Chcesz wydać pracę doktorską, habilitacyjną czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Postępy Nauk Medycznych 1-2/2003, s. 7-16
Andrzej Ciechanowicz
Diagnostyka molekularna nadciśnienia tętniczego w XXI wieku
Molecular diagnosis of arterial hypertension in the XXI century
Samodzielna Pracownia Patobiochemii i Biologii Molekularnej, Pomorska Akademia Medyczna w Szczecinie
Streszczenie
Samoistne nadciśnienie tętnicze jest złożoną chorobą uwarunkowaną działaniem czynników genetycznych i środowiskowych. Udział czynników genetycznych w kształtowaniu zmienności ciśnienia tętniczego wynosi od 30 do 50%. Wysiłki mające na celu identyfikację loci predysponujących do nadciśnienia oparte na badaniu genów kandydatów, a ostatnio także na skanowaniu genomu, przyniosły obiecujące wyniki. Najbardziej znaczący postęp dotyczy jednak genetyki molekularnej rzadkich, jednogenowych postaci nadciśnienia tętniczego.
Niniejszy artykuł przedstawia aktualny stan wiedzy oraz kierunek przyszłych badań w zakresie predyspozycji do nadciśnienia samoistnego, monogenowego nadciśnienia tętniczego, jak również farmakogenetyki leczenia hipotensyjnego.
Summary
Essential hypertension is a complex disease with both genetic and environmental determinants. The genetic contribution to blood pressure variation ranges from 30 to 50%. Efforts to identify hypertension-predisposition loci based on candidate-gene approach, and more recently on genome- wide scanning, have yielded promising results, However, the most significant progress concerns the molecular genetics of rare monogenic forms of hypertension.
The review presents current knowledge and direction of future research on predisposition for essential hypertension, monogenic hypertension as well as on pharmacogenetics of antihypertensive treatment.
WSTĘP
W ostatniej dekadzie XX wieku wprowadzenie nowoczesnych narzędzi diagnostycznych z dziedziny biologii molekularnej spowodowało olbrzymi postęp w wyjaśnianiu genetycznych mechanizmów wielu chorób, w tym i nadciśnienia tętniczego. Prawdziwym przełomem w analizie kwasów nukleinowych okazała się łańcuchowa reakcja polimerazy (PCR, Polymerase Chain Reaction), która umożliwia szybkie kopiowanie in vitro pojedynczych sekwencji określonego DNA (1, 2). Amplifikowana w ten sposób sekwencja poddawana jest dalszej analizie, czy to z wykorzystaniem przesiewowych technik wykrywania mutacji, jak np. polimorfizm konformacyjny pojedynczych nici (SSCP, Single Strand Conformational Polymorphism) lub trawienie enzymami restrykcyjnymi (metoda PCR-AFLP, PCR-Amplified Fragment Length Polymorphism), czy też bezpośrednio „odczytywana” w procesie sekwencjonowania. Oczywiście, nawet najbardziej wyrafinowane metody molekularne nie zastąpią tradycyjnego pomiaru ciśnienia tętniczego. Już dzisiaj jednak, dzięki upowszechnieniu tych metod i ich przybliżeniu do praktyki klinicznej, dokonano znaczących odkryć w zakresie: (i) identyfikacji mutacji odpowiedzialnych za rozwój jednogenowych form nadciśnienia tętniczego, (ii) poznania genetycznych uwarunkowań predyspozycji do rozwoju nadciśnienia samoistnego oraz (iii) farmakogenetyki terapii hipotensyjnej.
JEDNOGENOWE FORMY NADCIŚNIENIA
„Treasure your exceptions” – takiej rady udzielił słuchaczom blisko 100 lat temu W. Bateson podczas wykładu w Towarzystwie Królewskim (3). I choć nie jest do końca jasne, w jaki sposób doszedł on do powyższego wniosku, to właśnie wyjątki stwarzają niepowtarzalną możliwość poznania ogólnych reguł genetyki. Osiągnięcia genetyki molekularnej, także w zakresie nadciśnienia tętniczego, sprawiają, że dzisiaj zasada Batesona staje się jeszcze bardziej aktualna. Dotychczas wykryto co najmniej 9 „wyjątkowych” tj. jednogenowych form nadciśnienia tętniczego (tab. 1). Część autorów do tej klasyfikacji włącza także monogenowe postacie guza chromochłonnego (4). Z kolei, niedobór 11b-hydroksylazy steroidowej i niedobór 17a-hydroksylazy steroidowej reprezentują odmiany wrodzonej hiperplazji nadnerczy, gdzie nadciśnienie jest tylko jednym z licznych objawów będących następstwem zaburzonej steroidogenezy. Obniżenie aktywności 11b-hydroksylazy steroidowej w następstwie mutacji genu CYP11B1 prowadzi do zmniejszenia wytwarzania kortyzolu i gromadzenia się jego prekursorów, takich jak 11-deoksykortyzol i deoksykortykosteron (DOC). Ten ostatni przejawiając właściwości mineralotropowe, nasila reabsorpcję sodu przez nerki prowadzącą do hiperwolemii i nadciśnienia tętniczego. Nasilenie syntezy androgenów w następstwie wykorzystywania gromadzących się pośrednich związków sterydowych manifestuje się wirylizacją dziewcząt i przedwczesnym dojrzewaniem płciowym chłopców. Z kolei mutacje genu CYP17 powodują niedobór 17a-hydroksylazy, co prowadzi do zmniejszenia syntezy kortyzolu i hormonów płciowych oraz gromadzenia się steroidów pozbawionych grupy OH przy węglu C17. Nadmiar kortykosteronu i DOC stanowi przyczynę nadciśnienia z towarzyszącą hipokaliemią. Nadciśnieniu towarzyszy również hipogonadyzm u osób płci żeńskiej i obojnactwo rzekome u osób płci męskiej (5-7).
