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FORMACIÓN CONTINUADA PARA FARMACÉUTICOS DE HOSPITAL V
1.6
FARMACOGENÉTICA, HERRAMIENTA PARA LA TERAPIA INDIVIDUALIZADA DE LOS PACIENTES. Julio Benítez Rodríguez
Facultad de Medicina y Hospital Universitario Infanta Cristina. Universidad de Extremadura. (Badajoz).
SUMARIO 1.6 1. INTRODUCCIÓN 2. FARMACOGENÉTICA DE LOS TRANSPORTADORES DE FÁRMACO • La glicoproteina P (P-gp) • Transportador MRP2 • Transportadores OATP y OAT 3. FARMACOGENÉTICA DE LAS ENZIMAS METABOLIZADORAS DE FÁRMACOS: ENZIMAS DE FASE I • CYP3A • CYP2D6 • CYP1A2 • CYP2C9 • CYP2C8 • CYP2C19 • CYP2A6 • CYP2E1 4. FARMACOGENÉTICA DE LAS ENZIMAS METABOLIZADORAS DE FÁRMACOS: ENZIMAS DE FASE II • Glutation-S-transferasas • N-acetil transferasas • UDP- glucuroniltransferasas • Epóxido hidrolasa • Sulfotransferasas
5. FARMACOGENÉTICA DE LOS RECEPTORES Y EFECTORES • Polimorfismos de receptores y psicofármacos • Polimorfismos de los receptores adrenérgicos • Polimorfismos en moléculas efectoras 6. EL POLIMORFISMO DE TPMT 7. PERSPECTIVAS Y CONCLUSIONES 8. BIBLIOGRAFÍA
1. INTRODUCCIÓN De todos es conocido que la edad, la dieta o el estado general de una persona puede tener influencia en como responde a una medicación concreta. Sin embargo, otro factor importante que puede determinar esta respuesta son los genes, así como la interacción de estos entre si y con diversos factores ambientales. El estudio de cómo las personas responden de manera diferente a los fármacos dependiendo de su genes es lo que llamamos farmacogenética. Conviene distinguir la farmacogenética de la farmacogenómica, que estudiaría las bases moleculares y genéticas de las enfermedades para encontrar nuevas dianas terapéuticas. Naturalmente, la farmacogenómica es bastante mas compleja, ya que las bases moleculares y genéticas de las enfermedades humanas son todavía poco conocidas y la mayoría de ellas vienen determinadas por la interacción de mas de un gen (muchas veces por un número importante de ellos) con diversos factores ambientales. En el presente trabajo vamos a centrarnos en la farmacogenética. Aunque el auge de esta ciencia es relativamente reciente, ya en los años cincuenta se atisbaron las primeras asociaciones farmacogenéticas, se descubrió que ciertos efectos adversos graves que aparecían en pacientes sometidos a tratamientos con primaquina, succinilcolina e isoniazida eran debidos a deficiencias en las enzimas gluocosa-6-fosfato deshidrogenasa, colinesterasa y N-acetil transferasa, respectivamente (1,2). En las décadas siguientes se han identificado numerosas variantes en las secuencias de ADN que son responsables de provocar respuestas farmacológicas diferentes a las esperadas.
El rápido despegue de la farmacogenética está en relación directa con el hecho de que recientemente se haya completado el estudio de la secuencia del genoma humano, y el descubrimiento de que aproximadamente el 0.1% de la misma es polimórfica, es decir, que presenta diferencias interindividuales que se pueden dividir en distintos grupos. El objetivo de la farmacogenética en los próximos años sería determinar las consecuencias clínicas de los cerca de 3 millones de SNPs identificados (Single Nucleotide Polymorphisms, polimorfismos debidos al cambio de un solo nucleótido que pueden generar o no cambios en la secuencia proteica). En los estudios farmacogenéticos existen dos escenarios posibles: El primero, y con mucho el más frecuente, comprende la existencia de variantes alélicas frecuentes (frecuencia > 10%) con un impacto bajo o inapreciable en la respuesta farmacológica, ni siquiera en combinación con otros SNPs, los llamados haplotipos. Estos casos no tienen mayor relevancia a la hora de predecir la respuesta de un paciente a un fármaco determinado. El segundo escenario, y que en comparación presenta un número de ejemplos mucho menor, contempla la aparición de variantes genéticas que alteran dramáticamente la expresión o la actividad de una proteína. Estas variantes sí que pueden tener una importancia clínica elevada y pueden ser utilizadas para predecir, al menos en parte, la respuesta farmacológica. Desde la disciplina de la farmacología, los fármacos se tratan desde dos perspectivas: una perspectiva farmacodinámica, 149
que en resumen puede verse como lo que el fármaco le hace al cuerpo, y otra farmacocinética, que sería lo que el cuerpo hace al fármaco. Estos dos campos son objeto de investigación por parte de la farmacogenética. Las enzimas metabolizadoras de fármacos y los transportadores influyen frecuentemente en la farmacocinética, mientras que las proteínas implicadas en mediar los efectos del fármaco como pueden ser los receptores, los transportadores de neurotransmisores u hormonas, o los canales iónicos de las membranas celulares contribuyen directamente a la variabilidad interindividual en la eficacia o toxicidad del fármaco (farmacodinamia). En las próximas páginas resumiremos los hallazgos más significativos en cuanto a los polimorfismos en los genes que in-
tervienen en estos procesos, ya sean enzimas que intervengan en el metabolismo de fármacos, transportadores o receptores, poniendo un énfasis especial en aquellos estudios que impliquen mayor relevancia clínica.
