Effects of gender, and SLCO1B1 and CYP7A1 polymorphisms on plasma bile acids in humans and the pharmacokinetics of therapeutic ursodeoxycholic acid

Bile acids are important steroid-derived molecules essential for fat absorption in the small intestine. They are produced in the liver and secreted into the bile. Bile acids are transported by bile flow to the small intestine, where they aid the digestion of lipids. Most bile acids are reabsorbed in the small intestine and return to the liver through the portal vein. The whole recycling process is referred to as the enterohepatic circulation, during which only a small amount of bile acids are removed from the body via faeces. The enterohepatic circulation of bile acids involves the delicate coordination of a number of bile acid transporters expressed in the liver and the small intestine. Organic anion transporting polypeptide 1B1 (OATP1B1), encoded by the solute carrier organic anion transporter family, member 1B1 (SLCO1B1) gene, mediates the sodium independent hepatocellular uptake of bile acids. Two common SNPs in the SLCO1B1 gene are well known to affect the transport activity of OATP1B1. Moreover, bile acid synthesis is an important elimination route for cholesterol. Cholesterol 7α-hydroxylase (CYP7A1) is the rate-limiting enzyme of bile acid production. The aim of this thesis was to investigate the effects of SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual endogenous bile acids and a bile acid synthesis marker, and the pharmacokinetics of exogenously administered ursodeoxycholic acid (UDCA). Furthermore, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender on the fasting plasma concentrations of individual endogenous bile acids and the bile acid synthesis marker were evaluated. Firstly, a high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) method for the determination of bile acids was developed (Study I). A retrospective study examined the effects of SLCO1B1 genetic polymorphism on the fasting plasma concentrations of individual bile acids and a bile acid synthesis marker in 65 healthy subjects (Study II). In another retrospective study with 143 healthy individuals, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender as well as SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual bile acids and the bile acid synthesis marker were investigated (Study III). The effects of SLCO1B1 polymorphism on the pharmacokinetics of exogenously administered UDCA were evaluated in a prospective genotype panel study including 27 healthy volunteers (Study IV). A robust, sensitive and simple HPLC-MS/MS method was developed for the simultaneous determination of 16 individual bile acids in human plasma. The method validation parameters for all the analytes met the requirements of the FDA (Food and Drug Administration) bioanalytical guidelines. This HPLC-MS/MS method was applied in Studies II-IV. In Study II, the fasting plasma concentrations of several bile acids and the bile acid synthesis marker seemed to be affected by SLCO1B1 genetic polymorphism, but these findings were not replicated in Study III with a larger sample size. Moreover, SLCO1B1 polymorphism had no effect on the pharmacokinetic parameters of exogenously administered UDCA. Furthermore, no consistent association was observed between CYP7A1 genetic polymorphism and the fasting plasma concentrations of individual bile acids or the bile acid synthesis marker. In contrast, gender had a major effect on the fasting plasma concentrations of several bile acids and also total bile acids. In conclusion, gender, but not SLCO1B1 or CYP7A1 polymorphisms, has a major effect on the fasting plasma concentrations of individual bile acids. Moreover, the common genetic polymorphism of CYP7A1 is unlikely to influence the activity of CYP7A1 under normal physiological conditions. OATP1B1 does not play an important role in the in vivo disposition of exogenously administered UDCA.

Sappihapoilla on tärkeä merkitys rasvan imeytymisessä ohutsuolessa. Sappihapot syntetisoidaan kolesterolista maksassa ja niiden muodostumisnopeutta rajoittaa kolesterolin 7-alfa-hydroxylaasi-entsyymi (CYP7A1). Sappihapot eritetään sappeen, jonka mukana ne kulkeutuvat ohutsuoleen. Sappihapot imeytyvät ohutsuolesta takaisin verenkiertoon ja palaavat maksaan porttilaskimon kautta. Tätä kiertokulkua kutsutaan enterohepaattiseksi kierroksi, jonka aikana vain pieni osuus sappihapoista poistuu ulosteen mukana elimistöstä. Maksan ja ohutsuolen solukalvojen kuljetusproteiinit mahdollistavat sappihappojen tehokkaan kierrätyksen. Orgaanisten anionien transportteripolypeptidi 1B1 (OATP1B1), jota koodittaa SLCO1B1-geeni, välittää sappihappojen natriumista riippumatonta kuljetusta verenkierrosta maksasoluihin. SLCO1B1-geenissä tunnetaan kaksi yleistä geenimuutosta, jotka vaikuttavat OATP1B1:n kuljetusaktiivisuuteen. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin SLCO1B1:n ja CYP7A1:n geenimuutosten sekä sukupuolen vaikutusta sappihappojen ja sappihappojen synteesimerkkiaineen paastopitoisuuksiin plasmassa terveillä vapaaehtoisilla koehenkilöillä. Lisäksi tutkittiin SLCO1B1:n geenimuutosten vaikutusta lääkkeenä käytettävän ursodeoksikoolihapon farmakokinetiikkaan. Aluksi kehitettiin yksinkertainen ja herkkä nestekromatografis-tandemmassaspektrometrinen menetelmä 16 sappihapon pitoisuuksien samanaikaiseksi mittaamiseksi ihmisen plasmasta. Tämän jälkeen tutkittiin SLCO1B1:n geenimuutosten vaikutusta sappihappojen ja niiden synteesimerkkiaineen paastopitoisuuksiin 65 terveellä koehenkilöllä. Tässä tutkimuksessa useiden sappihappojen ja niiden synteesimerkkiaineen plasmapitoisuudet liittyivät SLCO1B1:n geenimuutoksiin. Nämä tulokset eivät kuitenkaan toistuneet toisessa tutkimuksessa, johon osallistui 143 tervettä vapaaehtoista koehenkilöä. Tässä tutkimuksessa myöskään CYP7A1:n geenimuutoksilla ei ollut vaikutusta sappihappojen tai niiden synteesimerkkiaineen pitoisuuksiin. Sukupuolella sen sijaan oli voimakas vaikutus useiden sappihappojen plasmapitoisuuksiin. SLCO1B1:n geenimuutokset eivät vaikuttaneet ursodeoksikoolihapon farmakokinetiikkaan. Yhteenvetona, sukupuolella on huomattava vaikutus sappihappojen paastopitoisuuksiin plasmassa, mutta SLCO1B1:n ja CYP7A1:n geenimuutoksilla ei. CYP7A1:n yleiset geenimuutokset eivät näyttäisi vaikuttavan CYP7A1:n aktiivisuuteen fysiologisissa olosuhteissa. OATP1B1-kuljetusproteiinilla ei ole merkittävää vaikutusta lääkkeenä käytettävän ursodeoksikoolihapon pitoisuuksiin ihmisillä.