In vitro metabolism and drug-drug interaction potential of irosustat, a steroidal sulfatase inhibitor

Abstract

Irosustat is a first-generation, irreversible, steroid sulfatase inhibitor currently in development for hormone-dependent cancer therapy. Its structure is a tricyclic coumarin-based sulfamate that undergoes desulfamoylation in aqueous solution, yielding the sulfamoyl-free derivative, 667-coumarin.

The first aim of the present work was to study the in vitro metabolism of irosustat, including its metabolic profile in liver microsomes and hepatocytes, the potential species differences, and the identification of the main metabolites. And the second aim of the present work was to predict potential drug-drug interactions between irosustat and possible concomitantly administered medications through the investigation in vitro of the enzymes participating in the metabolism of irosustat and its inhibition/induction potential with the main drug-metabolizing enzymes. The interaction of aromatase inhibitors in the in vitro metabolism of irosustat was also studied.

Irosustat was extensively metabolized in vitro, showing similar metabolite profiles among rat, dog, monkey, and humans (both sexes). In liver microsomes, the dog was the species that metabolized irosustat most similarly to metabolism in humans. Marked differences were found between liver microsomes and hepatocytes, meaning that phase I and phase II enzymes contribute to irosustat metabolism. Various monohydroxylated metabolites of irosustat and of 667-coumarin were found in liver microsomes, which mostly involved hydroxylations at the C8, C10, and C12 positions in the cycloheptane ring moiety. 667-Coumarin was formed by degradation but also by non-NADPH-dependent enzymatic hydrolysis, probably catalyzed by microsomal steroid sulfatase. The main metabolites formed by hepatocytes were glucuronide and sulfate conjugates of 667-coumarin and of some of its monohydroxylated metabolites.

The major cytochrome P450 enzymes involved in the transformation of irosustat were CYP2C8, CYP2C9, CYP3A4/5, and CYP2E1. Moreover, various phase II enzymes (UDP-glucuronosyltransferases and sulfotransferases) were capable of conjugating many of the metabolites of irosustat and 667-coumarin; however, the clinically relevant isoforms could not be elucidated.

Irosustat inhibited CYP1A2 activity in human liver microsomes through the formation of its desulfamoylated degradation product and metabolite 667-coumarin. CYP1A2 inhibition by 667-coumarin was competitive, with a K(i) of 0.77 μM, a concentration exceeding by only 5-fold the maximal steady-state concentration of 667-coumarin in human plasma with the recommended dose of irosustat. In addition, 667-coumarin metabolites enhanced the inhibition of CYP1A2 activity. Additional clinical interaction studies of irosustat with CYP1A2 substrate drugs are strongly recommended. 667-Coumarin also appeared to be a competitive inhibitor of CYP2C19 (K(i) = 5.8 μM) in human liver microsomes, and this inhibition increased with assessment in human hepatocytes. Inhibition of CYP2C19 enzyme activity was not caused by repression of CYP2C19 gene expression. Therefore, additional mechanistic experiments or follow-up studies with clinical evaluation are recommended. Irosustat neither inhibited CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4/5, or UDP-glucuronosyltransferase 1A1, 1A4, or 2B7 activities nor induced CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, or CYP3A4/5 at clinically relevant concentrations. Results from human liver microsomes indicated that no changes in irosustat pharmacokinetics in vivo are expected as a result of inhibition of irosustat metabolism in cases of concomitant medication administration or irosustat-aromatase inhibitor combination therapy with letrozole, anastrozole, or exemestane.

Irosustat és un inhibidor irreversible de la sulfatasa esteroidal, de primera generació, actualment en desenvolupament per al tractament del càncer dependent d'hormones.

Els objectius d'aquest treball van ser estudiar el metabolisme in vitro d'irosustat, incloent el seu perfil metabòlic en microsomes hepàtics i hepatòcits, les diferències entre espècies, així com la identificació dels principals metabòlits. I també predir les possibles interaccions fàrmac-fàrmac entre irosustat i possibles medicaments administrats de forma concomitant, a través de la investigació in vitro dels enzims que participen en el metabolisme de irosustat i el seu potencial d'inhibició / inducció dels principals enzims metabolitzants de fàrmacs. La interacció dels inhibidors de l'aromatasa en el metabolisme in vitro del irosustat també es va estudiar.

Irosustat és extensament metabolitzat in vitro, mostrant perfils metabòlics similars entre rates, gossos, micos i humans (ambdós sexes). En microsomes de fetge, el gos va ser l'espècie que metabolitza irosustat de forma més similar al metabolisme en humans. 667-coumarin es va formar per degradació, però també per hidròlisi enzimàtica no dependent de NADPH, probablement catalitzada per la sulfatasa esteroidal microsomal. Es van trobar grans diferències entre els perfils metabòlics de microsomes hepàtics i de hepatòcits, significant que tant enzims de fase I com de fase II contribueixen al metabolisme del irosustat. Els principals metabòlits formats pels microsomes de fetge van ser monohidroxilats del irosustat i de la 667-coumarin, mentres que en hepatòcits van ser conjugats glucurònids i sulfats de 667-coumarin i d'alguns dels seus metabòlits monohidroxilats.

Els principals enzims del citocrom P450 involucrats en la transformació del irosustat van ser CYP2C8, CYP2C9, CYP3A4/5, i CYP2E1. D'altra banda, diversos enzims de fase II (UDP-glucuronosiltransferasas i sulfotransferasas) eren capaços de conjugar molts dels metabòlits de irosustat i 667-coumarin, però, les isoformes clínicament rellevants no es van poden dilucidar.

Irosustat inhibeix les activitats dels CYP1A2 i CYP2C19 en microsomes de fetge humà a través de la formació de 667-coumarin. Es recomanen estudis clínics addicionals d'interacció entre irosustat i substrats del CYP1A2. Pel CYP2C19, aquesta inhibició va augmentar amb l'avaluació en hepatòcits humans, tot i que no va ser causada per la repressió de l'expressió del gen CYP2C19. Per tant, es recomanen experiments mecanistics addicionals o estudis de seguiment amb avaluació clínica.

Irosustat no inhibeix CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4/5, UGT1A1, UGT1A4 ni UGT2B7. Tampoc indueix CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19 o CYP3A4/5, a concentracions clínicament rellevants. Els resultats dels microsomes hepàtics humans van indicar que no s'espera canvis en la farmacocinètica del irosustat com a resultat de la inhibició del seu metabolisme en els casos d'administració concomitant d’inhibidors de l’aromatase: letrozole, anastrozole, o exemestane.