Tabela 1. Jednogenowe formy nadciśnienia tętniczego.
ChorobaGen lub locusDziedziczenie
Niedobór 11b-hydroksylazy steroidowejCYP11B1autosomalne
recesywne
Niedobór 17a-hydroksylazy steroidowejCYP17autosomalne
recesywne
Zespół Liddle´apodjednostka b lub g
ENaC
autosomalne
dominujące
Pozorny nadmiar mineralokortykosteroidów (AME)11b-HSD2autosomalne
recesywne
Mutacja S810L genu receptora mineralokortykosteroidówMRautosomalne
dominujące
Rodzinny hiperaldosteronizm typu I (FH-I, GRA)gen chimeryczny
CYP11B1/B2
autosomalne
dominujące
Rodzinny hiperaldosteronizm typu II (FH-II)7p22autosomalne
dominujące (?)
Zespół Gordon´a (PHAII)1q31-q42
WNK1 (12p13.3)
WNK4 (17p11-q21)
autosomalne
dominujące
Nadciśnienie z brachydaktylią12pautosomalne
dominujące
W 1963 roku Grant Liddle opisał pierwszy przypadek chorej rasy kaukaskiej z nadciśnieniem tętniczym, hipokaliemią, niską aktywnością reninową osocza oraz niskim stężeniem aldosteronu w osoczu (8). Chora nie reagowała na leczenie spironolaktonem, podczas gdy zastosowanie triamterenu i ograniczenie spożycia soli znormalizowało zarówno wartości ciśnienia, jak i wskaźniki biochemiczne. W latach 90. ubiegłego wieku stwierdzono, że przyczyną zespołu Liddle´a są mutacje genów podjednostek b lub g nabłonkowego kanału sodowego (ENaC, Epithelial Sodium Channel)(9-11). Wszystkie do tej pory poznane mutacje powodują skrócenie (mutacje utraty sensu) C-końcowych fragmentów tych podjednostek o kilkadziesiąt aminokwasów (maksymalnie o 75) lub zamianę aminokwasów (mutacje zmiany sensu) w obecnym w tym fragmencie motywie bogatym w prolinę tzw. motyw PY (PPPXY). Motyw PY jest niezbędny dla prawidłowej internalizacji kanału i jego następowej degradacji (12). Zaburzenie tego procesu prowadzi do konstytutywnej aktywacji ENaC i wzrostu reabsorpcji sodu w kanaliku dystalnym.
Zespół pozornego nadmiaru mineralokortykosteroidów (AME, Apparent Mineralocorticoid Excess), dziedziczony autosomalnie recesywnie, już we wczesnym okresie życia prowadzi do rozwoju nadciśnienia z typowym, bardzo niskim stężeniem aldosteronu w surowicy, niską aktywnością reninową osocza i hipokaliemią (13,14). Przyczyną nadciśnienia jest stymulacja receptora mineralokortykosteroidów (MR) w kanaliku dystalnym przez kortyzol. Ponieważ kortyzol i aldosteron mają zbliżone powinowactwo do MR, istnieje fizjologiczna ochrona receptora przed pobudzeniem go przez kortyzol. Jej mechanizm polega na przemianie kortyzolu do kortyzonu w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę 11b-hydroksysteroidową typu 2 (11b-HSD2). Przemiana kortyzolu zapewnia selektywną stymulację receptora mineralokortykosteroidów przez aldosteron. Przyczyną zespołu AME są mutacje genu 11b-HSD2, które prowadzą do utraty aktywności enzymu. Stąd też charakterystyczną cechą fenotypową AME jest wzrost ilości wydalanych z moczem metabolitów kortyzolu, w stosunku do ilości metabolitów kortyzonu (13,14).
W roku 2000 Geller i wsp. (15) odkryli, że substytucja seryny na leucynę w pozycji 810 łańcucha polipeptydowego receptora mineralokortykosteroidów (Ser810Leu MR lub S810L MR) zwiększa aktywność szlaku transdukcji receptora prowadząc do rozwoju nadciśnienia tętniczego. Mutacja S810L MR zwiększa powinowactwo receptora nie tylko dla aldosteronu, ale także dla steroidów pozbawionych grupy hydroksylowej przy C21, takich jak progesteron, co stanowi wyjaśnienie zjawiska zaostrzenia się przebiegu nadciśnienia u ciężarnych w tej rodzinie.
