Farmakogenetika v klinični farmakokinetiki Igor Locatelli Katedra za biofarmacijo in farmakokinetiko Fakulteta za farmacijo Univerza v Ljubljani
Variabilnost v farmakokinetiki genetski polimorfizem telesna masa bolezenska stanja starost interakcije Interindividualna variabilnost v FK in/ali FD parametrih + Ozko terapevtsko okno v povezavi s klinično pomembnimi neželenimi učinki Različen klinični izid farmakoterapije pri bolnikih Individualizacija režima odmerjanja takega zdravila 2
Farmakogenetika Proučuje vpliv genetskih dejavnikov na variabilnost v kliničnem učinku po aplikaciji določenega zdravila. Genetski dejavniki: variante genskem zapisu (genotip) spremenjena aktivnost proteinov (fenotip) 3
Farmakogenetika Genetski polimorfizem (wt, mt) v farmakogenetiki pojavljanje dveh ali več variant v določenem genskem lokusu z znano frekvenco v populaciji (vsaj 1%) in vpliv na FK/FD lastnosti učinkovin. SNP (single-nucleotide polymorphism) Alel posamezen gen iz para genov (ali izmed več genov) na istem lokusu v homolognih kromosomih Homozigoti (enaka alela) in heterozigoti (različna alela) Haplotip 4
Vpliv genetskega polimorfizma na FK/FD FARMAKOKINETIKA Absorpcija, porazdelitev, ekskrecija Transportni proteini (npr. P-glikoprotein, MDR1, ABCB1) Metabolizem (Δ očistka) Metabolni encimi 1. in 2. faze FARMAKODINAMIKA Genetski polimorfizem v genih, ki kodirajo tarčne receptorje ali encime. Citokromi P450 CYP PREDZDRAVILA! UDP-glukuronozil-transferaze UGT Enterohepatični cikel! 5
6
Evans WE and Relling MV. Science 286 (1999) 487-491 7
Klinično pomembni genetski polimorfizmi 8
Klinično pomembni genetski polimorfizmi 9
Klinično pomembni genetski polimorfizmi 10
Regulativa Genomics at FDA: http://www.fda.gov/drugs/scienceresearch/researchareas/ Pharmacogenetics/default.htm http://www.fda.gov/drugs/scienceresearch/researchareas/ Pharmacogenetics/ucm083378.htm 11
Klinično pomembni genetski polimorfizmi povezani z farmakokinetiko učinkovin CYP encimi iz družine citokromov P450 DPD dihidropirimidin-dehidrogenaza NAT N-acetil-transferaza TPMT tiopurin metil-transferaza UGT UDP glukuronizil-transferaza 12
ADH; alkohol dehidrogenaza, ALDH; aldehid dehidrogenaza, CYP; citokromi P450, DPD; dihidropirimidin dehidrogenaza, NQO1, NADPH; oksidoreduktaze. COMT; katehol O-metil trasferaza; GST; glutation S-transferaza HMT; histamin metil-trasferaza; NAT; N-acetil-transferaza; STs; sulfotransferaze; TPMT; tiopurin metil-transferaze. UGTs; uridin-3-fosfat glukuronizil-transferaze 13
Pomen encimov CYP Delež učinkovin, ki ga encim metabolizira Količina (%) encima v jetrih 14
Nomenklatura CYP 15
http://www.cypalleles.ki.se 16
Kirchheiner et al. Nat Rev Drug Discov. 2005 Aug;4(8):639-47 17
Tomalik-Scharte D et al. Pharmacogenomics J. 2008 Feb;8(1):4-15. 18
Vpliv genetskega polimorfizma CYP2D6 na metabolizem učinkovin 19
Fenotip CYP2D6 20
Odnos med fenotipom in genotipom CYP2D6 21
Odmerjanje glede na genotip CYP2D6 PM slabi presnavljalci, IM srednje dobri presnavljalci, EM dobri presnavljalci, UM ultrahitri presnavljalci PM IM EM! UM 22
23
Določanje genetskega polimorfizma v klinični praksi AmpliChip CYP450 (CYP2D6 in CYP2C19) TaqMan Genotyping assay (real time PCR) http://www.roche.com/med_backgr-ampli.htm 24
Vpliv genetskega polimorfizna na farmakokinetiko učinkovine/metabolita 25
Risperidon Atipičen antipsihotik Titracija odmerka 9-hidroksirisperidon glavni metabolit, aktiven, RISP N N O CH 3 N N O F kiralni center na mestu 9. Predsistemski metabolizem; obseg aborpcije ~ 66%. 9-OH-RISP OH N CH 3 CYP2D6, CYP3A4 N N F O N O 26
Razvoj modela FK risperidona Dose Razpon plazemskih koncentracij RISP: 0.25 130 ng/ml (+)-9-OH-RISP: 3.0 55 ng/ml (-)-9-OH-RISP: 2.4 36 ng/ml K a RISP CL f(+) /V CL f(-) /V K a CL f(+) Hitrostna konstantna absorpcije (fiksirana 2.34 h -1 ) Tvorni očistek za (+)-9-OH-RISP (+)-9-OH-RISP (-)-9-OH-RISP CL f(-) Tvorni očistek za (-)-9-OH-RISP CL m Eliminacijski očistek 9-OH-RISP CL m /V CL m /V V Volumen porazdelitve (enak za vse) 27
