Inhibition of CYP1A2-mediated drug metabolism in vitro and in humans : With special emphasis on rofecoxib and other NSAIDs

The cytochrome P450 1A2 (CYP1A2) is one of the major metabolizing enzymes. The muscle relaxant tizanidine is a selective substrate of CYP1A2, and the non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) rofecoxib was thought to modestly in-hibit it. Cases suggesting an interaction between tizanidine and rofecoxib had been reported, but the mechanism was unknown. Also other NSAIDs are often used in combination with muscle relaxants. The aims of this study were to investigate the effect of rofecoxib, several other NSAIDs and female sex steroids on CYP1A2 ac-tivity in vitro and in vivo, and to evaluate the predictability of in vivo inhibition based on in vitro data. In vitro, the effect of several NSAIDs, female sex steroids and model inhibitors on CYP1A2 activity was studied in human liver microsomes, without and with preincubation. In placebo controlled, cross-over studies healthy volunteers ingested a single dose of tizanidine after a pretreament with the inhibitor (rofecoxib, tolfenamic acid or celecoxib) or placebo. Plasma (and urine) concentrations of tizanidine and its metabolites were measured, and the pharmacodynamic effects were recorded. A caffeine test was also performed. In vitro, fluvoxamine, tolfenamic acid, mefenamic acid and rofecoxib potently in-hibited CYP1A2. Ethinylestradiol, celecoxib, desogestrel and zolmitriptan were moderate, and etodolac, ciprofloxacin, etoricoxib and gestodene were weak inhibi-tors of CYP1A2. At 100 µM, other tested NSAIDs and steroids inhibited CYP1A2 less than 35%. Rofecoxib was found to be a mechanism-based inhibitor of CYP1A2. In vivo, rofecoxib greatly increased the plasma concentrations (over ten-fold) and the pharmacodynamic effects of tizanidine. Also the metabolism of caf-feine was impaired by rofecoxib. Despite the relatively strong in vitro CYP1A2 inhibitory effects, tolfenamic acid and celecoxib did not have a significant effect on tizanidine and caffeine concentrations in humans. Competitive inhibition model and the free plasma concentration of the inhibitor predicted well the effect of fluvoxam-ine and the lack of effect of tolfenamic acid and celecoxib on tizanidine concentra-tions in humans, and mechanism-based inhibition model explained the effects of rofecoxib. However, the effects of ciprofloxacin and oral contraceptives were un-derestimated from the in vitro data. Rofecoxib is a potent mechanism-based inhibitor of CYP1A2 in vitro and in vivo. This mechanism may be involved in the adverse cardiovascular effects of rofecoxib. Tolfenamic acid and celecoxib seem to be safe in combination with tizanidine, but mefenamic acid might have some effect on tizanidine concentrations in vivo. Con-sidering the mechanism of inhibition, and using the free plasma concentration of the inhibitor, many but not all CYP1A2 interactions can be predicted from in vitro data.

Sytokromi P450 1A2 (CYP1A2) on yksi tärkeimmistä lääkeaineita metaboloivista entsyymeistä. Lihasrelaksantti titsanidiini metaboloituu pääosin sen välityksellä maksassa. Titsanidiinin ja tulehduskipulääke rofekoksibin yhteiskäytön on raportoitu johtavan lisääntyneisiin haittavaikutuksiin, mutta yhteisvaikutuksen mekanismi on ollut tuntematon. Muitakin tulehduskipulääkkeitä käytetään monesti yhdessä lihasrelaksanttien kanssa. Tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia yleisesti käytettyjen kipulääkkeiden ja hormonien vaikutusta CYP1A2:n toimintaan sekä koeputkiolosuhteissa (in vitro) että terveillä koehenkilöillä (in vivo), ja vertailla soveltuvin osin tuloksia toisiinsa. Kipulääkkeiden ja hormonien vaikutusta CYP1A2:n aktiivisuuteen tutkittiin in vitro maksan mikrosomeilla. Myös metaboliasta riippuvaa estoa tutkittiin. Vaihtovuoroisissa tutkimuksissa terveille koehenkilöille annettiin esilääkkeenä rofekoksibia, tolfenaamihappoa tai selekoksibia, ja vertailuvaiheessa lumetta muutaman päivän ajan. Sitten annettiin kerta-annos titsanidiinia. Titsanidiinin ja metaboliittien pitoisuudet mitattiin plasmasta (ja virtsasta). Lisäksi mm. verenpainetta ja väsymystä seurattiin. Myös toinen CYP1A2:n aktiivisuutta mittaava testi, kofeiinitesti, suoritettiin. Fluvoksamiini, tolfenaamihappo, mefenaamihappo ja rofekoksibi estivät CYP1A2:ta voimakkaasti in vitro. Etinyylestradioli, selekoksibi, desogestreeli ja tsolmitriptaani olivat kohtalaisia, ja etodolaakki, siprofloksasiini, etorikoksibi ja gestodeeni heikkoja CYP1A2:n estäjiä. Muut tutkitut aineet (100 µM) estivät CYP1A2:ta alle 35%. Rofekoksibi osoittautui irreversiibeliksi CYP1A2-estäjäksi in vitro, ja koehenkilöillä se nosti voimakkaasti titsanidiinin (yli kymmenkertaisiksi) ja kofeiinin pitoisuuksia ja voimisti titsanidiinin aiheuttamaa verenpaineen laskua huomattavasti. Tolfenaamihapolla ja selekoksibilla ei ollut vaikutusta titsanidiinin ja kofeiinin pitoisuuksiin, vaikka ne estivät CYP1A2:ta kohtalaisesti in vitro. Kompetitiivinen estomalli ja vapaa CYP1A2-estäjän plasmapitoisuus ennustivat hyvin fluvoksamiinin, tolfenaamihapon ja selekoksin vaikutukset titsanidiinin pitoisuuksiin. Irreversiibeli estomalli pystyi ennustamaan rofekoksibin interaktiot. Toisaalta siprofloksasiinin ja ehkäisyvalmisteiden vaikutuksia ei pystytty ennustamaan. Rofekoksibi on voimakas CYP1A2:n irreversiibeli (mechanism-based) estäjä in vitro ja in vivo. Tämä mekanismi saattaa selittää jopa osan rofekoksibin kardiovaskulaarihaittavaikutuksista, jotka johtivat sen käytöstä poistamiseen. Tolfenaamihappo ja selekoksibi näyttävät sopivan yhdessä titsanidiinin kanssa käytettäviksi, mutta mefenaamihapolla saattaa olla lievää vaikutusta titsanidiinin pitoisuuksiin. Kun metabolianeston mekanismi otetaan huomioon ja käytetään metabolianestäjän vapaata plasmapitoisuutta, monet, muttei kaikki, CYP1A2-välitteiset interaktiot voidaan ennustaa in vitro tulosten perusteella.