A systematic in vitro metabolism study of opioids using rat liver S9 fractions and mass spectrometry revealed CYP2D metabolism is impaired with age

Abstract

La codéine et l'oxycodone sont des opioïdes utilisés pour soulager la douleur. Le succès du traitement dépend du métabolisme par les enzymes CYP450. Selon les médicaments utilisés, l’altération de métabolisme peut entraîner de graves conséquences, y compris des modifications dans leurs profils d'efficacité, de sécurité et de toxicité. L'objectif de cette étude consistait à évaluer par HPLC-MS / MS (trappe ionique linéaire) l'effet de l'âge sur le métabolisme de l'enzyme CYP2D chez les rats. La codéine et l'oxycodone ainsi que leurs métabolites spécifiques, morphine (CYP2D), norcodeine (CYP3A), oxymorphone (CYP2D) et noroxycodone (CYP3A), ont été quantifiés en utilisant la méthode de dilution isotopique. Les fractions S9 de foie de rats (Sprague-Dawley) de sexe masculin âgés de 3, 6, 12 et 18 mois ont été préparées et les paramètres de Michaelis-Menten ont été déterminés pour les principales voies métaboliques. La vitesse maximale de la réaction enzymatique (Vmax) a montré une saturation rapide des sites actifs de CYP2D dans la fraction s9 de foie chez les rats âgés de 18 mois. Les valeurs de Vmax observées pour la codéine chez les rats âgés de 3, 6 et 12 mois étaient respectivement de 0,327 ± 0,027, 0,355 ± 0,021 et 0,273 ± 0,028. Concernant l'oxycodone, les valeurs étaient de 0,690 ± 0,096, 0,499 ± 0,087, 0,153 ± 0,01 respectivement. Cependant, la valeur de Vmax chez les rats âgés de 18 mois était de 0,092 ± 0,003 pour la codéine et de 0,153 ± 0,01 pour l’oxycodone. Vraisemblablement, la valeur de Vmax affecte de manière significative (P ≤ 0,05) la clairance enzymatique de ces médicaments (CLuint = Vmax / Km). Les résultats de cette étude suggèrent que l’enzyme CYP2D subit un changement conformationnel avec l'âge, particulièrement chez les rats âgés de 18 mois. Ce changement conformationnel conduit à une diminution significative du taux de formation des métabolites opioïdes actifs, ce qui entraine une diminution de la clairance enzymatique de ces médicaments. En conclusion, cette étude suggère une détérioration des CYP2D et CYP3A chez les rats vieillissants, ce qui affecte le métabolisme des médicaments.

Codeine and oxycodone are opioids used in the treatment of pain. The outcome of the treatment is ultimately related to their metabolism by CYP450 enzymes. Depending on the drugs used, alterations in the metabolism of drugs by CYP450 enzymes can lead to severe conséquences including alterations in their efficacy, safety and toxicity profiles. The objective of this study was to assess the effect of age on CYP2D enzyme metabolism in rats using HPLC-MS/MS (Linear Ion Trap). Codeine and oxycodone along with specific metabolites morphine (CYP2D), norcodeine (CYP3A), and oxymorphone (CYP2D), noroxycodone (CYP3A) were quantified using isotopic dilution method. Liver S9 fractions from 3, 6, 12, and 18 month-old male Sprague Dawley rats were prepared and Michaelis-Menten parameters were determined for their primary metabolic pathways. The derived maximum enzyme velocity (Vmax) suggested a rapid saturation of the CYP2D active sites in the liver S9 fractions of 18 month-old rats. The observed Vmax values for codeine in 3, 6 and 12 month-old rats respectively were 0.327 ± 0.027, 0.355 ± 0.021 and 0.273 ± 0.028 and for oxycodone, the values were 0.690 ± 0.096, 0.499 ± 0.087, 0.153 ± 0.01. For 18 month-old rats, Vmax value was 0.092 ± 0.003 for codeine compared to 0.153 ± 0.01 for oxycodone. The Vmax value affected significantly (P ≤ 0.05) the enzyme-mediated clearance of these drugs (CLuint = Vmax / Km). The results of this study suggest that CYP2D enzyme undergoes a conformational change with age, particularly in 18 month-old rats considered to be geriatric in age, thus leading to a significant decrease in the rate of the formation of active opioid metabolites and a decrease in enzymatic clearance of these drugs. This study suggests that there is an impairment of CYP2D and CYP3A in aging rats, which affects their drug metabolism.