La glicoproteína P (P-gp): La P-gp es el producto del llamado gen de resistencia a fármacos (multidrug resistence, MDR1 o ABCB1, su denominación actual). Este transportador pertenece a la superfamilia de transportadores ABC (ATP binding cassette), y su función es la expulsión de sustancias del interior de las células hacia el exterior, ejerciendo un papel fisiológico protector contra sustancias o metabolitos tóxicos. Esta glicoproteína se expresa en múltiples tejidos: intestino delgado, células del tubo proximal en los riñones, barrera hematoencefálica, placenta, testículos, etc. Estas localizaciones y la mayoría de sustratos de este transportador son compartidos con CYP3A (la principal subfamilia de enzimas metabolizadoras de fármacos del sistema enzimático del citocromo P450). Esto, junto con algunos indicios que apuntan a la existencia de una corregulación de ambos elementos, lleva a pensar que P-gp y CYP3A podrían formar parte de un único sistema de protección combinado de metabolismo/transporte contra xenobióticos potencialmente peligrosos.
2. FARMACOGENÉTICA DE LOS TRANSPORTADORES DE FÁRMACOS No es nuestro objetivo hacer una revisión de todos los SNPs detectados en los transportadores de fármacos. Nos detendremos únicamente en aquellos polimorfismos que afecten a transportadores que por su función puedan ser de especial relevancia en la clínica. La tabla II muestra un resumen de los mismos.
TABLA II. Polimorfismos clínicamente relevantes en transportadores y receptores de fármacos. Gen* Transportadores ABCB1/MDR1
Receptores ADRβ1
Polimorfismo
Sustrato
Situación fisiológica relacionada
C3435T
Muy numerosos: digoxina, inhibidores de la proteasa, anticonvulsivantes etc.
Alteración de niveles plasmáticos de sustratos de la P-gp Disminución mecanismos protectores Superior eficacia de tratamiento anti-HIV
Arg389Gly
β-bloqueantes
Hipotensíon tras β-bloqueantes
β-agonistas
Resistencia a β-agonistas en asma
El número de SNPs encontrados hasta la fecha en el gen MDR1 ronda la treintena, de los que 19 se localizan en los exones del gen (la parte del mismo que codificará la cadena de aminoácidos de la proteina). El primer SNP estudiado y hasta ahora el mejor caracterizado es el C3435T (es decir, un cambio de cisteína por timina en la posición 3435), el cual paradójicamente no implica un cambio de aminoácido en la consiguiente secuencia proteica. Sin embargo, parece claro que este polimorfismo está asociado con una alteración en la expresión de la proteína y un aumento de las concentraciones plasmáticas de sustratos con estrecho margen terapéutico tales como digoxina (3), sugiriendo que los individuos homocigotos para esta mutación (T3435T) presentarían una mayor absorción
Ser49Gly ADRβ2
Arg16Gly
ADRα2c
Del322-325
DRD3
Ser9Gly
Neurolépticos
[5-HT]2a
Ile197Val
Neurolépticos
Gln27Glu Riesgo aumentado de fallo cardiaco Disquinesia tardia en tratamientos con antipsicóticos Diferencias en respuesta farmacológica
*Los genes listados y las proteínas que codifican son los siguientes: MDR1: P-glicoproteína, MRP2: proteína transportadora de resistencia a multifármacos 2, ADRβ1: receptor adrenérgico β1, ADRβ2: receptor adrenérgico β2, ADRα2c: receptor adrenérgico α2c, DRD3: receptor dopaminérgico 3, [5-HT]2a: receptor de 5-hidroxitriptamina 2A.
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del fármaco debido a mostrar una expresión de P-gp más baja de lo normal. Asimismo, se ha encontrado esta misma asociación farmacocinética para otros sustratos como ciclosporina o tacrolimus, sin embargo otros grupos de investigación no han podido reproducir estos resultados consistentemente (4). El hecho de que haya resultados contradictorios en cuanto a la funcionalidad de esta mutación puede deberse a que está asociada en un porcentaje elevado (>50%) a la aparición de otro SNP en el exon 21 (G2677T/A), de manera que estudios individuales de cualquiera de estas dos mutaciones no reflejarían convenientemente la importancia de las mismas. La importancia clínica de la existencia de SNPs en el gen ABCB1 es clara ya que podrían afectar el papel protector de la P-gp y, por tanto, aumentar el riesgo de enfermedad. Así, se ha demostrado por ejemplo que el alelo mutante 3435T es más frecuente en pacientes de un tipo concreto de cáncer renal que en sujetos sanos (5). Posteriores estudios sugirieron que la menor incidencia de cáncer renal en africanos comparados con los europeos, era consecuencia de la mayor proporción de sujetos homocigotos wildtype para este polimorfismo en África. El alelo T, con niveles más bajos de expresión de P-gp y la consecuente falta de protección que esto acarrearía, también se ha asociado con un mayor riesgo de contraer Parkinson en personas expuestas a pesticidas (6). Parecidas conclusiones se han obtenido con otros síndromes como la colitis ulcerosa, la enfermedad de Crohn o la epilepsia (4). En cuanto a la importancia de las diferencias interraciales, la variante alélica T es más frecuente en poblaciones de raza blanca y se maneja la hipótesis de que la mayor proporción de sujetos africanos CC sería 151
consecuencia de una evolución selectiva por la protección de este genotipo contra infecciones gastrointestinales. Por el contrario, también existen situaciones en las cuales ser portador del alelo T acarrearía ventajas. Por ejemplo, se sabe que la mayoría de los fármacos inhibidores de la proteasa usados en la terapia contra el VIH son transportados por la P-gp, y existen estudios que muestran que en pacientes con menores niveles de transportador (portadores del alelo mutante) se ha observado un aumento de la cantidad de células diana CD4, reduciendo su susceptibilidad a la infección por VIH, probablemente debido a un aumento de la biodisponibilidad de los fármacos inhibidores, ya que su expulsión de la célula estaría disminuída (7) De todas maneras, el carácter tan reciente de estos estudios hace que se necesite más tiempo para concretar la verdadera funcionalidad del polimorfismo MDR1 C3435T o de otras mutaciones que puedan ocurrir en el gen, estén o no relacionadas. Posiblemente, el análisis de haplotipos (asociaciones de mutaciones en un mismo locus genético), junto con la consideración de otros factores como elementos medioambientales o el tamaño de muestra en estudios clínicos, será más revelador que el análisis de SNPs. Transportador MRP2: Existe otra familia de transportadores cuya función, al igual que la P-gp, es la expulsión de fármacos y otras sustancias de la célula, estos son los MRP (multidrug resistance protein). El más conocido de ellos
es MRP2, ésta es una proteína con 17 dominios transmembranales que está expresada principalmente a nivel de la membrana apical de los hepatocitos, adyacente al canalículo. En esta localización la proteína transporta conjugados aniónicos, ya sean exógenos o endógenos desde las células hepáticas hacia la bilis.
