Skreddersydd legemiddelbehandling – hvor nær målet er vi?

Genotyping av legemiddelmetaboliserende enzymer

Det er særlig genetisk variasjon i cytokrom P-450 (CYP)-systemet som er kjent for å kunne si noe om terapeutisk effekt og bivirkninger av legemidler (tab 1). Dette er omtalt i Tidsskriftet flere ganger tidligere (2 – 4). Det finnes imidlertid også en rekke andre enzymsystemer der det eksisterer genetiske polymorfismer som påvirker nedbrytningshastigheten (tab 1).

Felles for alle enzymene er at individer uten mutasjoner som påvirker enzymaktiviteten vil bryte ned legemidler via det aktuelle enzymet med normal hastighet. Disse individene kalles raske omsettere. Individer som har ett mutert og ett normalt gen, vil bryte ned legemidler via det aktuelle enzymet med en hastighet som er noe langsommere enn gjennomsnittet, men som hovedregel innenfor normalvariasjonen. Disse individene kalles heterozygote raske omsettere eller intermediære omsettere. Individer som har to gener som begge koder for inaktivt enzym, vil bryte ned legemidlene via det aktuelle enzymet med nedsatt hastighet. Disse individene kalles langsomme omsettere.

Gir man en vanlig, anbefalt standarddose av et legemiddel til et individ som har mutasjoner som gir nedsatt enzymaktivitet for det enzymet som bryter ned det aktuelle legemidlet, vil resultatet bli høye plasmakonsentrasjoner med risiko for bivirkninger og toksiske effekter. For å få optimal effekt må disse individene behandles med lavere doser enn det som anbefales. Hvor mye dosen i gjennomsnitt må reduseres for et utvalg slike legemidler presenteres i figur 2 og 3. Siden det er store forskjeller i enzymaktivitet også mellom ulike individer med samme genotype, er verdiene i figurene kun gyldige på gruppenivå og ikke nødvendigvis på individnivå. I jo større grad legemidlet er avhengig av det aktuelle enzymet i sin metabolisme, jo mer må dosen reduseres i forhold til standarddosen for å unngå for høye plasmakonsentrasjoner. Perfenazin og metoprolol er eksempler på legemidler der effekten er særlig kraftig (fig 2). Helt unntaksvis kan også terapieffekter bli bedre hos langsomme omsettere, som vist for protonpumpehemmerne (5). For inaktive legemidler som brytes ned til aktive metabolitter, som kodein (metaboliseres til morfin), vil behandlingsresponsen hos langsomme omsettere bli dårligere. Mer fullstendige lister over legemidler som brytes ned av de ulike CYP-enzymene, er publisert i tidligere artikler i Tidsskriftet (2) og i Norsk legemiddelhåndbok (6).

Eksempler på individualisert dosering ut fra genotype for legemidler som brytes ned av CYP2D6. Figuren viser utvalgte antidepressiver (til venstre) og antipsykotika (i midten) samt en betablokker (til høyre). Tallene på y-aksen viser den dosen som i gjennomsnitt må gis til pasienter med en bestemt CYP2D6-genotype i prosent av standarddosen for det aktuelle legemidlet. Tillatelse til å bruke figuren er gitt av professor Julia Kirchheiner, Universitetet i Ulm, Tyskland

Eksempler på individualisert dosering ut fra genotype. Fra venstre mot høyre viser figuren to legemidler som brytes ned av CYP2C19, to legemidler som brytes ned av CYP2C9, et legemiddel som brytes ned av N-acetyltransferase-2 (NAT-2), samt et legemiddel som brytes ned av tiopurinmetyltransferase (TPMT). Tallene på y-aksen viser den dosen som i gjennomsnitt må gis til pasienter med en bestemt genotype i prosent av standarddosen for det aktuelle legemidlet. Tillatelse til å bruke figuren er gitt av professor Julia Kirchheiner, Universitetet i Ulm, Tyskland

For CYP2D6, men ikke for andre enzymer, er det vist at noen få prosent i befolkningen har mer enn to normale genkopier. Disse individene, kalt ultraraske omsettere, vil ha økte mengder av det aktuelle enzymet og dermed bryte ned legemidler som metaboliseres via dette enzymet med svært høy hastighet. Gir man en standarddose til en person som har slike enzymvarianter, vil lave plasmakonsentrasjoner og manglende klinisk effekt kunne bli resultatet. Disse pasientene kan uberettiget bli mistenkt for ikke å ta legemidlet som forskrevet. Figur 2 illustrerer hvor mye større dosen må være hos ultraraske omsettere for å kompensere for den økte metabolismen. Også i dette tilfellet er effekten størst for perfenazin og metoprolol. For antidepressiver og antipsykotika finnes det komplette oversikter som gir gjennomsnittlige tallverdier for hvor mye dosene må reduseres eller økes ut fra spesifikk genotype (7, 8).

