Farmakogenetické aspekty liečby orálnymi antidiabetikami

Overview

Pacienti s diabetes mellitus 2. typu majú vysokú variabilitu terapeutických odpovedí na liečbu orálnymi antidiabetikami. Táto variabilita je podmienená psychologickými a sociálnymi faktormi, ako sú adherencia k liečbe, dostupnosť zdravotníckej starostlivosti a preskripčné zvyky jednotlivých lekárov, ako aj biologickými faktormi. Biologické faktory môžeme deliť na negenetické a genetické. Medzi negenetické faktory patria trvanie ochorenia (reflektujúce reziduálnu funkciu β buniek), telesná hmotnosť, funkcie obličiek, pečene a pod. Z genetických faktorov boli študované gény, ktoré majú vzťah k farmakokinetike aj k farmakodynamike orálnych antidiabetík. Z enzýmov ovplyvňujúcich farmakokinetiku sulfonylureí je najdôležitejší cytochróm P450 2C9 kódovaný génom CYP2C9. Prítomnosť nesynonymických variantov tohto génu vedie k spomalenému katabolizmu sulfonylurey, a tým aj k ich zvýšenému efektu. Z génov, ktoré majú vzťah k účinku sulfonylurey, majú vzťah k ich farmakogenetike varianty génov KCNJ11 a ABCC8 kódujúcich bielkoviny ATP-dependentného káliového kanála (K_ATP). Farmakogenomické štúdie pri diabetes mellitus 2. typu ukázali vyšší efekt derivátov sulfonylurey u nosičov rizikových alel polymorfizmov uvedených génov. Z ďalších génov, u ktorých sa dokázal vzťah k efektu sulfonylurey, je gén TCF7L2, ktorého varianty sú najtesnejšie asociované s diabetes mellitus 2. typu. Efekt sulfonylurey bol významne nižší u nosičov rizikovej alely. Vo vzťahu k liečbe metformínom sú zatiaľ najviac preštudované varianty génov, ktoré majú vzťah k farmakokinetike metformínu. Konkrétne ide o gény kódujúce organické katiónové transportéry OCT1, OCT2 a MATE1, ktoré sa podieľajú na transporte metformínu do buniek pečene a obličkových tubulov, ako aj na transporte metformínu z obličiek do moču. Varianty týchto génov boli spojené so zníženou aj so zvýšenou odpoveďou na metformín v závislosti od lokalizácie transportéra a vplyvu polymorfizmu na jeho funkciu. Zatiaľ bola vykonaná jediná celogenómová asociačná štúdia, ktorá zistila vzťah polymorfizmu v blízkosti génu ATM k efektu metformínu, pričom nie je zatiaľ objasnené, akým spôsobom produkt tohto génu, hrajúceho úlohu v procese opravy DNA, ovplyvňuje účinok metformínu. Prítomnosť variantov uvedených génov viedla k rozdielnemu efektu rozličných antidiabetík vyjadreného znížením HbA_1c v rozmedzí 0,3–0,6 % v závislosti od genotypu pacientov, ktorý sa javí ako klinicky signifikantný. Nie je preto vylúčené, že už v blízkej budúcnosti bude panel polymorfizmov uvedených génov používaný pri personalizácii liečby diabetes mellitus 2. typu.

Kľúčové slová:
farmakogenetika – diabetes mellitus 2. typu – deriváty sulfonylurey – metformín – personalizovaná medicína

Pacienti s diabetom 2. typu (DM2T) majú vysokú variabilitu terapeutických odpovedí na liečbu orálnymi antidiabetikami. Táto variabilita je podmienená psychologickými a sociálnymi faktormi, ako sú adherencia k liečbe, dostupnosť zdravotníckej starostlivosti a preskripčné zvyky jednotlivých lekárov, ako aj biologickými faktormi. Biologické faktory môžeme deliť na negenetické a genetické. Medzi negenetické faktory patria trvanie ochorenia (reflektujúce reziduálnu funkciu β-buniek), telesná hmotnosť, funkcie obličiek a pečene a pod. Najdôležitejším faktorom určujúcim výšku poklesu HbA_1c po liečbe je jeho bazálna hladina, pričom je dobre známe, že čím vyššia je bazálna hladina HbA_1c, tým vyšší je jeho pokles nezávisle od liečebnej modality, ktorá bola použitá.

