Kardiologia Polska 2009; 67: 9
Rola polimorfizmu cytochromu P450 w metabolizmie leków stosowanych w farmakoterapii chorób
układu krążenia
The role of genetic polymorphisms of cytochrome P450 in drug metabolism used in the treatment of cardiovascular diseases
A
Annnnaa WWoojjttcczzaakk,, JJaaddwwiiggaa SSkkrręęttkkoowwiicczz
Zakład Farmakogenetyki, Uniwersytet Medyczny, Łódź
Kardiol Pol 2009; 67: 1011-1014
Adres do korespondencji:
lek. Anna Wojtczak, Zakład Farmakogenetyki, Uniwersytet Medyczny, ul. Muszyńskiego 1, 90-151 Łódź, tel.: +48 42 632 21 13, e-mail: awojt@mp.pl
P
Prraaccaa wwppłłyynnęęłłaa:: 14.03.3009. ZZaaaakkcceeppttoowwaannaa ddoo ddrruukkuu:: 18.03.2009.
Artykuł poglądowy/Review article
Wstęp
Różnice międzyosobnicze w szybkości biotransforma- cji leków są wynikiem wzajemnych zależności między czyn- nikami środowiskowymi a genetycznymi. Ostatnie lata przyniosły dynamiczny rozwój farmakogenetyki, której przedmiotem jest badanie różnic w metabolizmie leków spowodowanych polimorfizmem genów, które kodują en- zymy odpowiedzialne za ich biotransformację. Zahamowa- nie aktywności enzymów prowadzi do zwiększenia stęże- nia leku we krwi i tym samym do wydłużenia i nasilenia jego działania, nasilenie aktywności enzymu powoduje na- tomiast zmniejszenie stężenia, a w konsekwencji skróce- nie i osłabienie siły działania leku. W przypadku proleków hamowanie enzymów osłabia ich działanie, a indukcja en- zymów – nasila. Na podstawie cech genotypowych można wyróżnić dwie grupy osób istotnie różniących się pod względem aktywności analizowanego enzymu. Do jed- nej grupy należą osoby dobrze metabolizujące dany lek (ang. extensive metabolisers, EM) o genotypie homozygo- ty dzikiej lub heterozygoty o jednym allelu dzikim i jednym allelu zmutowanym. Do drugiej grupy – osoby o niskiej ak- tywności enzymu biotransformującego (ang. poor metabo- lisers, PM) o genotypie homozygotycznym z dwoma zmu- towanymi allelami.
Wiele leków stosowanych w chorobach układu sercowo- -naczyniowego jest metabolizowanych w wątrobie na dro- dze utleniania przy udziale enzymów mikrosomalnych cy- tochromu P450 (CYP). Z klinicznego punktu widzenia bar- dzo istotne jest uwzględnianie w farmakoterapii polimorfizmu enzymów CYP.
Cytochrom P450 jest głównym składnikiem układu wieloczynnościowej monooksydazy (ang. mixed function oxidases, MFO), który katalizuje procesy utleniania sub- stancji endogennych, np. steroidów, oraz ksenobiotyków, w tym ok. 70% najczęściej stosowanych leków. Wszystkie izoenzymy CYP są hemoproteinami.
W ludzkim genomie występuje ponad 50 genów kodu- jących poszczególne izozymy wchodzące w skład cytochro- mu P450. Geny zostały zaliczone do kilkunastu rodzin, wśród których wyróżniono podrodziny. Obserwuje się zróż- nicowaną i charakterystyczną dla danych populacji czę- stość występowania poszczególnych alleli genów CYP [1, 2].
W kardiologii szczególnie istotne są polimorfizmy rodzin CYP2 (podrodziny CYP2C i CYP2D) oraz CYP3 (podrodziny CYP3A).
Leki blokujące receptory beta-adrenergiczne
Leki blokujące receptory beta-adrenergiczne należą do najczęściej stosowanych preparatów w terapii chorób układu sercowo-naczyniowego. Polimorfizm genu kodują- cego izoenzym CYP2D6, który jest odpowiedzialny za me- tabolizm takich beta-blokerów, jak: metoprolol, karwedilol, bisoprolol czy propranolol, może wpływać na odpowiedź organizmu na dany lek. Obecność zmutowanych alleli ge- nu CYP2D6 powoduje zmniejszoną aktywność enzymatycz- ną. Częstość występowania PM jest różna w różnych po- pulacjach. W populacji kaukaskiej Europy i Ameryki Północnej częstość występowania PM wynosi 5–10% [3].Osoby te mogą być narażone na częstsze działania niepo- żądane towarzyszące leczeniu.