Det finnes også andre CYP-enzymer som er gjenstand for genetisk polymorfisme enn dem som nevnes i tabell 1. Dette gjelder blant annet CYP2A6 (metaboliserer bl.a. nikotin og halotan), CYP2B6 (metaboliserer bl.a. bupropion og cyklofosfamid) og CYP2C8 (metaboliserer bl.a. rosiglitazon, pioglitazon og paklitaksel). For disse enzymene er det ikke hittil vist at forekomst av spesifikke mutasjoner har ført til økt bivirkningsforekomst, og de diskuteres derfor ikke nærmere her.

Som nevnt er også enzymer som ikke tilhører CYP-gruppen gjenstand for genetisk polymorfisme (tab 1) (9, 10). Størst praktisk betydning har dette for enzymet tiopurinmetyltransferase (TPMT), som også tidligere er omtalt i Tidsskriftet (11). Enzymet er involvert i metabolismen av det cytotoksiske og immunsupprimerende midlet 6-merkaptopurin og dets forstadium azatioprin. Her er det påvist en klar sammenheng mellom genotype og risiko for beinmargstoksisitet. Effekten er særlig kraftig hos dem som er homozygote for de inaktiverende mutasjonene, men også heterozygote har en økt risiko for beinmargstoksisitet. Dosene må derfor reduseres til dels betydelig hos disse individene (fig 3). Undersøkelse av TPMT-aktiviteten bør utføres hos alle pasienter før behandlingsstart med azatioprin eller 6-merkaptopurin (11). Imidlertid er variasjonen i TPMT-aktivitet mellom pasienter som ikke har noen inaktiverende mutasjoner, også betydelig. Dette har stor praktisk betydning, siden disse pasientene utgjør mer enn 90 % av den totale populasjonen. Derfor bør genotyping, i alle fall hos disse individene, kombineres med måling av de aktive metabolittene til azatioprin og 6-merkaptopurin, med en fellesbetegnelse kalt 6-tioguanin-nukleotider.

Genotyping av legemiddeltransportører

En rekke steder i kroppen finnes det transportproteiner som har som funksjon å beskytte vitale deler av organismen mot påvirkning av fremmedstoffer. Slike proteiner er en viktig del av blod-hjerne-barrieren og finnes også i placenta og i testiklene. De fungerer som pumper som transporterer fremmedstoffer, inklusive legemidler, ut av organene. Det finnes også tilsvarende transportproteiner i tarmveggen, i intrahepatiske galleganger og i nyretubuli.

Det er identifisert en rekke ulike familier av transportproteiner. De viktigste er P-glykoprotein (PGP), organiske aniontransportører (OAT/OATP) og organiske kationtransportører (OCT/OCTP) (tab 2). Det finnes alt i alt over 30 forskjellige enkeltgener som koder for varianter av disse transportproteinene (12). Nomenklaturen på området er kompleks. For eksempel kalles P-glykoprotein også MDR1, siden man opprinnelig oppdaget at dette var en viktig årsak til multiresistens (multi-drug resistence) mot cytostatika på bakgrunn av legemiddeltransporten ut av kreftcellene. Det systematiske navnet på P-glykoproteingenet er ABCB1.

P-glykoproteinets rolle i legemiddelrespons er tidligere omtalt i Tidsskriftet (13). En rekke legemidler transporteres via denne pumpen (13). Det er påvist mer enn 50 ulike mutasjoner i genet som koder for P-glykoprotein, men det har vært vanskelig å påvise enkeltmutasjoner som med sikkerhet påvirker pumpeeffekten. Det har vært studert om personer med ekstra kraftig uttrykk av P-glykoprotein i blod-hjerne-barrieren kan ha dårlig effekt av opioider (14) og av antiepileptika (15, 16), men resultatene er sprikende. Man har også forsøkt å påvise mutasjoner som kan øke utpumpingen av digoksin i tarmen og i nyretubuli og dermed redusere effekten av dette legemidlet, men også her er dataene motstridende (12, 17). Det er utført mange studier på cytostatikaresistens, men uten at det har vært noe gjennombrudd når det gjelder klinisk anvendelse (18). Trolig må man se på kombinasjoner av en rekke ulike mutasjoner for å finne genvarianter med klare funksjonelle konsekvenser.

