UVOD
Citokromi P450 (CYP450) so encimi, ki imajo v aktivnem mestu hem skupino. Prisotni so na notranji membrani mitohondrijev in v endoplazmatskem retikulumu v vseh celicah sesalcev, razen v eritrocitih in zrelih celicah skeletne mišičnine, sodelujejo v dihalni verigi na membrani mitohondrija in katalizirajo oksidacijo strukturno različnih sestavin.
Substarati teh encimov so endogene (telesu lastne) substance, kot so steroidi, maščobne kisline (vključno s prostaglandini in leukotrieni), pa tudi eksogene substance (ksenobiotiki ), ki pridejo v telo v obliki zdravil, dodatkov prehrani, z vdihovanjem in z absorpcijo prek kože.
Sistem citokromov P450 v telesu sodeluje pri:
- aktivaciji/inaktivacji terapevtskih agensov
- pretvorbi kemikalij v močno reaktivne molekule (te lahko povzročijo poškodbe celice, apoptozo ali mutacije)
- sintezi steroidnih hormonov
- presnovi maščobnih kislin in njihovih derivatov

DELOVANJE
Citokromi P450 v telesu sodelujejo pri naslednji reakciji:
NADPH + H+ + SH + O2  NADP+ + H2O + SOH
(SH = substrat [steroid, zdravilo, maščobna kislina ali katerakoli druga kemična spojina, ki ima alkan, alken, aromatičen ali heterocikličen obroč, na katerem lahko pride do oksigenacije], SOH = produkt)
Reakcija se imenuje monooksigenacija, encim pa monooksigenaza, saj se le en izmed obeh kisikov vgradi v substrat. Od lokacije encimov (mitohondrij, ER) je odvisno, s katere molekule bodo sprejeli elektrone, ki so nujno potrebni za njihovo delovanje. V ER je to encim NADPH citokrom P450 reduktaza, v mitohondriju pa prehajajo elektroni na citokrom P450 preko adrenodoksina. Tok elektronov je namreč nujen za cepljenje vezi kisik-kisik in njegovo vezavo, da lahko encimi izvršijo eno izmed najpogostejših reakcij v telesu – hidroksilacijo substratov.
Človeški genom nosi zapise za 57 CYP450 – 15 izmed njih sodeluje v metabolizmu ksenobiotikov, 14 v metabolizmu sterolov (vključno z žolčnimi kislinami), 4 oksidirajo lipidotopne vitamine, 9 pa je vključenih v metabolizem maščobnih kislin in eikozanoidov. Za ostalih 15 substrati še niso znani.

NOMENKLATURA
Ime citokromi P450 izhaja iz lastnosti, da imajo ti proteini vrh absorbnosti pri 450nm (Pigmenti z vrhom absorbnosti pri 450nm). Delimo jih na družine in poddružine, člani iste družine si morajo biti podobni vsaj v 40 aminokislinskega zaporedja, člani iste poddružine pa vsaj v 55. CYP450 tako tudi označujemo, na primer:
CYP3A4: CYP – citokrom P450 (ang. Cytochrome P450)
3 – družina
A – poddružina
4 – določeni citokrom

INDUKCIJA
Pri ljudeh je raven nekaterih CYP450 dobro regulirana, medtem ko raven nekaterih močno niha. Sintezo nekaterih citokromov s povečanim prepisovanjem genov sprožijo – inducirajo njihovi substrati. Telesu tuje snovi torej pospešijo sintezo encimov, ki potem te snovi pretvorijo v bolj topne oblike. Tako lahko indukcija določenega citokroma P450 spremeni učinke zdravil. Zdravila se lahko posledično inaktivirajo ali pa se hitreje izločajo iz telesa. Pride pa lahko tudi do stranskih učinkov zaradi povečane tvorbe toksičnih metabolitov, to pa lahko povzroči poškodbe na celici.
Primeri:
- rifampicin, protituberkulozno zdravila in hkrati induktor CYP3A4, poveča izločanje oralnih kontraceptivov, kar zviša tveganje da ženske, ki jemljejo oboje, zanosijo
- znani so smrtni zapleti pri bolnikih, ki so hkrati jemali fenobarbital (sedativ in induktor citokroma P450) in varfarin. Za ohranitev učinkovitosti varfarina je tako potrebna večja koncentracija, saj je varfarin hkrati tudi substrat za citokrom P450, ki ga inducira fenobarbital. Po prenehanju jemanja fenobarbitala je treba prilagoditi tudi odmerek varfarina, da ne bi prišlo do nepotrebnih krvavitev
- induktorji nekaterih CYP450 so tudi druge snovi, ne le zdravila – npr. cigaretni dim inducira CYP1A2, katerega substrat so nekatera zdravila proti psihozi, šentjanževka inducira CYP3A4, katerega substrati so mnogi ksenobiotiki, vključno z zdravili, ki jih uporabljajo pri bolnikih, obolelih za AIDSom in po transplantaciji organov.