Transportadores OATP (organic anion transporting polypeptide) y OAT (organic anion transporters): Esta familia constituye el otro gran grupo de transportadores de fármacos que existe. Al contrario que la P-gp, estos son transportadores que capturan al fármaco para introducirlo en la célula.
MRP2 es sólo uno de los 7 MRPs que se conocen, sin embargo la presencia de mutaciones en este transportador en concreto adquiere una importancia máxima debido a la función que realiza. Varios de los polimorfismos identificados reducen o anulan la expresión y/o capacidad transportadora de la proteína y por tanto el flujo hacia los canalículos biliares de los sustratos por ella transportados. Una de estas sustancias expulsadas hacia la bilis es la bilirrubina en forma conjugada, la acumulación de ésta en los sujetos con MRP2 defectuoso produce hiperbilirrubinemia crónica, una de las manifestaciones del síndrome de Dubin-Johnson. Por tanto, este síndrome está asociado inequívocamente a la presencia de distintas mutaciones en el gen MRP2, la más frecuente de las cuales es un cambio de isoleucina a fenilalanina en la posición 1173 de la proteína (Ile1173Phe) (8,9).
Los transportadores de la familia OATP están presentes en tejidos como el hígado, riñón, cerebro o intestino, y entre sus sustratos encontramos además de xenobióticos, toxinas, sales biliares, y hormonas esteroideas. Los transportadores OAT por el contrario, se localizan preferentemente en los túbulos renales y transportan sustratos más pequeños pero de gran importancia clínica: antibióticos β-lactámicos, diuréticos, AINEs y fármacos antineoplásicos o retrovirales. Dada la variedad de sustratos existentes y su localización descentralizada, la aparición de polimorfismos genéticos en estos transportadores debería contribuir a la variabilidad interindividual e interétnica en la biodisponibilidad y respuesta terapéutica. Sin embargo, aunque se han determinado una multitud de SNPs que afectan a estos transportadores (10), no existen todavía estudios in vivo consistentes que determinen la importancia clínica de dichas mutaciones. Uno de los pocos estudios relevantes en este campo hasta la fecha, reveló que la mutación OATP-C*15 en el transportador OATP-C, la cual produce una completa pérdida de función transportadora in vitro, estaba asociado con niveles plasmáticos elevados de pravastatina (11).
Otros miembros de esta familia de transportadores, como MRP4 y MRP5 están comenzando a ser investigados en profundidad ya que parece que pueden jugar un papel importante en la extrusión celular de ciertos fármacos anti-VIH, sin embargo hasta el momento no parece que existan variantes alélicas clínicamente importantes. 152
3. FARMACOGENÉTICA DE LAS ENZIMAS METABOLIZADORAS DE FÁRMACOS: ENZIMAS DE FASE I Las enzimas de la fase I del metabolismo se encargan de modificar químicamente a sus sustratos a fin de conseguir compuestos más hidrófilos, y por tanto más fácilmente eliminables en etapas posteriores. Un estudio publicado en 1997 sobre el metabolismo de 315 fármacos utilizados en clínica humana reveló que en el 56% de ellos su biotransformación es principalmente catalizada por isoenzimas del citocromo P450 (12). Las enzimas de esta superfamilia son por tanto las enzimas que predominan en la fase I del metabolismo de fármacos en el hombre. Dentro de de este grupo de enzimas, el citocromo P450 3A4 (CYP3A4) fue considerada en el estudio antes mencionado la mas importante (50%), seguida de CYP2D6 (20%), y CYP2C9/19 (15%), siendo el resto metabolizado por CYP1A2, CYP2A6, CYP2E1 y otros isoenzimas no identificados. Siguiendo esta clasificación repasaremos la importancia clínica de la farmacogenética de estas isoenzimas individualmente.
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de forma consistente con diferentes sustratos de la enzima (14,15). El hecho de que este SNP se presente en un alto porcentaje de ocasiones asociado a mutaciones en CYP3A5, hace pensar que quizás los resultados contradictorios obtenidos para esta enzima son fruto de la contribución polimórfica de CYP3A5.
TABLA I. Polimorfismos clínicamente relevantes en enzimas metabolizadoras de fármacos. Gen
Polimorfismo
Sustrato
Situación fisiológica relacionada
CYP2D6
Múltiples
Diversos: fármacos cardiovasculares, antidepresivos, antipsicóticos, etc.