Organiske anion- og kationtransportører er særlig viktig for å pumpe ut legemidler i nyretubuli, men de finnes også i leveren og i blod-hjerne-barrieren (12, 19). Aniontransportørene pumper ut legemidler som er svake syrer, mens kationtransportørene pumper ut legemidler som er svake baser (tab 2). En mer fullstendig oversikt over disse legemidlene finnes i Norsk legemiddelhåndbok (6). Det er genvariasjoner i aniontransportørene som er best studert (12, 20) og det er også disse som i utgangspunktet er mest interessante, siden de fleste legemidler er svake syrer. Det finnes minst ti ulike aniontransportører og det er påvist bortimot 100 enkeltmutasjoner i dem, men bare et fåtall av disse mutasjonene gir nedsatt funksjon (20). Dessuten har det vist seg at det selv om man har en mutasjon som opphever funksjonen til en av aniontransportørene, har dette liten klinisk betydning. Årsaken er trolig at de aktuelle legemidlene skilles ut via mange ulike aniontransportører parallelt, slik at det ikke spiller noen stor rolle om en av dem ikke fungerer.

Målstrukturer for legemidler

Selv ved identiske legemiddelkonsentrasjoner i plasma eller i det aktuelle målorganet, kan variasjonen i legemiddelrespons være enorm. Mutasjoner i gener som koder for målstrukturer for legemidler, står for mye av denne variabiliteten (fig 1). Dette kan enten føre til sterkere eller svakere terapieffekt enn forventet eller til økt eller redusert bivirkningsrisiko. Den genetiske variasjonen i målstrukturene er mer legemiddelspesifikk enn variasjonen i enzymer eller transportører: Bare et fåtall legemidler har samme virkningsmekanisme, men en lang rekke ulike legemidler brytes ned av samme enzym eller transporteres av samme pumpe.

Genotyping av målstrukturer for å forutsi terapeutisk effekt

Mens gentesting av en rekke legemiddelmetaboliserende enzymer er tilgjengelig som rutine, er testing av målstrukturgener som kan forutsi behandlingsrespons ennå ikke tatt i bruk i særlig grad. Dette skyldes både at forskningen på området ikke har kommet like langt og at den prediktive verdien generelt sett ser ut til å være lavere. I tabell 3 er det listet opp noen eksempler på målstrukturer for legemidler der det er påvist mutasjoner som kan ha betydning for behandlingseffekt.

Nedsatt eller manglende effekt av warfarin er et betydelig klinisk problem (21). Mens genotyping av CYP2C9 kan forutsi risikoen for økt warfarinkonsentrasjon og blødninger, kan genotyping av det vitamin K-relaterte enzymet VKORC1 forklare hvorfor noen får dårlig effekt til tross for adekvat dosering av warfarin (22). Personer med spesielle mutasjoner i dette genet trenger i gjennomsnitt dobbelt så høy warfarindose som andre for å få samme effekt på INR. Mutasjoner i dette genet kan alt i alt forklare rundt 25 % av variabiliteten i effekten til warfarin, mens mutasjoner i CYP2C9 kun forklarer 6 – 10 % (22). Foreløpig er disse funnene så ferske at genotyping av VKORC1 ikke ennå er tatt i klinisk bruk.

På samme måte som det er beskrevet warfarinresistens, kan behandling med acetylsalisylsyre eller andre platehemmere gi lavere antitrombotisk effekt enn forventet (23). Det er påvist funksjonelle mutasjoner i flere gener som koder for ulike reseptorer på trombocytter. Den best kartlagte og trolig viktigste polymorfismen finnes i et gen som koder for en subenhet i glykoprotein-IIb/IIIa-reseptorkomplekset (23). Denne reseptoren er svært sentral for å mediere plateaggregering, og mange legemidler som er i klinisk bruk som platehemmere, blokkerer denne reseptoren.

