Polimorfizm enzymów metabolizujących leki - część 2

Autorzy

Prof. dr hab. Barbara Gawrońska-Szklarz

---

Polimorfizm acetylacji

Acetylacja jest reakcją sprzęgania leków lub ich metabolitów z aktywną formą kwasu octowego z acetylo-CoA (reakcje II fazy). Proces ten dotyczy nie tylko leków, ale również związków kancerogennych o budowie amin aromatycznych. Acetylacja odbywa się głównie w wątrobie z udziałem enzymu N-acetylotransferazy (NAT). Zidentyfikowano dwa izoenzymy NAT: NAT1 i NAT2.Geny kodujące oba izoenzymy mają swoje odrębne loci na chromosomie 8 o niezależnej ekspresji. Klasyczny polimorfizm acetylacji dotyczy genu NAT2. Genetyczne uwarunkowane różnice w acetylacji leków (II faza) mogą być przyczyną istotnych niepowodzeń terapii. NAT1 katalizuje reakcję acetylacji kwasu p-aminosalicylowego, p-aminobenzoesowego, sulfanilamidu i sulfametoksazolu, natomiast NAT2 izoniazydu, sulfonamidów, hydralazyny, prokainamidu, pochodnych 2-sulfanilamido-pirymidyny i pirydyny, aminoglutetymidu, nitrazepamu, metabolitów kofeiny i innych (Tabela 6). Dotychczas zidentyfikowano ponad 14 alleli NAT2 u czlowieka, spośród których 6 odpowiada za wolną acetylację (NAT2*5B, NAT2*6A, NAT2*7A, NAT2*7B, NAT2*14A oraz NAT2*14B). W zależności od szybkości metabolizowania na drodze acetylacji izoniazydu (substancja modelowa) wyróżniono w populacji dwie fenotypopwo odmienne grupy - osoby wolno i szybko acetylujące, czyli tzw. wolnych (WA lub SA-slow acetylators) i szybkich acetylatorów (SZA lub FA-Fast acetylators). U osób szybko acetylujących aktywność NAT2 może być dwukrotnie większa niż u wolnych acetylatorów. U FA okres półtrwania izoniazydu (INH) wynosi 45-80 min i tylko 3% leku jest wydalane przez nerki w postaci niezmienionej. Natomiast u SA okres półtrwania znacznie się wydłuża i wynosi 140-200 min, a 30% leku wydala się w postaci niezmienionej. Częstość występowania obu fenotypów jest różna u poszczególnych ras i grup etnicznych. W populacji kaukaskiej fenotyp „wolno acetylujący" dotyczy połowy ludności (40-60%), w odróżnieniu od tzw. szybkich acetylatorów. Natomiast w Japonii, Chinach oraz wśród Eskimosów występuje tylko u 10-30% osobników. Opracowano prostą metodę określania fenotypu acetylacji. Wykorzystuje się w niej zjawisko wydalania przez nerki metabolitów kofeiny, które powstają w wyniku procesów katalizowanych przez NAT2. Oprócz kofeiny do oznaczania fenotypu acetylacji stosuje najczęściej izoniazyd lub sulfametazynę Na przeźroczu 16 przedstawiono rozkład fenotypów acetylacji wyznaczonych na podstawie współczynnika metabolicznego izonoazydu w populacji kaukaskiej. Genotyp NAT2 oznacza się klasycznymi metodami biologii molekularnej (PCR-RFLP).

 

Ryc. 10 Polimorfizm genetyczny enzymów II fazy - NA2.

 

Fenotypowanie/genotypowanie pacjentów w kierunku aktywności NAT2 ma istotne znaczenie kliniczne, ponieważ upośledzona acetylacja leków może powodować poważne działania niepożądane i toksyczne. U ludzi z powolnym acetylowaniem leczonych izoniazydem obserwowano zapalenie nerwów obwodowych i zapalenie wątroby, liszaj rumieniowaty występował po hydralazynie lub prokainamidzie, zmiany zabarwienia skóry po sulfasalazynie, przeciwciała przeciwjądrowe po prokainamidze. Przeźrocze 17
Osoby z szybkim i wolnym fenotypem acetylacji nie różnią się od siebie pod względem odpowiedzi na leczenie izoniazydem z wyjątkiem tego, że przy podawaniu jeden raz tygodniowo uzyskuje się lepsze wyniki terapii u osób wolno acetylujących. Fenotyp wolnej acetylacji wiąże się także ze wzrostem niebezpieczeństwa zachorowania na niektóre nowotwory, takie jak rak pęcherza moczowego, czy rak jelita grubego, na skutek oddziaływania arylowych związków kancerogennych, które są także metabolizowane z udziałem NAT2 (pracownicy lakierni, farbiarni). Ostatnio wykazano, że paracetamol hamuje aktywność NAT2.

