Pacjent zgłosił się do gabinetu stomatologicznego aby poddać się zabiegowi ekstrakcji zęba. Lekarz dentysta usunął ząb w znieczuleniu miejscowym i przepisał pacjentowi paracetamol z kodeiną (500 mg + 30 mg) jako środek przeciwbólowy z zaleceniem przyjmowania trzy razy dziennie. Cztery dni po zabiegu nieprzytomnego pacjenta przewieziono do szpitala z objawami ciężkiego zatrucia opioidowego (patrz przypis 1).

Zmienność w odpowiedzi na leczenie

W idealnym świecie każdy przypadek stosowania leków przebiegałby identycznie. Rzeczywistość ma jednak to do siebie, że odbiega od idealnych modeli. Jeżeli mamy grupę pacjentów, cierpiących na to samo schorzenie i leczonych tym samym lekiem, w identycznej dawce, to możemy się spodziewać, że większość z nich faktycznie zareaguje na leczenie prawidłowo. Zdarzają się jednak także pacjenci wykazujący znaczną oporność na zastosowane leczenie. Z drugiej strony, możemy też mieć do czynienia z przypadkami silnej toksyczności, typowej dla znacznego przedawkowania leku, która pojawiła się po przyjęciu przez pacjenta bezpiecznej (tak przynajmniej się wydawało) dawki. Pacjent opisany w pierwszym akapicie artykułu jest przykładem takiej właśnie sytuacji.

Przyczyny zróżnicowanej odpowiedzi na leczenie

Część przypadków takiej zróżnicowanej odpowiedzi na leczenie można wytłumaczyć czynnikami środowiskowymi. Przykładowo, jeżeli pacjent nałogowo nadużywający alkoholu zacznie przyjmować paracetamol, to objawy toksyczności ze strony wątroby pojawią się u niego przy znacznie niższej dawce leku niż u pacjenta niebędącego alkoholikiem (przypis 2) [1]. Często jednak tych różnic nie da się wyjaśnić czynnikami środowiskowymi, co sugeruje, że mamy do czynienia z czynnikiem genetycznym.

Koncepcja wpływu zróżnicowania genetycznego na odpowiedź na leczenie po raz pierwszy pojawiła się na początku XX wieku. Już w 1902 roku Archibald Garrod, angielski lekarz badający przypadki alkaptonurii (przypis 3) wysnuł hipotezę o istotnej roli enzymów w detoksyfikacji ksenobiotyków (przypis 4) [2]. Pół wieku później Arno Motulsky udowodnił, że przypadki hemolizy (przypis 5) po terapii prymachiną (lek antymalaryczny) były powodowane niedoborem enzymu dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej (6GPD) [3]. Dało to początek nowej dziedzinie nauki – farmakogenetyce [4].