Rodzinny hiperaldosteronizm typu I (Familial Hyper-aldosteronism type I, FH-I) określany też mianem hiperaldosteronizmu steroidozależnego lub hiperaldosteronizmu poddającego się leczeniu glikokortykosteroidami (GRA, Glucocorticoid-Remediable Aldosteronism), dziedziczony autosomalnie dominująco, związany jest z podatnością do krwotocznych udarów mózgu oraz do zaostrzenia przebiegu nadciśnienia w ciąży (16-18). Cechy fenotypowe, które odróżniają GRA m.in. od zespołu Liddle´a czy AME to podwyższone stężenie aldosteronu w osoczu oraz zwiększone wytwarzanie 18-oksokortyzolu (18-OF) i 18-hydroksykortyzolu (18-OHF) (19). Przyczyną zespołu GRA jest pojawienie się nowego genu, który jest chimerą zbudowaną z promotora genu 11b-hydroksylazy (CYP11B1) i części kodującej genu syntazy aldosteronu (CYP11B2) (20). Ekspresja genu syntazy aldosteronu podlega wówczas regulacji przez ACTH. W wyniku pojawienia się genu chimerycznego CYP11B1/B2 dochodzi do ektopowej syntezy aldosteronu w warstwie pasmowatej kory nadnerczy, a w konsekwencji do nadciśnienia wywołanego zatrzymywaniem sodu i wody. Leczenie glikokortykosteroidami (deksametazon) powoduje obniżenie stężenia aldosteronu we krwi, normalizację ciśnienia tętniczego i zaburzeń metabolicznych (19). W odróżnieniu od GRA, typ drugi rodzinnego hiperaldosteronizmu (Familial Hyper-aldosteronism type II, FH-II) nie poddaje się leczeniu glikokortykosteroidami, a jego przyczyną nie jest gen chimeryczny CYP11B1/B2. Cechy kliniczne i wskaźniki biochemiczne nie pozwalają na odróżnienie FH-II od sporadycznego pierwotnego hiperaldosteronizmu (21). Jedynie rodzinne występowanie i wczesny wiek ujawnienia się objawów mogą sugerować wrodzone podłoże choroby. Przy braku identyfikacji genu odpowiedzialnego za FH-II diagnostyka molekularna tego zespołu oparta jest na analizie sprzężenia („linkage analysis”). Na podstawie oceny dziedziczenia swoistych markerów mikrosatelitarnych w rodzinach dotkniętych FH-II wykluczono sprzężenie tego zespołu z genem syntazy aldosteronu lub genem kodującym pierwszy typ receptora angiotensyny II (AT1) (22, 23). W roku 2000 Lafferty i wsp. (24) zidentyfikowali na siódmym chromosomie locus (7p22) sprzężony z tym typem rodzinnego hiperaldosteronizmu.
Z kolei, zespół Gordon´a (PHAII, pseudohypoaldosteronism type II), dziedziczony autosomalnie dominująco, charakteryzuje się występowaniem nadciśnienia z hiperkaliemią, mimo prawidłowej filtracji kłębkowej. Niekiedy objawom tym towarzyszy łagodna hiperchloremia, kwasica metaboliczna i zmniejszenie aktywności reninowej osocza. Podawanie tiazydów powoduje normalizację zarówno wartości ciśnienia, jak i zmian elektrolitowych (25). Analiza sprzężenia prowadzona w rodzinach dotkniętych tą chorobą ujawniła niejednorodność przyczyn zespołu Gordon´a, wiążąc jego obecność z trzema loci: pierwszym położonym na długim ramieniu chromosomu 1, drugim umiejscowionym na krótkim ramieniu chromosomu 12 lub trzecim na chromosomie 17 (26, 27). W roku 2001 zespół kierowany przez Liftona (28) zidentyfikował geny WNK1 i WNK4, których mutacje są przyczyną dwóch postaci PHAII. Oba geny kodują enzymy z nowo odkrytej rodziny kinaz białek WNK (with no K=lysine). Produkty tych genów są obecne w komórkach kanalika dystalnego, z tym że kinaza WNK1 znajduje się w cytoplazmie, podczas gdy kinaza WNK4 w tzw. obwódce zamykającej (tight junction). U chorych z PHAII sprzężonym z locus na chromosomie 12 wykryto duże delecje w obrębie pierwszego intronu WNK1, a u osób z zespołem Gordona sprzężonym z locus na chromosomie 17 stwierdzano kosegregujące z chorobą cztery mutacje typu zmiany sensu, z których 3 były położone w odcinku genu WNK4 kodującym fragment białka o wysoce konserwatywnej sekwencji (kodony 562, 564 lub 565). Lifton (28) przypuszcza, że mutacje genów kinaz WNK prowadzą do zwiększonej reabsorpcji jonu chlorkowego.
Na krótkim ramieniu chromosomu 12 zlokalizowany jest także locus sprzężony z jednogenową formą nadciśnienia skojarzoną z obecnością brachydaktylii typu E. Nadciśnienie z brachydaktylią wykryto początkowo tylko u członków jednej rodziny w Turcji, a w następnych latach także w dwóch rodzinach w Ameryce Północnej. W odróżnieniu od zespołu Liddle´a, GRA, czy AME ta postać nadciśnienia charakteryzuje się prawidłową aktywnością reninową osocza i brakiem wrażliwości ciśnienia tętniczego na zmiany podaży sodu. Przypuszcza się, że obydwa fenotypy tj. nadciśnienie i brachydaktylia są uwarunkowane plejotropowym działaniem pojedynczego genu lub też działaniem dwóch genów położonych bardzo blisko siebie (19). Dodatkową charakterystyczną cechą fenotypową zespołu jest nieprawidłowy, kręty przebieg tętnicy móżdżkowej tylnej dolnej (tzw. PICA loop) (19, 29). Naraghi i wsp. (29,30) sugerują, że ta anomalia naczyniowa, poprzez ucisk na brzuszno-boczną część rdzenia przedłużonego, może odgrywać istotną rolę w patogenezie nadciś-nienia w tym zespole, a być może również w patogenezie nadciśnienia samoistnego. Hipotezę tę wspierają wyniki długoterminowej obserwacji 8 chorych z nad-ciśnieniem tętniczym, sugerujące, że przynajmniej u części z nich (3 na 8) dekompresja tej części rdzenia przedłużonego okazała się skuteczną formą terapii hipotensyjnej (31).
