Pharmacokinetic studies of rosuvastatin, an OATP substrate, in mice with vitamin D deficiency

국문 초록 (Abstract)

Rosuvastatin은 고지혈증 치료제이며 OATP와 BCRP 기질이다. 비타민 D 결핍은 특히 노인, 임산부, 어린이, 장기 입원 환자에게 흔하게 발생한다. 또한 골다공증, 당뇨병, 심혈관 질환, 일부 암, 결핵과 같은 전염병과도 관련 이 있다. 선행 연구에 따르면 비타민 D가 결핍은 간의 Oatp2b1과 Oatp1a1 발현을 억제하여 rats의 pravastatin에 대한 반응을 감소시킬 수 있다고 보 고되었다. 다른 연구에 따르면 비타민 D가 결핍된 mice에서는 간에서 Oatp1a1, 1a4, 1b2, 2b1의 mRNA 발현 수준이 대조군과 비교했을 때 뚜렷 한 변화가 없다고 보고되었다. 따라서 본 연구에서는 비타민 D 결핍이 rosuvastatin의 약동학에 미치는 영향과 organic anion transporting polypeptides (OATP) 에 의한 수송 가능성을 조사하기로 하였다. 본 실험에서, rosuvastatin을 1 mg/kg으로 마우스에 정맥 투여했을 때 대 조군과 비타민 D 결핍 그룹에서 rosuvastatin의 혈중 농도, 관련된 parameter, 뇨배설 실험, 변배설 실험에서 모두 차이가 없었다. 그러나 rosuvastatin을 10 mg/kg으로 마우스에 경구 투여했을 때 rosuvastatin의 혈중 농도가 감소하였고, AUClast와 AUCinf 유의하게 감소하였다. 생체이용 률 역시 감소하였다. 추가적인 뇨배설 실험에서는 두 그룹 간에 차이가 없었 으며, 변배설 실험에서는 비타민 D를 결핍 그룹에서 cumulative fecal recovery가 다소 증가하였으나 유의성은 없었다. 이는 rosuvastatin의 약동 학이 경구 투여 시 생체 내 비타민 D 결핍에 의해 크게 영향을 받았음을 시사 한다. 비타민 D가 결핍된 mice의 간과 소장에서 Oatp와 Bcrp 발현 정도를 비 교해봤을 때, 간에서는 Oatp1a1, 1a4, 1b2, 2b1, Bcrp에 유의한 차이가 관 찰되지 않았고, 소장에서의 Bcrp는 차이가 없었으며, Oatp2b1이 유의하게 감소하였다. 이는 비타민 D 결핍이 소장에 있는 Oatp2b1이 rosuvastatin 수 송에 영향을 미침이 관찰되었다. 이 연구를 종합해 보면, mice의 비타민 D 결 핍은 소장의 Oatp2b1이 rosuvastatin의 장 세포로의 이동을 억제하여 소장 에서의 rosuvastatin 흡수를 감소시키고 변으로 더 많이 배설되는 결과를 초 래할 수 있음을 시사한다. 추가로 비타민 D가 결핍된 rats에 rosuvastatin을 정맥 주사했을 때 rosuvastatin의 전신 노출이 감소하고 cumulative urinary recovery는 차이 가 없었으며, cumulative fecal recovery가 유의하게 증가하였다. mice의 결 과와 달리 rats에게 정맥 투여할 경우 약동학적 차이가 나타난 것으로 종의 차이로 인한 것으로 이는 OATP 연구의 난제로, rats을 대상으로 한 추가 연 구에서는 rats에서의 OATP의 잠재성을 고려할 필요가 있음을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Rosuvastatin, a treatment of hypercholesterolemia, is well-known to be a substrate of organic anion transporting polypeptide (OATP) and breast cancer resistance protein (BCRP). Considering vitamin D deficiency is widespread in South Koreans, we investigated the pharmacokinetic studies of rosuvastatin, an OATP substrate, in animals fed a vitamin D-deficient diet. When rosuvastatin was administered intravenously at 1 mg/kg in mice, no differences were observed in the systemic exposure, relevant parameters, urinary excretion, and fecal excretion of rosuvastatin in control and vitamin D-deficient mice. However, when administered orally at 10 mg/kg of rosuvastatin, there was a decrease in systemic exposure, with significantly reduced AUClast and AUCinf in mice with vitamin D deficiency. Oral bioavailability was also lessened in the vitamin D-deficient group. Cumulative urinary recovery studies revealed no difference between the two groups, while cumulative fecal recovery showed a slight increase in the vitamin D deficiency group, though not statistically significant. In addition, vitamin D deficiency significantly decreased Oatp2b1 mRNA expression without change of Bcrp level in small intestine of mice, but not in liver. In liver of mice with vitamin D deficiency, no significant changes were observed in Oatp1a1, 1a4, 1b2, 2b1, and Bcrp. Additionally, when rats were intravenously injected with rosuvastatin at 1 mg/kg, there was a decrease in systemic exposure to rosuvastatin. The rats with vitamin D deficiency exhibited a significant increase in cumulative fecal recovery, while cumulative urinary recovery found no substantial difference between the two groups. Additional investigation is needed for rats with vitamin D deficiency. Collectively, vitamin D deficiency significantly affected the pharmacokinetics of orally administered rosuvastatin in vivo mice, likely due to decreased Oatp2b1 expressional level in small intestine. This study suggests the possible risk of OATP-mediated pharmacokinetic changes in vitamin D deficiency.