Toxicidad, falta de respuesta farmacológica
CYP2C8
*3
Taxol
Alteración de su metabolismo
CYP2C9
*2, *3
Warfarina
Riesgo de hemorragias, requerimientos de dosis más bajos
CYP2C19
*2, *3
Diversos: Proguanil, talidomida, inhibidores bomba protones
Eficacia del fármaco alterada, requerimientos de dosis distintos
CYP3A5
*3
Tacrolimus
Requerimientos de dosis más bajos
TPMT*
Múltiples
Tiopurinas
Toxicidad hematológica
UGT1A1†
*28
Bilirrubina
Síndrome de Gilbert
Al contrario que para el CYP3A4, sí que se han encontrado variantes alélicas afuncionales de CYP3A5. De ellas, sólo CYP3A5*3, que en realidad representa a un grupo de mutaciones asociadas, es relevante en personas de raza blanca, y de hecho presenta una frecuencia que ronda el 90%. Analizando diversos estudios farmacogenéticos sobre esta enzima, parece que el papel menor que se le había asociado a CYP3A5 tradicionalmente no era tal al fin y al cabo. Por ejemplo, se ha demostrado que aquellos pacientes que habían sufrido un transplante y estaban en terapia inmunosupresora con tacrolimus, y que presentaban un genotipo homocigoto para el alelo menos común (CYP3A5*1) , tenían unos requerimientos de dosis de este fármaco mayores que los de sujetos CYP3A5*3/*3, que no expresan la enzima y que por tanto tenían un metabolismo defectuoso de este inmunosupresor (16). Así, se ha propuesto que el genotipo CYP3A5 pudiera ser determinado previamente a la realización de un trasplante para así anticipar la dosis de inmunosupresor a administrar (16).
*TPMT: Tiopurina metiltransferasa, †UGT1A1: UDP-glucuronil transferasa 1A1.
La tabla I muestra un resumen de los polimorfismos más importantes que afectan a estas enzimas.
dades, la dieta o factores ambientales. Otro mecanismo importante, y que es el que nos ocupa ahora, podría ser el genético.
CYP3A: Esta subfamilia se compone de al menos 4 genes diferentes: CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7 y CYP3A43. Debido a la gran similitud catalítica entre CYP3A4 y CYP3A5 así como a la casi exclusiva localización fetal de CYP3A7 y la aparentemente nula funcionalidad de CYP3A43, estas enzimas se suelen denominar conjuntamente como CYP3A.
Se han identificado numerosas variantes para CYP3A4 y CYP3A5 que presentan unas frecuencias muy variadas y que son generalmente distintas entre grupos étnicos diferentes.
La actividad de las enzimas de la subfamilia CYP3A presenta una alta variabilidad interindividual entre la población, uno de los mecanismos que está detrás de esta alta variabilidad es que estas enzimas son altamente modulables, ya sea por otros fármacos (inductores o inhibidores), enferme-
La variante alélica más relevante del CYP3A4 es CYP3A4*1B, esta mutación es un cambio A-392G localizado en la llamada región específica de nifedipina de la región reguladora del gen. La frecuencia de este alelo, al contrario que la de otras variantes alélicas de este gen, es relativamente alta (2-10%), pero existe una gran controversia respecto a su importancia clínica. Si bien en un principio se asoció a ciertos estadios graves de cáncer de próstata (13), estos resultados no han podido ser confirmados
De todos modos, recientes estudios han cuestionado estos resultados, incidiendo sobre todo en la necesidad de un estudio combinado de las variantes CYP3A4-3A5, y también del gen MDR1 que, como vimos anteriormente, funcionaría en combinación con estas dos enzimas como parte de un sistema protector de la célula. 154
CYP2D6: El citocromo P450 2D6 (CYP2D6) es una enzima que es expresada polimorficamente en el hombre (17) y que está implicada en el metabolismo de un gran número de fármacos relevantes, representando casi el 25% del total de fármacos metabolizados por el CYP450. Es probablemente el citocromo más conocido y caracterizado de todas las enzimas de su clase. La existencia de variantes alélicas totalmente afuncionales permite dividir a la población en metabolizadores lentos (ML), rápidos (MR) y ultrarrápidos (UR) -aquellos con más de una copia funcional del gen- aunque algunas fuentes incluyen también la categoría de metabolizadores intermedios. En España la prevalencia de ML es alrededor del 7%. La administración de fármacos metabolizados por CYP2D6 a sujetos ML tiene como consecuencia uno niveles plasmáticos elevados de los mismos, con los consiguientes posibles efectos adversos, o lo que sería el caso contrario, el consumo de dichos fármacos por personas que son UR puede derivar en una falta de eficacia terapeútica. Debido a esto, la mayoría de compañías farmaceúticas intentan descartar fármacos candidatos que sean metabolizados exclusivamente por enzimas polimórficas como CYP2D6. Incluso se ha utilizado la genotipación previa de CYP2D6 para descartar sujetos en estudios de fase III en el desarrollo de fármacos que son principalmente metabolizados por dicha enzima (18). Son numerosos los antidepresivos que son sustratos del CYP2D6. El previo conocimiento del genotipo del paciente puede ser útil a la hora de instaurar la dosis de estos compuestos (19). Fármacos como fluoxetina, norfluoxetina o desipramina exhiben unos niveles plasmáticos muy 155
diferentes cuando se administran a ML o MR (20,21) esto implica la posible aparición de efectos adversos graves como por ejemplo el síndrome serotoninérgico (22). De hecho, se ha recomendado una reducción del 50% de la dosis en los antidepresivos tricíclicos cuando se administren a ML, mientras que, en general, para los fármacos inhibidores de la recaptación de serotonina las diferencias en la dosificación son menores (23). Otras sustancias psicoactivas, sustratos a su vez del CYP2D6, estan sujetas a las mismas limitaciones, y hay casos descritos de antipsicóticos, como risperidona, que pueden provocar efectos adversos extrapiramidales si se administran a sujetos homocigotos para variantes alélicas afuncionales (24), asimismo la ganancia de peso que puede acarrear un tratamiento con neurolépticos parece estar relacionada con este genotipo (25). La conversión de codeína a morfina es mediada por el CYP2D6, y dada la presencia de esta enzima en cerebro (26), el metabolismo in situ de este fármaco puede tener mucha relevancia clínica. A este respecto, un estudio demostró que los ML de CYP2D6 necesitaban más dosis de codeína para alcanzar los mismos niveles de analgesia que los MR (27). Esto implica que la posible modulación local en cerebro de esta enzima, ya sea por sustratos endógenos (28) u otros xenobióticos, pudiera ser clave para el metabolismo mediado por CYP2D6. La feno-genotipación puede ser recomendada hoy como complemento a la determinación de niveles plasmáticos, cuando se sospeche una anormal capacidad metabólica de CYP2D6, especialmente en
terapias que incluyan fármacos con una estrecha ventana terapeútica. El rápido desarrollo en genética molecular puede en un futuro cercano facilitar nuevas herramientas para la predicción de la actividad de enzimas metabolizadoras de fármacos como el CYP2D6.
