Farmakogenetika protinádorové terapie

Supplementum: 1 / 2005 (Obsah)
Rubrika: Nové trendy ve farmakoterapii
Obor: Onkologie
Autoři: MUDr. Ondřej Slanař
Autoři - působiště: Oddělení klinické farmakologie 1. LF UK a VFN, Subkatedra klinické farmakologie IPVZ, Praha

Souhrn

Hlavním problémem současné protinádorové terapie je vysoká variabilita lékové odpovědi, včetně projevů toxicity nebo rezistence k léčbě. Nemožnost predikce odpovědi na léčbu vede k volbě terapie a dávkování, které nejsou pro mnoho pacientů optimální.
 

Úvod

Hlavním problémem současné protinádorové terapie je vysoká variabilita lékové odpovědi, včetně projevů toxicity nebo rezistence k léčbě. Nemožnost predikce odpovědi na léčbu vede k volbě terapie a dávkování, které nejsou pro mnoho pacientů optimální. Významnými zdroji variability jsou zejména charakter a vlastnosti nádorových buněk, ale také genetické faktory predisponující každého jedince k odpovědi na léčbu pro něj charakteristické. Mechanismy rezistence nádorových buněk byly opakovaně popsány v české i zahraniční literatuře. [1,2] Cílem tohoto článku je shrnout nejlépe popsané příklady farmakogenetických predispozic na úrovni organismu ovlivňujících protinádorovou léčbu. Jejich molekulární podstatou jsou nejčastěji bodové záměny nukleotidů v DNA nebo delece a inzerce, které vedou ke změnám v aminokyselinové sekvenci kódovaných proteinů nebo změnám intenzity přenosu genetické informace do RNA s následně změněným množstvím vznikajících proteinů. Pokud je četnost genetických příčin variability nižší než 1 %, označují se jako mutace, je-li vyšší, jedná se o polymorfismy.

Uvedené genetické příčiny variability jsou přítomny v genech kódujících jaterní enzymy, genech transportních proteinů významně modulujících přestup léčiv přes buněčné membrány i genech cílových struktur pro léčiva.

Při podávání látky odbourávané enzymem, jehož gen je v populaci polymorfní, dochází u lidí s variantními alelami genu (tzv. pomalých metabolizátorů) ke snížení metabolické aktivity s následnými výrazně vyššími plazmatickými koncentracemi léčiva. Nadměrně vysoké plazmatické koncentrace jsou poté příčinou výskytu toxických nežádoucí účinků, které mohou být nicméně předvídatelné právě na základě znalosti genotypu nebo přímo aktivity příslušných enzymů. Existují rovněž polymorfismy zvyšující aktivitu enzymů, a potom bývá odbourávání léčiv natolik zrychlené, že standardně podávané dávky nevedou k vytvoření minimálních účinných koncentrací, a u těchto lidí se tedy genetické predispozice projevují selháním terapie.

#IMG_SHOW,Suppl2005_020,400,center#

Na výsledném účinku léčby se neméně podílejí také cílové struktury pro příslušné látky. Polymorfními cílovými strukturami bývají nejen receptory, ale méně často i jiné buněčné součásti. Přítomnost variantních alel v těchto genech může vést buď ke zvýšené, nebo naopak ke snížené citlivosti cílových míst k účinkům léčiva. Podle charakteru změn se potom klinicky projevují jako vystupňovaný účinek léčby ve formě projevů nežádoucích reakcí nebo jako rezistence na podávanou léčbu.

Příklady nejlépe popsaných polymorfismů v genech kódujících enzymy, přenašeče i cílové proteiny ovlivňujících protinádorovou terapii jsou shrnuty v tabulce 1. Tučně jsou vyznačeny příklady protinádorových léčiv, jejichž podávání se na některých pracovištích zahajuje nebo upravuje s ohledem na výsledek farmakogenetického vyšetření. V současnosti nejčastějším klinicky využívaným farmakogenetickým vyšetřením je v oblasti protinádorové léčby stanovení aktivity thiopurinmethyltransferázy (TPMT), což je významný enzym biodegradace azathioprinu a jemu příbuzných léčiv.