Kardiologia Polska 2009; 67: 9
1012 Anna Wojtczak, Jadwiga Skrętkowicz
Metoprolol należy do selektywnych antagonistów re- ceptora beta1-adrenergicznego. U osób będących PM me- toprolol osiąga kilkakrotnie wyższe stężenia w surowicy niż u osób z prawidłową aktywnością CYP2D6. Lennard i wsp. wykazali wydłużenie okresu półtrwania u PM (7,5 godz.) w odniesieniu do EM (2,8 godz.). Związany z działaniem leku spadek częstotliwości pracy serca, a tym samym skłonność do niepożądanej bradykardii, były ob- jawami znacząco częstszymi i silniej wyrażonymi w gru- pie PM. Ponadto metoprolol w dużych stężeniach w suro- wicy może tracić kardioselektywność, co naraża chorych PM na działania niepożądane charakterystyczne dla nie- selektywnych beta-brokerów, jak na przykład skurcz oskrzeli [4].
Kolejnym beta-blokerem, którego działanie może za- leżeć od polimorfizmu CYP2D6 jest karwedilol. Zhou i wsp.
wykazali, iż klirens enancjomeru R (+) karwedilolu był o 66% niższy wśród PM w porównaniu z EM. Badacze wy- kazali także u PM zwiększone pole powierzchni pod krzy- wą (ang. area under the curve, AUC) R (+) karwedilolu o 138% [5].
Leki antyarytmiczne
Stosowanie leków antyarytmicznych jest związane ze zwiększonym ryzykiem poważnych działań niepożądanych, często w postaci kolejnych arytmii. Znanymi czynnikami sprzyjającymi arytmii są zaburzenia elektrolitowe i inter- akcje międzylekowe. Wystąpienie proarytmogennego dzia- łania leków antyarytmicznych, szczególnie przy braku po- wyższych sprzyjających czynników, może być spowodo- wane obecnością polimorfizmów genetycznych.
Propafenon – lek antyarytmiczny klasy IC, podlega me- tabolizmowi przez izoenzym CYP2D6. Ponadto propafenon jest silnym inhibitorem CYP2D6. Siddoway i wsp. zauwa- żyli, iż u PM dochodzi do znacznego upośledzenia prze- miany propafenonu do jego metabolitu (5-hydroksypropa- fenon) i w związku z tym propafenon osiąga wysokie stężenia w surowicy. Wysokie stężenia propafenonu pre- dysponują do wystąpienia działań niepożądanych, między innymi ze strony ośrodkowego układu nerwowego [6]. Ba- dania fenotypu oksydacji CYP2D6 wśród chorych z migo- taniem przedsionków leczonych propafenonem przepro- wadzone przez Jaźwińską-Tarnawską i wsp. wykazały również większe stężenia propafenonu u chorych PM [7].
Wraz ze wzrostem stężenia propafenonu w surowicy zwiększa się także możliwość wystąpienia niepożądane- go działania proarytmogennego. Osoby będące PM, przyj- mując standardowe dawki propafenonu, są bardziej nara- żone na arytmię. Labbe i wsp. wykazali znacznie zwiększone stężenia propafenonu i meksyletyny u PM w porównaniu z EM [8].
Antagoniści receptora dla angiotensyny II
Losartan – przedstawiciel selektywnych antagonistów receptora dla angiotensyny II (AT1), grupy leków stosowa-nych w farmakoterapii nadciśnienia tętniczego, należy do substratów izoenzymu CYP2C9. Aktywny metabolit lo- sartanu (E-3174 – metabolit kwasu karboksylowego) po- wstaje w wyniku biotransformacji zachodzącej z udziałem izoenzymu CYP2C9. Wśród osób, u których wykryto obec- ność zmutowanych alleli, zaobserwowano zmniejszone działanie hipotensyjne leku [9]. Wynika to niewątpliwie ze zmiany stężenia aktywnego metabolitu we krwi, zależne- go od genotypu. Yasar i wsp. obserwowali znacząco niskie stężenia aktywnego metabolitu losartanu u homozygot o genotypie CYP2C9*3/*3, czyli nosicieli dwóch zmutowa- nych alleli. W badaniu wykazano również, iż stosunek AUC losartanu do AUC aktywnego metabolitu u tych osób był aż 30-krotnie wyższy w porównaniu z homozygotą nie- zmutowaną [10].
Antagoniści kanałów wapniowych
Nifedypina, pochodna 1,4-dihydropirydyny, należy do an- tagonistów kanałów wapniowych II grupy. Jest najsilniej- szym lekiem hipotensyjnym spośród antagonistów wapnia.