W ostatnim czasie część autorów zajmujących się jednogenowymi formami nadciśnienia tętniczego wysunęła hipotezę, że częstość występowania przynajmniej niektórych z nich tj. GRA i zespół Liddle´a może być wyższa niż początkowo przypuszczano (32, 33). Czułość i swoistość algorytmu diagnostycznego opartego na analizie wywiadu rodzinnego, objawów klinicznych i biochemicznych wydaje się bowiem niezbyt wysoka, gdyż w zależności od pochodzenia etnicznego, lokalnych czynników środowiskowych oraz odziedziczenia „korzystnych” alleli niektórych genów przeciwdziałających efektom zmutowanych genów, obserwuje się olbrzymie zróżnicowanie cech fenotypowych u osób z mutacjami. Fenotypy te obejmują całe spektrum zmian, od praktycznie bezobjawowego nosicielstwa, poprzez obecność pojedynczych odchyleń biochemicznych (hipokaliemia lub niska aktywność reninowa osocza) aż do wcześnie ujawniającego się ciężkiego nadciśnienia tętniczego z groźnymi powikłaniami narządowymi. Ponadto, Mulatero i wsp. (34) oraz Fardella i wsp. (35) zwrócili uwagę, że u części chorych z pierwotnym hiperaldosteronizmem, którzy nie są nosicielami genu chimerycznego CYP11B1/B2, wynik testu hamowania deksametazonem jest fałszywie dodatni. Z drugiej strony, brak nosicieli tego genu wśród blisko 700 analizowanych chorych z nadciśnieniem samoistnym (35-37), wskazuje, że diagnostyka molekularna, która stanowi obecnie podstawę rozpoznania GRA, powinna być ograniczona do członków rodzin dotkniętych tą formą jednogenowego nadciśnienia oraz do dokładnie zdefiniowanej grupy ryzyka, jaką stanowią chorzy z pierwotnym hiperaldosteronizmem.
PODŁOŻE GENETYCZNE NADCIŚNIENIA PIERWOTNEGO
Samoistne (pierwotne) nadciśnienie tętnicze, które występuje u ok. 20% populacji jest chorobą o złożonej i wieloczynnikowej etiologii. Około 40% zmienności ciśnienia w populacji uwarunkowane jest działaniem produktów określonych genów tzw. genów kandydatów (38). Jednakże dopiero łączne działanie czynników genetycznych i środowiskowych prowadzi do podwyższenia ciśnienia tętniczego, co jest podstawową cechą fenotypową tej choroby. Według Sharmy, samoistne nadciśnienie tętnicze nie może być postrzegane, jako jednorodna jednostka chorobowa, ale raczej należy je traktować, jako zbiór niezbyt dobrze zdefiniowanych zespołów, których wspólnym mianownikiem jest podwyższone ciśnienie (39). Zespoły te mogą występować łącznie, a niewielkie efekty działania poszczególnych warunkujących je genów sumować się. Stąd też, dopiero działanie produktów kilku określonych alleli genów kandydatów w niekorzystnych warunkach środowiskowych prowadzić będzie do trwałego podwyższenia ciśnienia tętniczego.
W odróżnieniu od monogenowych form nadciśnienia spowodowanych mutacjami chorobotwórczymi pojedynczych genów, w nadciśnieniu samoistnym warianty alleliczne genów kandydatów jedynie usposabiają do wyższych wartości ciśnienia („predisposition but not predestination”)(38).
Podstawową strategią stosowaną w określaniu genetycznej predyspozycji do samoistnego nadciśnienia tętniczego było do tej pory tzw. badanie związku („association study” lub „case-control study”) oparte na prostym porównaniu częstości występowania określonych alleli danego genu kandydata w grupie niespokrewnionych chorych z nadciśnieniem („cases”) i grupie kontrolnej osób bez nadciśnienia („control”). W takich badaniach, oprócz odpowiedniej liczebności badanych grup, wysokiego stopnia etnicznej jednorodności grupy badanej i kontrolnej oraz szczegółowej charakterystyki fenotypowej osób w obu grupach, kluczowe znaczenie miało określenie wiarygodnego genu kandydata, a następnie wybór polimorfizmu o istotnym znaczeniu dla funkcji produktu kodowanego przez ten gen. Wybór genu, a następnie jego polimorfizmu dokonywany był na podstawie posiadanej a priori szczegółowej wiedzy o molekularnych i biochemicznych patomechanizmach nadciśnienia samoistnego lub mechanizmach działania określonych leków hipotensyjnych, czy wreszcie o patogenezie monogenowych form nadciś-nienia tętniczego.
Spośród genów kandydatów nadciśnienia tętniczego, największe zainteresowanie, odzwierciedlające się w ilości opublikowanych prac, budzą geny kodujące poszczególne składowe układu renina-angiotensyna-aldosteron (RAA) (tab. 2). To zainteresowanie, w pełni uzasadnione rolą, jaką nadmierna aktywność układu RAA odgrywa w patogenezie nadciśnienia, budzi zwłaszcza polimorfizm trzech genów: angiotensynogenu (ATG), konwertazy angiotensyny (ACE) i syntazy aldosteronu (CYP11B2).
Tabela 2. Przegląd najważniejszych genów kandydatów samoistnego nadciśnienia tętniczego.
GenPolimorfizmZnaczenie czynnościowe
Angiotensynogen (ATG)M235T=G(-6)AWyższe stężenie angiotensynogenu
Konwertaza angiotensyny (ACE)I/DWyższa aktywność konwertazy
Receptor angiotensyny typu I (AT1R)A1166CZmiana wrażliwości na angiotensynę II ?
Syntaza aldosteronu (CYP11B2)T(-344)CZmiana aktywności syntazy aldosteronu ?
Podjednostka b3 białka G (GNB3)C825TPodwyższona aktywność NHE
Przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP)G1837A
G664A
T2238C
?
?