No existen datos que demuestren fehacientemente alguna asociación de este alelo con situaciones clínicas concretas, por ejemplo, no se encontró ninguna diferencia significativa en cuanto a la frecuencia de esta mutación entre pacientes de cáncer colorrectal (en cuya génesis es probable la implicación de sustratos de CYP1A2) y pacientes sanos (36). Es claro pues que la importancia clínica de las variantes alélicas CYP1A2 en la actividad procarcinógena de la enzima debe ser estudiada en mayor profundidad.
CYP1A2: Si bien esta enzima metaboliza un número de menor de fármacos que otras subfamilias del CYP450, es en el campo de los fármacos psicoactivos, que generalmente presentan un margen terapeútica pequeño, donde CYP1A2 adquiere una especial relevancia, ya sea porque muchos de estos fármacos se metabolizan por esta enzima o bien porque sean potentes inhibidores de la misma.
CYP2C9: La subfamilia CYP2C representa aproximadamente el 20% del total de citocromo P450 en microsomas hepa´ticos humanos (37). Esta subfamilia está compuesta por cuatro miembros: CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18 y CYP2C19 (38), siendo CYP2C9 la isoforma 2C más abundante en el hígado humano (39).
Existen grandes diferencias interindividuales en la actividad enzimática CYP1A2, que es altamente inducible, tanto in vivo (29) como in vitro (30,31). Estas diferencias adquieren importancia clínica en relación a la respuesta del individuo frente a fármacos metabolizados por el CYP1A2 como teofilina imipramina o cafeína (32,33). Es improbable que esta variabilidad interindividual mencionada tenga, al menos en su mayor parte, una base genética, ya que aunque existen variantes alélicas del gen, el carácter polimórfico de CYP1A2 no está todavía claro (29,34). No existen alelos inactivos y la variante más característica identificada hasta ahora (CYP1A2*1F), manifestándose por un cambio -163C>A en la zona reguladora del gen, parece provocar únicamente un aumento de inducibilidad de la enzima (35).
Existen diversas variantes alélicas del CYP2C9, presentando los alelos *3 y *6 una marcada reducción en la capacida metabolizadora de la enzima in vivo (40), de tal manera que la dosis de sustratos de la enzima administrada a sujetos portadores de estos alelos debería ser menor que la utilizada normalmente si se quieren evitar efectos adversos que pudieran ser importantes. Existen efectos adversos clínicamente relevantes derivados del uso de fármacos sustratos de CYP2C9 que tienen una explicación genética, este es el caso del anticoagulante warfarina, fármaco sustrato de la enzima que puede provocar hemorragias en individuos portadores de alelos defectuosos (41). O también del antiepiléptico fenitoína: se ha descrito un caso de toxicidad seria, con síntomas de confusión mental y pérdida de memoria, asociada a este fármaco en un paciente con CYP2C9*6, una va156
riante alélica no funcional de CYP2C9 (42). Esta asociación no se repite, sin embargo, en otros sustratos tipo de la enzima como el diclofenaco (43). CYP2C9 metaboliza varios sustancias relacionadas con el cáncer de colon, habiendo sido ligado su genotipo al riesgo de desarrollar dicho cáncer (44), sin embargo en otros cánceres como el de pulmón esta relación no ha podido ser establecida (45). Estos polimorfismos, si se confirman los indicios que apuntan a la presencia de esta enzima en cerebro (46), podrían ser importantes, sumados a una posible regulación endógena (47), en el metabolismo local de sustratos neuroactivos de esta enzima. CYP2C8: Al igual que en la situación descrita anteriormente para CYP3A5, CYP2C8 está ganando importancia desde un punto de vista farmacogenético en la familia CYP2C. Un estudio reciente demuestra que el alelo CYP2C9*2 sólo presenta un aclaramiento menor de ciertos sustratos en el caso de estar asociado al alelo CYP2C8*3 (48). Este y otros estudios similares son recientes y se necesitará un mayor volumen de investigación para determinar consistentemente ésta y otras asociaciones alélicas clínicamente importantes. CYP2C8 media la biotransformación de ácido araquidónico hacia numerosos metabolitos llamados ácidos epoxieicosatrienoicos (EETs) implicados en procesos tan importantes como la homeostasis o la inflamación, dicha biotransformación se lleva a cabo por esta enzima principalmente en órganos como el cerebro (49). Un SNP de este gen (CYP2C8*3) afecta significativamente a la producción de EETs, pudiendo 157
afectar a procesos en los que estas sustancias están implicados, tales como el flujo sanguíneo en los vasos cerebrales. CYP2C8*3 también reduce el aclaramiento de fármacos antineoplásicos como el paclitaxel (taxol) (50), y aunque la importancia clínica del aumento de los niveles plasmáticos de este fármaco está todavía por dilucidar, su elevada toxicidad convierten a este hallazago en un hecho muy interesante desde el punto de vista clínico. CYP2C19: Esta es una enzima polimórfica de la cual existen 15 variantes alélicas conocidas, con una prevalencia que presenta una marcada variabilidad interétnica (51). De todas estas variantes CYP2C19*2 y CYP2C19*3 son responsables del 95% de fenotipos ML, el cual está presente en el 1-5% de la población blanca. Este carácter polimórfico de la enzima tiene una importancia clínica muy significativa. Así, el genotipo ML ha sido asociado con un metabolismo defectuoso de antiinfecciosos como el proguanil (52), antidepresivos como el citalopram (53) o fármacos tan controvertidos como la talidomida (54). Además esta enzima interviene en el metabolismo de varios inhibidores de la bomba de protones, tales como omeprazol, lansoprazol o pantoprazol. Por ello, se ha propuesto la genotipación de CYP2C19 como una técnica para identificar pacientes con riesgo de desarrollar hipocloridia en terapias con estos inhibidores (55), así como para individualizar regímenes de dosificación de estos fármacos en la erradicación de Helicobacter pylori (56).