Metabolizm nifedypiny jest związany z izoenzymem CYP3A4. Polimorfizm w obrębie genu kodującego ten izo- enzym wpływa na parametry kinetyczne nifedypiny. Sata i wsp. wykazali, iż obecność zmutowanego allela CYP3A4*2 powoduje obniżenie Vmaxdla nifedypiny o ok. 36% w po- równaniu z homozygotą dziką [11]. Lee i wsp., badając me- tabolizm nifedypiny, odnotowali wyraźne zmniejszenie war- tości Vmax i CLmax w obecności zmutowanego allela CYP3A4*17 w porównaniu z allelem dzikim. Jednocześnie badacze nie stwierdzili znaczących różnic w farmakokine- tyce leku przy obecności innych zmutowanych alleli:
CYP3A4*3, CYP3A4*18 i CYP3A4*19 [12].
Doustne antykoagulanty
Warfaryna i acenokumarol są lekami stosowanymi w prewencji incydentów zakrzepowo-zatorowych, między innymi u chorych z utrwalonym migotaniem przedsionków, po wszczepieniu sztucznych zastawek serca. Leki te należą do antagonistów witaminy K i hamują w wątrobie syntezę czynnych postaci protrombiny oraz czynników krzepnię- cia VII, IX i X. Dobrze wchłaniają się z przewodu pokarmo- wego i są metabolizowane w wątrobie przy udziale enzy- mu CYP2C9, który wykazuje polimorfizm genetyczny.
Podczas stosowania warfaryny przez osoby posiadają- ce zmutowane allele CYP2C9, warunkujące zmniejszoną aktywność enzymatyczną, obserwowano konieczność re- dukcji dawek w celu uniknięcia krwawienia. Jednocześnie osoby o obniżonej aktywności enzymu CYP2C9 osiągały efekt terapeutyczny przy stosowaniu dużo mniejszych da- wek warfaryny. Zarówno badania in vitro, jak i in vivo wy- kazały obniżenie klirensu warfaryny w przypadku obecno- ści zmutowanych alleli. Zatem określenie genotypu CYP2C9 może się przyczynić do podniesienia bezpieczeństwa le- czenia przeciwzakrzepowego i zmniejszenia ryzyka wystą- pienia działań niepożądanych, w szczególności ryzyka
Kardiologia Polska 2009; 67: 9 1013
Rola polimorfizmu cytochromu P450 w metabolizmie leków stosowanych w farmakoterapii chorób układu krążenia
krwawienia. Uwzględnienie polimorfizmu enzymu CYP2C9 pozwala również tak ustalić dawkowanie leku, aby szyb- ko osiągnąć terapeutyczne stężenie INR (ang. internatio- nal normalized ratio – międzynarodowy współczynnik znor- malizowany czasu protrombinowego) i zwiększyć efektywność leczenia [13, 14].
Tassies i wsp. wykazali, iż przy stosowaniu terapii ace- nokumarolem wśród chorych nosicieli zmutowanych alleli CYP2C9 szybko dochodziło do pożądanego efektu an- tykoagulacyjnego i chorzy ci wymagali stosowania mniej- szych dawek leku niż osoby o genotypie bez mutacji. Jed- nocześnie w badaniu tym nie ujawniono wyraźnego związku między obecnością zmutowanych alleli a zwięk- szonym ryzykiem krwawienia [15]. Visser i wsp. natomiast postulują, że wśród nosicieli zmutowanych alleli przy dłu- gotrwałej terapii acenokumarolem zwiększa się ryzyko wy- stąpienia krwawień o małym nasileniu. Badacze nie zaob- serwowali jednak zwiększonego ryzyka krwawienia na początku leczenia acenokumarolem i nie dotyczyło to krwotoków i krwawień bardzo nasilonych [16].
Leki przeciwpłytkowe
Klopidogrel jest inhibitorem agregacji płytek krwi po- przez zablokowanie receptora płytkowego i dalszej akty- wacji kompleksu GP IIb/IIIa. Klopidogrel jest prolekiem.
Powstawanie aktywnego metabolitu – pochodnej tiolowej, ma miejsce w wątrobie na drodze utleniania klopidogrelu przy udziale izoenzymów cytochromu P450, głównie CYP3A4 i CYP2B6, a w mniejszym stopniu CYP1A1, CYP1A2 i CYP2C19. Niektórzy badacze postulują związek polimor- fizmu cytochromu P450 z niekorzystnymi zdarzeniami ser- cowymi u chorych po implantacji stentów. Lau i wsp. za- uważyli, że zarówno u ludzi zdrowych, jak i u chorych po zabiegu PCI (ang. percutaneous coronary intervention) z implantacją stentu indywidualna aktywność płytek po za- stosowaniu klopidogrelu koreluje z aktywnością CYP3A4.
