Influence of intestinal microbiota on the metabolism of main cardiotropic drugs

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The intestinal microbiota is one of the most important pathogenetic links in the development of cardiovascular diseases. Every year the world scientific community finds new interactions at the level of signaling molecules, metabolites and microorganisms, identifying more and more patterns and cause-and-effect relationships which indicate the commonality of the intestinal microbiota (GM) and cardiovascular diseases. The state of the host's intestinal community, its qualitative and quantitative composition, directly and indirectly affects the fundamental pathogenetic mechanisms of the development of cardiovascular diseases.

Despite the fact that there are scientifically based methods of treatment, cardiovascular diseases remain the leading cause of death in the world. This phenomenon is partly due to wide variations in individual response to cardiovascular drugs. The pharmacological effects of cardiotropic drugs are quite different even within groups of patients comparable in age and gender. Every year intestinal microbiota is more and more evident to be responsible for this intraspecific variability.

Gut microbes influence drug metabolism in several pharmacokinetic ways, and conversely, drugs can have significant effects on the microbiome and therefore pharmacodynamic processes. Drugs can alter the gut microenvironment and microbial metabolism, influence bacterial growth, thereby changing the composition and functions of the microbial community.

One of the most important functions of GM, related to “intestinal-cardiovascular system”, is participation in the metabolism of major cardiotropic medications, such as digoxin, statins, ezetimibe, antithrombotic drugs, calcium channel blockers (CCBs), beta blockers (BB), gliflozins and inhibitors of the renin-angiotensin-aldosterone system (RAAS).

About the authors

M. S. Stepanov

E.A. Vagner Perm State Medical University

Author for correspondence.
Email: maximpractice@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3994-5461

