Samenvatting
Samenvatting Bij patiënten die met antikanker geneesmiddelen worden behandeld wordt een grote interindividuele variabiliteit gezien in de antitumor werking en de bijwerkingen. Naast klinische variabelen die van invloed zijn op de effectiviteit en bijwerkingen van een geneesmiddel, zoals nier en lever functie van een patiënt en geneesmiddel interacties, spelen de genetische verschillen in metabolisme en excretie ook een belangrijke rol. Farmacogenetica bestudeert in hoeverre de verschillen in effectiviteit en bijwerkingen van een geneesmiddel te verklaren zijn door genetische variatie tussen mensen. In dit proefschrift wordt het farmacogenetisch onderzoek beschreven van geneesmiddelmetaboliserende enzymen en geneesmiddeltransporter eiwitten in gezonde vrijwilligers en in patiënten die zijn behandeld met docetaxel, irinotecan en fluoropyrimidines. Farmacogenetisch onderzoek in kankerbehandeling en risico op kanker In hoofdstuk 1 wordt een overzicht gegeven van de eerder gepubliceerde resultaten van farmacogenetisch onderzoek in kankerbehandeling en risico op kanker. Een aantal genetische variaties (polymorfismen) in genen die coderen voor metaboliserende enzymen of geneesmiddeltransporters wordt beschreven. Echter, in de meeste gevallen is er geen duidelijke relatie tussen het polymorfisme in deze enzymen en de farmacokinetiek of farmacodynamiek van de antikankergeneesmiddelen. Op dit moment kan er slechts één wetenschappelijke aanbeveling worden gedaan om de medicamenteuze kanker therapie te optimaliseren: patiënten die behandeld worden met 6-mercaptopurine en met een verminderde activiteit van thiopurine methyltransferase (TPMT) moeten een dosis reductie krijgen tot 1/2 of 1/10 (hoofdstuk 1.1). Ondanks het hoge aantal studies dat het afgelopen decennium gepubliceerd is over polymorfismen en risico op kanker, zijn veel relaties tussen polymorfismen en risico op kanker niet voldoende onderzocht. Dit kan verschillende oorzaken hebben, bijvoorbeeld omdat de genetische variatie onlangs beschreven is, omdat het aantal deelnemers in de studie te klein was, omdat verschillende relaties slechts een keer gerapporteerd zijn, of omdat aan tegenstrijdige resultaten geen conclusie verbonden kan worden en meer onderzoek nodig is (hoofdstuk 1.2). Farmacogenetisch onderzoek in gezonde vrijwilligers Alhoewel de frequentie van de genetische variatie van de meest belangrijke genen die voor metaboliserende enzymen en geneesmiddeltransporters coderen bekend zijn, is er weinig informatie over haplotypes en het samen voorkomen van deze polymorfismen. De combinatie van het voorkomen van polymorfismen is onderzocht in een Nederlandse gezonde vrijwilligers populatie. In hoofdstuk 2 zijn deze farmacogenetische onderzoeken in gezonde vrijwilligers beschreven. In hoofdstuk 2.1 zijn de allelische frequenties en “linkage disequilibrium” van polymorfismen in geneesmiddel metaboliserende enzymen (CYP1A1, CYP2C9, CYP2C19, CYP3A4, CYP2D6, CYP3A5, DPYD, UGT1A1, GSTM1, GSTP1 en GSTT1) en geneesmiddel transporters (MDR1 en MRP2) onderzocht in 100 Nederlandse gezonde vrijwilligers. Volbloed monsters werden van patiënten afgenomen en DNA werd geïsoleerd 243
om de polymorfismen te bepalen middels DNA sequencing. Naast 16 nieuwe polymorfismen, werden ook reeds bekende polymorfismen gevonden. De allel frequentie varieerde van 0.5 tot 97%. Twee nieuwe polymorfismen leiden tot een aminozuur verandering (A428T in CYP2C9 resulteert in D143V en C4461T in MRP2 veroorzaakt een aminozuur verandering van T1476M). Verschillende polymorfismen kwamen in combinatie voor (waren in “linkage disequilibrium”): in MDR1 C1236T en G2677T, en in MRP2 C4141T en G4441A. De geneesmiddel transporter Breast Cancer Resistance Protein (BCRP; ABCG2) zorgt voor het transport van (antikanker) geneesmiddelen de cel uit. Er bestaan grote interindividuele verschillen in de klaring van geneesmiddelen die substraat zijn voor BCRP. Variaties in het BCRP gen kunnen een mogelijke verklaring zijn voor deze variabiliteit. Om de frequenties van de reeds bestaande en voorheen onbekende polymorfismen te bepalen is het BCRP gen onderzocht in de 100 Nederlandse gezonde vrijwilligers (hoofdstuk 2.2). In totaal zijn er 19 polymorfismen gevonden, waarvan er 7 voorheen niet bekend waren. De allel frequentie varieerde van 0.5 tot 53.5%. De nieuwe polymorfismen G8883A en C44168T