CITOKROMI P450 IN NJIHOVI ENDOGENI SUBSTRATI
Endogene substrate CYP450 delimo na več razredov: holesterol in žolčne kisline, steroidi, prostaglandini, vitamina A in D, ostali eikozanoidi. Večina danes znanih CYP450 sodeluje pri oksidaciji steroidov in vitaminov. Raziskovalci so do sedaj tem namenjali manj pozornosti, ker imajo zelo ozek krog substratne selektivnosti, vendar njihovo delovanje dobro poznajo endokrinologi in tisti, ki se ukvarjajo s kongenitalnimi motnjami.
Z napakami na citokromih P450 je povezanih kar nekaj bolezni, vključno z glavkomom, adrenalno hiperplazijo, mineralokortikoidnim presežkom in rahitisom.
Ker mnogo bolezni izvira iz napak v CYP450 bo v prihodnosti verjetno zanimiva genska terapija.

CITOKROMI P450 V METABOLIZMU ZDRAVIL IN POLIMORFIZEM
Od človeških genov, ki nosijo zapis za CYP450, jih samo 5 sodeluje v 95 metabolizma zdravil. Ta delež se rahlo spreminja, če pod drobnogled vzamemo različna tkiva (npr. jetra oz. izvenhepatični metabolizem). Teh 5 CYP450 ima visoko stopnjo izražanja in široko substratno selektivnost.
CYP450 so vpleteni v interakcije med različnimi zdravili . Zdravila, ki so induktorji CYP450, pospešijo presnovo drugih zdravil (poglavje Indukcija). To tveganje narašča s staranjem populacije – starejši ljudje jemljejo več zdravil.
Citokromi P450 se med seboj pri delovanju (poleg indukcije) razlikujejo tudi zaradi njihove različne genetske zasnove. Kadar v populaciji obstaja več kot ena oblika (alel) določenega gena (in s tem proteina) za neko lastnost, in je frekvenca redkejšega alela v populaciji več kot 1, govorimo o genetskem polimorfizmu. Zaradi polimorfizma se CYP450 pri različnih ljudeh lahko med seboj nekoliko razlikujejo, s tem pa se seveda razlikuje tudi njihovo delovanje. Nekateri encimi tako delujejo boljše kot drugi in v populaciji imamo tako več vrst ljudi – tiste, ki določeno snov metabolizirajo normalno (dobri metabolizatorji- extensive metabolizers, EM), tiste, ki snov metabolizirajo počasneje (slabi metabolizatorji- poor metabolizers, PM) in včasih tudi tiste, ki snov metabolizirajo hitreje (ultrahitri - ultrarapid metabolizers, UM, – duplikacija gena).
Tisti, ki določeno zdravilo metabolizirajo slabše, so lahko ob vnosu tega zdravila izpostavljeni določenemu tveganju. V preteklosti so namreč klinične preiskave zdravil izvajali na majhnih skupinah posameznikov in odmerke so prilagodili tako, da so lahko vzdrževali določeno raven tega zdravila v plazmi. Pri slabih metabolizatorjih pa je lahko ta isti odmerek pomenil veliko večjo raven zdravila v plazmi, ki se je z vsakim vnosom samo še povečevala. Pri novejših zdravilih ta problem že upoštevajo, problem pa predstavljajo predvsem starejša zdravila oz. tista, ki so ušla nadzoru.



















Kot pri večini polimorfizmov, se tudi pri CYP450 pojavljajo razlike med različnimi etničnimi skupinami. Med Azijci je na primer za CYP2C19 tako skoraj 20 ljudi PM (pri belcih ~ 2), ki se hitreje odzivajo na zdravila proti razjedi na želodcu (omeprazol).
V nekaterih primerih lahko inhibitor blokira metabolizem zdravila in povzroči enake zaplete kot počasen metabolizem. Terfenadin (prvi ne-sedativni antihistaminik) se po vnosu v neaktivni obliki v telesu aktivira z delovanjem CYP3A4 (oksidacija). Nekaj posameznikov je ob uživanju zdravila doživelo hude aritmije in kot posledico le-teh smrt, ker se jim je terfenadin kopičil v plazmi. Kasneje je bilo na škatlicah terfenadina opozorilo, da obstajajo kontraindikacije z zdravili ketokonazolom in eritromicinom, ki sta inhibitorja CYP3A4 in tako preprečita pretvorbo zdravila v njegovo aktivno obliko, danes pa se namesto terfenadina uporablja feksofanadin, aktivna oblika zdravila. Zato se sedaj v večini podjetij vsa zdravila testira, da bi preprečili podobne zaplete (čeprav je bil terfenadin glede na razširjenost zelo varno zdravilo).
Danes je na mnogih zdravilih opozorilo, naj jih posameznik ne uživa, če je prej jedel grenivke (oz. pil njihov sok), saj njihova sestavina bergamotin inhibira CYP3A4, zato bi se lahko mnoga zdravila ob hkratnem uživanju grenivk izkazala za nevarna.
Obstajajo tudi primeri, ko so bila zdravila toksična zaradi povišane stopnje CYP450 – CYP3A4 na primer spremeni antidiabetično zdravilo troglitazon v toksične produkte (natančen mehanizem še ni znan), zato so ga umaknili iz trga.
Ugotavljanje genotipa posameznika zagotovi ključne informacije o pričakovanjem obnašanju zdravila pri tem posamezniku, vendar so take preiskave drage in vedno ne dajo pričakovanih rezultatov.

