0m man närmar sig området farmakokinetik är det omöjligt att undgå det omfattande cytokrom P450-systemet, ett stort antal närbesläktade läkemedelsmetaboliserande enzymer som finns i störst koncentrationer i levern. Det är svårt att övervärdera enzymkomplexets betydelse – i en stor undersökning genomförd 1997 visade det sig att uppemot 60 procent av 315 undersökta läkemedel huvudsakligen elimineras i så kallad fas1-reaktion med hjälp av cytokrom P450-enzymer.
Omkring 40 procent av denna cytokrom P450-beroende läkernedelsmetabolism utförs av så kallade polymorfa enzymer, d v s enzymer som kan föreligga i olika genetiska varianter hos olika individer. Detta kan leda till varierande svar på läkemedelsbehandling, något som ända sedan disciplinens födelse på I 950-talet intresserat åtskilliga – inte minst svenska – forskargrupper.
Tvådelad distributionskurva
Mycket i farmakokinetikens och genetikens gränsland handlar alltså om cytokrom P450-enzymer, men den första stora upptäckten på området kom 1960 och gällde den så kallade acetyleringspolymorfismen. Förgrundsfiguren på området David Price Evans från universitetet i Liverpool och medarbetare observerade en svårförklarad tvådelad distributionskurva av plasmakoncentrationerna av tbc-läkemedlet isoniazid i en patientgrupp. Medlet elimineras huvudsakligen genom acetylermg i levern, och forskarna kunde sedermera karaktärisera omkring en tredjedel av patienterna som snabba acetylerare, och två tredjedelar som långsamma.
Idag är acetyleringspolymorfismen välstuderad; man känner till att den bland annat påverkar metabolismen av välkända läkemedel som nitrazepam, hydralazin, klonazepam och koffein. Många undersökningar tyder på ett samband mellan vissa former av det aktuella enzymet och risken att drabbas av blåscancer, på grund av enzymets förmåga att acetylera carcinogena heterocykliska aminer.
Tvillingstudier
En rad studier av variabilitet i läkemedelsmetabolism kom sedan igång på 1960talet tack vare utvecklingen av analytiska metoder för mätning av låga plasmakoncentrationer av läkemedel. I forskningsfronten befann sig bland andra Folke Sjöqvist, professor i klinisk farmakologi vid Karolinska institutet. Hans forskargrupp studerade bland annat det tricykliska antidepressiva läkemedlet nortriptylin. Genom tvillingstudier kunde gruppen konstatera att genetiska faktorer låg bakom de variationer i plasmakoncentrationer som observerades mellan individer som fått samma dos av medlet.
En central polymorfism kom i dagen 1977 när en studie publicerades som visade att en knapp tiondel av försökspersonerna i en grupp bestående av frivilliga brittiska studenter uppnådde betydligt högre plasmanivåer av hypertommedlet kamrater. Fenomenet kunde kopplas till en nedsatt förmåga att hy roxylera läkemedlet, något som sker med hjälp av cytokrom P450-enzymet CYP2D6.
Svenska forskare genomförde relativt snart verifierande studier som visade att plasmakoncentrationerna av det antidepressiva medlet desipramin fördelade sig på ett liknande sätt.
CYP2D6 har sedermera visat sig ansvara för uppemot 30 procent av all cytokrom P450-beroende läkemedelsmetabolism. Enzymet oxiderar bland annat många antidepressiva medel, neuroleptika, opioider, och vissa betablockerare.
Metabolism påverkar personlighet
Anmärkningsvärt nog tycks denna metaboliseringsförmåga även vara kopplad till vissa personlighetsdrag. Det har visat sig att långsamma metaboliserare av CYP2D6-substrat uppvisar kreativitet och framåtanda i större utsträckning än
snabbmetaboliserande individer. De kontroversiella forskningsresultaten har dock än så länge bara visats i en enskild studie.
– Den mest sannolika tolkningen är att enzymet, som finns i hjärnan, också metaboliserar någon viktig endogen substans i CNS. Man bör dock komma ihåg att denna metaboliseringsförmåga bara är en av många faktorer som styr personligheten, säger Leif Bertilsson, professor i klinisk farmakologi vid Huddinge sjukhus/Karolinska institutet.
Unik patient på Danderyd
Ett svenskt bidrag till kunskapen om CYP2D6-medierad läkemedelsmetabolism gjordes på Danderyds sjukhus 1985. En patient som bevisligen fatt det antidepressiva läkemedlet nortriptylin – metaboliterna kunde detekteras i urinen – fick ingen som helst effekt av läkemedlet. Mätning av plasmakoncentrationen avslöjade "homeopatiska" nivåer av modersubstansen.