veroorzaken een aminozuur verandering van respectievelijk R160Q en R575X. Meer dan 50% van alle geneesmiddelen worden gemetaboliseerd door CYP3A4. Er is een grote interindividuele variabiliteit in de CYP3A4 activiteit die niet alleen verklaard kan worden door polymorfismen in het CYP3A4 gen. De Pregnane X Receptor (PXR) is een transcriptionele regulator van CYP3A4. Polymorfismen in dit gen zouden de activiteit van PXR kunnen beïnvloeden en daarmee ook de CYP3A4 expressie. De frequenties van bekende polymorfismen in dit gen en de identificatie van nieuwe polymorfismen in de Nederlandse gezonde vrijwilligers populatie zijn bepaald (hoofdstuk 2.3). In totaal zijn er 24 polymorfismen in het PXR gen gevonden, waarvan er 9 voorheen niet bekend waren. De allel frequenties varieerden van 0.5 tot 73%. Een nieuw polymorfisme, T8555G, veroorzaakt een aminozuur verandering van C379G. Farmacogenetisch onderzoek bij de behandeling met docetaxel Het antikanker middel docetaxel wordt gebruikt bij borst- , niet klein-cellig long- en prostaat kanker. Ondanks de uitgebreide klinische ervaring met dit geneesmiddel, beperkt de onvoorspelbare interindividuele variabiliteit in effectiviteit en toxiciteit het klinisch gebruik. De farmacokinetische variabiliteit is geassocieerd met variatie in de bijwerkingen van dit geneesmiddel. Genetische polymorfismen zouden een mogelijke verklaring kunnen zijn voor de waargenomen farmacokinetische variabiliteit. De invloed van polymorfismen in de CYP3A en P-glycoproteïne (P-gp; MDR1) genen op de populatie farmacokinetiek van docetaxel is beschreven in hoofdstuk 3.1. Bloed monsters werden verkregen om de docetaxel concentraties te bepalen. DNA werd geïsoleerd uit volbloed en DNA sequencing werd uitgevoerd om de polymorfismen in de geneesmiddelmetaboliserende enzymen en geneesmiddeltransporters te bepalen. Een populatie farmacokinetiek analyse is uitgevoerd
244
Samenvatting met behulp van “nonlinear mixed-effect modelling” (NONMEM). In totaal zijn 92 patiënten geïncludeerd die onderzocht konden worden op de farmacokinetiek en farmacogenetica van docetaxel. Een drie-compartimenten model resulteerde in een adequate beschrijving de farmacokinetiek van docetaxel adequaat. Het homozygoot mutant C1236T polymorfisme in het MDR1 gen was significant gecorreleerd met een verlaagde docetaxel klaring (-25%; p=0.0039). Dit polymorfisme is van invloed op de docetaxel klaring, naast de eerder gevonden determinanten van de docetaxel klaring (lichaamsoppervlak, α1-zuur glycoproteïne, leeftijd, albumine en lever functie (asparaginase-aminotransferase en alkalische fosfatase). Er is geen relatie gevonden tussen haplotypes van CYP3A en MDR1 en de farmacokinetiek van docetaxel. Een prospectieve trial zal moeten uitwijzen of dosis aanpassingen op basis van het C1236T polymorfisme in het MDR1 gen een daling geeft van de interindividuele variatie in de farmacokinetiek van docetaxel en therapeutische uitkomst van de behandeling. Farmacogenetisch onderzoek bij de behandeling met irinotecan De enzymen UGT1A1 en MRP2 zijn respectievelijk verantwoordelijk voor de conjugatie en transport van bilirubine. De bepaling van de fracties van bilirubine in serum is van belang, omdat typische fracties van serum bilirubine indicatief kunnen zijn voor verschillende genetische variaties in UGT1A1 en MRP2. Dit is belangrijk voor patiënten die behandeld worden met antikanker middelen die substraat zijn voor UGT1A1 en MRP2, zoals irinotecan. Genetische variaties in deze enzymen kunnen tot een hoger risico op toxiciteit leiden in patiënten die met irinotecan worden behandeld. In hoofdstuk 4.1 is de studie beschreven die uitgevoerd is om te bepalen of er een correlatie bestaat tussen de polymorfismen in de UGT1A1 en MRP2 genen en de verschillende bilirubine fracties in humaan serum. In totaal zijn 95 bilirubine spiegels gemeten met de conventionele colorimetrische diazo methode en met de snelle HPLC methode die alle bilirubine fracties kan kwantificeren. We vonden een trend dat patiënten homozygoot mutant voor UGT1A1*28 hogere spiegels van ongeconjugeerd bilirubine hadden en lagere spiegels van mono- en di-glucuronide spiegels van bilirubine in vergelijking met heterozygoot mutant en wild-type patiënten. Dit effect was echter niet statistisch significant. De invloed van dit polymorfisme zal in een grotere populatie onderzocht moeten