Dysbioza jelitowa obniża biodostępność losartanu o 57% – rola mikrobioty

Czy mikrobiota jelitowa wpływa na skuteczność leków hipotensyjnych?

Nadciśnienie tętnicze pozostaje wiodącą przyczyną zgonów na świecie, a jego kontrola wymaga skutecznej terapii farmakologicznej. Losartan – antagonista receptora angiotensyny II typu 1 (ARB) – należy do leków pierwszego rzutu, jednak jego skuteczność wykazuje znaczną zmienność międzyosobniczą. Dotychczas wiązano ją przede wszystkim z polimorfizmem genu CYP2C9 oraz strukturalnymi wariantami receptora AGTR1. Jednak rosnące dowody wskazują, że mikrobiota jelitowa – ekosystem bilionów drobnoustrojów zasiedlających przewód pokarmowy – może odgrywać kluczową rolę w metabolizmie leków doustnych.

Badania wykazały, że około 2/3 leków chemicznych ulega biotransformacji przez co najmniej jeden szczep bakterii jelitowych. W przypadku losartanu, po podaniu doustnym aż 60% dawki jest wydalane z kałem, co stwarza możliwość bezpośredniego kontaktu z mikrobiotą. Wcześniejsze badania in vitro wykazały, że losartan może być degradowany przez około 20% w obecności próbek kałowych zdrowych ochotników. Czy jednak dysbioza jelitowa – zaburzenie równowagi mikrobioty obserwowane u pacjentów z nadciśnieniem – wpływa na farmakokinetykę tego leku in vivo?

Zespół badaczy z Chin postanowił odpowiedzieć na to pytanie, wykorzystując model szczurów spontanicznie nadciśnieniowych (SHR) oraz indukowaną antybiotykiem dysbakterię jelitową. Celem było zbadanie, w jakim stopniu zaburzenia mikrobioty wpływają na metabolizm i biodostępność losartanu oraz identyfikacja bakterii odpowiedzialnych za te zmiany.

Jak badano wpływ mikrobioty na farmakokinetykę losartanu?

Badanie przeprowadzono na 16-tygodniowych samcach szczurów Wistar Kyoto (WKY, grupa kontrolna) oraz szczurach spontanicznie nadciśnieniowych (SHR) o masie 260–300 g. Zwierzęta ze skurczowym ciśnieniem krwi >150 mmHg zakwalifikowano do dalszych analiz. Eksperymenty obejmowały trzy etapy:

Etap I – badania in vitro: Świeże próbki kału od szczurów WKY i SHR inkubowano z losartanem (40 μM) oraz jego aktywnym metabolitem E-3174 w warunkach beztlenowych przez 12, 24 i 48 godzin. Oceniano stopień degradacji leków metodą UHPLC-TQ-MS.

Etap II – farmakokinetyka in vivo: Po nocnym głodzeniu zwierzętom podawano losartan doustnie w dawce 20 mg/kg. Próbki krwi pobierano w punktach czasowych: 0, 0,25, 0,5, 0,75, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12 i 24 h. Dodatkowo zbierano kał i mocz w interwałach 0–4, 4–8, 8–12 i 12–24 h. Stężenia losartanu oraz metabolitów E-3174 i E-3179 oznaczano za pomocą LC-MS/MS.

Etap III – indukcja dysbiozy ceftriaksonem: Po pierwszym badaniu farmakokinetycznym zwierzęta otrzymywały ceftriakson sodu (CRO) w dawce 400 mg/kg/dzień przez pierwszy tydzień, następnie co drugi dzień przez kolejny tydzień. Po dwudniowej przerwie przeprowadzono drugie badanie farmakokinetyczne na tych samych zwierzętach. Zmiany w mikrobiocie oceniano metodą sekwencjonowania 16S rRNA.