Genetické faktory, ktorých analýza bude predmetom tohto prehľadu, sú podmienené prítomnosťou zriedkavých mutácií (výskyt v populácii < 5 %) alebo bežných génových variantov – polymorfizmov. Existujú viaceré druhy génových polymorfizmov, ale vo farmakogenetických štúdiách sa zatiaľ najviac skúmal efekt jednonukleotidových polymorfizmov (génových va­riantov) spôsobených zámenou jednej bázy v reťazci DNA. Ak takáto zámena vedie k zmene aminokyseliny, označuje sa to ako nesynonymický polymorfizmus, pričom dôsledok takejto zámeny aminokyseliny je zvyčajne zmenená funkcia bielkoviny. Zložitejšie je vysvetlenie dôsledku synonymických polymorfizmov, ktoré sú často v intrónoch (nekódujúcich častiach DNA) alebo v medzigénových oblas­tiach. Takéto polymorfizmy sa buď považujú za markery iných génových variantov nachádzajúcich sa v ich blízkosti meniacich štruktúru bielkoviny, alebo tieto polymorfizmy môžu zasahovať do expresie DNA a iných regulačných mechanizmov.

Farmakogenetické štúdie sa zameriavajú na gény ovplyvňujúce farmakokinetiku a na gény ovplyvňujúce farmakodynamiku jednotlivých liekov. V posledne uvedenej skupine boli sledované najskôr známe terapeutické ciele, ako sú napr. gény kódujúce biel­koviny ATP-senzitívneho káliového kanála alebo gén kódujúci receptor PPAR-γ. S rozmachom nových poznatkov o kandidátskych génoch DM2T sa začal sledovať účinok antidiabetík vo vzťahu k variantom génov, ktoré boli asociované s rozvojom DM2T, alebo ich produkty zasahujú do patogenézy DM2T vplyvom na sekréciu inzulínu, inzulínovú rezistenciu či inkretínový efekt.

Farmakogenetika derivátov sulfonylurey a meglitinidov

Z enzýmov ovplyvňujúcich farmakokinetiku sulfonylurey je najdôležitejší cytochróm P450 2C9 kódovaný génom CYP2C9. Najčastejším génovým variantom je CYP2C9*1. Nesynonymické varianty spôsobujúce vznik alel *2 a *3 vedú k spomalenému katabolizmu sulfonylurey, a tým aj k ich zvýšenému efektu. Nosiči týchto variantov mali viac ako trojnásobne vyššiu pravdepodobnosť dosiahnutia cieľových hladín HbA_1c < 7 %, čo bolo zistené najprv v menších štúdiách a neskôr potvrdené na súbore 1 073 pacientov v štúdii GoDARTs vychádzajúcej zo škótskeho registra diabetikov v Tayside [1].

ATP-dependentný káliový kanál (K_ATP) hrá dôležitú úlohu v regulácii inzulínovej sekrécie. Je zložený z 2 bielkovín – vnútorný pór kanálu tvorí Kir 6.2, zatiaľ čo z vonkajšej strany tvorí kanál sulfonylureový receptor 1 (SUR1), ktorý predstavuje terapeutický cieľ inzulínových sekretagóg – derivátov sulfonylurey aj meglitinidov. Kir6.2 je kódovaný génom KCNJ11 a SUR1 je kódovaný génom ABCC8 [2].

K_ATP je za normálnych okolností otvorený. Vstup glukózy do β buniek po príjme potravy a jej následné metabolizovanie za tvorby ATP, vedie k zatvoreniu kanálu a zvýšeniu koncentrácie iónov kália vo vnútri β buniek Langerhansových ostrovčekov. Zvýšenie intracelulárnej koncentrácie kália vedie k depolarizácii membrány β buniek, čo následne vyvolá otvorenie napäťovo regulovaných kalciových kanálov a vstup iónov kalcia do buniek. Zvýšenie intracelulárnej koncentrácie kalcia následne spúšťa uvoľňovanie inzulínu.