món por un doble mecanismo, es decir, primero porque según Pianezza y colaboradores (60) fumarían menos cigarrillos o no fumarían en absoluto y segundo, porque varios procarcinógenos presentes en el humo del tabaco no serían activados por la enzima. Sin embargo, en la práctica la relación cáncer de pulmón/CYP2A6 es más compleja, existiendo de hecho varios estudios con resultados contradictorios (61,63), y sin duda existen muchos más factores de diversa índole que intervienen en la susceptibilidad a padecer este tipo de cáncer.
El genotipo de CYP2C19 también parece jugar un papel importante en la variabilidad interindividual observada en los efectos adversos causados por la administración concomitante de sustratos de esta enzima y de inhibidores de su metabolismo como fluvoxamina (57). CYP2A6: Si bien esta enzima, además de tener la capacidad de activar numerosos carcinógenos, contribuye al metabolismo de varios fármacos, su relevancia clínica radica en que tiene a la nicotina como sustrato. CYP2A6 es una enzima polimórfica y como tal presenta una marcada variabilidad interindividual, siendo los individuos ML mucho más frecuentes en poblaciones asiáticas que en europeas (58) (Tabla II). Se han identificado hasta 29 variantes alélicas distintas para este gen, estando demostrada in vivo la afuncionalidad de varias de ellas.
CYP2E1: CYP2E1 es una enzima clave en las reacciones de toxicidad, ya que está implicada en la activación de numerosos procarcinógenos y protoxinas, y metaboliza además numerosos xenobióticos como etanol, benzeno, tolueno, nitrosaminas, así como ciertos fármacos como acetaminofeno y clorzoxazona (64)]. Se sabe que un alelo mutante (C2) del gen CYP2E1 es responsable de una mayor actividad de la enzima (65).
Se ha sugerido que el polimorfismo de CYP2A6 es un factor determinante en el tabaquismo, incluso se ha propuesto el uso de inhibidores de la enzima para tratar la dependencia del tabaco (59). Sin embargo los resultados iniciales de un estudio en el que se observó una representación más baja de individuos portadores de alelos defectuosos del gen entre personas dependientes del tabaco que entre personas no dependientes (60), han sido puestos en duda por otros estudios más recientes que no han podido reproducir sus conclusiones (61,62).
En un estudio reciente se ha comprobado que en una población oriental alcohólica con genotipo aldehido deshidrogenasa 2 heterozigoto, las personas que eran portadoras de mutaciones de CYP2E1 soportaban mejor el alcohol que aquellos individuos homocigotos para el CYP2E1 wild-type (65). Demostrándose así que el genotipo de CYP2E1 puede determinar un patrón de personalidad del individuo en relación con su hábito alcohólico. Los niveles de CYP2E1 varían interindividualmente debido sobre todo a su inducibilidad por xenobióticos como el etanol y compuestos orgánicos volátiles (66). Además de lo mencionado anteriormente existen varios polimorfismos genéticos identificados que también pueden
Teóricamente los individuos sin CYP2A6 activo (ML) estarían más protegidos frente a enfermedades como el cáncer de pul158
contribuir a la esta variabilidad de la actividad enzimática, sin embargo, la relación genotipofenotipo no está aún consolidada (67). 4. FARMACOGENÉTICA DE LAS ENZIMAS METABOLIZADORAS DE FÁRMACOS: ENZIMAS DE FASE II Las enzimas de la fase II del metabolismo aprovechan grupos electrofílicos presentes originalmente en la molécula sustrato, o bien introducidos por las enzimas de fase I, para llevar a cabo reacciones de conjugación, usando para ello moléculas de bajo peso molecular, como glutation, UDP-ácido glucurónico o acetil coenzima A. Estas reacciones desembocan generalmente en una inactivación farmacológica o detoxificación de la sustancia conjugada. Los polimorfismos más relevantes que afectan a estas enzimas se muestran en la tabla I Glutation S-Transferasas (GSTs): Las GSTs componen una superfamilia de enzimas que catalizan la conjugación de mutágenos, carcinógenos, contaminantes ambiantales, fármacos y algunos compuestos endógenos con glutation para facilitar su eliminación. Además estas enzimas participan en otros procesos como por ejemplo la protección de la célula contra el estrés oxidativo. Estas enzimas son codificadas por la superfamilia de genes GST. Existen polimorfismos bien caracterizados que están asociados a una actividad disminuida de GSTM1, GSTM3, GSTM4, GSTP1, GSTT1 y GSTZ1 (68,69). De éstas, las variaciones genéticas de GSTM1, GSTT1 y GSTP1 han sido ampliamente estudiadas en poblaciones sanas y en relación a varias enfermedades. El polimorfismo más importante en el locus GSTM1 es una deleción parcial que conlleva una pérdida total de actividad enzimática. La frecuencia de este 159
polimorfismo es del 50% en personas de raza blanca pero puede llegar hasta más del 60% en otras poblaciones. GSTT1 también presenta una mutación asociada a ausencia de actividad enzimática cuya presencia es menor en personas de raza blanca (20%). Finalmente GSTP1 presenta un polimorfismo relativamente frecuente (GSTPVal105) que conlleva una reducción de la actividad glutation transferasa (70) Existen muchos estudios que han intentado asociar la presencia de estos polimorfismos con numerosas enfermedades: ciertos tipos de cáncer, enfermedades del sistema nervioso central, leucemia, enfermedad pulmonar obstructiva crónica y otros síndromes menores, sin embargo estos estudios arrojan hasta ahora resultados inconsistentes o contradictorios (70). N-acetil transferasas (NAT): Estas enzimas detoxifican o bioactivan una gran variedad de aminas heterocíclicas y aromáticas presentes en el humo del tabaco o en carnes hechas a la brasa. En humanos se han identificado más de 25 polimorfismos en los genes NAT1 y NAT2 en distintas poblaciones. Existen muchos estudios sobre el papel del genotipo NAT1 y NAT2 en el desarrollo de cáncer asociado a tabaco o estas carnes (71,72), sin embargo al igual que ocurre con las GSTs hay muchos resultados contradictorios. Esta controversia parece que pudiera tener su origen en la metodología usada hasta ahora para determinar los genotipos NAT. Se están proponiendo nuevos métodos de genotipación que podrían solventar estas carencias (73).