Walidacja metody LC-MS/MS obejmowała ocenę selektywności, liniowości, dokładności, precyzji oraz stabilności zgodnie z wytycznymi FDA dla metod bioanalitycznych. Parametry farmakokinetyczne (AUC, C_max, MRT, T_1/2, T_max) obliczano przy użyciu oprogramowania DAS w modelu niekompartmentowym.

Jak dysbioza wpływa na parametry farmakokinetyczne losartanu?

Analiza farmakokinetyczna wykazała istotne różnice między szczurami WKY a SHR. U szczurów SHR wartość AUC_0-t dla losartanu wyniosła 18 002,60 ± 2806,38 ng·h/mL, co stanowiło spadek o 39,88% w porównaniu do WKY (29 942,21 ± 15 428,31 ng·h/mL; p<0,05). Jeszcze bardziej wyraźna była różnica w AUC_0-∞, która u SHR zmniejszyła się o 50,24% (19 483,83 ± 4098,26 ng·h/mL vs 39 156,13 ± 20 370,82 ng·h/mL; p<0,05).

Podobne tendencje zaobserwowano dla aktywnego metabolitu E-3174: jego AUC_0-∞ u SHR była niższa o 72,42% (21 598,97 ± 3067,90 ng·h/mL vs 78 303,78 ± 41 083,80 ng·h/mL; p<0,01). Nieaktywny metabolit E-3179 wykazał redukcję AUC_0-∞ o 36,13%. Wartości C_max dla wszystkich trzech analitów również były niższe u SHR, choć różnice nie osiągnęły istotności statystycznej dla wszystkich parametrów.

Po indukcji dysbiozy ceftriaksonem efekt ten uległ nasileniu. W grupie SHR + CRO AUC_0-t losartanu spadło do 7702,83 ± 1695,54 ng·h/mL – to redukcja o 57,20% w porównaniu do SHR bez antybiotyku (p<0,01). U szczurów WKY + CRO obserwowano spadek o 25,9% (22 185,17 ± 16 026,77 ng·h/mL; p<0,05). Co istotne, średni czas retencji (MRT_0-t) losartanu, E-3174 i E-3179 uległ znacznemu wydłużeniu w grupie WKY + CRO, co sugeruje zmienioną kinetykę eliminacji leku.

Analiza mikrobioty metodą sekwencjonowania 16S rRNA potwierdziła dysbakterię u SHR: stosunek Firmicutes do Bacteroidetes (F/B) był istotnie wyższy (p<0,0001), a wskaźnik dysbiozy mikrobiomu (MDI) znacząco podwyższony. Po podaniu ceftriaksonu różnorodność alfa (indeksy Chao1 i Shannon) oraz całkowita liczba bakterii zmniejszyły się drastycznie w obu grupach zwierząt.

Która bakteria odpowiada za degradację losartanu?

Sekwencjonowanie pełnej długości 16S rRNA ujawniło, że po terapii ceftriaksonem nastąpił znaczący wzrost względnej liczebności rodzaju Enterococcus, głównie gatunku Enterococcus faecalis (wartość LDA = 5,68). Jednocześnie zaobserwowano spadek potencjalnie korzystnych bakterii: Limosilactobacillus reuteri, Lactobacillus intestinalis, Bifidobacterium animalis oraz Romboutsia ilealis.

Analiza korelacji Spearmana wykazała, że względna liczebność E. faecalis była ujemnie skorelowana z AUC_0-t i C_max losartanu (r > 0,6; p<0,05), natomiast dodatnio z MRT_0-t i T_max metabolitu E-3174. Z kolei gatunki takie jak L. reuteri, R. ilealis, Blautia glucerasea i Turicibacter sanguinis wykazywały dodatnią korelację z parametrami absorpcji losartanu.

Algorytm Random Forest potwierdził, że Enterococcus był kluczowym rodzajem bakterii różnicującym grupy leczone i nieleczone CRO. Analiza ROC wykazała, że kombinacja 20 najważniejszych rodzajów bakterii i parametrów farmakokinetycznych osiągnęła wartość AUC = 0,76, co potwierdza wysoką zdolność predykcyjną modelu.