#IMG_SHOW,Suppl2005_021,400,center#

Azathioprin a thiopurinmethyltransferáza

Azathioprin je antimetabolit purinových bází, který se používá při léčbě hematoonkologických onemocnění u dětí a také v rámci imunosupresivní terapie autoimunitních onemocnění nebo idiopatických střevních zánětů u pacientů rezistentních k jiné léčbě. Azathioprin je proléčivo, z něhož vznikají vlastní účinné thioguaninové metabolity, které se jako falešné báze inkorporují do nukleových kyselin a inhibují tak jejich transkripci (obrázek 1). [3] Druhým mechanismem účinku je inhibice de novo syntézy purinových nukleotidů, zprostředkovaná dalším účinným metabolitem, methylthioinosinmonofosfátem, vytvářeným jinou metabolickou cestou. TPMT je zásadní enzym pro odbourávání azathioprinu na neaktivní a netoxické metabolity, jež jsou posléze vyloučeny z organismu. Dostatečná aktivita TPMT tak zabraňuje hromadění thioguaninových nukleotidů a následně vystupňovaným projevům cytotoxicity, vyjádřeným ve většině případů útlumem krvetvorby. U evropského obyvatelstva je TPMT polymorfní, s výskytem přibližně 11 % jedinců, kteří mají jednu funkčně deficitní alelu v genomu způsobující významné snížení katalytické aktivity enzymu. Kompletní deficit TPMT se vyskytuje u 0,3 % jedinců bez funkčně plně kompetentních alel.

#IMG_SHOW,Suppl2005_022,400,center#

Molekulární příčiny defektu TPMT jsou dobře popsané. Nejčastěji se vyskytují deficitní alely označované TPMT*2, TPMT*3A, TPMT*3B, TPMT*3C. Současné analytické postupy umožňují 99% shodu zjištěného genotypu se skutečnou aktivitou TPMT. [4] Klinické projevy deficitu TPMT jsou závažné pro pacienty, kteří jsou heterozygoty nebo homozygoty pro funkčně variantní alely. [5-8] Při léčbě akutní lymfoblastické leukemie dětí je popisována nejvyšší kumulativní incidence toxických reakcí, jež si vyžádají snížení dávek podávané léčby, ve skupině pomalých metabolizátorů (100 %), a nejnižší u rychlých metabolizátorů (7 %) (obrázek 2a). [8] Zároveň jsou projevy toxicity u pomalých metabolizátorů nejčasnější od zahájení podávání léčby v porovnání s rychlými metabolizátory (obrázek 2b). Snášené dávky na konci léčebného cyklu jsou rovněž statisticky významně rozdílné v jednotlivých genotypových skupinách, u pomalých metabolizátorů byla snášená dávka v průměru 7–8krát nižší než u pacientů bez funkčně deficitních alel pro TPMT v genomu (obrázek 2c). Geneticky podmíněný defekt metabolismu azathioprinu vede také k významně vyšší pravděpodobnosti hospitalizace, transfuze a odložení plánovaných cyklů chemoterapie z důvodů toxicity. [5] Redukce podávaných dávek léčiva podle genotypu naopak snižuje výskyt toxicity u pacientů s deficitem TPMT na úroveň srovnatelnou jako u jedinců s normální aktivitou TPMT. Jednotlivé případy myelotoxicity azathioprinu jako následek kumulace thioguaninových nukleotidů jsou dokumentovány v řadě populací, [9] několik případů toxicity u TPMT-deficitních pacientů bylo zaznamenáno i u českého obyvatelstva. [10]

#IMG_SHOW,Suppl2005_023,400,center#

Vzhledem k horší prognóze pacientů, u kterých je z důvodů toxicity odložen cyklus chemoterapie, je analýza genotypu TPMT před zahájením podávání azathioprinu doporučována u dětských pacientů s akutní lymfoblastickou leukemií i u dospělých pacientů, u kterých je podávání azathioprinu indikováno. [7,8] Třebaže je výskyt deficitu TPMT poměrně málo častý, je i jen z ekonomického hlediska výhodnější individualizovat dávkování na základě rutinního screeningového vyšetření genotypu u všech pacientů před zahájením léčby azathioprinem v porovnání s klasickým postupem při zahajování terapie. [11,12]