Farmakogenetyka

Farmakogenetykę definiuje się jako naukę badającą wpływ zróżnicowania genetycznego na odpowiedź farmakologiczną. Jej przedmiot stanowi zatem to, w jaki sposób polimorficzne (przypis 6) geny kodujące transportery, enzymy, receptory są powiązane z odpowiedzią na leczenie [5]. Aby wytypować potencjalnych kandydatów, których zmienność może wpłynąć na działanie leku możemy przeanalizować jego farmakokinetykę (przypis 7) i farmakodynamikę (przypis 8). Rycina 1 przedstawia taki uproszczony schemat dla leku przeciwkrzepliwego klopidogrelu. Po podaniu drogą doustną substancja jest wchłaniana w jelitach. Pojawia się nasz pierwszy kandydat, którego polimorfizm może wpłynąć na to, ile leku zostanie wchłonięte: gen ABCB1, kodujący glikoproteinę P (przypis 9). Mutacje prowadzące do podwyższonej aktywności glikoproteiny P będą skutkowały zredukowanym wchłanianiem klopidogrelu, co osłabi jego działanie. Po wchłonięciu, klopidogrel musi zostać przekształcony do postaci aktywnej (pierwotnie podany doustnie jest nieaktywnym prolekiem). Proces aktywacji zachodzi przy udziale enzymów cytochromu P450 – kodujące je geny to kolejni kandydaci na istotne farmakogenetyczne polimorfizmy (obniżona aktywność tych enzymów będzie skutkowała znacznie zmniejszonym stężeniem aktywnego metabolitu i słabszym efektem przeciwkrzepliwym). Aktywny metabolit klopidogrelu wiąże się z receptorem ADP na płytce krwi, inaktywując receptor fibrynogenu; potencjalne mutacje w genie kodującym ten receptor mogą doprowadzić do oporności na klopidogrel. Tak przeprowadzone badania farmakogenetyczne wykazały, że jeden z tych kandydatów, gen CYP2C19, na tyle istotnie wpływa na działanie klopidogrelu, że pacjenci, będący nosicielami mutacji znacznie obniżających działanie tego enzymu nie powinni być tym lekiem leczeni z uwagi na słabszy efekt przeciwkrzepliwy i zwiększone ryzyko powikłań sercowo-naczyniowych.

Rycina 1. Farmakokinetyka i farmakodynamika klopidogrelu. Na podstawie [6].

Fenotypy metabolizmu leków

Większość zidentyfikowanych dotąd polimorfizmów farmakogenetycznych dotyczy mutacji prowadzących do nieprawidłowego funkcjonowania ważnych enzymów, odpowiedzialnych za metabolizowanie leków. Ponieważ w czasach, kiedy prowadzono pierwsze badania farmakogenetyczne nie było możliwości łatwego oznaczania polimorfizmów DNA, badacze oceniali aktywność enzymów. Utworzono klasy szybkości metabolizowania leków, stosowane w farmakogenetyce do dzisiaj. Najważniejsze fenotypy metabolizmu leków to:

1. Ekstensywny (normalny) metabolizm (EM): warunkowany obecnością niezmutowanych genów (dzikich), kodujących prawidłowo funkcjonujące enzymy.
2. Słaby metabolizm (PM): będący efektem mutacji prowadzących do bardzo dużego obniżenia aktywności enzymów (o ponad 90%) lub nawet całkowitego ich braku (np. w wyniku delecji całego genu).
3. Pośredni metabolizm (IM): powstający na skutek mutacji prowadzących do częściowego obniżenia aktywności enzymów (zwykle o 40 – 60 %).
4. Ultraszybki metabolizm (UM): skutkujący znacznie podwyższoną aktywnością enzymów (np. w wyniku mutacji zwielokrotnienia liczby kopii genu).

Stosowanie powyższych klas niesie pewną informację – przykładowo, zapis CYP2D6 UM oznacza ultraszybko działający enzym CYP2D6, co może mieć konsekwencje dla leków, które są przez niego metabolizowane (szybszy metabolizm może doprowadzić do braku efektywności klinicznej leku lub zwiększonego ryzyka działań niepożądanych proleku). Takiej informacji nie dostaniemy, jeżeli otrzymamy zapis w postaci CYP2D6 *3/*3 – musimy sięgnąć do źródeł i sprawdzić, co oznacza obecność tych wariantów allelicznych (przypis 10).

Spróbujmy teraz wrócić do przypadku klinicznego, od którego rozpoczął się artykuł i wykorzystać farmakogenetykę do jego analizy. Wiemy, że pacjent przyjmował lek zawierający kodeinę – prolek przekształcany do morfiny przez enzym CYP2D6 (Rycina 2). Zatrucie opioidowe, które wystąpiło pomimo przyjmowania przepisanych dawek jest silną przesłanką, wskazującą na ultraszybko działający enzym (CYP2D6 UM). W celu potwierdzenia tej hipotezy należy wykonać stosowny test genetyczny.

Rycina 2. Farmakokinetyka klopidogrelu. 