Heestermans i wsp. w swojej pracy również potwierdzili taką korelację [16-18]. Ponieważ klopidogrel jest prolekiem, obecność zmutowanych alleli zmniejszających aktywność enzymatyczną może zmniejszać jego skuteczność tera- peutyczną.
Inhibitory reduktazy HMG-CoA
Simwastatyna, lowastatyna i atorwastatyna należą do inhibitorów reduktazy HMG-CoA, leków powszechnie znanych jako statyny, stosowanych w leczeniu zaburzeń lipidowych oraz w prewencji powikłań miażdżycowych (m.in. zawał mięśnia sercowego) w przebiegu choroby nie- dokrwiennej serca. Metabolizm statyn odbywa się w wą- trobie przy udziale izoenzymów CYP3A4/5. Polimorfizm CYP3A4/5 może mieć istotny wpływ na skuteczność lecze- nia statynami. Kajinami i wsp. wykazali większą skutecz- ność leczenia atorwastatyną wśród nosicieli zmutowane- go allela CYP3A4*3 niż u nosicieli alleli CYP3A4*1B i CYP3A4*17 [19]. Gao i wsp. badali wpływ genotypu
CYP3A4 na stężenie cholesterolu całkowitego po leczeniu simwastatyną i atorwastatyną. Badacze zaobserwowali podczas leczenia atorwastatyną statystycznie znamienne obniżenie stężenia cholesterolu całkowitego wśród homo- zygot zmutowanych CYP3A4*1G/CYP3A4*1G (mutacja G2023A obecna wśród Azjatów i stosunkowo niedawno wykryta) w porównaniu z homozygotami dzikimi CYP3A4*1/ CYP3A4*1. Podczas leczenia simwastatyną obec- ność zmutowanego allela nie miała wpływu na skutecz- ność terapii [20]. Kivisto i wsp., uwzględniając polimorfizm genu CYP3A5, odnotowali mniejszą skuteczność leczenia lowastatyną, simwastatyną i atorwastatyną wśród homo- zygot dzikich (CYP3A5*1/CYP3A5*1) w porównaniu z ho- mozygotami zmutowanych o genotypie CYP3A5*3/
/CYP3A5*3. Po rocznym leczeniu stężenie cholesterolu cał- kowitego i cholesterolu frakcji LDL (ang. low-density lipo- protein) u homozygot dzikich było wyższe o odpowied- nio 23 i 24% [21].
Polimorfizm cytochromu P450 w aspekcie zwiększonego ryzyka chorób układu krążenia
Wielu badaczy postuluje wpływ polimorfizmu cytochro- mu P450 na etiopatogenezę wielu chorób, w tym chorób układu krążenia. Obecność mutacji wśród alleli kodujących izoenzymy ma związek z podwyższonym ryzykiem ujaw- nienia się niektórych chorób lub wpływa na przebieg pro- cesu chorobowego.Udział izoenzymu CYP2C8 w syntezie czynników wazoaktywnych może mieć znaczenie w patogenezie m.in.
nadciśnienia tętniczego, choroby niedokrwiennej serca.
Yasar i wsp. zaobserwowali większe ryzyko ostrego zespo- łu wieńcowego u chorych (zwłaszcza mężczyzn), u których występował zmutowany allel CYP2C8*3 wraz ze zmutowa- nym allelem CYP2C9*2 lub CYP2C9*3 [22].
Podsumowanie
Wiele leków stosowanych w terapii chorób układu krą- żenia podlega biotransformacji na drodze utleniania po- przez układ izoenzymów cytochromu P450. Polimorfizmy genów kodujących enzymy mogą w znaczący sposób mo- dyfikować odpowiedź organizmu na zastosowane lecze- nie. Uwzględnianie wyników badań farmakogenetycznych w złożonym procesie opieki nad chorym może być niezwy- kle istotne ze względów klinicznych i stanowić podstawę do wprowadzenia indywidualizacji terapii. Może się rów- nież przyczynić do zwiększenia skuteczności i bezpieczeń- stwa farmakoterapii chorób układu krążenia.
P
Piiśśmmiieennnniiccttwwoo
1. Ingelman-Sundberg M. Pharmacogenetics of cytochrome P450 and its applications in drug therapy: the past, present and future.
Trends Pharmacol Sci 2004; 25: 193-200.
2. Skrętkowicz J, Rychlik-Sych M. Polimorfizm cytochromu P-450.
Farm Pol 2008; 64: 61-72.