Manglende behandlingsrespons på antiepileptika er et annet område som det har vært forsket intensivt på de siste årene. Inntil 30 % av pasienter med epilepsi har fortsatte anfall til tross for behandling med legemidler. Det er to prinsipielt ulike hypoteser som er fremsatt for å forklare dette (15, 16, 24): Den ene hypotesen (transporthypotesen) går ut på at det finnes mutasjoner som kan gi økt aktivitet av P-glykoprotein og andre legemiddeltransportører i blod-hjerne-barrieren. Den andre (målorganhypotesen) foreslår at årsaken er mutasjoner som kan påvirke funksjonen til ionekanaler i hjernen, fremfor alt ulike natriumkanaler. Det er publisert en rekke studier på området, men resultatene har vært motstridende, og det er trolig et godt stykke igjen før funnene eventuelt får kliniske konsekvenser (15, 16, 24).

En norsk gruppe har vist at spedbarn som utvikler diabetes og som har en spesiell mutasjon i genet som koder for en subenhet i ATP-sensitive kaliumkanaler i betacellene i pancreas kan behandles med perorale sulfonylureaderivater i stedet for med insulin (25). Det er i dag mulig å få utført denne gentestingen hos nyfødte med diabetes (26). Hos voksne med type 2-diabetes er effekten av sulfonylureaderivater på insulinfrigjøringen fra pancreas inntil 40 % dårligere hos individer med spesielle mutasjoner i det området som disse legemidlene binder seg til på de nevnte kaliumkanalene (27). Videre finnes det andre mutasjoner som øker risikoen for terapisvikt på sulfonylureaderivater fra 8 % til 16 % (28). Årsakene til variasjon i behandlingsrespons med sulfonylureaderivater kan altså skyldes både farmakokinetiske forhold (mutasjoner i CYP2C9-genet (tab 1)) og farmakodynamiske forhold.

En rekke studier har undersøkt om ulike mutasjoner kan påvirke effekten av antihypertensive legemidler (tab 3) (29). Mest konsistente resultater er beskrevet for sammenhengen mellom mutasjoner i alfaaddusingenet og effekt av tiaziddiuretika (29). Alfaaddusin er en del av et protein som påvirker uttrykket av natriumkanaler som står for reabsorpsjon av natrium i nyretubuli. Effekten av tiaziddiuretika er størst hos individer som har en alfaaddusinmutasjon som gir høy aktivitet i disse kanalene. Reduksjonen i middelarterietrykket ved bruk av tiaziddiuretika er i størrelsesorden 15 mm Hg hos dem som er homozygote for den aktuelle mutasjonen sammenliknet med 6 – 8 mm Hg hos dem som er heterozygote eller ikke har denne mutasjonen (29). Selv om denne forskjellen er statistisk signifikant, er den såpass liten at gentesting neppe har noe stort potensial her.

Det er utført en rekke studier når det gjelder behandlingsrespons ved astma både i forhold til genetisk variasjon i beta-2-reseptorer og i glukokortikoidreseptorer (30). Det er blant annet funnet forskjeller i toppstrømshastighet (PEF) på 20 – 30 l/min etter inhalasjon av beta-2-agonister mellom pasienter med og uten en bestemt mutasjon i beta-2-reseptorgenet. Imidlertid er det så mange usikkerhetsfaktorer knyttet til disse funnene at de må bekreftes i flere studier før metoden eventuelt kan tas i klinisk bruk.

Genotyping av målstrukturer for å forutsi bivirkninger

I tabell 4 er det listet opp noen eksempler på målstrukturer for legemidler der det er påvist mutasjoner som kan ha betydning for bivirkningsrisiko. Tre av disse skal omtales nærmere her: Gener som koder for ionekanaler i hjertet, gener som koder for serotoninreseptorer og gener som koder for koagulasjonsfaktorer. For en mer detaljert omtale av disse tre, så vel som de øvrige som omtales i tabell 4, henvises det til oversiktslitteratur (9, 31).

Oppsummering

I denne artikkelen er det vist noen eksempler på sammenhenger mellom forekomst av ulike genvarianter og legemiddelrespons eller bivirkninger. Alt i alt finnes i dag over tusen enkeltstudier der det er vist slike sammenhenger. Likevel er det kun i et fåtall tilfeller at genotyping er i klinisk bruk. Dette har mange forklaringer.