Wyższe stężenie ANP
Śródbłonkowa syntaza tlenku azotu (eNOS)G894T (Glu298Asp)Obniżona podstawowa synteza NO
Receptor b2-adrenergiczny (b2-ADR)G46A (Arg16Gly)
i
G79C (Glu27Gln)
Zmniejszona wazodylatacja
Receptor b1-adrenergiczny (b1-ADR)G1165C (Gly389Arg)Nasilona aktywacja cyklazy adenylanowej 
in vitro
Kalikreina nerkowa (hKLK1)Promotor (allel I)Obniżona aktywność enzymu
Alfa-adducyna (a-ADD)G614T (Gly460Trp)Wzrost aktywności Na+/K+-ATPazy
Podjednostka b-nabłonkowego kanału sodowego (bENaC)T594MWzrost aktywności ENaC ?
Dehydrogenaza 11b-hydroksysteroidowa typu 2 (11b-HSD2)G564AZmniejszenie aktywności 11b-HSD2 ?
Jeunemaitre i wsp. odkryli, że substytucja metioniny w pozycji 235 łańcucha polipetydowego angiotensynogenu (ATG) przez treoninę (Met235Thr lub M235T) nie tylko stanowi genetyczną predyspozycję do nadciśnienia, ale także wiąże się z wyższym stężeniem ATG w osoczu (40). Polimorfizm M235T nie determinuje bezpośrednio stężenia ATG w osoczu, ale pozostaje w bardzo ścisłym sprzężeniu z innym polimorfizmem tego genu położonym w promotorze sześć nukleotydów od miejsca inicjacji transkrypcji i polega na zastąpieniu w allelach T235 guaniny (G) przez adeninę (A), jest to tzw. polimorfizm G(-6)A (41). Obecność adeniny w pozycji (-6) ułatwia przyłączanie odpowiednich czynników transkrypcyjnych, co prowadzi do nasilenia transkrypcji genu ATG, a w konsekwencji do wzrostu poziomu tego białka w osoczu (42). Metaanaliza przeprowadzona przez Kunz i wsp. obejmująca dane z badań 5493 osób w 14 populacjach potwierdziła, że obecność allelu T235 ATG istotnie predysponuje do nadciśnienia, jakkolwiek niska wartość ilorazu szans (Odds Ratio, OR=1,2) wskazuje, że polimorfizm M235T wyjaśnia tylko względnie małą część zmienności ciśnienia tętniczego w populacji (43).
Wydawało się również, że dużą rolę w predyspozycji do nadciśnienia odgrywa polimorfizm insercyjno/delecyjny (I/D) genu kodującego konwertazę angiotensyny (odpowiednio: obecność lub brak 287 par zasad w 16 intronie genu ACE) (44). Część autorów sugeruje, że polimorfizm I/D genu ACE ma duże znaczenie funkcjonalne, gdyż w regionie delecji zlokalizowany jest 13-nukleotydowy motyw „wyciszacza” (silencer) ekspresji genu tj. miejsce wiążące białko regulatorowe hamujące ekspresję genu (45). Brak tego motywu u osób z allelem D ma prowadzić do większej ekspresji genu ACE, a w rezultacie do wyższej aktywności konwertazy, tak w surowicy, jak i w tkankach (46, 47). Inni autorzy sądzą, że intronowy polimorfizm I/D pozostaje raczej w ścisłym sprzężeniu z innym, ważnym funkcjonalnie polimorfizmem genu ACE (48). Badania na temat roli polimorfizmu I/D genu ACE w patogenezie nadciśnienia przyniosły sprzeczne wyniki. W części prac nie znaleziono żadnego związku pomiędzy polimorfizmem ACE i nadciśnieniem, a w innych wykryto znamienną korelację pomiędzy nadciśnieniem i obecnością allelu insercyjnego (49-52). Z kolei O`Donnell i wsp. prowadząc badania ponad 3000 uczestników Framingham Heart Study stwierdzili, że ryzyko nadciśnienia u mężczyzn z genotypem DD lub ID jest znamiennie wyż-sze w porównaniu do mężczyzn z genotypem II (odpowiednio OR 1,59, 1,18 i 1,00). Opisane zależności nie dotyczyły kobiet (53). Przeważa jednak pogląd, że obecność allelu D lub zwłaszcza homozygotycznego genotypu DD, usposabia nie do nadciśnienia per se, lecz raczej do rozwoju jego narządowych powikłań (54-56).
Spore zainteresowanie wzbudził także odkryty przez White´a i wsp. polimorfizm T(-344)C regionu wiązania czynnika transkrypcyjnego SF-1 w promotorze genu syntazy aldosteronu (CYP11B2). Jak zasugerowali to autorzy, czterokrotne zwiększenie wiązania SF-1 przez allel C(-344) może powodować różnicę w ekspresji genu, a przez to wpływać na aktywność enzymu zmieniając w ten sposób natężenie syntezy aldosteronu (57). Jednakże, Clyne i wsp. wykazali, że wiązanie czynnika SF-1 przez motyw wokół miejsca polimorficznego T(-344)C nie ma właściwie bezpośrednich skutków dla funkcji genu CYP11B2. Pośrednio jednak, mniejsze powinowactwo SF-1 do allelu T(-344) powoduje zwiększenie wiązania go z motywami w pozycjach (-129/-114) i (-71/-64) niezbędnymi w podstawowej i stymulowanej przez angiotensynę II lub jony potasu transkrypcji genu CYP11B2 (58). Próby odpowiedzi na pytanie, czy polimorfizm T(-344)C CYP11B2 jest genetycznym markerem nadciśnienia, a szczególnie jego sodowrażliwej formy cechującej się wzrostem stężenia aldosteronu, a wtórnie obniżeniem aktywności reniny w osoczu, nie przyniosły jednoznacznych wyników (59-64).