Kardiologia Polska 2009; 67: 9
1014 Anna Wojtczak, Jadwiga Skrętkowicz
3. Wojtczak A, Rychlik-Sych M, Krochmalska-Ulacha E, et al. CYP2D6 phenotyping with dextromethorphan. Pharmacol Rep 2007; 59: 734-8.
4. Lennard MS, Silas JH, Freestone S, et al. Oxidation phenotype – a major determinant of metoprolol metabolism and response.
N Engel J Med 1982; 307: 1558-60.
5. Zhou HH, Wood AJ. Stereoselective disposition of carvedilol is determined by CYP2D6. Clin Pharmacol Ther 1995; 57: 518-24.
6. Siddoway L, Thompson, Mc Allister B, et al. Polymorphism of propafenone metabolism and disposition in man: clinical and pharmacokinetic consequences. Circulation 1987; 4: 785-91.
7. Jaźwińska-Tarnawska E, Orzechowska-Juzwenko K, Niewiński P, et al. Skuteczność terapii w aspekcie genetycznie uwarunkowanego metabolizmu leków. Prob Ter Mon 2006; 17: 231-7.
8. Labbe L, O’Hara G, Lefebvre M, et al. Pharmacokinetic and pharmacodynamic interaction between mexiletine and propafenone in human beings. Clin Pharmacol Ther 2000; 68: 44-57.
9. Miners JO, Birkett DJ. Cytochrome P4502C9: an enzyme of major importance in human drug metabolism. Br J Clin Pharmacol 1998; 45: 525-38.
10. Yasar U, Forslund-Bergengren C, Tybring G, et al. Pharmacokinetics of losartan and its metabolite E-3174 in relation to the CYP2C9 genotype. Clin Pharmacol Ther 2002; 71: 89-98.
11. Sata F, Sapone A, Elizondo G, et al. CYP3A4 allelic variants with amino acid substitutions in exons 7 and 12: evidence for an allelic variant with altered catalytic activity. Clin Pharmacol Ther 2000;
67: 48-56.
12. Lee SJ, Bell DA, Coulter SJ, et al. Recombinant CYP3A4*17 is defective in metabolizing the hypertensive drug nifedipine, and the CYP3A4*17 allele may occur on the same chromosome as CYP3A5*3, representing a new putative defective CYP3A haplotype.
Clin Pharmacol Ther 2005; 313: 302-9.
13. Higashi MK, Veenstra DL, Kondo LM, et al. Association between CYP2C9 genetic variants and anticoagulation-related outcomes during warfarin therapy. J Am Med Assoc 2002; 287: 1690-8.
14. Taube J, Halsall D, Baglin T. Influence of cytochrome P-450 CYP2C9 polymorphisms on warfarin sensitivity and risk of over- -anticoagulation in patients on long-term treatment.
Blood 2000; 96: 1816-9.
15. Tassies D, Freire C, Pijoan J, et al. Pharmacogenetics of acenocoumarol: cytochrome P450 CYP2C9 polymorphisms influence dose requirements and stability of anticoagulation.
Haematologica 2002; 87: 1185-91.
14. Visser LE, van Schaik RH, van Vliet M, et al. The risk of bleeding complications in patients with cytochrome P450 CYP2C9*2 or CYP2C9*3 alleles on acenocoumarol or phenprocoumon. Thromb Haemost 2004; 92: 61-6.
15. Lau WC, Gurbel PA, Watkins PB, et al. Contribution of hepatic cytochrome P450 3A4 metabolic activity to the phenomenon of clopidogrel resistance. Circulation 2004; 109: 166-71.
16. Heestermans AA, van Werkum JW, Schömig E, et al. Clopidogrel resistance caused by a failure to metabolize clopidogrel into its metabolites. J Thromb Haemost 2006; 4: 1143-5.
17. Kajinami K, Rousseau ME, Ordovas JM, et al. CYP3A4 genotypes and plasma lipoprotein levels before and after treatment with atorvastatin in primary hypercholesterolemia. Am J Cardiol 2004; 93: 104-7.
18. Gao Y, Hang L, Fu Q. CYP3A4*1G polymorphism is associated with lipid-lowering efficacy of atorvastain but not of simvastatin. Eur J Clin Pharmacol 2008 [Epub ahead of print].
19. Kivisto KT, Niemi M, Schaeffeler E, et al. Lipid-lowering response to statins is affected by CYP3A5 polymorhism. Pharmacogenetics 2004; 14: 523-5.
20. Yasar U, Bennet AM, Eliasson E, et al. Allelic variants of cytochromes P450 2C modify the risk for acute myocardial infarction. Pharmacogenetics 2003; 13: 715-20.
