Der Polymorphismus 1117C>T im Cytochrom P450 CYP1A2 beeinträchtigt die Metabolisierung von Theobromin beim Beagle Hund

Cytochrom P450-Enzyme (CYPs) sind an der Metabolisierung körpereigener und körperfremder Substanzen beteiligt. Hierbei spielen Polymorphismen in einzelnen CYPs, welche zu einem Ausfall der Enzymfunktion führen, eine wichtige Rolle bei bekannten interindividuellen Unterschieden im pharmakokinetischen Profil bestimmter Arznei- und Fremdstoffe. In präklinischen Studien, in denen Hunde als Versuchstiere eingesetzt werden, aber auch in der tierärztlichen Praxis kann dadurch sowohl die Wirksamkeit als auch die Verträglichkeit der Arzneitherapie beeinflusst sein. Das humane CYP1A2 ist an der Metabolisierung von Methylxanthinen wie Coffein und Theobromin beteiligt, jedoch lässt dies nicht auf eine identische Substratspezifität bei Hunden schließen. Theobrominvergiftungen bei Hunden, insbesondere als Folge von Schokoladenverzehr werden häufig in der tierärztlichen Praxis vorgestellt und sind in der Literatur vielfach beschrieben. Der Hund stellt im Vergleich zu anderen Tierarten und dem Menschen eine Spezies mit besonderer Empfindlichkeit gegenüber Theobromin dar. Dies ergibt sich aus speziesspezifischen Unterschieden in der Präferenz der Demethylierungsposition bei der Metabolisierung von Theobromin. Allerdings wurde darüber hinaus von einer interindividuell sehr unterschiedlichen Verträglichkeit von Theobromin beim Hund berichtet. Es wurde vermutet, dass hierfür ein CYP1A2 1117C>T Polymorphismus verantwortlich sein könnten, welcher in homozygoter Ausprägung zu einem Totalausfall der CYP1A2 Enzymaktivität führt. Das Ziel dieser Studie war es, mögliche Unterschiede im Metabolismus und der Pharmakokinetik von Theobromin bei CYP1A2 1117C/C (Wildtyp) und 1117T/T (CYP1A2 defizient) Beagle Hunden zu ermitteln. Sowohl die intravenöse als auch die per orale Applikation von Theobromin führte zu signifikanten Unterschieden im metabolischen Profil der getesteten Hunde und legt die Beteiligung des caninen CYP1A2 bei der Metabolisierung von Theobromin beim Hund nahe. CYP1A2 defiziente Hunde wiesen signifikant höhere Plasma-AUC-Werte und eine längere Halbwertzeit für Theobromin auf. Sowohl im Plasma als auch im Urin konnten niedrigere Konzentrationen der Metaboliten 3-Methylxanthin, 7-Methylxanthin und 3,7-Dimethylharnsäure nachgewiesen werden. Die signifikant verminderte Körperclearance von Theobromin bei den CYP1A2 defizienten Hunden weist auf einen längeren Verbleib der Substanz im Körper hin und lässt die Schlussfolgerung zu, dass CYP1A2 1117T/T-Hunde bei Aufnahme höherer Dosen empfindlicher auf Theobromin reagieren als CYP1A2 1117C/C-Hunde. Daher könnte der CYP1A2 1117 Genotyp an der interindividuell unterschiedlichen Empfindlichkeit von Hunden gegenüber Schokolade beteiligt sein. Cytochrome P450 enzymes (CYPs) are involved in the metabolism of endogenous and exogenous substances. CYP polymorphisms are known to cause inter-individual differences in pharmacokinetic profiles of certain drugs and xenobiotics. In preclinical studies with dogs, these polymorphisms influence the efficacy and safety of new chemical entities, and confound the efforts to study these chemicals under controlled conditions. Human CYP1A2 is involved in the metabolism of caffeine and theobromine, however it does not predict substrate specificity in dogs. Dogs are uniquely sensitive to theobromine, and theobromine toxicity in dogs due to consumption of chocolate is frequently reported in the literature. Furthermore, individual dogs are differently sensitive against chocolate consumption and this observation has made it difficult for researchers to fully understand chocolate toxicity in dogs. In the present study we hypothesized that the CYP1A2 1117 C>T polymorphism, which leads to a complete loss of enzyme function, may be involved in the individual theobromine tolerance in dogs. Therefore, we aimed to analyse potential differences in the metabolism and pharmacokinetics of theobromine in CYP1A2 1117C/C (wild-type) and 1117T/T (CYP1A2 deficient) Beagle dogs. Both, intravenous and oral administrations of theobromine indicated significant differences in the metabolic profiles of theobromine and confirmed that canine CYP1A2 is involved in theobromine metabolism. CYP1A2 deficient dogs showed higher plasma AUC values and longer half-lifes of theobromine compared with CYP1A2 wild-type dogs. In plasma and urine lower concentrations of the metabolites 3-methylxanthine, 7-methylxanthine and 3,7-dimethyluricacid were detected in the 1117T/T dogs. Furthermore, the body clearance of theobromine was significantly reduced in the group of CYP1A2 deficient dogs, leading to longer retention times in the body. Based on this data we assume that consumption of higher doses of theobromine may result in more pronounced accumulation and more severe toxicosis of theobromine in the 1117T/T dogs. In conclusion, these results support the hypothesis that polymorphisms in the canine CYP1A2 are at least in part responsible for the well-known inter-individual differences in the sensitivity against theobromine and even chocolate in dogs.