Również dla pozostałych polimorfizmów genów zestawionych w tabeli 2 wyniki, przynajmniej części badań, wskazują na ich powiązanie z podatnością do rozwoju samoistnego nadciśnienia tętniczego i/lub jego narządowych powikłań (65). W realizację tych badań włożono wiele wysiłku i poniesiono olbrzymie nakłady. Mimo to, dotychczasowe wyniki są dość skromne. Właściwie, z wyjątkiem angiotensynogenu, w jednoznaczny sposób nie określono roli pojedynczych genów i ich poszczególnych wariantów w determinowaniu wysokości ciśnienia tętniczego i w patogenezie nadciśnienia samoistnego. Przyczyn tego zjawiska należy upatrywać po części w trudnościach precyzyjnego zdefiniowania przedmiotu badań, a po części w niedoskonałości dotychczas stosowanej strategii badawczej („candidate gene approach”).
Podstawową wadą tej strategii jest duże ryzyko otrzymania wyników fałszywie dodatnich, głównie z powodu trudności we właściwym doborze grupy badanej i kontrolnej, które byłyby nie tylko wystarczająco liczebne i jednorodne etnicznie, ale przy tym także dobrze scharakteryzowane fenotypowo. Ponadto, prawdopodobieństwo wykrycia związku pomiędzy określonym allelem genu kandydata, a chorobą zależy od częstości tego allelu i stopnia jego powiązania z chorobą oraz od jednorodności badanej populacji. Stąd też spore nadzieje budzą badania tzw. trios przy zastosowaniu metody TDT (Transmission Disequilibrium Test) (66). W skład „trios” wchodzą osoby dotknięte analizowaną chorobą (np. chorzy z nadciśnieniem samoistnym) oraz ich rodzice heterozygotyczni w zakresie badanego polimorfizmu. W teście tym określa się, czy jeden z alleli nie jest przekazywany chorym częściej niż drugi (zgodnie z prawem Mendl´a przy braku powiązania z chorobą oba allele powinny być przekazywane potomstwu z równą częstością). Ponieważ metoda TDT nie daje wyników fałszywie dodatnich, stąd też Altshuler i wsp. (67) proponują, aby pozytywne wyniki badań opartych na klasycznej analizie związku („association study”), do czasu ich potwierdzenia metodą „trios”, traktować jedynie jako prawdopodobne.
Mimo iż samoistne nadciśnienie tętnicze jest bez wątpienia złożoną chorobą o etiologii wielogenowej, to dopiero w ostatnim czasie podjęto próby łącznej analizy kilku polimorfizmów w celu opisania kombinacji alleli, których odziedziczenie warunkuje podatność do rozwoju nadciśnienia lub ujawnienia się jego fenotypów pośrednich. Williams i wsp. (68) ocenili zależność pomiędzy allelami 4 genów, w tym trzech kodujących składowe układu renina-angiotensyna-aldosteron (ACE, ATG i AT1R) tak w grupie osób z prawidłowym ciśnieniem, jak i u chorych z nadciśnieniem. Mimo iż pomiędzy grupami nie stwierdzono istotnych różnic w częstości występowania poszczególnych alleli i genotypów, to wykonanie oceny powiązania pomiędzy loci (120 porównań) wykazało istnienie nieprzypadkowego sprzężenia części wariantów (16 z 120) z nadciśnieniem. Takie obserwacje po raz kolejny potwierdzają, że dopiero interakcje pomiędzy wieloma loci, a nie warianty pojedynczych genów wyznaczają dziedziczne podłoże nadciśnienia pierwotnego. Halushka i wsp. (69) u osób reprezentujących różne grupy etniczne dokonali analizy 874 SNPs (Single Nucleotide Polymorphisms, polimorfizm pojedynczych nukleotydów) w 75 genach kandydatach nadciśnienia (analizą objęto fragment genomu o długości 28 milionów pz). I jakkolwiek autorzy nie odkryli układu polimorfizmów swoistego dla nadciśnienia, to ich praca stanowi modelowy przykład zastosowania bardzo wydajnych metod diagnostyki molekularnej, opartych na osiągnięciach technologii budowy tzw. mikromacierzy DNA. Zapewne już w niedalekiej przyszłości, dzięki technikom hybrydyzacji i ligacji produktów PCR oraz współczesnym możliwościom miniaturyzacji, na niewielkiej powierzchni mikromacierzy będzie można jednoczasowo ocenić zmienność nawet kilkunastu tysięcy sekwencji nukleotydowych (70).
Aktualnie, spore nadzieje na wyjaśnienie roli czynników genetycznych czy to w patogenezie chorób wielogenowych, takich jak samoistne nadciśnienie tętnicze, czy też w mechanizmach determinujących złożone cechy fenotypowe, jak np. odpowiedź terapeutyczna przy stosowaniu określonych leków, wiąże się ze strategią tzw. klonowania pozycyjnego („positional cloning”). W odróżnieniu od dotychczasowej metody, gdzie wyboru genów kandydatów dokonuje się głównie na podstawie przesłanek patofizjologicznych, w klonowaniu pozycyjnym nie stosuje się takiej wstępnej selekcji, ale przy zastosowaniu kilkuetapowej analizy sprzężeń („linkage analysis”) poprzez skanowanie całego genomu („genome-wide scanning”) identyfikuje się regiony zawierające loci potencjalnych genów kandydatów. Strategia ta odgrywa kluczową rolę w identyfikacji genów, których mutacje stanowią przyczynę tzw. chorób jednogenowych (np. monogenowe formy nadciśnienia tętniczego). Jednakże dla choroby o złożonej wieloczynnikowej i wielogenowej etiologii, jaką jest samoistne nadciśnienie tętnicze, szansa identyfikacji regionów, gdzie zlokalizowane są geny, których produkty wywierają jedynie niewielki wpływ na wysokość ciśnienia jest mała. Stąd też w takich przypadkach, jako wystarczające kryterium wykrycia nieprzypadkowego sprzężenia przyjmuje się wartość tzw. LOD (logarythm of odds ratio, logarytm dziesiętny ilorazu szans) między 2 a 3, co należy rozumieć jako, odpowiednio, stu- lub tysiąckrotnie większą szansę wspólnej (nieprzypadkowej) segregacji alleli markera z badaną cechą fenotypową (chorobą). Takie zwiększenie czułości analizy kosztem jej swoistości powoduje, że geny obecne w zidentyfikowanych regionach mogą być uważane jedynie za prawdopodobnych, ale nie pewnych kandydatów nadciśnienia (tab. 3) (71, 72). Stąd też klonowanie pozycyjne nie zastępuje, lecz raczej uzupełnia klasyczny sposób analizy genów kandydatów, który umożliwia wykrywanie genów o rzeczywistym, choć niewielkim udziale w kształtowaniu predyspozycji do zachorowania.