Händelsen publicerades av Leif Bertilsson m fl som en kuriös fallrapport, men efter diverse gråa hår hittade forskarna ledtrådar som åtta år senare ledde till den molekylära förklaringen till företeelsen. Patienten visade sig vara en hypersnabb metaboliserare till följd av flera kopior av genen för CYP2D6. De svenska forskarna var först i världen att karaktärisera detta fenomen inom läkemedelsmetabolismen – stabilt nedärvd genamplifikation – och man kunde förklara fenomenet ultrasnabb läkemedelsmetabolism molekylärgenetiskt. I en studie av docenterna Inger Johansson och Maria-Liisa Dahl har familjer med ända upp till 13 kopior av CYP2D6-genen påträffats.
– Danderydfallet illustrerar något som förmodligen är vanligt. Patienter som gör gällande att den medicin de får inte ger någon effekt kan mycket väl visa sig metabolisera läkemedlet på ett avvikande sätt, vilket gör att effekten blir suboptimal eller obefintlig. Genetiska faktorer ligger säkerligen bakom många missförstånd i vården, säger Folke Sjöqvist.
Fruktbart samarbete
Upptäckten exemplifierar det fruktbara samarbete mellan klinik och genetik som präglat den svenska forskningen på detta område. Folke Sjöqvists forskargrupp har länge studerat avvikande läkemedelsmetabolism genom kliniknära forskning på Huddinge sjukhus. I över tio år har gruppen samarbetat med Magnus IngelmanSundbergs mer prekliniskt och molekylärbiologiskt inriktade forskargrupp vid enheten för molekylär toxikologi, Karolinska institutet, som ofta funnit de genetiska förklaringarna till de fenomen som Folke Sjöqvists grupp observerat.
Folkvandringar
Duplikation av CYP2D6-genen förekommer hos en eller två av hundra svenskar, men är betydligt vanligare i vissa andra delar av världen (se karta). I Spanien finns fenomenet hos 7-10 procent av befolkningen och i Etiopien hos uppemot 30 procent av invånarna. Denna geografiska fördelning har gett upphov till forskarteorier med evolutionära förtecken.
– Lipofila baser, exempelvis alkaloider, metaboliseras i stor utsträckning av CYP2D6. Dieten i delar av Afrika innehåller troligen mycket alkaloider. Individer med flera genkopior har sannolikt klarat sig bättre genom att de bättre kan avgifta dessa ämnen, och därför har de kunnat tillgodogöra sig mer föda och uppnå reproduktiv ålder. Sannolikt kan folkvandringar sedan förklara frekvenstalen i Sydeuropa och Amerika, säger Magnus Ingelman-Sundberg, professor i molekylär toxikologi vid Institutet för miljömedicin, Karolinska institutet.
Resistens var enzymbrist
Förutom CYP2D6-polymorfismen och duplikationsfenornenet, har funktionella polymorfismer även karaktäriserats av de svenska forskarna vad gäller de viktiga cytokrom P450-enzymen CYP2C9 och CYP2CI9.
Det senare enzymet metaboliserar bland annat det "blågula flaggskeppet" omeprazol, och polymorfismens betydelse i detta sammanhang har nyligen detaljstuderats av Mohamed Sagar i ett avhandlingsarbete vid Karolinska institutet.
Omkring tre procent av kaukasierna metaboliserar omeprazol långsamt, vilket ger högre plasmakoncentrationer och en större risk för biverkningar. Mohamed Sågar föreslår följaktligen i sin avhandling att genotypning med avseende på CYP2CI9 skulle kunna vara relevant inför långtidsbehandling med omeprazol.
CYP2C19 är också nödvändigt för omvandlingen av malariamedlet proguanil, som är en så kallad prodrug, till den aktiva formen cykloguanil. En klassisk farmakogenetisk observation gjordes på en tropisk ögrupp där malaria var ett problem, men där hela den inhemska befolkningen tycktes vara resistenta mot proguanil. Sedermera visade det sig att maj . oriteten av öborna helt saknade CYP2CI9, vilket gjorde dem till långsamma metab(>liserare (eller i detta fall "långsamma aktiverare") av malariamedlet.