CITOKROMI P450 IN TVEGANJE ZA RAKA
Citokromi P450 imajo zmožnost aktivirati prokancerogene – z oksidacijo jih aktivirajo v kancerogene. Raziskave so zato usmerjene tudi na področja regulacije določenih CYP450 za preprečevanje in zdravljenje raka. Poskusi kažejo, da lahko pri živalih nadziranje ekspresije določenih CYP450 spremeni dovzetnost teh živali za rakava obolenja, povzročena s kemikalijami. Pri ljudeh raziskave še niso zelo razvite, čeprav in vitro raziskave kažejo, da človeški CYP450 aktivirajo večino kemičnih kancerogenov.
Zgodnje raziskave so na primer pokazale, da je tveganje za raka na pljučih pri kadilcih povezano z inducibilnostjo 3-hidroksilacije benzo--pirena z CYP1A1 (in CYP1B1) v limfocitih periferne krvi, vendar se teh rezultatov kasneje ni dalo potrditi.
CYP1A2 aktivira mnogo heterocikličnih aminov, prisotnih v hrani izpostavljeni pirolizi (toplotna obdelava z visoko temperaturo), posebej na žaru pečenem mesu. Raziskave kažejo večjo pojavnost raka na debelem črevesu pri posameznikih, ki imajo visoko aktivnost CYP1A2, ampak le, če pojedo veliko mesa pečenega na žaru.

CYP450 KOT TERAPEVTSKE TARČE
Zaradi njihovega delovanja v detoksifikaciji so citokromi P450 tarče raziskovanja mnogih farmacevtskih družb, saj bi z njihovo inhibicijo dosegli boljši izkoristek zdravil. Če bi tako inhibirali CYP3A4, bi povečali delež dragih bioloških zdravil, ki bi dosegla sistemski obtok (npr. HIV – proteazni inhibitorji). Raziskujejo tudi CYP19A1, ki katalizira tristopenjsko oksidacijo androgenov v estrogene – če bi ga inhibirali, bi npr. upočasnili rast od estrogena odvisnih tumorjev.

PRIHODNOST RAZISKAV CITOKROMOV P450
V prihodnosti bo verjetno še več predkliničnih raziskav zdravil, predvsem razvoj učinkovitih in-vitro raziskav, ki znižajo stroške in vzamejo manj časa. Verjetno bodo tudi pogostejše raziskave genotipov, vendar zato, da bi našli zdravilo, primerno vsem genotipom in ne zato, da bi jih prilagajali posameznikom (predrago). Nadaljevale so bodo tudi raziskave o tistih CYP450, katerih substratov še ne poznamo.

POVZETEK
- CYP450 so encimi, ki se nahajajo na membranah mitohondrijev in ER, njihovo aktivno mesto je hem, katalizirajo pa oksidacijo tako endogenih kot eksogenih substanc
- tipična reakcija (NADPH + H+ + SH + O2  NADP+ + H2O + SOH) je monooksigenacija (encim zato monooksigenaza) – en kisik se združi s substratom in skupaj tvorita bolj topen produkt
- CYP450 glede na sorodnost (podobnost v AK zaporedju) razdelimo v mnogo družin in poddružin
- so inducibilni – ekspresija se poveča ob prisotnosti določenih snovi, to pa lahko predstavlja problem zaradi interakcije med zdravili
- sodelujejo pri metabolizmu mnogih endogenih substanc
- so zelo pomembni pri metabolizmu zdravil, zanje v populaciji obstaja mnogo različnih alelov (polimorfizem), zato lahko nekateri ljudje slabše metabolizirajo zdravila (poor metabolizers), ker predstavlja problem zaradi kopičenja zdravila v plazmi, če ne poznamo genotipa (fenotipa) tega posameznika
- produkti CYP450 so lahko bolj toksični za organizem kot substrati – CYP450 lahko na primer aktivirajo kancerogene in povzročijo rakavo obolenje
- farmacevtske družbe raziskujejo CYP450, ker bi z njihovo inhibicijo dosegli boljšo biodostopnost zdravila (stopnjo zdravila v plazmi)