Tabela 3. Wstępna identyfikacja regionów sprzężonych z nadciśnieniem tętniczym u ludzi.
MarkeryPrawdopodobne geny kandydaci
D6S1009 
D15S652 
D5S1471 
D2S1788
PLN, ESR 
ANPEP 
ADRA1B, DRD1A 
NCX1, CALM2
D11S2019 
D17S1303 
D3S2387
D16S3396 
D15S203
AGTRL1, HUMPCP (PRCP) 
PHA2B 
ATP2B2 
SLC12A3 
CHRM5, CHRM3-5, TFCOUP2
D11S9354ROMK
Legenda:
PLN - phospholamban
ESR - estrogen receptor
ANPEP - aminopeptidase N
ADRA1B - a1b-adrenergic receptor
DRD1A - dopamine receptor type 1A
NCX1 - sodium-calcium exchanger 1
CALM2 - calmodulin 2
AGTRL1 - angiotensin receptor-like 1
HUMPCP (PRCP) - human angiotensinase C (propylcarboxypeptidase)
PHA2B - pseudohypoaldosteronism type II
ATP2B2 - ATPase Ca2+-transporting plasma membrane
SLC12A3 - thiazide-sensitive Na-Cl cotransporter
CHRM5, CHRM3-5 - cholinergic receptors
TFCOUP2 - apolipoprotein-regulatory protein
ROMK - (rat outer medulla kidney) potassium channel
Wydaje się, że dzięki postępowi metodycznemu i technologicznemu w analizie DNA w ciągu kilku lat dokona się weryfikacja rzeczywistej patofizjologicznej roli produktów poszczególnych wariantów genów kandydatów. Z drugiej strony warto jednak zaznaczyć, że najważniejszym celem oceny polimorfizmu DNA nie jest odpowiedź na pytanie, czy korelacja pomiędzy szczególnym układem alleli, a ryzykiem choroby jest statystycznie znamienna, ale to, jakie jest praktyczne znaczenie tej korelacji. Jak dotąd bowiem, wykazanie klinicznej użyteczności takiej analizy było dość trudne. Jednak to właśnie SNPs wydają się być kluczem do zrozumienia patogenezy złożonych chorób cywilizacyjnych, w tym samoistnego nadciśnienia tętniczego. Wykrycie swoistego układu alleli genów kandydatów predysponującego do podwyższonych wartości ciśnienia lub, co omówiono poniżej, przewidywanie skuteczności i bezpieczeństwa stosowania poszczególnych leków hipotensyjnych mogłoby stać się podstawą do opracowania testów diagnostycznych pozwalających na określenie indywidualnego ryzyka zachorowania lub wybór optymalnej metody leczenia.
FARMAKOGENETYKA TERAPII HIPOTENSYJNEJ
Farmakogenetyka („pharmacogenetics”) jest dyscypliną nauki, która zajmuje się poznawaniem dziedzicznie uwarunkowanych mechanizmów leżących u podstaw różnic w odpowiedzi organizmu na lek. W klasycznym ujęciu przedmiotem jej badań są wrodzone różnice w metabolizmie leków spowodowane polimorfizmem genów kodujących enzymy ich biotransformacji. Obecnie obszar zainteresowania farmakogenetyki obejmuje już praktycznie wszystkie genetyczne apekty działania leków, w tym i polimorfizm genów kodujących białka stanowiące punkt ich uchwytu (receptory, enzymy, kanały jonowe itd.) lub ściśle z nimi powiązane składowe wewnątrzkomórkowych szlaków transdukcji sygnału (m.in. białka G, kinazy białkowe, fosfolipazy, cyklazy, fosfodiesterazy itd.). Polimorfizm w obrębie regionów kontrolujących ekspresję genów enzymów biotransformacji leków, czy też w obrębie samych genów, może mieć wpływ na aktywność tych enzymów, zmieniając odpowiednio: nasilenie procesu transkrypcji, a w konsekwencji ilość cząsteczek białka lub strukturę aminokwasową enzymu. Polimorfizm genetyczny determinowany obecnością co najmniej dwóch alleli, różniących się niekiedy w swojej sekwencji jedynie pojedynczymi nukleotydami (SNP) warunkuje istnienie w populacji trzech możliwych genotypów: dwóch rodzajów homozygot (dwa allele typu dzikiego i dwa allele zmutowane) oraz heterozygot. Najczęściej jednak na podstawie cech fenotypowych w populacji wyróżnia się jedynie dwie grupy osób istotnie różniące się pod względem aktywności analizowanego enzymu. Są to osoby dobrze metabolizujące dany lek (EM – „extensive metabolizers”) oraz osoby o niskiej aktywności enzymu biotransformującego (PM – „poor metabolizers”). Przeważnie fenotyp EM stanowi czynnościowy wykładnik genotypu homozygotycznego typu dzikiego lub heterozygotycznego, a fenotyp PM ujawnia się najczęściej dopiero przy obecności obu zmutowanych alleli (73,74).