목차 (Table of Contents)

• 1. INTRODUCTION 1
• 1.1. Introduction to vitamin D deficiency and VDR 1
• 1.1.1. Vitamin D: its biological role, synthesis, and vitamin D deficiency 1
• 1.1.2. VDR and its ligand: 1,25-(OH)2D3 2
• 1.1.3. Interaction of vitamin D deficiency and drug transporters 3
• 1.2. Rosuvastatin 5
• 1.2.1. Physiochemical characteristics of rosuvastatin 5
• 1.2.2. Mechanism of action, indication, and dose of rosuvastatin . 6
• 1.2.3. Pharmacokinetics of rosuvastatin 7
• 1.3. OATP 9
• 1.3.1. Transporter: overview 9
• 1.3.2. OATP: uptake transporter 9
• 1.3.3. Substrate of OATP: Rosuvastatin 13
• 1.4. BCRP 14
• 1.5. Objective 15
• 2. MATERIALS AND METHOD 16
• 2.1. Materials 16
• 2.2. Method 18
• 2.2.1. Vitamin D-deficient diet feeding in mice and rats 18
• 2.2.2. Measure of 25(OH)D3 and 1,25-(OH)2D3 levels in mice 20
• 2.2.3. Effect of vitamin D deficiency on the intravenous pharmacokinetic profile of rosuvastatin in mice in vivo 21
• 2.2.4. Effect of vitamin D deficiency on the oral pharmacokinetics of rosuvastatin in mice in vivo 24
• 2.2.5. Effect of Vitamin D deficiency on the intravenous pharmacokinetics profile of rosuvastatin in rats in vivo 27
• 2.2.6. Quantitative analysis of rosuvastatin 30
• 2.2.7. RT-qPCR 32
• 3. RESULTS 34
• 3.1. Bio-analytical Methods 34
• 3.1.1. Selectivity 34
• 3.1.2. Linearity and LLOQ of Rosuvastatin 37
• 3.2. Dynamic monitoring of body weight of mice and rats 38
• 3.3. Establishment of mice model with vitamin D deficiency 40
• 3.4. Effect of vitamin D deficiency on intravenous pharmacokinetic profile of rosuvastatin in mice in vivo 42
• 3.5. Effect of vitamin D deficiency on urinary excretion of rosuvastatin following intravenous bolus in mice in vivo 45
• 3.6. Effect of vitamin D deficiency on fecal excretion of rosuvastatin following intravenous bolus in mice in vivo 46
• 3.7. Effect of vitamin D deficiency on oral pharmacokinetic profile of rosuvastatin in mice in vivo 47
• 3.8. Effect of vitamin D deficiency on urinary excretion of rosuvastatin following oral administration in mice in vivo 50
• 3.9. Effect of vitamin D deficiency on fecal excretion of rosuvastatin following oral administration in mice in vivo 51
• 3.10. Effect of vitamin D deficiency on mRNA expression levels of Oatps and Bcrp in liver and small intestine of mice 52
• 3.11. Effect of vitamin D deficiency on intravenous pharmacokinetic profile of rosuvastatin in rats in vivo 55
• 3.12. Effect of vitamin D deficiency on urinary excretion following intravenous administration of rosuvastatin in rats in vivo 58
• 3.13. Effect of vitamin D deficiency on fecal excretion following intravenous administration of rosuvastatin in rats in vivo 59
• 4. DISCUSSION 60
• 5. CONCLUSION 64
• ACKNOWLEDGMENTS 65
• REFERENCE 66