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Lipid Signalling – Grundlagen und pharmazeutische Relevanz

Dieter Steinhilber

1

Fette – mehr als nur Energiespeicher

2

Biosynthese von Sphingosin-1-phosphat (S1P)

HETEs, LeukotrieneProstaglandine EETs

Cyclooxygenasen CYPs Lipoxygenasen

O

O

O O

O

PO OO

NCH3

H3C

H3C

CH3

CH3

O

O

O

PO OO

NCH3

H3C

H3C

CH3

OH

O

CH3O

+

Phospholipase A2

Phosphat idylcholin

Lysophosphatidylcholin

Arachidonsäure

endokrine parakrine autokrine Effekte

Der Cyclooxygenaseweg

O

O

COOH

CH3

OH

COOHO

O CH3

OOH

COOH

CH3

Prostaglandin G2 (PGG2)

Prostaglandin H2 (PGH2)

O

HO

CH3

OH

COOH

O

OCOOH

CH3

OHThromboxan A2 (TXA2)

PGD2 PGF2αPGE2

Sauerstoffradikale

Cyclooxygenase-reaktion

Peroxidase-reaktion

2O2

Arachidonsäure

Prostacyclin (PGI2)

O

HO

11

9

O

HO

9

11

HO

HO

9

11

physiologischeGegenspieler

6

Sensibilisierung von Nozizeptoren

Prostaglandine

Na+-Ausscheidung in der Niere

Darmmotilität

Magenschleimproduktion Magensäureproduktion

Thrombocyten- Aggregation TXA2)

Fieberinduktion

Effekte von Prostaglandinen

Steinhilber et al. Pharmakon 5 (2016) 430 und Pharmakon 1 (2017) 8

Chronologie der NSAR

1884189018971899

19491953

1964

1970

1976

198019811982

Salicylamid (Salicylamid )®

Phenazon (Antipyrin )®

Phenylbutazon (Butazolidin )®

Indometacin (Amuno )®

Phenazonsalicylat (Salipyrin )®

Acetylsalicylsäure (Acetylin )®

Acetylsalicylsäure (Aspirin )®

Ibuprofen (Brufen )®

Diclofenac, Sulidac

Lonazolac, Piroxicam, Tiaprofensäure Indoprofen, ZomepiracAzapropazon, Carprofen, Suprofen

Celecoxib, Rofecoxib

Sir John R. Vane Nobelpreis 1982

8

Wirkungen und Nebenwirkungen von NSAR

Steinhilber et al. Pharmakon 5 (2016) 430 und Pharmakon 1 (2017) 8

9

Wirkungsmechanismus von ASS

COX-1

COOH

O

O

CH3

OSer529H3C

O

COOH

O

O

COOH

OH

Arachidonsäure

Prostaglandine

Hemmung

Aspirin als Thrombozyten- Aggregationshemmer

11

Tyr385

Arg120

O

OH

O

CH3O

O

OH

OH

Salicylsäure

Acetylsalicylsäure

HO

Ser530

H3C O

O

O

O

N

H2N N

HH

H

OH

Cyclooxygenase-1

Salicylsäure, Acetylsalicylsäure. Bindung der Acetylsalicylsäure an die Cyclooxygenase-1

12

Das Prostacyclin-Thromboxan-Gleichgewicht

13

Niedrig dosierte ASS zur Kardioprotektion

Endothelzellen

Thrombozyten

-eigene Proteinbiosynthese -lange Lebensdauer

-keine eigene Proteinbiosynthese -Lebensdauer: ca. 10 Tage

COX-1

COOH

O

O

CH3

OSer529H3C

O

t½ ASS: 15-20 min.

14

Warum ist von den NSAR nur ASS kardioprotektiv?

Maree AO et al. J. Am. Coll. Cardiol. 46 (2005)1258

≥ 95%ige COX1-Hemmung wird zur Aggregationshemmung benötigt

15

Kardiovaskuläre Auswirkungen der COX-Hemmung

Patrono et al. Mol. Interv. 9 (2009) 31

COX-Inhibitor Thrombozyten TXA2 PGI2-Synthese im Organismus

kardiovaskuläre Effekte

ASS (50-100 mg) Hemmung >95% keine Hemmung Kardioprotektion

ASS (650-1.300 mg) Hemmung >97%

Hemmung 60-90% Kardioprotektion

Naproxen (500 mg bid) Hemmung ~95%

Hemmung 60-80% keine

andere NSAR (hochdosiert)

Hemmung 50-90% Hemmung 60-80% erhöhtes Herzinfarktrisiko

Coxibe (hochdosiert) keine Hemmung Hemmung 60-80% erhöhtes Herzinfarktrisiko

16 Patrono et al. Mol. Interv. 9 (2009) 31

Metaanalyse des kardiovaskulären Risikos Vergleich Coxibe und NSAR

17 Patrignani et al. J Thromb Haemost. 12 (2014)1320

COX-Acetylierung und -Hemmung

18

Biosynthese von Sphingosin-1-phosphat (S1P)

19

Biosynthese von Sphingosin-1-phosphat (S1P)