For det første har det ofte vært slik at de sammenhengene som er påvist i en studie av en eller annen grunn ikke har latt seg bekrefte i oppfølgende studier. For det andre er ofte de forskjellene som er påvist i utfallsvariablene så små at funnene ikke har noen klar klinisk relevans, selv om resultatene har vist seg å være statistisk signifikante. Det er dessuten ofte relativt små forskjeller i frekvensen av mutasjoner mellom dem som får og dem som ikke får en effekt eller en bivirkning. Dermed blir den prediktive verdien av testene lav. En viktig årsak til dette er at det ikke bare er genetiske forhold som avgjør om man får en effekt eller en bivirkning av et legemiddel. Forholdet mellom genetiske faktorer og ikke-genetiske faktorer når det gjelder forekomst av bivirkninger er prinsipielt illustrert i e-figur 4.

Forholdet mellom genetiske og ikke-genetiske faktorer i utviklingen av en legemiddelbivirkning. Startpunktet ved figurens basis er individuelt. Hvis et individ har en genetisk sårbarhet for forekomst av en bestemt bivirkning av et bestemt legemiddel (til venstre på figuren), kan de ikke-genetiske, utløsende faktorene være små. Hvis et individ ikke har en slik genetisk sårbarhet, må de ikke-genetiske, utløsende faktorene (til høyre på figuren) være desto større, jf. eksemplene i tabell 6

Det er videre sjelden at én bestemt mutasjon i ett gen står for hele den genetiske variabiliteten. For eksempel må man påvise et spesielt mønster av mutasjoner i sju gener for ulike reseptorer for å kunne forutsi behandlingsresponsen for klozapin ved schizofreni med en rimelig sannsynlighetsgrad (43). Et annet kompliserende forhold er at et og samme gen kan ha ulik penetrans hos ulike individer. Genekspresjonen reguleres via svært kompliserte mekanismer som også påvirkes av ikke-genetiske forhold. Derfor sier en bestemt genotype ikke nødvendigvis noe om hvor mye protein som er syntetisert (44). Dette er ikke minst viktig når det gjelder legemiddelmetaboliserende enzymer, der det vanligvis er stor variasjon i enzymaktivitet også mellom individer med samme genotype. Dessuten kan et individ som har store mengder av et enzym med en mutasjon som gir nedsatt enzymaktivitet, ha høyere metabolsk kapasitet enn et annet individ som har lavere mengder av et normalt fungerende enzym. Dermed vil det som regel være en betydelig overlapp i enzymaktivitet mellom de ulike genotypene. Tendensen nå går i retning av haplotyping og bruk av mikromatrisemetodikk for å undersøke et stort antall gener og mutasjoner parallelt og eventuelt også studere genekspresjonen samtidig.

Innenfor hvilke områder er gentesting spesielt verdifullt for å individualisere behandlingen? Det finnes noen enkeltstående eksempler på at genotyping før behandlingsstart kan ha stor verdi, og det finnes mange eksempler på at gentesting på spesifikk indikasjon kan løse et klinisk problem som er oppstått under pågående behandling og være en rettesnor for behandlingen videre. Genotyping før behandlingsstart kan være verdifullt når det gjelder å bestemme aktiviteten til enzymene tiopurinmetyltransferase og UGT1A1 (tab 1) og kan også være nyttig for CYP2C9 før behandlingsstart med warfarin. I tillegg har genotyping en plass i utredningen av pasienter med lang QT-tid-syndrom og trolig også hos nyfødte med diabetes. For å løse kliniske problemer som har oppstått etter påbegynt behandling, er det flere indikasjoner. Et slikt eksempel er genotyping for CYP2D6 når spørsmålet er ultrarask metabolisme eller manglende inntak av legemidlet.

Til tross for at det finnes noen gode eksempler på at genotyping kan bidra til å tilpasse behandlingen til hvert enkelt individ, er det langt igjen før man med sikkerhet kan forutsi en behandlingsrespons før man starter med et legemiddel. Man må således fortsatt i lang tid fremover måtte regne med å basere legemiddelbehandling hos enkeltindivider på prøving og feiling. Det er imidlertid viktig å huske på at graden av prøving og feiling minimaliseres ved å ha mest mulig kunnskap om relevante individuelle forhold hos pasienten før behandlingsstart.