Etude expérimentale de la variabilité des effets respiratoires de la buprénorphine : rôle de la P-glycoprotéine et de l’acquisition d’une tolérance aux opioïdes

Experimental study of variability of buprenorphine-related respiratory effects : role of P-glycoprotein and tolerance acquisition

• Auteur / Autrice : Hisham Alhaddad
• Direction : Bruno Mégarbane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance le 14/05/2013
• Etablissement(s) : Paris 5
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, environnement (Paris ; 2010-2013)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Hantson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Mégarbane, Philippe Hantson, Laurence Bonhomme-Faivre, François Coudoré, Jean-Pierre Goullé, Jean-Michel Scherrmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurence Bonhomme-Faivre, François Coudoré

Mots clés

Mots clés contrôlés

Opioïdes

Buprénorphine

Glycoprotéine P

Modèles animaux

Insuffisance respiratoire

Mots clés libres

P-glycoprotéine

Buprénorphine

Variabilité

Dépression respiratoire

Pléthysmographie

Souris

P-glycoprotein

Buprenorphine

Variability

Respiratory depression

Plethysmography

Mice

Résumé

La buprénorphine (BUP) peut être responsable d’une dépression respiratoire à l’origine d’intoxications graves parfois mortels. Cependant, les mécanismes exacts de ces effets respiratoires délétères ne sont pas encore clairement établis. Les objectifs de cette thèse étaient d’analyser la variabilité des effets respiratoires de la BUP en y intégrant : 1) le rôle exact de la P-glycoprotéine (P-gp) 2) le rôle de l’acquisition d’une tolérance aux opioïdes, tout en précisant les différences potentielles entre tolérance aux effets analgésiques et respiratoires et les mécanismes moléculaires mis en jeu. Pour cela, nous avons étudié en pléthysmographie les effets respiratoires de la BUP et de son métabolite actif la norbuprénorphine (NBUP) chez la souris Fvb femelle. Nous avons mesuré leur transport par la P-gp à la barrière hémato-encéphalique (BHE) en perfusion cérébrale in situ, après inhibition pharmacologique ou suppression du gène codant pour la P-gp. Nous avons étudié la part de variabilité dans ces effets, attribuable au sexe et à la souche de souris. Nous avons ainsi démontré que la P-gp exprimée à la BHE joue un rôle-clé dans la protection contre les effets respiratoires délétères induits par la BUP, en empêchant l’entrée dans le compartiment encéphalique de son métabolite, la NBUP. Nous avons observé que les souris Fvb femelles sont plus sensibles à la toxicité respiratoire de la BUP que les souris Fvb mâles qui sont, eux-mêmes plus sensibles à ces effets que les souris Swiss mâles, sans que la P-gp ne soit à aucun moment impliquée dans cette variabilité. Enfin, nous avons montré qu’une tolérance aux effets analgésiques et respiratoires de la BUP se développe de façon significativement plus réduite chez les souris Fvb déficientes en P-gp, suggérant un rôle crucial pour ce transporteur dans l’acquisition et l’expression de la tolérance à la BUP. Par ailleurs, nous avons montré qu’après administration répétée de morphine, apparait une tolérance plus faible à ses effets respiratoires qu’à ses effets analgésiques. La mise en évidence d’une superactivation de l’adénylate cyclase dans la région périaqueducale impliquée dans les effets antinociceptifs des opioïdes, et non dans le tronc cérébral qui contient les centres de régulation de la ventilation, pourrait au moins en partie, expliquer cette différence d’intensité de tolérance observée. Enfin, pour compléter nos travaux expérimentaux, nous avons réalisé deux mini-revues bibliographiques pour, d’une part faire la synthèse des mécanismes de la tolérance aux opioïdes et de leur rôle dans la dépression respiratoire et d’autre part, analyser les situations déjà rapportées d’effets cliniques nés d’interactions médicamenteuses médiées par la P-gp.

Buprenorphine (BUP) may be responsible for respiratory depression resulting in serious andsometimes fatal poisonings. However, the exact mechanisms leading to these deleterious respiratoryeffects still remain unclear. The objectives of this thesis were to study the variability of BUP-inducedrespiratory effects by focusing on: 1) the involvement of P-glycoprotein 2) the role of tolerance to opioids in addition to investigating possible differences among tolerance to opioid-related antinociceptive and respiratory effects as well as the involved molecular mechanisms. We studied the respiratory effects of BUP and its active metabolite, norbuprenorphine (NBUP) using plethysmography in female Fvb mice. We measured P-gp-related transport of BUP and NBUP at the blood-brain barrier (BBB) using in situ brain perfusion after pharmacological P-gp inhibition as well as in P-gp knock-out mice. We also studied the role of gender and mice strain in the variability of BUP-related respiratory effects. We showed that P-gp at the BBB plays a key-protective role against BUP-related respiratory effects by limiting NBUP distribution into the brain. We observed that female Fvb mice are more sensitive to BUP-induced deleterious respiratory effects than male Fvb mice thatare more sensitive than male Swiss mice. Furthermore, we assessed that gender- and strain-attributedvariability is not related to P-gp. Finally, we demonstrated that tolerance to BUP-induced antinociceptive and respiratory effects is significantly reduced in P-gp knockout mice in comparison to controls, suggesting a critical role for P-gp in tolerance to BUP. In parallel, we showed that repeated administration of morphine results in reduced tolerance to its respiratory effects in comparison to its antinociceptive effects. Adenylate cyclase super-activation that we evidenced in the periaqueductal grey matter, the area involved in opioid-related analgesia control, but not in the brainstem, the area that contains centres of ventilation regulation, may at least in part be responsible for these observed differences in tolerance. Finally, to complete our experimental researches, we performed two mini-reviews, aiming at summarizing the various mechanisms of tolerance and their involvement in respiratory depression in addition to highlighting the importance of drug-drug interactions leading to P-glycoprotein inhibition in the occurrence of deleterious clinical effects.