Jak Enterococcus faecalis metabolizuje losartan?

Aby potwierdzić bezpośredni wpływ E. faecalis na losartan, przeprowadzono testy inkubacyjne in vitro. Szczep E. faecalis (ATCC 51299) oraz kontrolny L. reuteri (JCM 1112) hodowano w obecności losartanu (40 μM i 200 μM) oraz E-3174 w warunkach beztlenowych przez 72 godziny. Próbki pobierano w punktach: 0, 6, 12, 24, 48 i 72 h.

Wyniki wykazały, że E. faecalis skutecznie degradował losartan – pozostająca zawartość leku zmniejszała się w czasie, a jednocześnie rosło stężenie metabolitu E-3179. Proces ten był zależny od stężenia: przy 200 μM degradacja była bardziej wyraźna niż przy 40 μM. Co istotne, E. faecalis nie przekształcał losartanu w aktywny metabolit E-3174, co oznacza, że biotransformacja prowadzi wyłącznie do utraty aktywności farmakologicznej.

Dodatkowo E. faecalis degradował sam E-3174 w obu badanych stężeniach (40 i 200 μM), co sugeruje, że bakteria ta może obniżać biodostępność nie tylko leku macierzystego, ale i jego aktywnego metabolitu. Z kolei szczep kontrolny L. reuteri nie wykazywał znaczącej aktywności degradacyjnej wobec losartanu, choć w pewnym stopniu metabolizował E-3174 przy stężeniu 40 μM.

Analiza wzrostu bakteryjnego (OD₆₀₀) potwierdziła, że testowane stężenia losartanu i E-3174 nie hamowały proliferacji E. faecalis ani L. reuteri, co wyklucza toksyczny wpływ leków na bakterie i potwierdza, że obserwowane zmiany wynikają z enzymatycznej biotransformacji, a nie z zahamowania wzrostu.

Co te odkrycia oznaczają dla praktyki klinicznej?

Wyniki badania wskazują, że dysbioza jelitowa – zarówno endogenna (jak u szczurów SHR), jak i indukowana antybiotykami – może istotnie obniżać biodostępność losartanu i jego aktywnego metabolitu E-3174. Kluczowym czynnikiem jest wzbogacenie mikrobioty w Enterococcus faecalis, który metabolizuje losartan do nieaktywnego E-3179, jednocześnie degradując E-3174.

W kontekście klinicznym dane te mogą częściowo wyjaśniać zmienność odpowiedzi na leczenie nadciśnienia losartanem. Około 50% pacjentów nie osiąga zadowalającej kontroli ciśnienia przy monoterapii dowolnym lekiem hipotensyjnym, a 15% populacji wykazuje oporność na wszystkie interwencje. Dotychczas wiązano to głównie z polimorfizmami genetycznymi CYP2C9 i receptora AGTR1, jednak rola mikrobioty pozostawała niedoceniona.

Potencjalne zastosowania praktyczne obejmują:

• Konieczność rozważenia oceny składu mikrobioty jelitowej u pacjentów z opornym nadciśnieniem lub nieoczekiwaną odpowiedzią na ARB.
• Możliwość stosowania probiotyków (np. L. reuteri) lub prebiotyków w celu przywrócenia równowagi mikrobiomu i poprawy biodostępności losartanu.
• Ostrożność w przepisywaniu antybiotyków szerokowidmowych (zwłaszcza ceftriaksonu) pacjentom leczonym losartanem – może to nasilić dysbakterię i obniżyć skuteczność terapii hipotensyjnej.
• Potrzeba dalszych badań klinicznych, które potwierdzą te mechanizmy u ludzi i określą praktyczne strategie modulacji mikrobioty.