Tabela 6. Leki i inne związki metabolizowane przez NAT2

Farmakogenetyka w onkologii i hematologii dziecięcej

Leki	Związki kancerogenne
Izoniazyd (INH) Sulfametazyna Sulfasalazyna Sulfapirydyna Sulfamerazyna Sulfametizol Fenelzyna Prokainami Nitrazepam Hydralazyna Dapson Klonazepam Amyron Kofeina Acebutolol Aminoglutetymid	Benzydyna 2-aminofluoren β-naftylamina Aminy aromatyczne

 

 

Polimorfizm metylacji

Spośród polimorfizmów innych enzymów metabolizujących leki, które rzadziej występują lub są jeszcze stosunkowo mało poznane, należy wymienić następujące metylotransferazy katalizujące reakcje S-, N-, O-metylacji: metylotransferaza tiopuryny (TPMT), metylotransferaza tiolowa (TMT) i katecholo-O-metylotransferaza (COMT). TPMT katalizuje metabolizowanie merkaptopuryny i azatiopryny, COMT bierze udział w procesie biotransformacji endogennych katecholamin oraz takich leków, jak: lewodopa, metyldopa i izoprenalina, natomiast TMT katalizuje reakcję S-metylacji kaptoprylu, D-penicylaminy i N-acetylocysteiny. Z klinicznego punktu widzenia najważniejsza jest metylotransferza tiopuryny (TPMT).

Metylotransferaza tiopuryny (TPMT)
Metylotransferaza tiopuryny (TPMT) jest cytoplazmatycznym enzymem katalizującym reakcję metylacji atomu siarki w związkach heterocyklicznych, gdzie funkcję koenzymu pełni S-adenozylometionina (SAM). Enzym ten, w przeciwieństwie do innych enzymów związanych z metabolizmem leków, nie jest tkankowo swoisty, jego aktywność stwierdza się m.in. w nerkach, komórkach krwi, łożysku, sercu, trzustce i jelitach. Dla celów diagnostycznych określa się aktywność enzymu w erytrocytach. TPMT budzi duże zainteresowanie w związku z rolą, jaką odgrywa w metabolizmie pochodnych tioguaninowych, takich jak: azatiopryna, 6-merkaptopuryna (6-MP) i 6-tioguanina (6-TG) stosowanych m.in. w leczeniu ostrej białaczki limfoblastycznej (OBL), jak również ostrej białaczki nielimfoblastycznej (OBNL) u dzieci. Pochodne tiopuryny są związkami nieaktywnymi, ich działanie cytotoksyczne jest związane z powstawaniem nukleotydów tioguaninowych (TGN), a pośrednim metabolitem reakcji jest 6-MP. Wbudowywanie TGN w łańcuchy nowopowstających kwasów nukleinowych jest głównym mechanizmem działanie leków tiopurynowych. Prowadzi to do zahamowania replikacji komórek, a w następnym etapie do ich śmierci. Przy prawidłowej aktywności TPMT część puli komórkowej 6-MP jest inaktywowana poprzez sprzęganie z grupą metylową (metylomerkaptopuryna), co zmniejsza efekt cytotoksyczny leku. Zmniejszona aktywność TPMT, poprzez nagromadzenie toksycznych metabolitów tiopuryn, prowadzi do nasilenia działań niepożądanych tych leków, między innymi do mielosupresji.