UDP-glucuroniltransferasas (UGTs): Estas enzimas conjugan una gran variedad de fármacos, toxinas de la dieta y endobióticos como la bilirrubina y hormonas esteroideas.
Hys139Arg. Las proteínas codificadas por estos alelos muestran capacidades metabólicas in vitro diferentes de la proteina codificada por el gen wild type. Estos polimorfismos han sido correlacionados con cánceres inducidos por agentes químicos en pulmón, ovario, hígado y colon-recto (76-79).
Se han descubierto varios polimorfismos en las familias UGT1 y UGT2 que dan lugar a una actividad enzimática disminuida. De estos, una mutación en la caja TATA del gen UGT1A1 (UGT1A1*28) ha sido objeto de numerosos estudios al estar frecuentemente asociado al síndrome de Gilbert en caucásicos, donde presenta una frecuencia alélica del 30%. Este síndrome está caracterizado por una hiperbilirrubinemia moderada producida por la deficiente capacidad metabolizadora de bilirrubina en individuos portadores de la mutación (74). Asimismo UGT1A1*28 está también asociado a efectos adversos serios tras tratamiento con el antineoplásico irinotecán, metabolizado por esta enzima. Otros polimorfismos, tales como UGT1A7*3, solos o en combinación con otras variantes alélicas, también se han asociado con enfermedades como el cáncer bucofaríngeo en fumadores (75).
Sulfotransferasas (SULT): Como las anteriores enzimas de fase II, las SULT catalizan tanto la bioactivación como la detoxificación de muchos promutágenos y procarcinógenos. El polimorfismo más relevante es producido por un cambio aminoacídico de arginina a histidina en la enzima SULT1A1. Debido a la actividad dual de la enzima (bioactivadora/detoxificadora), este polimorfismo ha sido asociado tanto con un incremento como con una disminución del riesgo para cáncer colorrectal, esofágico, de mama y de pulmón, a menudo con resultados contradictorios (76-79). 5. FARMACOGENÉTICA DE LOS RECEPTORES Y EFECTORES
Epóxido hidrolasa (EH): La EH es una enzima que hidroliza xenobióticos epóxidos lo que usualmente lleva a su detoxificación pero que en algunos casos significa la bioactivación de mutágenos medioambiantales
Dada la ingente cantidad de receptores farmacológicos existentes y la multitud de estudios destinados a la detección de SNPs en estos, nuestro objetivo en este apartado será únicamente el de dar unas breves pinceladas sobre los descubrimientos concernientes a polimorfismos en estos genes que posean una clara importancia clínica (un resumen de los mismos se puede ver en la tabla II).
Hay dos sitios polimórficos en el locus del gen EH. Uno de ellos conlleva una sustitución Hys113Tyr en la secuencia proteica, mientras que el otro es un cambio
Polimorfismos de receptores y psicofármacos: La mayoría de los estudios realizados in vivo para estudiar la farmacogenética de estos re160
ceptores se han realizado con clozapina, un neuroléptico atípico. De acuerdo con el mecanismo de acción de este fármaco, se ha estudiado en profundidad la influencia de los genes que codifican para los receptores serotonérgicos (5-hidroxitriptamina [5-HT]2A, 5-HT2C y 5-HT6) y dopaminérgicos (DRD2, DRD3 y DRD4). Al menos 2 polimorfismos en el receptor [5-HT]2A, uno silente (que no produce cambio alguno en la secuencia aminoacídica) y otro estructural, parecen influir en la respuesta a neurolépticos atípicos y clásicos. Además, una variante estructural Cys23Ser en el receptor 5-HT2C podría ser importante en el desarrollo de la ganancia de peso como efecto secundario en el tratamiento con estos psicofármacos (80). Respecto a los receptores de la dopamina, existen polimorfismos al menos en los receptores D2, D3 y D4, concretamente una mutación del subtipo D3 (Ser9Gly) está asociada a la respuesta terapéutica a neurolépticos, y se ha demostrado su relación con el desarrollo de disquinesia tardía como efecto adverso al tratamiento con antipsicóticos (81). Por el contrario, la presencia de variantes alélicas en estos receptores no parece jugar un papel vital en otros trastornos neurológicos o psiquiátricos como el Parkinson o la depresión. Es de resaltar el alto número de grupos de investigación dedicados en los últimos años a detectar la presencia de polimorfismos en el transportador de la serotonina (SERT), es este un gen con una secuencia muy conservada que regula la totalidad del sistema serotonérgico. Las conclusiones apuntan a que hay mutaciones en la zona reguladora del gen que pueden estar correlacionadas con la aparición más frecuente de efectos adversos graves durante el tratamiento con antidepresivos inhibidores de la recaptación de serotonina. 161