Irinotecan a UDP-glukuronosyltransferáza 1A1

Irinotecan je polysyntetické léčivo, které podléhá bioaktivaci na účinný metabolit označovaný jako SN-38, jenž inhibuje topoisomerázu I (obrázek 3). [13] SN-38 je dále metabolizován na neaktivní a netoxické metabolity prostřednictvím enzymu UDP-glukuronosyltransferázy 1A1 (UGT1A1). [14] Léčivo je používáno v terapii nádorových onemocnění včetně kolorektálního karcinomu a přes značnou ekonomickou nákladnost patří mezi často používané protinádorové látky. Enterotoxicita a myelotoxicita jsou nicméně často příčinami omezujícími podání irinotecanu, znemožňují podávání dostatečných dávek a bývají spojeny s vysokými koncentracemi SN-38 v krvi. Jednou z příčin tohoto jevu je genetický polymorfismus UGT1A1, vedoucí k nižší přeměně SN-38 na netoxické glukuronidy. [15-17] Například nedávno publikovaná studie popisuje s dostatečnou statistickou významností, že jedinci s genetickým deficitem UGT1A1 mají vyšší riziko vzniku těžké neutropenie po podávání standardních dávek irinotecanu. [18]

#IMG_SHOW,Suppl2005_024,400,center#

Nejčastější molekulárně genetický podklad pro uvedený polymorfismus je na úrovni promotoru genu UGT1A1, obsahujícího za normálních okolností šest opakujících se úseků TA. [19] Výskyt většího množství opakování úseku TA vede ke snížení exprese proteinu enzymu s následným snížením katalytické aktivity UGT1A1. Tento genotyp bývá často diagnostikován na základě fenotypových projevů jako familiární hyperbilirubinemie u pacientů s oběmi variantními alelami v genu UGT1A1, kterých je v naší populaci přibližně 12 %. V současnosti probíhají klinické studie, jejichž cílem je stanovit, jakým způsobem by bylo třeba upravovat dávkování irinotecanu u pacientů, u kterých bude diagnostikována tato genetická porucha metabolismu léčiva před zahájením léčby.

5-fluorouracil a dihydropyrimidindehydrogenáza

Dihydropyrimidindehydrogenáza (DPD) je enzym, jehož aktivita je limitující fází degradace 5-fluorouracilu (5-FU) na neaktivní metabolity (obrázek 4). Celkově je z podané dávky touto cestou odbouráváno přibližně 80–95 % a vlastní účinek je zprostředkován pouze 5 % podané dávky léčiva, která je přeměňována na aktivní metabolity s cytotoxickým účinkem uplatňujícím se v protinádorové léčbě. Při deficitu katabolické cesty DPD je organismus ve zvýšené míře vystaven působení aktivního metabolitu (fluorodeoxyuridinmonofosfátu), vedoucího k závažným až fatálním toxickým nežádoucím reakcím po podání 5-FU. [20,21] Molekulární podstata deficitu DPD není v současnosti plně objasněna a pravděpodobně je výsledkem mnoha polymorfismů vyskytujících se v genu DPD. Fenotypově charakterizovaný deficit DPD se v částečné formě vyskytuje asi u 3–5 % populace, kompletní deficit této metabolické cesty lze nalézt asi u 0,1 % osob.

#IMG_SHOW,Suppl2005_025,400,center#

5-fluorouracil a thymidylsyntetáza

Jedním z primárních mechanismů účinku 5-FU je inhibice thymidylsyntetázy (TS), klíčového enzymu pro de novo syntézu thymidylátu – prekursoru thymidintrifosfátu, nezbytného pro syntézu a opravy struktury DNA. [22] TS je proto významnou cílovou strukturou zprostředkovávající účinek 5-FU i dalších antimetabolitů kyseliny listové. Rezistence k léčbě těmito léčivy bývá často zapříčiněna nadměrnou expresí TS v nádorových buňkách. [23-25] Exprese TS je modulována regulačními oblastmi v promotoru genu kódujícím TS, ve kterých jsou popsané polymorfismy vedoucí ke zvýšení exprese genu, a tento fenomén rovněž v klinických studiích koreluje s rezistencí k léčbě antimetabolity kyseliny listové. Genotypizace regulačních oblastí genu TS je proto považována za perspektivní postup při výběru pacientů, u kterých by léčba měla vyvolávat požadovaný účinek.