 

 

Ryc. 18 Konsekwencje niedoboru aktywności TPMT

 

Od ponad dwóch dekad obserwowano, że pewna grupa pacjentów jest szczególnie podatna na działania niepożądane pochodnych tiopuryny. Wykazano, że jest to związane ze zmniejszoną aktywnością TPMT, uwarunkowaną genetycznie. Obecnie wiadomo, że ok. 90% populacji kaukaskiej wykazuje dużą aktywność TPMT, ok. 10% aktywność pośrednią, a w przypadku 1 na 300 osób występuje śladowa aktywność lub całkowity brak aktywności tego enzymu. Dużą aktywność TPMT wykazują osoby homozygotyczne typu „dzikiego" (dwa allele prawidłowe), pośrednią heterozygoty z jednym allelem zmutowanym, a brak aktywności stwierdza się u homozygoty z dwoma zmutowanymi allelami. Stwierdzono, że wewnątrzkomórkowa akumulacja nukleotydów tioguaninowych jest odwrotnie proporcjonalna do aktywności TPMT. Duża aktywność TPMT jest związana z nasiloną metylacją leku, pozostawiając tym samym mniejszą ilość substratów, które są metabolizowane do cytotoksycznych TGN. W przypadku pacjentów z niedoborem TPMT dochodzi do wzrostu stężenia TGN i ich nagromadzenia w tkankach. Dlatego też stosowanie standardowych dawek pochodnych tiopuryn jest często przyczyną wystąpienia bardzo poważnych powikłań, głównie leukopenii lub całkowitej mielosupresji. Zastosowanie metod biologii molekularnej doprowadziło do identyfikacji w ludzkim genie TPMT mutacji związanych z brakiem aktywności enzymatycznej. Obecnie znanych jest 19 alleli kodujących białko o zmienionej aktywności. Najczęściej wśród rasy kaukaskiej spotyka się allele wariantowe: TPMT*2, TPMT*3A i TPMT*3C, stanowiące 90-95% wszystkich zmutowanych alleli, które powinny być określane przed podaniem pochodnych tiopuryn. Częstość występowania w populacji polskiej zmutowanych alleli TPMT jest następująca: TPMT*2 -0,4%, TPMT*3A - 2,7% i TPMT*3C -0,1%, a genotypy (złożone z powyższych alleli: heterozygoty - 5,8%, homozygoty - 0,3%). Powyższy rozkład alleli i genotypów jest porównywalny z innymi populacjami rasy kaukaskiej.

 

Ryc. 19 Polimorfizm genetyczny enzymow II fazy - TPMT.

 

 

Polimorfizm TPMT jest jednym z najlepszych, modelowych przykładów zastosowania farmakogenetyki do optymalizacji leczenia. Określenie przed podaniem pochodnych tiopuryn indywidualnych, genetycznie uwarunkowanych predyspozycji pacjenta prowadzących do niskiej aktywności TPMT, daje możliwość zmniejszenia dawki leku i uniknięcia powikłań, przy zachowaniu skuteczności leczenia. Dowodzą tego przykłady przeprowadzonego z powodzeniem leczenia pacjentów z OBL i niedoborem aktywności TPMT, u których stosowano 5-15% standardowej dawki 6-MP. U osób heterozygotycznych zaleca się podawanie ok. 70% standardowej dawki. Odpowiedni dobór dawki już od początku leczenia zmniejsza niebezpieczeństwo działań niepożądanych, zachowując jego skuteczność.

 

Ryc. 20 Polimorfizm genetyczny TPMT - 3 fenotypy.

 

W Stanach Zjednoczonych oznaczanie genotypu TPMT jest zalecane u wszystkich pacjentów z ostrą białaczką limfoblastyczną (OBL) przed podaniem antagonistów puryn.

S-transferazy glutationu (GST)
S-transferazy glutationu (GST) katalizują reakcje sprzęgania elektrofilnych substratów lub metabolitów ze zredukowanym glutationem, przygotowując je do eliminacji z organizmu (reakcje II fazy). Dotychczas zidentyfikowano 5 klas cytozolowych transferaz glutationu, z których dwie mają istotne znaczenie kliniczne: GSTM1 i GSTT1. Osoby homozygotyczne z allelami GSTM1*0 (40-50% populacji kaukaskiej) i GSTT1*0 (15% rasy kaukaskiej) nie wykazują aktywności enzymatycznej. Osobnicy nieposiadający alleli w loci GST (delecja genów) mogą być szczególnie narażeni na indukowane chemicznie uszkodzenie DNA. Substratami dla GST są epoksydy wielocyklicznych węglowodorów zawarte w dymie papierosowym oraz kancerogenne arylaminy, takie jak: epoksyd aflatoksyny β1.