worden. Er is ook geen relatie gevonden tussen polymorfismen in het MRP2 gen en geconjugeerde bilirubine spiegels. Samenvattend, op basis van onze gegevens, is het niet nuttig om, in de dagelijkse klinische praktijk, polymorfismen in de UGT1A1 en MRP2 genen te onderzoeken om de verschillende bilirubine fracties te onderscheiden. Irinotecan wordt veel gebruikt in de behandeling van colorectaal kanker. De interindividuele variabiliteit in farmacokinetiek van irinotecan is groot en wordt geassocieerd met variatie in de klinische uitkomst. Genetische polymorfismen zouden deze interindividuele variabiliteit gedeeltelijk kunnen verklaren. De invloed van polymorfismen in de CYP3A4, UGT1A1, MDR1, MRP2 en BCRP genen op de populatie farmacokinetiek van
245
irinotecan en de metabolieten (SN-38 en SN-38G) is beschreven in hoofdstuk 4.2. Bloed monsters werden verkregen om de irinotecan, SN-38 en SN-38G concentraties te bepalen. DNA werd geïsoleerd uit volbloed en DNA sequencing werd uitgevoerd om de polymorfismen in de geneesmiddelmetaboliserende enzymen en geneesmiddeltransporters te bepalen. Een populatie farmacokinetiek analyse is uitgevoerd met behulp van “nonlinear mixed-effect modelling” (NONMEM). In totaal zijn er 67 patiënten farmacokinetisch en farmacogenetisch geanalyseerd. De farmacokinetiek werd goed beschreven door een tweecompartimenten model voor irinotecan en een-compartiment modellen voor SN-38 en SN38G. De SN-38 klaring was lager in patiënten heterozygoot en homozygoot mutant voor UGT1A1*28, alhoewel dit effect niet statistisch significant was. Het is noodzakelijk om de invloed en het nut van het UGT1A1*28 polymorfisme in een grotere populatie te onderzoeken, eventueel in combinatie met andere polymorfismen, zoals CYP3A4*1B, die mogelijk ook een relevant effect hebben in het metabolisme en de dispositie van irinotecan. Farmacogenetisch onderzoek bij de behandeling met fluoropyrimidines Dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiëntie is een syndroom dat geassocieerd is met ernstige bijwerkingen in kanker patiënten die behandeld zijn met 5-fluorouracil (5-FU) of capecitabine (een oraal “pro-drug” van 5-FU). Mogelijke oorzaken voor dit syndroom zijn genetische polymorfismen in het DPYD gen. In hoofdstuk 5.1 is de correlatie tussen de polymorfismen in het DPYD gen en de DPD activiteit, bepaald met de uracil/dihydrouracil (U/UH2) ratio in urine, beschreven in patiënten die behandeld zijn met 5-FU of capecitabine met en zonder ernstige 5-FU-gerelateerde toxiciteit. Analyse van het DPYD gen liet de aanwezigheid van verscheidene polymorfismen zien. Alle vijf patiënten met de GIVS14+1A mutatie hadden ernstige 5-FU-gerelateerde bijwerkingen en moesten gemiddeld 18 dagen opgenomen worden in het ziekenhuis (patiënten zonder deze mutatie verbleven gemiddeld 2.5 dagen in het ziekenhuis; P<0.001). Andere polymorfismen (T85C, A496G, G1601A, A1627G en A2846T) zijn niet geassocieerd met 5-FU-gerelateerde toxiciteit. De DPD activiteit gemeten middels de U/UH2 ratio in urine, was niet gerelateerd met ernstige 5-FU-gerelateerde toxiciteit noch met het genotype van het DPYD gen. Een “high-throughput real-time PCR assay” is ontwikkeld en beschreven in hoofdstuk 5.2, om de patiënten te kunnen onderzoeken op deze mutatie. Een kosteneffectiviteit analyse, bij voorkeur in een grote prospectieve trial, zal nodig zijn om de toegevoegde waarde van het onderzoeken op deze GIVS14+1A mutatie in alle patiënten voorafgaand aan de 5-FU of capecitabine behandeling te bepalen. Als de GIVS14+1A mutatie aanwezig is zal er een dosisreductie uitgevoerd moeten worden of alternatieve chemotherapeutica zullen in overweging genomen moeten worden. De resultaten van dit proefschrift laten zien dat de interindividuele variabiliteit niet alleen verklaard kan worden door een enkel genetisch polymorfisme. Verder onderzoek is nodig om de rol van farmacogenetisch onderzoek in kanker therapie te verhelderen. Grotere populaties zullen nodig zijn, meer polymorfismen zullen onderzocht moeten worden en
246
Samenvatting haplotype analyses moeten uitgevoerd worden. Hopelijk heeft dit proefschrift een belangrijke bijdrage geleverd aan de kanker farmacotherapie, wat uiteindelijk zal kunnen leiden tot “geïndividualiseerde farmacotherapie” met een betere effectiviteit en minder toxiciteit in patiënten die behandeld worden met antikanker middelen.
247