Mutácie génov KCNJ11 a ABCC8 môžu vyvolať permanentný neonatálny diabetes mellitus (PNDM). Prelomové farmakogenetické štúdie ukázali, že deriváty sulfonylurey sú schopné korigovať defekt spôsobený týmito mutáciami, a tak mnohí pacienti s PNDM na podklade mutácií uvedených génov mohli byť nastavení na liečbu derivátmi sulfonylurey, aj keď boli predtým liečení inzulínom, pričom často bolo pozorované aj zlepšenie glykemickej kompenzácie pacientov v porovnaní s liečbou inzulínom [3]. Tieto farmakogenetické poznatky týkajúce sa monogénnych typov diabetu viedli k úvahám, či bežné varianty uvedených génov (označované ako jednonukleo­tidové polymorfizmy) nemôžu tiež ovplyvňovať farmakologickú účinnosť inzulínových sekretagóg.

Štúdie vybraných kandidátskych génov identifikovali asociáciu diabetu 2. typu s prítomnosťou nesynonymických polymorfizmov (vedúcich k zámene aminokyseliny) génu KCNJ11 (Glu23Lys), ako aj génu ABCC8 (Ser1369Ala). Asociácia polymorfizmu KCNJ11 s diabetom 2. typu sa neskôr potvrdila aj v celogenómových aso­ciačných štúdiách. I keď to neplatilo pre polymorfizmus ABCC8, uvedené 2 polymorfizmy sú v takmer úplnej väzobnej nerovnováhe, čo znamená, že nosiči rizikovej alely pre jeden gén majú skoro v 100 % prípadov aj rizikovú alelu pre druhý gén [2].

Viaceré farmakogenetické štúdie na humánnych subjektoch pozorovali zvýšenú citlivosť nosičov rizikových alel uvedených génov na účinok inzulínových sekretagóg. V čínskej populácii v súbore 661 pacientov bola v pilotnej štúdii prítomnosť polymorfizmov ABCC8 Ser1369Ala a KCNJ11 signifikantne asociovaná s terapeutickou odpoveďou na 8-týždňovú liečbu gliklazidom. V replikačnej štúdii na súbore 607 chorých bola potvrdená asociácia s génom ABCC8, pričom nosiči rizikovej alely Ala mali signifikantne vyšší pokles glykémie nalačno a postprandiálnej glykémie, ale len hranične signifikantný pokles HbA_1c [4]. Toto pozorovanie sme replikovali na európskej populácii vo vzťahu k variantu KCNJ11 Glu23Lys, keď u nosičov rizikovej alely Lys po 6-mesačnej liečbe derivátmi sulfonylurey bola pozorovaná významne väčšia redukcia hladiny HbA_1c [5].

Podobne sa potvrdila vyššia terapeutická účinnosť repaglinidu u nosičov rizikovej alely génu KCNJ11 v populácii čínskych diabetikov [6]. Vyšší efekt derivátov sulfonylurey aj meglitinidov u nosičov rizikových alel naznačuje, že môže ísť o podobný mechanizmus, ako pri permanentnom neonatálnom diabete, pri ktorom deriváty sulfonylurey čiastočne korigujú geneticky podmienený defekt.

Od objavu asociácie polymorfizmov génu TCF7L2 s diabetom 2. typu (DM2T) prešlo 5 rokov a napriek tomu, že dnes poznáme v ére celogenómových asociačných štúdií viac ako 40 génov asociovaných s DM2T, pri géne TCF7L2 bola pozorovaná zatiaľ najtesnejšia asociácia, keď homozygotní nosiči rizikových alel majú dvojnásobne zvýšenú pravdepodobnosť rozvoja diabetu.

Keďže rizikové varianty génu TCF7L2 boli konštantne asociované so znížením inzulínovej sekrécie, tento gén je logickou voľbou pre farmakogenetické štúdie s inzulínovými sekretagógami, ako sú deriváty sulfonylurey. V rámci štúdie GoDARTs bol sledovaný tera­peutický efekt SU v súbore 901 diabetikov 2. typu v závislosti od dvoch polymorfizmov TCF7L2. Hlavný cieľový ukazovateľ bol definovaný ako zlyhanie liečby SU počas periódy 3–12 mesiacov od začatia liečby SU. Homozygotní nosiči rizikovej alely obidvoch polymorfizmov mali približne dvojnásobne zvýšené riziko včasného zlyhanie liečby SU v porovnaní s homozygotnými nosičmi bežných alel [7].