First-pass metabolizem učinek prvega prehoda CL f =CL f(+) + CL f(-) K a Fp r Dose K a (1-Fp) K a Fp (1-r) Fp = 1 F 2(1 F) Θ CL CLf CL f + f RISP r = CLf(+) /CLf CL f(+) /V CL f(-) /V 0.6 0.5 0.4 (+)-9-OH-RISP CL m /V (-)-9-OH-RISP CL m /V Fp FP 0.3 0.2 0.1 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CLf(+) f 28
Genotip CYP2D6 Genotip CYP2D6 (n) Skupina (fenotip) Št. bolnikov *4/*4 (2), *3/*4 0/0 (PM) 3 *4/*41 (3), *10/*41, *3/*41, *4/*10 0/x (IM) 6 *1/*4 (9), 0/1 (EM) 9 *1/*10 (3), *1/*41 (6) 1/x (EM) 9 *1 /*1xn or *2xn (2) XN (UM) 2 *1/*1 (21) 1/1 (EM) 21 Testirani aleli CYP2D6: *2, *3, *4, *5, *6; *8, *9, *10, *11, *12,*14, *15, and *41 29
Končni model CL CL CL f ( + ) f ( ) m 0/0 0/ x 0/1 1/ x XN [ L / h] = 18.1 0.0892 0.295 0.592 0.982 1.01 0/0 0/ x 0/1 1/ x XN [ L / h] = 6.23 0.132 0.318 0.764 0.953 1.31 [ L / h] = 8.02 95% interval zaupanja 0 0 0 x PM IM CL f(+) CL f(-) CYP2D6 0 1 1 x NX 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Ratio 30
Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije aktivne oblike v stacionarnem stanju P=0.014 IM PM Koncentracija aktivna oblike Mediana 24.6 ng/ml Razpon 9.35 122 ng/ml 31
Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije risperidona in aktivne oblike 100 RISP Risperidon 100 "Active moiety" Aktivna oblika Plasma concentration [ng/ml] 80 60 40 20 0/0-PM 0/1-IM Plasma concentration [ng/ml] 80 60 40 20 0/0-PM 0/1-IM 1/1-EM 0 1/1-EM 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time [days] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time [days] Simulacija plazemskih koncentracij za tipičnega bolnika težkega 70 kg, z normalno ledvično funkcijo, pri terapiji 2 mg risperidona dvakrat dnevno. 32
Vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije 9-OH-RISP enantiomerov 15 (+)-9-OH-RISP (+)-9-OH-RISP 15 (-)-9-OH-RISP 1/1-EM Plasma concentration [ng/ml] 10 5 0/0-PM Plasma concentration [ng/ml] 10 5 1/1-EM 0/0-PM 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time [days] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Time [days] Simulacija plazemskih koncentracij za tipičnega bolnika težkega 70 kg, z normalno ledvično funkcijo, pri terapiji 2 mg risperidona dvakrat dnevno. 33
Povezava FK risperidona s pojavnostjo ekstrapiramidnih motenj gibanja Parkinsonizem (n=29) (mean SAS 0.4 ali več) Distonia (n=6) (AIMS at least moderate in 1 or mild in 2 of the 7 body areas) p=0,037 Mann-Whitney p=0,016 Mann-Whitney 34
Sklep Genotip CYP2D6 je pomemben dejavnik, ki vpliva na plazemske koncentracije risperidona in njegove aktivne oblike. Bolniki, ki jih glede na genotip CYP2D6 lahko razvrstimo med slabe ali srednje presnavljalce substratov za CYP2D6, imajo zaradi višjih plazemskih koncentracij aktivne oblike risperidona povečano tveganje za pojav EPS. Klinično pomembna vloga genotipizacije CYP2D6 pri individualizaciji odmerjanja risperidona. 35
Vprašanja Zakaj je koncentracija aktivne oblike risperidona odvisna od genotipa CYP2D6? Zakaj genotip CYP2D6 ne vpliva na plazemske koncentracije metabolitov RISP v stacionarnem stanju? Kdaj se vzpostavi stacionarno stanje in od česa je to odvisno? Kakšen odstotek odmerka risperidona bi morali prejeti PM v relaciji do EM? Če so bolniki bili titrirani, zakaj smo potem v študiji opazili značilen vpliv genotipa CYP2D6 na plazemske koncentracije aktivne oblike? 36
Varfarin Najbolj pogosto uporabljeno antikoagulacijsko zdravilo. Velika variabilnost dnevnih odmerkov za vzdrževanje enakega učinka (0,5 50 mg/dan); individualno prilagajanje odmerka. Zaradi ozke terapevtske širine je potrebno spremljanje bolnika in merjenje protrombinskega časa (INR) zlasti v uvajalnem obdobju (vnos hrane bogate z vitaminom K, interakcije z drugimi zdravili), pogoste kontrole. Variabilnost je v znatni meri posledica kompleksne farmakokinetike. 37
38 S in R-varfarin O OH O O H * 1 4 7 4' 6 8 10 9 2C9 S-VARFARIN 2C8 2C18 2C19 3A4 O OH O O H * 1 4 7 4' 6 8 10 1A1 1A2 2C19 1A1 1A2 2C8 1A1 1A2 2C19 2C9 2C18 3A4 9 R-VARFARIN 3A4