Farmakogenomika

Badanie genów kandydatów pozwala wykryć pojedyncze zależności. Rozwój biologii i genetyki molekularnej, pojawienie się mikromacierzy (przypis 11) oraz sekwencjonowania nowej generacji (przypis 12) – otworzyły nowe możliwości przed badaczami, zajmującymi się wpływem zmienności genetycznej na farmakoterapię. Wprowadzono nowy termin – farmakogenomikę (przypis 13), jako naukę, w której stosuje się technologie analizy całego genomu w celu badania różnic w odpowiedzi farmakologicznej [5]. Już teraz dostępne są komercyjne badania wykorzystujące techniki sekwencjonowania nowej generacji, które umożliwiają oznaczenie ponad 50 istotnych farmakogenetycznych polimorfizmów w pojedynczym badaniu [7]. Farmakogenomika to także opracowywanie nowych, celowanych molekularnie leków. Leki takie jak trastuzumab (przypis 14), iwakaftor (przypis 15), imatinib i dazatynib (przypis 16) nie powstałyby, gdyby nie intensywne badania naszego genomu.

Wytyczne farmakogenetyczne

Postępy w farmakogenetyce i farmakogenomice poskutkowały opracowaniem rekomendacji odnośnie dawkowania leków w oparciu o zróżnicowanie farmakogenetyczne. Najważniejsze organizacje opracowujące tego rodzaju wytyczne, to m. in. Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC), Royal Dutch Association for the Advancement of Pharmacy – Pharmacogenetics Working Group (DPWG), Canadian Pharmacogenomics Network for Drug Safety (CPNDS) oraz French National Network of Pharmacogenetics (RNPGx) [8]. Baza danych PharmGKB zawiera obecnie 147 leków, dla których istnieją istotne powiązania pomiędzy zmiennością genetyczną a efektem farmakologicznym i jest sukcesywnie wzbogacana o nowe informacje [8]. Interfejs bazy pozwala na łatwe wyszukanie leku oraz sprawdzenie rekomendacji jeżeli dysponujemy informacją genetyczną.

Podsumowanie

Dekady badań nad ludzkim genomem dostarczyły nam wiedzy, którą można wykorzystać aby zwiększyć skuteczność oraz bezpieczeństwo leczenia. Genetyczna informacja jest wręcz niezbędna w przypadku stosowania leków celowanych molekularnie, które będą skuteczne jedynie w przypadku obecności konkretnych wariantów allelicznych. Z kolei w przypadku takich chorób jak depresja czy schizofrenia, obarczonych znacznym ryzykiem niepowodzenia terapii, farmakogenetyka i farmakogenomika dostarczają cennych narzędzi, umożliwiających szybsze dobranie skutecznych leków. Warto też podkreślić, że wynik badania genetycznego nie dezaktualizuje się, co oznacza że taki farmakogenetyczny test wystarczy wykonać raz w życiu pacjenta. Zyskujemy w ten sposób cenne narzędzie, które lekarz może wykorzystać aby jak najlepiej pomóc swoim pacjentom.

Przypisy:

1. Najbardziej charakterystyczne objawy to szpilkowate źrenice, senność/śpiączka oraz zaburzenia oddychania.

2. Alkohol stymuluje enzymy, których aktywność prowadzi do powstawania hepatotoksycznych metabolitów paracetamolu, a jednocześnie wyczerpuje pulę dostępnego glutationu, który jest niezbędny do neutralizowania tych toksyn.

3. Choroba genetyczna, której przyczyną zaburzenia metabolizmu aminokwasów aromatycznych

4. Związki chemiczne obce dla organizmu, np. leki.

5. Przedwczesny nieprawidłowy rozpad czerwonych krwinek.

6. Polimorfizm genetyczny oznacza, że w populacji występują różnice w DNA; gen polimorficzny to taki, który poza wariantem (allelem) niezmutowanym (dzikim) występuje w populacji również w postaci alleli zmutowanych.