Transportní proteiny

Prozatím poměrně málo popsanými příčinami variability lékové odpovědi jsou transportní proteiny, které jsou exprimovány na buněčných membránách a mohou významně ovlivňovat distribuci léčiva v organismu. Pro protinádorovou terapii mají význam zejména proteiny, které aktivně přenášejí léčiva z intracelulárního prostoru do extracelulárního a chrání tak buňky před expozicí xenobiotiky a léčivy. [26] Relativně nejlépe popsanými přenašeči jsou P-glykoprotein a proteiny mnohočetné lékové rezistence (MRP – multidrug resistance related proteins). Indukce exprese a aktivity těchto transportérů podávanou protinádorovou terapií je zřejmě podstatným mechanismem vzniku rezistence nádorových buněk. [27,28] Fyziologickou funkcí transportních proteinů je ochrana organismu před xenobiotiky, a podílejí se také na funkčním vytváření bariér omezujících prostup léčiv do některých tkání, např. prostupu do CNS brání pomocí hematoencefalické bariéry. Aktivita transportních proteinů a její genetická regulace tak rovněž ovlivňuje farmakokinetiku a distribuci některých léčiv. Vzhledem ke složitosti regulace aktivity těchto proteinů i významné schopnosti nádorových buněk indukovat tyto systémy neposkytují doposud nalezené genetické polymorfismy dostatečně validní informaci pro predikci účinku protinádorové léčby. Rovněž vývoj a podávání inhibitorů těchto přenašečů jako postup teoreticky překonávající problém vznikající rezistence zatím nepřináší aplikovatelné výsledky pro praxi. [26,29]

#IMG_SHOW,Suppl2005_026,400,center#

Závěr

Farmakogenetika je rychle se rozvíjející obor, jehož cílem je sledovat genetické predispozice pro lékovou odpověď a využívat tyto genetické predispozice pro predikci bezpečnosti, toxicity a účinnosti podávaných léčiv jednotlivým pacientům. Genetické faktory jsou dále ovlivňovány vlivy vnějšího prostředí a lékovými interakcemi, a společně tak utvářejí charakter a intenzitu odpovědi na podávanou léčbu. Vzhledem ke značné variabilitě pozorované při protinádorové léčbě, která má navíc malý terapeutický index a závažné projevy toxicity, je farmakogenetika považována za velmi perspektivní přístup k individualizaci terapie. [30-33] Vzhledem k tomu, že se jedná o nový, byť intenzivně se rozvíjející obor, je stále ještě pro většinu potenciálních genetických predispozic příliš málo údajů pro zavedení příslušných genetických testů do praxe, aby na základě jejich výsledku mohla být upravována nebo vybírána terapie. Množství farmakogenetických studií, které nyní probíhají, jistě přispěje k prohloubení našich znalostí o problematice variability lékové odpovědi na protinádorovou terapii a alespoň pro některé terapeutické režimy bude v budoucnu možné individualizovat léčbu na základě screeningového vyšetření genetických predispozic – tak, jak je tomu již dnes například u léčby azathioprinem.