Postgraduate Student of the Department of Hospital Therapy and Cardiology

Russian Federation, Perm

References

  1. Steiner H.E., Gee K., Giles J., Knight H., Hurwitz B.L., Karnes J.H. Role of the gut microbiome in cardiovascular drug response: The potential for clinical application. Pharmacotherapy 2022; 42 (2): 165–176.
  2. Tuteja S., Ferguson J.F. Gut Microbiome and Response to Cardiovascular Drugs. Circ Genom Precis Med. 2019; 12 (9): 421–429.
  3. Weersma R.K., Zhernakova A., Fu J. Interaction between drugs and the gut microbiome. Gut 2020; 69 (8): 1510–9.
  4. Hall S.D., Thummel K.E., Watkins P.B., Lown K.S., Benet L.Z, Paine M.F. Molecular and physical mechanisms of first-pass extraction. Drug Metab Dispos Biol Fate Chem. 1999; 27 (2): 161–6.
  5. Falony G., Joossens M., Vieira-Silva S., Wang J., Darzi Y., Faust K. Population-level analysis of gut microbiome variation. Science. 2016; 352 (6285): 560–4.
  6. Jackson M.A., Verdi S., Maxan M.-E., Shin C.M., Zierer J., Bowyer R.C.E. Gut microbiota associations with common diseases and prescription medications in a population-based cohort. Nat Commun. 2018; 9 (1): 2655.
  7. Kim I.S., Yoo D.-H., Jung I.-H., Lim S., Jeong J.-J., Kim K.-A. Reduced metabolic activity of gut microbiota by antibiotics can potentiate the antithrombotic effect of aspirin. Biochem Pharmacol. 2016; 122: 72–9.
  8. Zhang J., Sun Y., Wang R., Zhang J. Gut Microbiota-Mediated Drug-Drug Interaction between Amoxicillin and Aspirin. Sci Rep. 2019; 9 (1): 16194.
  9. Zhao R., Coker O.O., Wu J., Zhou Y., Zhao L., Nakatsu G. Aspirin Reduces Colorectal Tumor Development in Mice and Gut Microbes Reduce its Bioavailability and Chemopreventive Effects. Gastroenterology 2020; 159 (3): 969–983.
  10. Rogers M a. M, Aronoff D.M. The influence of non-steroidal anti-inflammatory drugs on the gut microbiome. Clin Microbiol Infect Off Publ Eur Soc Clin Microbiol Infect Dis. 2016; 22 (2): 178.e1–178.
  11. Jackson M.A., Verdi S., Maxan M.-E., Shin C.M., Zierer J., Bowyer R.C.E. Gut microbiota associations with common diseases and prescription medications in a population-based cohort. Nat Commun. 2018; 9 (1): 2655.
  12. Amin A.M., Sheau Chin L., Teh C.-H., Mostafa H., Mohamed Noor D.A., Abdul Kader M.A.S.K. Pharmacometabolomics analysis of plasma to phenotype clopidogrel high on treatment platelets reactivity in coronary artery disease patients. Eur J Pharm Sci Off J Eur Fed Pharm Sci. 2018; 117: 351–61.
  13. Sattar N. Statins and diabetes: What are the connections? Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2023; 37 (3): 101749.
  14. Qin J., Li Y., Cai Z., Li S., Zhu J., Zhang F. A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature 2012; 490 (7418): 55–60.
  15. Caparrós-Martín J.A., Lareu R.R., Ramsay J.P., Peplies J., Reen F.J., Headlam H.A. Statin therapy causes gut dysbiosis in mice through a PXR-dependent mechanism. Microbiome 2017; 5 (1): 95.
  16. Mortensen E.M., Restrepo M.I., Anzueto A., Pugh J. The effect of prior statin use on 30-day mortality for patients hospitalized with community-acquired pneumonia. Respir Res. 2005; 6 (1): 82.
  17. Motzkus-Feagans C.A., Pakyz A., Polk R., Gambassi G., Lapane K.L. Statin use and the risk of Clostridium difficile in academic medical centres. Gut 2012; 61 (11): 1538–42.
  18. Khan T.J., Ahmed Y.M., Zamzami M.A., Mohamed S.A., Khan I., Baothman O. Effect of atorvastatin on the gut microbiota of high fat diet-induced hypercholesterolemic rats. Sci Rep. 2018; 8 (1): 662.
  19. Zimmermann F., Roessler J., Schmidt D., Jasina A., Schumann P., Gast M. Impact of the Gut Microbiota on Atorvastatin Mediated Effects on Blood Lipids. J Clin Med. 2020; 9 (5).
  20. Dawson P.A. Role of the Intestinal Bile Acid Transporters in Bile Acid and Drug Disposition. Handb Exp Pharmacol. 2011; 201: 169–203.