Apoptose

Zellproliferation

20

Biosynthese von Sphingosin-1-phosphat (S1P)

Proliferation Migration Reorganisation Zytoskelett

Angiogenese, Immunantwort

21

Die Lymphozyten-Auswanderung ist S1P1-abhängig

S1P1-Abhängigkeit

22 Ciba, K. Pharmacology & Therapeutics 108 (2005) 308

Hemmung der Lymphozytenauswanderung

23

Fingolimod – avisierte Indikationen

Prävention von Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantationen

Autoimmunerkrankungen wie Rheumatoide Arthritis oder Multiple Sklerose

24

fehlgeleitete Immunreaktion gegen Myelin-Antigene

T-Lymphozyten wenden sich gegen körpereigene Strukturen

nach Passage der BHS und Erkennung antigenpräsentierender Zellen proliferieren autoreaktive T-Zellen und setzen proinflammatorische Mediatoren frei

es folgt der Markscheiden-Abbau (Demyelinisierung)

Multiple Sklerose – Encephalomyelitis disseminata

25

Schub (relapse) = Ausfallsymptome mit einer Dauer von mehr als 24h

keine Verschlechterung

zwischen den Schüben 80% (zu Beginn) 60%

20%

schleichende Verschlechterung zwischen den Schüben

schleichender Verlauf ohne schubhafte

Verschlechterung richtige Zuordnung zur Verlaufsform essentiell für Prognose und Therapie

Multiple Sklerose – Verlaufsformen

26

Fingolimod (Gilenya®) – Profil

hemmt die Auswanderung von Lymphozyten aus dem lymphatischen Gewebe hat keinen Einfluss auf die Lymphozyten-Aktivierung, -Proliferation und -Effektorfunktion keine Nephrotoxizität, Diabetogenität, Neurotoxizität (vgl. Calcineurin-Inhibitoren) keine Myelotoxizität

negativ chronotroper Effekt (Bradykardie, transient, S1P3-Rezeptoren auf Kardiomyozyten)

kontrahierender Effekt auf die Atemwege Makuladegeneration

27

leitet sich von Myriocin ab, einer aus Kulturüberständen des Pilzes Isaria sinclarii gewonnenen Substanz

Myriocin wirkt immunsuppressiv

Fingolimod wirkt stärker immunsuppressiv als Myriocin und ist weniger toxisch

Fingolimod

28

H3C OH

NH2

OH

OHOCOOH

Myriocin

OH

H3C

OHH2N

Fingolimod

Myriocin und Fingolimod

oral bioverfügbar (Bioverf: 38%) HWZ: ~31 h Eliminations-HWZ: 89-157 h Metabolisierung durch CYP4F

29

synthetisches Sphingosin-Analogon

potenter Agonist an Sphingosin-1-Phosphat-Rezeptoren (Subtypen 1,3,4 und 5)

wahrscheinlich funktioneller Antagonist

Lymphozyten werden daran gehindert aus Lymphknoten auszutreten

Prodrug

Fingolimod – Charakteristik

30

S1P4 reguliert Synthese proinflammatorischer Mediatioren

Sphingosine-1-phosphate (S1P) induces potent anti-inflammatory effects in vitro and in vivo by S1P receptor 4–mediated suppression of 5-lipoxygenase activity Fettel et al, FASEB J (2018)

31

OH

H3C

OHH2N

O

H3C

OH

POHOH

O

H2N

FTY720 (Prodrug)

(S)-FTY720-P

OHNH2

OH

H3C

ONH2

OH

H3CP

OHOH

O

Sphingosin

Sphingosin-1-P

Sphingosinkinase 2

zum Vergleich

Fingolimod – Medizinische Chemie

32

Zelluläre Effekte von FTY720 und S1P

33 Kovarik et al., Ther Drug Monit 26 (2004) 585-587

Lymphozytenkonzentration (Blut)

Fingolimod – Einfluss auf die Lymphozyten-konzentration im Blut

34

Stufenschema der MS-Therapie (S1-Leitlinie)

Deutsche Gesellschaft für Neurologie (DGN), aktualisiert 2014

CIS: klinisch isolierte Syndrom, RRMS: schubförmige Verlaufsform, SPMS: sekundär progrediente Form

Fette, Insulin und der Energiestoffwechsel

37

Insulin und der Fettstoffwechsel

38

Hypertriglyceridämie und Insulinresistenz

39

Früher:

Iss möglichst viel und wann immer es möglich ist. Wer weiß, wann es wieder etwas zu essen gibt!

Iss möglichst viel Fett, denn das liefert viel Energie!

Vermeide energiearme Nahrungsmittel!