7. Dziedzina farmakologii opisująca zmiany stężenia leku lub jego metabolitów w ustroju w czasie.

8. Dziedzina farmakologii badająca wpływ leku na organizm.

9. Białko odpowiedzialne za usuwanie ksenobiotyków z komórek.

10. Pacjent jest homozygotą – odziedziczył dwa allele genu CYP2D6 z mutacją typu delecji pojedynczego nukleotydu, kodujące nieaktywny enzym, co skutkuje fenotypem słabego metabolizmu (PM).

1. Płytki, na których w regularnych odstępach naniesiono krótkie różniące się sekwencją fragmenty DNA; pozwalają one wykryć komplementarne do siebie cząsteczki DNA lub RNA.

2. Masowe równoległe sekwencjonowanie całego genomu; pozwala w krótkim czasie (i relatywnie niskim kosztem) uzyskać sekwencję całego genomu.

3. Warto jednak podkreślić, że oba terminy – farmakogenetyka i farmakogenomika są często stosowane zamiennie.

4. Przeciwciało monoklonalne przeciwko receptorom HER2, występującym w dużej ilości na powierzchni komórek nowotworowych u części pacjentek chorujących na raka piersi; jego stosowanie znacznie zmniejsza ryzyko nawrotu nowotworu.

5. Pierwszy molekularnie celowany lek dla pacjentów chorych na mukowiscydozę – nosicieli specyficznych mutacji genu CFTR; u takich pacjentów kanał CFTR nie jest drożny (ma zbyt wąskie światło); iwakaftor przyłącza się do zmutowanego kanału i poszerza jego światło, przywracając fizjologiczną aktywność.

6. Inhibitory kinazy BCR-ABL, obowiązkowo stosowane w chemioterapii białaczek z potwierdzoną obecnością chromosomu Filadelfia.

Bibliografia:

1. Przeklasa-Muszyńska A. Uzależnienie od alkoholu a leczenie przeciwbólowe. https://www.mp.pl/bol/ekspert/215611,uzaleznienie-od-alkoholu-a-leczenie-przeciwbolowe
2. Prasad C, Galbraith PA. Sir Archibald Garrod and alkaptonuria -‘story of metabolic genetics’. Clin Genet. 2005 Sep;68(3):199-203. doi: 10.1111/j.1399-0004.2005.00487.x. PMID: 16098007.
3. Motulsky AG. Drug reactions enzymes, and biochemical genetics. J Am Med Assoc. 1957 Oct 19;165(7):835-7. doi: 10.1001/jama.1957.72980250010016. PMID: 13462859.
4. Vogel F. Moderne problem der humangenetik. Ergeb Inn Med U Kinderheilk 1959;12:52-125
5. Tambour, S., C. Crabbe, J. (2010). Pharmacogenetics. In: Stolerman, I.P. (eds) Encyclopedia of Psychopharmacology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-68706-1_47
6. Simon T, Verstuyft C, Mary-Krause M, Quteineh L, Drouet E, Méneveau N, Steg PG, Ferrières J, Danchin N, Becquemont L; French Registry of Acute ST-Elevation and Non-ST-Elevation Myocardial Infarction (FAST-MI) Investigators. Genetic determinants of response to clopidogrel and cardiovascular events. N Engl J Med. 2009 Jan 22;360(4):363-75. doi: 10.1056/NEJMoa0808227. Epub 2008 Dec 22. PMID: 19106083.
7. https://warsawgenomics.pl/testy/#!/panel/farmakogenetyka-panel-duzy
8. https://www.pharmgkb.org/guidelineAnnotations

Fakty i Mity Genetyki tworzone są przez pasjonatów, specjalistów w swoich dziedzinach.
Ten artykuł czytasz za darmo, bez reklam, bez spamu. Doceń naszą pracę i postaw nam wirtualną kawę 🙂
Dziękujemy! – Wasza Redakcja FiMG