Warto podkreślić, że wcześniejsze badania wykazały związek między Enterococcus a opornością na leczenie nadciśnienia u ludzi, a suplementacja L. reuteri poprawiała kontrolę ciśnienia u szczurów SHR. Nasze wyniki dostarczają mechanistycznego wyjaśnienia tych obserwacji, wskazując na bezpośrednią degradację leku przez mikrobiotę jako przyczynę zmniejszonej skuteczności terapii.

Jakie są ograniczenia tego badania?

Mimo istotnych odkryć, badanie ma pewne ograniczenia, które należy uwzględnić przy interpretacji wyników. Po pierwsze, nie oceniono szczegółowo aktywności enzymów wątrobowych, w tym CYP2C9, który jest głównym enzymem metabolizującym losartan. Choć wstępne pomiary aktywności CYP2C9 w wątrobie nie wykazały różnic między WKY a SHR, konieczna jest dalsza ocena ekspresji tego enzymu na poziomie mRNA i białka.

Po drugie, badanie przeprowadzono na modelu zwierzęcym, co ogranicza możliwość bezpośredniego przeniesienia wniosków na populację ludzką. Różnice w składzie mikrobioty jelitowej między szczurami a ludźmi, a także w metabolizmie leków, mogą wpływać na skalę obserwowanych efektów. Konieczne są badania kliniczne z udziałem pacjentów z nadciśnieniem, aby potwierdzić rolę E. faecalis i innych bakterii w farmakokinetyce losartanu u ludzi.

Po trzecie, nie zbadano pośrednich efektów dysbiozy, takich jak wpływ na enzymy metabolizujące leki w jelicie czy na transportery błonowe (np. glikoproteiny P), które mogą modulować wchłanianie i dystrybucję losartanu. Choć badanie wykazało bezpośredni efekt E. faecalis, nie można wykluczyć, że inne mechanizmy również przyczyniają się do zmniejszonej biodostępności.

Po czwarte, brakuje walidacji wyników w modelach zwierzęcych z celowaną kolonizacją E. faecalis, co jednoznacznie potwierdziłoby jej rolę jako głównego czynnika obniżającego biodostępność losartanu. Dodatkowo niezbędne są badania mechanistyczne, identyfikujące konkretne enzymy bakteryjne odpowiedzialne za degradację leku oraz analizy funkcjonalne z zastosowaniem sekwencjonowania metagenomicznego i podejść wieloomicznych.

Wreszcie, w badaniu nie oceniono wpływu dysbiozy na efekty farmakodynamiczne losartanu – czy obniżona biodostępność przekłada się na gorszą kontrolę ciśnienia tętniczego. Takie dane byłyby kluczowe dla zrozumienia klinicznego znaczenia odkrytych mechanizmów.

Czy warto modyfikować mikrobiotę u pacjentów leczonych losartanem?

Badanie dostarcza przekonujących dowodów, że dysbioza jelitowa – zarówno endogenna, jak i indukowana antybiotykami – może istotnie obniżać biodostępność losartanu i jego aktywnego metabolitu E-3174. Kluczową rolę odgrywa bakteria Enterococcus faecalis, która degraduje losartan do nieaktywnego E-3179 oraz bezpośrednio metabolizuje E-3174. Te mechanizmy mogą częściowo wyjaśniać zmienność odpowiedzi klinicznej na leczenie nadciśnienia. Wyniki sugerują, że interwencje ukierunkowane na mikrobiotę – takie jak probiotykoterapia z zastosowaniem L. reuteri czy unikanie niepotrzebnej antybiotykoterapii – mogą poprawić skuteczność terapii hipotensyjnej. Konieczne są jednak dalsze badania kliniczne, aby potwierdzić te mechanizmy u ludzi i opracować praktyczne strategie modulacji mikrobioty w kontekście leczenia nadciśnienia. Odkrycie to otwiera nową perspektywę w rozumieniu zmienności farmakokinetycznej leków i podkreśla znaczenie mikrobioty jelitowej jako niedocenianego dotąd czynnika wpływającego na efektywność terapii farmakologicznych.