Polimorfismos de los receptores adrenérgicos: Siete de los nueve genes que codifican para los receptores adrenérgicos presentan polimorfismos en sus regiones codificadoras. Estos polimorfismos se manifiestan generalmente en una alteración de la capacidad de unión del receptor a proteínas G, cambios en la afinidad de agonistas y antagonistas, alteración de procesos reguladores o en la expresión de la proteína. Como en otras ocasiones, y probablemente debido a que hasta hace relativamente poco tiempo los estudios estaban más enfocados a determinar SNPs individuales que haplotipos, la asociación de estas mutaciones a ciertas situaciones fisiológicas como la obesidad no está demostrada categóricamente. Sin embargo, sí que parece que el efecto de estos polimorfismos puede ser bastante importante en otros casos. Por ejemplo, el polimorfismo del receptor β2 The164Ile o el del α2C, Del322-325 (deleción de estas bases en la secuencia del gen ADRα2C) se han asociado a un mayor riesgo de mortalidad en un fallo cardiaco o a una mayor predisposición al mismo, respectivamente. Asimismo, se ha publicado que el riesgo de sufrir un infarto se multiplicaría por 10 en individuos portadores de ciertos haplotipos, por ejemplo β1-Arg389 + α2C-Del322-325. Igualmente, otras enfermedades como el asma parecen estar más correlacionadas con haplotipos que con SNPs. Para una somera revisión sobre la importancia fisiológica del polimorfismo de los receptores adrenérgicos ver (82). Polimorfismos en moléculas efectoras: Los estudios farmacogenéticos en pro-
TPMT*3C, en todas las poblaciones humanas estudiadas hasta la fecha, habiendo grandes diferencias en las frecuencias alélicas que muestran entre grupos étnicos distintos. La detección de estas variantes, o bien la realización de estudios fenotípicos (más laboriosos) para detectar la actividad enzimática total, es actualmente de uso clínico antes de la instauración de una terapia con fármacos tiopurínicos, debido a su alta toxicidad.
teínas efectoras se están efectuando desde hace mucho menos tiempo que los realizados con receptores o con enzimas metabolizadoras de fármacos. La mayoría de estos estudios se concentran en detectar mutaciones en proteínas G. Por ejemplo un trabajo publicado recientemente mostró una asociación del genotipo T/T en un polimorfismo funcional en la subunidad β3 de la proteína G (C825T), con la respuesta al tratamiento con antidepresivos (83).
El caso de la TPMT es un de los ejemplos más desarrollados de farmacogenética, yendo desde la genética molecular hasta el diagnóstico clínico para individualizar la dosis de fármacos metabolizados por esta enzima, (ej., azatioprina, mercaptopurina o tioguanina). En resumen, este ejemplo puede ilustrar como la farmacogenética es capaz de optimizar una terapia concreta para evitar efectos adversos tóxicos entre grupos de pacientes genéticamente distintos.
Los mecanismos posteriores a la activación de receptores y proteínas G (ej., AMP cíclico, fosfodiesterasas, etc) están actualmente bajo investigación pero aún sin resultados convincentes desde un punto de vista farmacogenético. 6. EL POLIMORFISMO DE TPMT Hemos querido tratar aparte este polimorfismo por ser uno de los mejor caracterizados hoy en día y representar lo que en principio debería ser el objetivo final de la farmacogenética.
7. PERSPECTIVAS Y CONCLUSIONES Junto con el caso antes mencionado de la TPMT, existen otros test farmacogenéticos con una aplicación clínica directa. Por ejemplo, la determinación del genotipo del virus VIH está indicada como ayuda en la selección de terapias antiretrovirales, debido a que puede predecir el perfil de resistencia del virus a varios fármacos. Igualmente, la detección de la amplificación del gen del factor de crecimiento HER2, sobreexpresado en el 30% de los tumores de mama, puede anticipar el pronóstico de estos tumores. Sin embargo, hasta ahora no existen muchos más ejemplos como estos, en consecuencia el objetivo de la farmacogenética en los próximos años debe ser el de individualizar el uso de más fármacos en base a la información genética del paciente.
La tiopurina S-metiltransferasa (TPMT) es una enzima citoplasmática que preferentemente cataliza la S-metilación de fármacos tiopurínicos, tales como agentes anticancerosos o inmunosupresores. Dicha actividad enzimática presenta una amplia variabilidad interindividual, presentando una distribución polimórfica trimodal en caucásicos, con el 0.3% de estos sujetos mostrando una actividad metiltransferasa nula (84). Existen 3 variantes alélicas principales bien caracterizadas, TPMT*2, TPMT*3A y 162
Podríamos aventurar los pasos que estos estudios deberían seguir para alcanzar este objetivo. Primeramente se determinaría el gen candidato apropiado a estudiar y se procedería a identificar variaciones en su secuencia, tras ello el paso más lógico sería la realización de estudios clínicos sobre el impacto de los polimorfismos detectados en una población sana. El siguiente escalón comprende la ampliación de estos estudios a pacientes afectados por una situación clínica concreta, poniendo especial énfasis en desarrollar dichos estudios de manera que se asemejen a la práctica clínica habitual (dosis habitualmente utilizadas, etc.). Los siguientes estudios estarían enfocados a determinar el grado de contribución de la variabilidad genética en la respuesta farmacológica y a reunir una información útil en la práctica clínica en términos de predicción de fármaco de elección, requerimientos de dosis, etc. Finalmente, hace falta probar que el tratamiento farmacogenético para abordar el problema en cuestión es superior a las soluciones que haya hasta el momento, de manera que pueda ser adoptado sin ambages en la práctica clínica. En conclusión podríamos decir que queda todavía un largo camino que recorrer, pero viendo los progresos que la farmacogenética ha efectuado en sólo unos años, y el volumen de investigación que se está desarrollando actualmente en este campo, es fácil predecir que el futuro de esta ciencia es, cuanto menos, prometedor.
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