  21. Khan T.J., Ahmed Y.M., Zamzami M.A., Siddiqui A.M., Khan I., Baothman O. Atorvastatin Treatment Modulates the Gut Microbiota of the Hypercholesterolemic Patients. Omics J Integr Biol. 2018; 22 (2): 154–63.
  22. Yoo D.-H., Kim I.S., Van Le T.K., Jung I.-H., Yoo H.H., Kim D.-H. Gut microbiota-mediated drug interactions between lovastatin and antibiotics. Drug Metab Dispos Biol Fate Chem. 2014; 42 (9): 1508–13.
  23. Nolan J.A., Skuse P., Govindarajan K., Patterson E., Konstantinidou N., Casey P.G. The influence of rosuvastatin on the gastrointestinal microbiota and host gene expression profiles. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2017; 312 (5): G488–97.
  24. Wang L., Wang Y., Wang H., Zhou X., Wei X., Xie Z. The influence of the intestinal microflora to the efficacy of Rosuvastatin. Lipids Health Dis. 2018; 17 (1): 151.
  25. Liu Y., Song X., Zhou H., Zhou X., Xia Y., Dong X. Gut Microbiome Associates With Lipid-Lowering Effect of Rosuvastatin in Vivo. Front Microbiol. 2018; 9: 530.
  26. Kummen M., Solberg O.G., Storm-Larsen C., Holm K., Ragnarsson A., Trøseid M. Rosuvastatin alters the genetic composition of the human gut microbiome. Sci Rep. 2020; 10 (1): 5397.
  27. Kaddurah-Daouk R., Baillie R.A., Zhu H., Zeng Z.-B., Wiest M.M., Nguyen U.T. Enteric microbiome metabolites correlate with response to simvastatin treatment. PloS One. 2011; 6 (10): e25482.
  28. Bethell P.H., Goad L., Evershed R., Ottaway J. The Study of Molecular Markers of Human Activity: The Use of Coprostanol in the Soil as an Indicator of Human Faecal Material 1994.
  29. Ko H.H.T., Lareu R.R., Dix B.R., Hughes J.D. Statins: antimicrobial resistance breakers or makers? PeerJ. 2017; 5: e3952.
  30. Santisteban M.M., Qi Y., Zubcevic J., Kim S., Yang T., Shenoy V. Hypertension-Linked Pathophysiological Alterations in the Gut. Circ Res. 2017; 120 (2): 312–23.
  31. Li H.-B., Yang T., Richards E.M., Pepine C.J., Raizada M.K. Maternal Treatment With Captopril Persistently Alters Gut-Brain Communication and Attenuates Hypertension of Male Offspring. Hypertens Dallas Tex 1979. 2020; 75 (5): 1315–24.
  32. Yang T., Aquino V., Lobaton G.O., Li H., Colon-Perez L., Goel R. Sustained Captopril-Induced Reduction in Blood Pressure Is Associated With Alterations in Gut-Brain Axis in the Spontaneously Hypertensive Rat. J Am Heart Assoc. 2019; 8 (4): e010721.
  33. Yu X., Zhang X., Jin H., Wu Z., Yan C., Liu Z. Zhengganxifeng Decoction Affects Gut Microbiota and Reduces Blood Pressure via Renin-Angiotensin System. Biol Pharm Bull. 2019; 42 (9): 1482–90.
  34. Arab H.H., Al-Shorbagy M.Y., Abdallah D.M., Nassar N.N. Telmisartan attenuates colon inflammation, oxidative perturbations and apoptosis in a rat model of experimental inflammatory bowel disease. PloS One. 2014; 9 (5): e97193.
  35. Chan Y.K., Brar M.S., Kirjavainen P.V., Chen Y., Peng J., Li D. High fat diet induced atherosclerosis is accompanied with low colonic bacterial diversity and altered abundances that correlates with plaque size, plasma A-FABP and cholesterol: a pilot study of high fat diet and its intervention with Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) or telmisartan in ApoE−/− mice. BMC Microbiol. 2016; 16 (1): 264.
  36. Robles-Vera I., Toral M., de la Visitación N., Sánchez M., Gómez-Guzmán M., Muñoz R. Changes to the gut microbiota induced by losartan contributes to its antihypertensive effects. Br J Pharmacol. 2020; 177 (9): 2006–23.
  37. Yisireyili M., Uchida Y., Yamamoto K., Nakayama T., Cheng X.W., Matsushita T. Angiotensin receptor blocker irbesartan reduces stress-induced intestinal inflammation via AT1a signaling and ACE2-dependent mechanism in mice. Brain Behav Immun. 2018; 69: 167–79.
  38. Rubio-Tapia A., Herman M.L., Ludvigsson J.F., Kelly D.G., Mangan T.F., Wu T.-T. Severe spruelike enteropathy associated with olmesartan. Mayo Clin Proc. 2012; 87 (8): 732–8.