Bewege dich nur, wenn es sein muss! Körperliche Betätigung kostet Energie

Der Mensch – Opfer der Evolution

40

Typ-II-Diabetes Risiko und der BMI

Nurses Health Study

0

5

10

15

20

<21 21-22,9 23-24,9 25-26,9 27-28,9 29-30,9 ≥30

Rel

ativ

es R

isik

o

BMI (kg/m2)

relatives Diabetes-Risiko und BMI

41

Induktion der Insulinresistenz

42

PPAR als Fettsäure-Sensoren

43

Rezeptor Vorkommen Ligand Wirkung

PPARα

Leber

Fettsäuren,

Eicosanoide, Fibrate

Triglycerid-senkend,

entzündungshemmend

PPARβ/δ ubiquitär RA,PGI2,

Eicosanoide

lipidsenkend, antiadipös

proinflammatorisch (-Ligand)

antinflammatorisch (+Ligand)

PPARγ Adipocyt Eicosanoide,

Thiazolidindione

lipidsenkend, diffenzierend bei

Adipozyten, Insulinsensitizer

adipös

PPAR-Aktivatoren

44

Zellulärer Wirkungsmechanismus von PPARγ-Rezeptor-Agonisten (Glitazone)

Vorteil erfolgreiche Diabetesprävention

Nachteil Effekt von Lifestyle-Änderungen ist größer Gewichtszunahme keine Reduktion der kardiovaskulären

Ereignisse Zunahme von Herzinsuffizienz

45

Fibrate und Fischöle

Triglyceride

VLDL Sekretion

Synthese von freien Fettsäuren und Triglyceriden

β-Oxidation Enzyme der β-Oxidation Anzahl der Peroxisomen

Clearance der triglycerid- reichen Partikel Apo C-III

Hydrolyse der Triglyceride LPL

PPARα-vermittelte Effekte auf den Lipidstoffwechsel

46

Bioverf: 30-60% HWZ: 20-27h (Fenofibrinsäure)

Bioverf: 100% (Retardformen) 70% HWZ: 2,1h

OO

O

CH3

CH3

O

Cl

CH3H3C

3

O

Cl

HN

OO

OHCH3H3C

Fenofibrat

Bezafibrat

OH3C

CH3O

OHH3C CH3

Gemfibrozil Bioverf: 97% HWZ: 1,3-1,5h, Metabolite teilw. aktiv CYP2C8- und CYP3A4-Inhibitor: WW mit Cerivastatin

Fibrate

47

CH3

COOH Arachidonsäure (C20:4, ω-6)(5,8,11,14-Eicosatetraensäure)

CH3

COOHEicosapentaensäure (C20:5, ω-3)(5,8,11,14,17-Eicosapentaensäure)

CH3

COOH Docosahexaensäure (C22:6, ω-3)(4,7,10,13,16,19-Docosahexaensäure)

CH3

COOH Dihomo-γ-linolensäure (C20:3, ω-6)(8,11,14-Eicosatriensäure)

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit PPARα-agonistischer Wirkung

EPA

DHA

48

Fischöle

sind PPARα- und GPR120 (FFA4)-Agonisten

reduzieren ventrikuläre Arrhythmien

besitzen antithrombotische Effekte

führen zu verbesserter Endothelialfunktion

haben entzündungshemmende Effekte

hemmen die Makuladegeneration

führen zu einer leichten Blutdrucksenkung

49

Fischöle

senken das Risiko für koronare Herzerkrankungen bei Herzinfarktpatienten (GISSI-Studie)

zeigen widersprüchliche Ergebnisse insgesamt bei Patienten mit erhöhtem kardiovaskulärem Risiko

senken den Triglyceridspiegel im Blut senken nicht die Insulinresistenz bei Diabetikern haben keinen protektiven Effekt auf kardiovaskuläre Erkrankungen bei Diabetikern

(ASCEND-Studie)

Zu beachten: Einnahme-Zeitpunkt aufgrund der schlechten Bioverfügbarkeit

50

Das Problem: Die ω-3/ω-6 Balance

Fredman & Serhan, Biochem. J. 437 (2011) 185

specialized pro-resolving mediators (SPM)

proinflammatorisch

ω-6 ω-3 ω-3

51

Der ω-3-Index

ω-3-Index: EPA- und DHA-Anteil an den Gesamtfettsäuren in Erythrozytenmembranen (%). Typisch: 8-11%

Ein ω-3-Index von >8% ist mit einem um 90% geringerem Risiko für einen plötzlichen Herztod verbunden als ein ω-3 Index von <4%

Von Schacky C. et al. Cardiovasc Res 73 (2007) 310 Albert C.M et al. N Engl J Med 346 (2002) 1113

AA/EPA-Verhältnis Japaner: 2,6 Amerikaner: 11

52

ω-3-Score für Lebensmittel

Lands and Lamoreaux Nutrition & Metabolism 9 (2012) 46

Parameter Japaner Amerikaner

CHD Mortalität pro 100.000

46 160

LDL-Cholesterol (mg/dl)

132 135

% Raucher

49 8

AA/EPA-Verhältnis 2,6 11

der ω-3/ω-6 Balance-Score

Sekikawa A et al. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids 87 (2012) 11

53

der ω3-6 Balance-Score

http://www.efaeducation.org

Lands and Lamoreaux Nutrition & Metabolism 9 (2012) 46

"Gutes Essen kann gesundheitsschädlich sein, schlechtes ist es immer" Wolfram Siebeck, Zeit-Magazin vom 23. Mai 1975

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit