Nrf2抗酸化系は、シトクロムP450遺伝子の発現と活性に関与している。Nrf2欠損マウスにおけるペントバルビタール代謝の遅延

Nrf2 Antioxidative System is Involved in Cytochrome P450 Gene Expression and Activity: A Delay in Pentobarbital Metabolism in Nrf2-Deficient Mice.

• Takashi Ashino
• Masayuki Yamamoto
• Satoshi Numazawa

抄録

NF-E2関連因子2（Nrf2）は、抗酸化タンパク質や第二相解毒酵素などの生体防御タンパク質の転写調節因子である。シトクロームP450（P450）酵素は様々な薬物の第一相代謝を制御することが知られており、Nrf2によって部分的に制御されているが、薬物の薬物動態に及ぼすNrf2の影響については不明である。ここでは、Nrf2の欠乏が睡眠促進薬であるペントバルビタールの効果を延長させることを示した。P450誘導薬であるフェノバルビタールを前処理すると、野生型（WT）マウスではペントバルビタール誘発性鎮静に伴う睡眠時間が短縮されるが、Nrf2マウスではこの効果は認められなかった。さらに、30～60分後の血中ペントバルビタール濃度はNrf2マウスでWTマウスに比べて高く、フェノバルビタールによるクリアランスの亢進はWTマウスに比べてNrf2マウスでは抑制されていた。Nrf2マウスの肝臓では総P450含量が減少し、フェノバルビタールによるP450含量の増加はWTマウスよりもNrf2マウスの方が低かった。Nrf2マウスでは、生理的条件下でのCyp1a2、Cyp2a5、Cyp2c29、およびCyp2e1遺伝子発現量、およびフェノバルビタール処理条件下でのCyp1a2、Cyp2a5、およびCyp2b10遺伝子発現量は、WTマウスに比べて低かった。また、肝臓ミクロソームにおけるペントバルビタールの代謝は、Nrf2 枯渇により抑制された。以上のことから、Nrf2は薬物代謝やP450遺伝子の発現を制御することで、ペントバルビタールの薬物動態に影響を与えていることが示唆された。以上のことから、Nrf2によるP450の制御は、活性酸素種の増加に対する生物学的防御に寄与している可能性が示唆された。重要な意義。NF-E2関連因子2（Nrf2）は、酸化ストレスに対する細胞防御に重要な役割を果たしている。活性酸素消去能が低下したNrf2マウスは、ペントバルビタール誘発睡眠からの覚醒が著しく遅れ、P450活性と遺伝子発現の低下と関連していることを明らかにした。我々の知見は、Nrf2系の機能不全または閾値を超える活性酸素がP450活性を低下させる可能性があることを提供している。

NF-E2-related factor 2 (Nrf2) is a transcriptional regulator of biologic defense proteins, such as antioxidant proteins and phase II detoxification enzymes. Cytochrome P450 (P450) enzymes have been shown to regulate phase I metabolism of various drugs and are partially regulated by Nrf2; however, the influence of Nrf2 on drug pharmacokinetics is not known. Here, we showed that Nrf2 depletion prolonged the effect of pentobarbital, a sleep-promoting drug. Pretreatment with phenobarbital, a P450 inducer, shortens the sleeping time associated with pentobarbital-induced sedation in wild-type (WT) mice; however, this effect was not observed in Nrf2 mice. Furthermore, the blood pentobarbital concentration was higher in Nrf2 mice than in WT mice at 30-60 minutes, and the phenobarbital-induced enhancement of its clearance was attenuated in Nrf2 mice compared with WT mice. Total P450 content was decreased in Nrf2 mouse livers, and the phenobarbital-induced increase in P450 content was lower in Nrf2 mice than WT mice. Cyp1a2, Cyp2a5, Cyp2c29, and Cyp2e1 gene expression levels under physiologic conditions and Cyp1a2, Cyp2a5, and Cyp2b10 gene expression levels under phenobarbital-treated conditions were lower in Nrf2 mice compared with WT mice. Additionally, pentobarbital metabolism in liver microsomes was attenuated by Nrf2 depletion. Taken together, these findings suggested that Nrf2 influenced pentobarbital pharmacokinetics through the regulation of drug metabolism and P450 gene expression. Thus, Nrf2-mediated regulation of P450 may contribute to the biologic defense against increased reactive oxygen species production. SIGNIFICANCE STATEMENT: NF-E2-related factor 2 (Nrf2) plays a critical role in the cellular defense against oxidative stress. Nrf2 mice with reduced ability to eliminate reactive oxygen species (ROS) showed a significant delay in emergence from pentobarbital-induced sleep, which was associated with decreased P450 activities and gene expression. Our findings provide that Nrf2 dysfunction or ROS that exceed a threshold level of the eliminating ability of the Nrf2 system may reduce P450 activity.

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