Výsledky tejto pilotnej štúdie boli v roku 2011 súčasne replikované 2 výskumnými skupinami zo strednej Európy. V našej štúdii sme v súbore 101 pacientov s DM2T po zlyhaní monoterapie metformínom sledovali tera­peutickú odpoveď na SU v závislosti od genotypu TCF7L2 rs7903146. Nosiči aspoň jednej rizikovej alely tohto polymorfizmu mali po 6 mesiacoch liečby SU signifikantne nižšiu redukciu hladiny HbA_1c v porovnaní s nerizikovými homozygotmi, pričom rozdiel medzi skupinami homozygotov predstavoval 0,4 % [8]. V štúdii vykonanej v Lipsku zahrňujúcej 189 pacientov bolo replikované základné pozorovanie štúdie GoDARTs, keď homozygotní nosiči uvedeného rizikového variantu mali dvojnásobne zvýšené riziko zlyhania liečby SU v porovnaní s nerizikovými homozygotmi [9].

Keďže polymorfizmus TCF7L2 rs7903146 je v intrónovej oblasti (nekódujúcej bielkovinu TCF7L2), v súčasnosti prebieha intenzívny výskum, aké mechanizmy predisponujú k diabetu v súvislosti s prítomnosťou tohto génového variantu. Nedávno publikovaná prelomová štúdia zistila, že tento variant génu je lokalizovaný v oblasti tzv. obnaženého chromatínu (open chromatin) v β bunkách pankreatických ostrovčekov, čo môže viesť k zvýšenej transkripcii RNA so zatiaľ neobjasnenými regulačnými a funkčnými dôsledkami [10].

Farmakogenetika metformínu

Farmakogenetické štúdie týkajúce sa účinku metformínu sa zameriavali hlavne na farmakokinetické aspekty jeho účinku. Metformín je transportovaný do buniek a z buniek za pomoci organických katiónových transportérov (OCT). OCT1 umožňuje vstup metformínu do pečeňových buniek, zatiaľ čo OCT2 umožňuje vylučovanie metformínu tubulárnymi bunkami obličiek. OCT1 je kódovaný génom SLC22A1. Doterajšie farmakogenetické štúdie priniesli protirečivé výsledky vo vzťahu k tomuto génu. Kým v štúdiách s malým počtom pacientov bol pozorovaný rozdielny efekt liečby metformínom v závislosti od polymorfizmov SLC22A1 [11], štúdia GoDARTs zahrňujúca 1 531 pacientov liečených metformínom nepotvrdila vzťah iných variantov uvedeného génu k účinku metformínu [12].

Ďalším dôležitým faktorom vo farmakokinetike metformínu je multidrug and toxin extrusion 1 (MATE1), ktorý sa zúčastňuje vylučovania metformínu do žlče z pečeňovej bunky, ako aj do moču z tubulárnych buniek obličiek. MATE1 je kódovaný génom SLC47A1. Polymorfizmus tohto génu bol v súbore 116 pacientov zaradených do Rotterdamskej epidemiologickej štúdie asociovaný s rozdielnou odpoveďou na metformín, pričom nosiči zriedkavejšej alely tohto génového variantu mali vyššiu redukciu HbA_1c na každú alelu o 0,3 %. Rozdiel medzi homozygotnými nosičmi teda predstavoval až 0,6 % [13]. Význam polymorfizmu SLC47A1 bol potvrdený aj v post-hoc analýze štúdie Diabetes Prevention Program (DPP), v ktorej bola pozorovaná štatisticky významná interakcia medzi genotypom SLC47A1 a preventívnym účinkom metformínu v rozvoji diabetu u jedincov s poruchou tolerancie glukózy [14].

Donedávna chýbali farmakogenetické štúdie, ktoré by dokázali asociáciu variantov génov kódujúcich bielkoviny sprostredkujúce účinok metformínu a terapeutickou odpoveďou na liečbu. Metformín účinkuje prostredníctvom aktivácie enzýmu AMP-aktivovanej proteinkinázy (AMPK) v pečeňových a svalových bunkách. Serín-treonín-kináza kódovaná génom STK11 je potrebná na fosforyláciu a aktiváciu AMPK.