Literatura

     
  1. Demlová RM, Štěrba J, Valík D. Foláty: fyziologie, metabolizmus a mechanizmus rezistence na jejich antagonisty. Klinická Onkologie 2004;17:185–9.  
  2. Netíková H. Chemorezistence na protinádorová chemoterapeutika. Zdrav Nov ČR 2005;54:10–11.  
  3. Krynetski EY, Krynetskaia NF, Yanishevski Y, Evans WE. Methylation of mercaptopurine, thioguanine, and their nucleotide metabolites by heterologously expressed human thiopurine S-methyltransferase. Mol Pharmacol 1995;47:1141–7.  
  4. Schaeffeler E, Fischer C, Brockmeier D, et al. Comprehensive analysis of thiopurine S-methyltransferase phenotype-genotype correlation in a large population of German-Caucasians and identification of novel TPMT variants. Pharmacogenetics 2004;14:407–17.  
  5. Evans WE, Hon YY, Bomgaars L, et al. Preponderance of thiopurine S-methyltransferase deficiency and heterozygosity among patients intolerant to mercaptopurine or azathioprine. J Clin Oncol 2001;19:2293–301.  
  6. Evans WE, Horner M, Chu YQ, Kalwinsky D, Roberts WM. Altered mercaptopurine metabolism, toxic effects, and dosage requirement in a thiopurine methyltransferase-deficient child with acute lymphocytic leukemia. J Pediatr 1991;119:985–9.  
  7. Relling MV, Hancock ML, Boyett JM, Pui CH, Evans WE. Prognostic importance of 6-mercaptopurine dose intensity in acute lymphoblastic leukemia. Blood 1999;93:2817–23.  
  8. Relling MV, Hancock ML, Rivera GK, Sandlund JT, Ribeiro RC, Krynetski EY, Pui CH, Evans WE. Mercaptopurine therapy intolerance and heterozygosity at the thiopurine S-methyltransferase gene locus. J Natl Cancer Inst 1999;91:2001–8.  
  9. Kurzawski M, Dziewanowski K, Ciechanowski K, Drozdzik M. Severe azathioprine-induced myelotoxicity in a kidney transplant patient with thiopurine S-methyltransferase-deficient genotype (TPMT*3A/*3C). Transpl Int 2005;18:623–5.  
  10. Frohman E, Havrdová E, Levinson B, Slanař O. Azathioprine myelosupression in MS: characterizing thiopurine methyltransferase polymorphisms. Multiple Sclerosis. In press.  
  11. Marra CA, Esdaile JM, Anis AH. Practical pharmacogenetics: the cost effectiveness of screening for thiopurine s-methyltransferase polymorphisms in patients with rheumatological conditions treated with azathioprine. J Rheumatol 2002;29:2507–12.  
  12. Oh KT, Anis AH, Bae SC. Pharmacoeconomic analysis of thiopurine methyltransferase polymorphism screening by polymerase chain reaction for treatment with azathioprine in Korea. Rheumatology (Oxford) 2004;43:156–63.  
  13. Rothenberg ML, Kuhn JG, Burris HA, 3rd, et al. Phase I and pharmacokinetic trial of weekly CPT-11. J Clin Oncol 1993;11:2194–204.  
  14. Gupta E, Lestingi TM, Mick R, Ramirez J, Vokes EE, Ratain MJ. Metabolic fate of irinotecan in humans: correlation of glucuronidation with diarrhea. Cancer Res 1994;54:3723–5.  
  15. Mick R, Gupta E, Vokes EE, Ratain MJ. Limited-sampling models for irinotecan pharmacokinetics-pharmacodynamics: prediction of biliary index and intestinal toxicity. J Clin Oncol 1996;14:2012–9.  
  16. Iyer L, Das S, Janisch L, Wen M, Ramirez J, Karrison T, Fleming GF, Vokes EE, Schilsky RL, Ratain MJ. UGT1A1*28 polymorphism as a determinant of irinotecan disposition and toxicity. Pharmacogenomics J 2002;2:43–7.  
  17. Iyer L, Hall D, Das S, Mortell MA, Ramirez J, Kim S, Di Rienzo A, Ratain MJ. Phenotype-genotype correlation of in vitro   SN-38 (active metabolite of irinotecan) and bilirubin glucuronidation in human liver tissue with UGT1A1 promoter polymorphism. Clin Pharmacol Ther 1999;65:576–82.  
