cho thấy rằng tác dụng chống tiết dịch dạ dày có liên quan đến tổng liều và AUC, trong khi mức đỉnh hoặc hình dạng của đường cong có tầm quan trọng nhỏ Điều này cho phép AUC tương quan với hoạt động ức chế tiết acid của PPI
Tuy nhiên, mối quan hệ này chỉ được chấp nhận ở một mức độ nhất định, chẳng hạn như mức liều lượng ED50 Mối quan hệ tuyến tính giữa hoạt động ức chếvà AUC không được thể hiện ở liều lượng thuốc cao hơn.
Mặc dù mối quan hệ giữa AUC và ức chế không tuyến tính ở liều lượng thuốc cao hơn do thời gian bán hủy của thuốc ngắn và sự tiếp xúc hạn chế của enzyme với thuốc, nhưng ít nhất AUC cho thấy hiệu quả với độ tin cậy cao Không giống như mô hình động vật, đo lường khả năng ức chế tiết ra acid ở người không dễ dàng, vì vậy đo pH trong dạ dày được sử dụng để biểu thị sự ức chế do hoạt tính của thuốc
Trên thực tế, việc kiểm soát độ pH trong dạ dày là rất quan trọng trong việc chữa lành các bệnh liên quan đến acid và tiêu diệt vi khuẩn Helicobacter pylori Khoảng thời gian pH trong dạ dày trên 3 là rất quan trọng để chữa lành vết loét tá tràng Đểđiều trị GERD thành công, phần trăm thời gian pH trong dạ dày > 4 phải cao, đúng với việc tiệt trừ H pylori Do đó, khoảng thời gian pH trong dạ dày trên 3 hoặc 4 và pH trong dạ dày trung bình (hoặc trung vị) trở thành công cụ mạnh mẽ đểđánh giá hiệu quả của thuốc Độ pH trung bình trong dạdày được chứng minh là có một số tuyến tính với AUC, tuy nhiên, mức độức chế acid thể hiện qua thông số pH trong dạ dày sẽ là thông số in vivo tốt nhất để so sánh hiệu lực của PPI
Tất cả các PPI đều có thời gian bán thải khoảng 1 giờ, nhưng thời gian đểđạt nồng độ tối đa trong huyết tương (tmax) chênh lệch nhiều từ 1 giờ đến 5 giờ tùy theo công thức thuốc và/hoặc tác dụng của thức ăn Các đặc tính dược động học được tóm tắt trong Bảng 3.4
S-omeprazole có lợi thế về chuyển hóa vì nồng độ trong huyết tương của nó cao hơn so với omeprazole AUC của S-omeprazole cao hơn nhiều so với omeprazole Do đó, S-omeprazole, được đặt tên là esomeprazole, đã cải thiện độ pH trong dạdày như mong đợi Ví dụ, Lind và cộng sự báo cáo rằng khoảng
Bảng 3.4 Các thông sốdược động học của PPIs [11] thời gian trung bình với pH trong dạ dày > 4 là 16,8 giờ và pH trong dạ dày trung bình 24 giờlà 4,9 được đo bằng esomeprazole 40 mg
Tất cả các nghiên cứu liên quan đến esomeprazole đã chứng minh rằng esomeprazole 40mg một lần mỗi ngày (od) vượt trội hơn tất cả các PPI khác ở liều tiêu chuẩn về mặt đạt được độ pH trung bình trong 24 giờ cao hơn và số lượng bệnh nhân đạt được độ pH trong dạ dày ≥ 4,0 trong ít nhất 12 giờ mỗi ngày Vì esomeprazole vượt trội hơn các PPI khác trong việc ức chế acid nên đã đạt được tỷ lệ lành bệnh tốt hơn đối với các bệnh liên quan đến acid Các nghiên cứu lâm sàng đã chứng minh rằng esomeprazole 40mg mỗi ngày trong tối đa 8 tuần mang lại tỷ lệ chữa lành GERD ăn mòn cao hơn, cùng với tỷ lệ bệnh nhân hết chứng ợ nóng kéo dài cao hơn so với omeprazole 20mg, lansoprazole 30mg hoặc pantoprazole 40mg mỗi ngày Ưu điểm về chuyển hóa của esomeprazole làm tăng nồng độ trong huyết tương, dẫn đến AUC cao hơn, tuy nhiên thời gian bán thải ngắn (60-90 phút) vẫn là vấn đề then chốt về hiệu quả của thuốc Hiện tại, không có thuốc vào ban đêm. Để giữ mức huyết tương hợp lý của thuốc, liều dùng hai lần mỗi ngày được thiết kế và cung cấp khả năng ức chế acid lớn hơn đáng kể so với dùng liều một lần mỗi ngày Esomeprazole 40 mg hai lần mỗi ngày (bd) cũng đã được chứng minh là tốt hơn pantoprazole 40 mg bd và lansoprazole 30 mg bd trong việc duy trì pH trong dạ dày ở mức 4,0 hoặc thấp hơn Liều esomeprazole hai lần mỗi ngày mang lại hiệu quảức chế acid cao hơn đáng kể so với liều một lần mỗi ngày và do đó, có thể là một sự cân nhắc hợp lý cho những bệnh nhân cần ức chế acid nhiều hơn đối với GERD.