Nedávno bola publikovaná prvá celogenómová asociačná štúdia, ktorá si dala za cieľ identifikovať gény aso­ciované s účinkom metformínu. Štúdia bola vykonaná v škótskej kohorte GoDARTs. Replikácia výsledkov bola vykonaná v kohorte pacientov zaradených do UKPDS. Štúdia viedla k prekvapujúcemu objavu, keď najtesnejšie aso­ciovaný s efektom metformínu bol polymorfizmus rs11212617 A > C v blízkosti génu ATM (ataxia-telangiectasia mutated). Nosiči zriedkavejšej alely C mali o 35 % vyššiu pravdepodobnosť, že dosiahnu pri liečbe metfromínom hladiny HbA_1c < 7 %. Nosičstvo jednej alely C bolo spojené s nižšou hladinou HbA_1c pri liečbe metformínom o 0,3 % [15]

Gén ATM kóduje serín/treonín proteínkinázu, ktorá je aktivovaná zlomami v dvojvláknovej DNA, čo vedie k zastaveniu bunkového cyklu a umožňuje opravu poškodenej DNA. Predbežné experimenty na bunkových kultúrach ukázali, že funkcia tohto enzýmu súvisí s AMPK a je potrebná pre úplnú odpoveď na metformín.

Uvedené pozorovania sú zaujímavé v kontexte skutočnosti, že diabetes 2. typu je spojený so zvýšeným rizikom rozvoja rakoviny, najmä hrubého čreva, prsníka a pankreasu. Niektoré epidemiologické štúdie zistili, že diabetici liečení metformínom mali riziko rozvoja rakoviny znížené v porovnaní s diabetikmi, ktorí metformín v liečbe neužívali. Analyzovaná celogenómová asociačná štúdia teda priniesla viac svetla do tejto komplexnej problematiky tým, že ukázala, akú úlohu môže hrať gén ATM zodpovedný za odpoveď na poškodenie DNK v glukózovej homeostáze a terapeutickej odpovedi na metformín.

Farmakogenetika glitazónov

Glitazóny účinkujú prostredníctvom aktivácie jadrových receptorov PPAR-γ, ktoré sú kódované génom PPARG. Via­ceré štúdie sledovali efekt liečby glitazónu vo vzťahu k prítomnosti nesynomického polymorfizmu Pro12Ala. V celej populácii sa zastúpenie nosičov nerizikovej alely Ala pohybuje medzi 10–20 %. Štúdie v ázijskej populácii pozorovali vyšší efekt roziglitazónu aj pioglitazónu na redukciu HbA_1c u nosičov alely Ala [16]. Ďalšie štúdie v ázijskej populácii zistili odlišný efekt liečby glitazónmi v závislosti od polymorfizmov adiponektínu a rezistínu – adipocytokínov, ktoré majú úlohu pri rozvoji inzulínovej rezistencie pri obezite [17].

Potencionálny prínos farmakogenetiky diabetu 2. typu

Nové poznatky farmakogenetiky diabetu môžu obohatiť poznanie z viacerých aspektov a mať aj implikácie pre klinickú prax. Celogenómový prístup nezaťažený „predsudkami“ predchádzajúcich vedomostí môže viesť k objaveniu nových možných terapeutických cieľov. Príkladom toho môže byť gén ATM objavený celogenómovou asociačnou štúdiou ako gén ovplyvňujúci účinok metformínu. To môže viesť k ďalším poznatkom, ktoré lepšie objasnia patogenetický aspekt ochorenia, do ktorého zasahuje študovaný liek. Objav približne 50 kandidátskych génov zas naznačuje, že DM2T je heterogénne ochorenie, pričom nové, presnejšie subklasifikácie ochorenia môžu byť založené práve na uvedených genetických poznatkoch. Všetky tieto poznatky môžu prispieť v konečnom dôsledku k personalizácii medicíny, ktorá umožní optimálnu voľbu liekov používaných v liečbe DM2T pre každého diabetika [18].

Táto publikácia bola podporená grantmi VEGA 1/0112/11 a VEGA 1/0340/12. Článok bol po prvýkrát publikovaný ako kapitola v monografii Kvapil M (ed). Diabetologie 2012. Stanislav Juhaňák – Triton 2012: 61–68. ISBN 978-807387-551-0. Publikované so súhlasom editora a vydavateľa.

prof. MUDr. Ivan Tkáč, PhD.

www.upjs.sk

e-mail: ivan.tkac@upjs.sk

Doručeno do redakce: 22. 5. 2012