Det kvantitativt viktigaste cytokrom P450-enzymet är CYP3A4. Här har man dock trots stor forskarmöda inte lyckats hitta någon polymorfism. Förklaringen till detta kan finnas i evolutionshistorien.
– CYP3A4 har ett mycket "promiskuösC substratbindningsställe och har därmed väldigt många möjliga substrat. Enzymet är mycket viktigt för kroppens avgiftning. Sannolikt har individer med eventuella polymorfismer selekterats bort för länge sedan, säger Magnus IngelmanSundberg.
Snabba européer
Etniskt relaterade skillnader i metaboliseringsförmåga är inte ovanliga (se tabell). Mest välkänd är kanske den hos asiater ofta förekommande avsaknaden av den så kallade högaffinitetsformen av det alkoholmetaboliserande enzymet alkoholdehydrogenas, som medför en överkänslighet för alkohol. Vad gäller läkemedel har asiater och afrikaner generellt sett en långsammare metabolism än kaukasier.
– Efter kulturrevolutionen i Kina kom många kinesiska farmakologer till väst för att studera. Då som nu var doseringen av läkemedel generellt sett lägre i Kina än här. Då trodde de flesta att detta berodde på att kineser i regel har en lägre kroppsvikt än européer, säger Folke Sjöqvist.
– Men detta visade sig inte räcka som förklaring, ofta är dosen så låg som hälften av den här hemma. Idag vet vi att fenomenet i stor utsträckning har att göra med genetiska skillnader i förmågan att metabolisera läkemedel. De "kinesiska" mutationerna i CYP2D6 har exempelvis kartlagts i detalj.
På grund av dessa etniskt betingade variationer är resultat från kliniska prövningar utförda i västvärlden inte alltid överförbara till exempelvis Asien.
– I många länder har myndigheterna med ansvar för godkännanden av läkemedel nu börjat få upp ögonen för de här skillnaderna. Det behöver dock inte alltid bli tal om helt nya, gigantiska kliniska prövningar i varje befolkningsgrupp. Om man till exempel i ett europeiskt land noga kartlagt vilka enzymer som är involverade i metabolismen av ett läkemedel, kan man förutse hur en asiatisk
population bör reagera på mediet. Effekt Antagandet kan sedan bekräftas
Genom en mindre studie av en fenotypad studiepopulation i Asien, säger Leif Bertilsson.
Variationer i målmolekyler
Förutom varierande fenotyper av läkemedelsmetaboliserande enzy-
mer finns funktionella polymorfismer även för många proteiner
som är måltavlor för läkemedel. Sådana har exempelvis konstaterats för doparninreceptorer, serotoninreceptorer och verkningsställena för pravastatin och trastuzumab (se angränsande artikel).
– Denna aspekt av farmakogenetiken är fortfarande jungfrulig.
Även om receptorgenetiken är på frammarsch går utvecklingen ganska långsamt. Ett grundproblem är att det handlar om enorma mängder receptorer, säger Magnus Ingelman-Sundberg.
– De studier som gjorts av variationer i receptorgenetik är hittills mycket begränsade. Men visst finns det förhoppningar att i framtiden kunna knyta ihop vår kunskap om genetiska variationer i uttryck av läkemedelsmetaboliserande enzymer med receptorgenetiken, säger Folke Sjöqvist.
Varierande proteinmängd
Vid sidan av funktionella mutationer i generna för de polymorfa läkemedelsmetaboliserande enzymerna och läkemedlens mottagarproteiner, kan variationer även finnas i de regulatoriska delarna av generna. Dessa DNA-avsnitt ligger ofta uppströms om huvuddelen av genen och styr uttrycket av densamma. Mutationer här påverkar vilken mängd av protemet ifråga som produceras, inte dess utseende. Nyligen upptäckte amerikanska forskare att vissa patienter inte svarar på antileukotrienbehandling på grund av en mutation i ALOX5, det regulatoriska gensegment som styr uttrycket av 5-lipooxygenas (ett enzym som många av antileukotrienerna har som målmolekyl).
Subgrupperingar av sjukdomar
Dessutom finns en ytterligare aspekt av farmakogenetiken som kan påverka svaret på en läkemedelsbehandling – potentialen för genetisk variabilitet i "sjukdomsgenerna".
– Sannolikt kommer sjukdomstillstånd i större utsträckning att kunna subgrupperas i framtiden, beroende på basen av genetisk grund. Också detta kan i många fall bli vägledande för valet av läkemedel, säger Claes Wahlestedt, professor vid Centrum för genomforskning, Karolinska institutet.