  39. Yoo H.H., Kim I.S., Yoo D.-H., Kim D.-H. Effects of orally administered antibiotics on the bioavailability of amlodipine: gut microbiota-mediated drug interaction. J Hypertens. 2016; 34 (1): 156–62.
  40. Kumar K.A., Ganguly K., Mazumdar K., Dutta N.K., Dastidar S.G., Chakrabarty A.N. Amlodipine: a cardiovascular drug with powerful antimicrobial property. Acta Microbiol Pol. 2003; 52 (3): 285–92.
  41. Ahn Y., Nam M.H., Kim E. Relationship Between the Gastrointestinal Side Effects of an Anti-Hypertensive Medication and Changes in the Serum Lipid Metabolome. Nutrients 2020; 12 (1).
  42. Vertzoni M., Kersten E., van der Mey D., Muenster U., Reppas C. Evaluating the clinical importance of bacterial degradation of therapeutic agents in the lower intestine of adults using adult fecal material. Eur J Pharm Sci Off J Eur Fed Pharm Sci. 2018; 125: 142–50.
  43. Matuskova Z., Anzenbacherova E., Vecera R., Tlaskalova-Hogenova H., Kolar M., Anzenbacher P. Administration of a probiotic can change drug pharmacokinetics: effect of E. coli Nissle 1917 on amidarone absorption in rats. PloS One. 2014; 9 (2): e87150.
  44. Ittzes B., Szentkiralyi E., Szabo Z., Batai I.Z., Gyorffy O., Kovacs T. Amiodarone that has antibacterial effect against human pathogens may represent a novel catheter lock. Acta Microbiol Immunol Hung. 2020; 67 (2): 133–7.
  45. Brocker C.N., Velenosi T., Flaten H.K., McWilliams G., McDaniel K., Shelton S.K. Metabolomic profiling of metoprolol hypertension treatment reveals altered gut microbiota-derived urinary metabolites. Hum Genomics. 2020; 14: DOI: 10.10.1186/s40246-020-00260-w
  46. Chen H.Q., Gong J.Y., Xing K., Liu M.Z., Ren H., Luo J.Q. Pharmacomicrobiomics: Exploiting the Drug-Microbiota Interactions in Antihypertensive Treatment. Front Med (Lausanne). 2022; 8: 742394.
  47. Jie Z., Xia H., Zhong S.L., Feng Q., Li S., Liang S. The gut microbiome in atherosclerotic cardiovascular disease. Nat Commun. 2017; 8: 845. doi: 10.1038/s41467-017-00900-1
  48. Ежов М.В., Кухарчук В.В., Сергиенко И.В., Алиева А.С., Анциферов М.Б., Шляхто Е.В. Нарушения липидного обмена. Клинические рекомендации 2023. Российский кардиологический журнал. 2023; 28 (5): 5471 / Ezhov M.V., Kukharchuk V.V., Sergienko I.V., Alieva A.S., Antsiferov M.B., Shlyakhto E.V. Disorders of lipid metabolism. Clinical Guidelines 2023. Russian Journal of Cardiology 2023; 28 (5): 5471 (in Russian).
  49. Jin J., Wang J., Cheng R., Ren Y. Orlistat and ezetimibe could differently alleviate the high-fat diet-induced obesity phenotype by modulating the gut microbiota. Front Microbiol. 2022; 13: 908327.
  50. Deng L., Yang Y., Xu, G. Empagliflozin ameliorates type 2 diabetes mellitus-related diabetic nephropathy via altering the gut microbiota. Biochim. Biophys. Acta. Mol. Cell Biol. Lipids 2022; 1867: 159234.
  51. Yang M., Shi F.H. Dapagliflozin Modulates the Fecal Microbiota in a Type 2 Diabetic Rat Model. Front. Endocrinol. 2020; 11: 635.
  52. Wang X., Wang Z., Liu D., Jiang H., Cai C., Li G., Yu G. Canagliflozin Prevents Lipid Accumulation, Mitochondrial Dysfunction, and Gut Microbiota Dysbiosis in Mice with Diabetic Cardiovascular Disease. Front. Pharmacol. 2022; 13: 839640.
  53. Zhang Q., Xiao X., Zheng J., Li M., Yu M. Featured article: Structure moderation of gut microbiota in liraglutide-treated diabetic male rats. Exp. Biol. Med. 2018; 243: 34–44.
  54. Lee D.M., Battson M.L., Jarrell D.K. SGLT2 inhibition via dapagliflozin improves generalized vascular dysfunction and alters the gut microbiota in type 2 diabetic mice. Cardiovasc. Diabetol. 2018; 17: 62.
  55. Deng X., Zhang C., Wang P., Wei W., Shi X. Cardiovascular Benefits of Empagliflozin Are Associated With Gut Microbiota and Plasma Metabolites in Type 2 Diabetes. J Clin Endocrinol Metab. 2022; 107 (7): 1888–1896.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».