Encim CYP2C9 Predstavlja 15 % celokupnih jetrnih P450 Presnavlja >100 zdravil Nekateri klinično pomembni substrati: S - varfarin, fenitoin, diklofenak, ibuprofen, S- naproksen, fluoksentin, losartan Inhibitorji: flukonazol, izoniacid, lovastatin, trimetoprim Induktorji: rifampin, fenobarbital 39
Polimorfizem CYP2C9 encimska frekvenca aleli polimorfizem aktivnost (belci) CYP2C9*1 ---- normalna 86 90% CYP2C9*2 R144C zmanjšana 8-14% CYP2C9*3 I359L zmanjšana 7-10% 40
Preiskovanci in potek raziskave 204 bolniki na dolgotrajnem zdravljenju z varfarinom in urejenim antikoagulacijskim statusom (UKC Ljubljana, bolnišnica Murska Sobota). Indikacije: atrijska fibrilacija (84%), globoka venska tromboza (6%), umetne srčne zaklopke (2%), ostale srčnožilne bolezni (8%). Povprečni dnevni vzdrževalni odmerek: 0,75 15 mg. Vzorčenje: 12-16 ur po zadnjem odmerku. Genotip CYP2C9 so določili na Inštitutu za Biokemijo, Medicinska fakulteta, Univerza v Ljubljani. 41
Farmakokinetična analiza Izračun plazemskega očistka S- in R-varfarina: D D2 C = τ CL = F = 1, C = C CL F ss, av ssav, ss Css τ Statistični model za napoved očistka. - multipla linearna regresija 42
Dejavniki vključeni v statistični model Spol, starost, telesna teža brez maščob. Genotip CYP2C9. Sočasno jemanje zdravil, ki so: induktorji citokromov P450 (karbamazepin, primidon), močni inhibitorji citokromov P450, ki so vpleteni v metabolizem varfarina (amiodaron, fenofibrat, fluvastatin, gemfibrozil, losartan). šibki inhibitorji citokromov P450, ki so vpleteni v metabolizem varfarina (atorvastatin, irbesartan, nifedipin, sertralin, simvastatin, propranolol). Plazemska koncentracija albuminov. 43
Vpliv genotipa CYP2C9 na očistek S-varfarina normaliziranega na telesno težo brez maščob 0.020 0.041 0.061 *2 ali *3 44
Vpliv polimorfizma CYP2C9 na presnovo varfarina Plazemska koncentracija Plazemska koncentracija S-varfarina (mg/l) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 S-varfarin Plazemska koncentracija R-varfarina (mg/l) 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 R-varfarin 0.0 *1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11) 0.0 *1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11) CYP2C9 CYP2C9 Očistek 0.10 0.05 CYP2C9 *1/*1 *1/*x Oèistek S-varfarina (ml/min/kg) 0.08 0.06 0.04 0.02 Oèistek R-varfarina (ml/min/kg) 0.04 0.03 0.02 0.01 *x/*x 0.00 *1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11) CYP2C9 0.00 *1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11) CYP2C9 45
Vpliv polimorfizma CYP2C9 na dnevni odmerek varfarina 10 CYP2C9 *1/*1 *1/*x Dnevni odmerek varfarina (mg/dan) 8 6 4 2 *x/*x 0 *1/*1 (118) *1/*x (59) *x/*x (11) CYP2C9 46
Povezava med plazemskim očistkom S- varfarina in dnevnim odmerkom varfarina 47
Association of warfarin dose with genes involved in its action and metabolism Polimorfizem VKORC! 48
Vpliv CYP2C9 Vpliv VKORC Vpliv starosti Predicted INR response during the induction phase following administration of warfarin at the same dose to typical individuals with different combinations of age, CYP2C9, and VKORC1 genotype. The top left figure shows six typical individuals with the same age (50 years) and VKORC1 genotype (GG), but with different CYP2C9 genotypes, the top right figure shows three typical individuals with the same age (50 years) and CYP2C9 genotype (*1/*1), (GG) but with different VKORC1 genotypes, and the bottom left figure shows three typical individuals with the same CYP2C9 (*1/*1) and VKORC1 genotype (GG), but different ages. The bottom right figure shows three typical individuals with the same age (50 years), but with different combinations of CYP2C9 and VKORC1 genotypes that demonstrate similar early INR response, but divergent steady-state effects. The forth individual, with wild-type alleles for both CYPC9 and VKORC1, is included only as a reference. 49
Perspektiva Ali je genotipizacija CYP2C9 in VKORC1 izvedljiva v klinični praksi? Ali se zmanjša število zapletov zaradi nezadostne in prekomerne antikoagulacije? Ali se skrajša čas uvajalnega obdobja do stabilnega INR v terapevtskem območju? Farmakoekonomska upravičenost? 50