  18. Innocenti F, Undevia SD, Iyer L, et al. Genetic variants in the UDP-glucuronosyltransferase 1A1 gene predict the risk of severe neutropenia of irinotecan. J Clin Oncol 2004;22:1382–8.  
  19. Beutler E, Gelbart T, Demina A. Racial variability in the UDP-glucuronosyltransferase 1 (UGT1A1) promoter: a balanced polymorphism for regulation of bilirubin metabolism? Proc Natl Acad Sci U S A 1998;95:8170–4.  
  20. Maring JG, van Kuilenburg AB, Haasjes J, et al. Reduced 5-FU clearance in a patient with low DPD activity due to heterozygosity for a mutant allele of the DPYD gene. Br J Cancer 2002;86:1028–33.  
  21. van Kuilenburg AB, Haasjes J, Richel DJ, et al. Clinical implications of dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency in patients with severe 5-fluorouracil-associated toxicity: identification of new mutations in the DPD gene. Clin Cancer Res 2000;6:4705–12.  
  22. Grem JL. 5-Fluorouracil: forty-plus and still ticking. A review of its preclinical and clinical development. Invest New Drugs 2000;18:299–313.  
  23. Johnston PG, Lenz HJ, Leichman CG, et al. Thymidylate synthase gene and protein expression correlate and are associated with response to 5-fluorouracil in human colorectal and gastric tumors. Cancer Res 1995;55:1407–12.  
  24. Leichman CG, Lenz HJ, Leichman L, et al. Quantitation of intratumoral thymidylate synthase expression predicts for disseminated colorectal cancer response and resistance to protracted-infusion fluorouracil and weekly leucovorin. J Clin Oncol 1997;15:3223–9.  
  25. Lenz HJ, Leichman CG, Danenberg KD, Danenberg PV, Groshen S, Cohen H, Laine L, Crookes P, Silberman H, Baranda J, Garcia Y, Li J, Leichman L. Thymidylate synthase mRNA level in adenocarcinoma of the stomach: a predictor for primary tumor response and overall survival. J Clin Oncol 1996;14:176–82.  
  26. Leonard GD, Fojo T, Bates SE. The role of ABC transporters in clinical practice. Oncologist 2003;8:411–24.  
  27. Yeh JJ, Hsu NY, Hsu WH, Tsai CH, Lin CC, Liang JA. Comparison of chemotherapy response with P-glycoprotein, multidrug resistance-related protein-1, and lung resistance-related protein expression in untreated small cell lung cancer. Lung 2005;183:177–83.  
  28. Okada T, Tanaka K, Nakatani F, et al. Involvement of P-glycoprotein and MRP1 in resistance to cyclic tetrapeptide subfamily of histone deacetylase inhibitors in the drug-resistant osteosarcoma and Ewing's sarcoma cells. Int J Cancer 2005.  
  29. Tarasova NI, Seth R, Tarasov SG, et al. Transmembrane inhibitors of P-glycoprotein, an ABC transporter. J Med Chem 2005;48:3768–75.  
  30. Dervieux T, Meshkin B, Neri B. Pharmacogenetic testing:   proofs of principle and pharmacoeconomic implications. Mutat Res 2005;573:180–94.  
  31. Lee W, Lockhart AC, Kim RB, Rothenberg ML. Cancer pharmacogenomics: powerful tools in cancer chemotherapy and drug development. Oncologist 2005;10:104–11.  
  32. Nakajima M, Yokoi T. Cancer pharmacogenomics: achievements in basic research. Int J Clin Oncol 2005;10:14–9.  
  33. Yamayoshi Y, Iida E, Tanigawara Y. Cancer pharmacogenomics: international trends. Int J Clin Oncol 2005;10:5–13.

Celý článek je dostupný jen pro předplatitele časopisu


Přihlášení

 

Předplatné

Více o předplatném

 
 
 
Jste odborný pracovník ve zdravotnictví?
Jsem odborníkem ve smyslu §2a Zákona č. 40/1995 Sb., o regulaci reklamy, ve znění pozdějších předpisů, čili jsem osobou oprávněnou předepisovat léčivé přípravky nebo osobou vydávat léčivé přípravky.

Potvrzuji, že jsem se seznámil/a s definicí odborník
dle zákona č. 40/1995 Sb.
Potvrzuji, že jsem se seznámil/a s riziky, jimž se jiná osoba než odborník vystavuje, vstoupí-li na stránky určené pro odborníky