Określanie fenotypu metabolizmu przy podejmowaniu decyzji o wyborze leku ma liczne ograniczenia i niedogodności. Po pierwsze, z reguły procedura taka wymaga podawania pacjentowi aktywnej substancji egzogennej, która sama może wywołać u tej osoby nieprzyjemne, a niekiedy niebezpieczne efekty uboczne. Po drugie, procedura taka wymaga odpowiednio wczes-nego zastosowania odpowiedniej diety i zaprzestania już wdrożonej terapii, z uwagi na ryzyko otrzymania nieprawdziwych wyników oceny fenotypu związanych z działaniem niektórych składników pokarmu i przyjmowanych leków stanowiących substraty dla enzymów biotransformacji. Leki stosowane w terapii skojarzonej, a będące również substratami dla tego enzymu metabolizującego często są jego kompetycyjnymi inhibitorami. Po trzecie, bezpośredni wpływ na reakcje biotransformacji leków wywiera sam proces chorobowy (np. niewydolność nerek czy wątroby). Wad powyższych całkowicie pozbawione są metody oparte na analizie sekwencji genów kodujących te enzymy.
Do tej pory zidentyfikowano polimorfizm kilku genów enzymów katalizujących metabolizm leków hipotensyjnych. Z klinicznego punktu widzenia najważniejszy z nich jest polimorfizm reakcji utleniania (m.in. N-hydroksylacji, S-, N- i O-dealkilacji, oksydatywnej dezaminacji lub hydroksylacji pierścieni aromatycznych i łańcuchów alifatycznych) związany z wątrobowymi izoenzymami cytochromu P450 (CYP). W ludzkim genomie obecnych jest co najmniej 55 genów różnych izoenzymów tego cytochromu. Wszystkie izoenzymy CYP są hemoproteinami i na podstawie homologii ich sekwencji przyporządkowuje się je do różnych rodzin opisywanych kolejnymi numerami: CYP1, CYP2 itd. Dotychczas u ludzi wyodrębniono co najmniej 20 rodzin cytochromu P450. Rodziny z kolei dzieli się na swoiste podrodziny rozróżniając je kolejnymi literami alfabetu np. CYP1A, CYP2D. Dopisanie na końcu do nazwy podrodziny kolejnego numeru wskazuje określony gen np. CYP2D6 (73,74).
Aktualnie, na podstawie szczegółowej oceny przebiegu procesów biotransformacji wiadomo, że spośród poznanych izoenzymów CYP istotne znaczenie w reakcjach utleniania leków hipotensyjnych odgrywają: CYP2C9, CYP2D6 i enzymy podrodziny 3A.
Izoenzym CYP2C9 katalizuje przemiany wielu ważnych leków, w tym m.in. losartanu. Produktem tej reakcji dla losartanu jest jego czynny metabolit (E-3174), który w głównej mierze warunkuje hipotensyjny efekt leku. Gen CYP2C9 charakteryzuje się polimorfizmem spowodowanym mutacją Arg144Cys w eksonie 3 (allel CYP2C9*2) lub Ile359Leu w eksonie 7 (allel CYP2C9*3). Rzadką odmianą allelu*3 jest substytuacja izoleucyny przez treoninę (Ile359Thr) (75). Ponadto, w promotorze genu CYP2C9 zidentyfikowano 7 SNPs, które z racji częściowego sprzężenia mogą tworzyć jeden z sześciu swoistych wzorów tj. haplotypów. Dwa z tych haplotypów (nr 2 i nr 5) warunkują niską wydajność transkrypcji genu CYP2C9 in vitro, a ponadto pierwszy z nich pozostaje w pełnym sprzężeniem z wariantem CYP2C9*3 (76). Częstość zmutowanych alleli w populacji europejskiej szacuje się: dla wariantu *2 na 10,7-12,5%, a dla wariantu *3 na 7,4-8,5% (77,78). W roku 2001 Yasar i wsp. (79) wykazali, że w warunkach in vitro oksydacja losartanu katalizowana przez enzym z frakcji mikrosomalnej wątroby osób z przynajmniej jednym allelem CYP2C9*3 lub homozygot *2/*2 jest znacznie obniżona w porównaniu do homozygot typu dzikiego (dwa allele CYP2C9*1). Ci sami autorzy rok później stwierdzili, że również in vivo polimorfizm genu CYP2C9 odgrywa istotną rolę w kształtowaniu międzyosobniczych różnic w procesie oksydacji i aktywacji losartanu (80).
Zróżnicowany fenotyp oksydacji sparteiny/debryzochiny uwarunkowany jest polimorfizmem genu CYP2D6. Substratami enzymu CYP2D6 są substancje podobne do debrizochiny, a spośród innych leków hipotensyjnych, enzym ten katalizuje przemiany guanoksanu i niektórych beta-adrenolityków (alprenolol, bufuralol, metoprolol, propranolol i timolol) (73,74). Gen CYP2D6 znajduje się na chromosomie 22 w bezpośrednim sąsiedztwie swoich dwóch pseudogenów. Do tej pory zidentyfikowano ponad 50 wariantów allelicznych CYP2D6. Wywodzą się one z trzech głównych alleli tj. CYP2D6*1A (allel typu dzikiego), CYP2D6*2 i CYP2D6*4A. Te trzy allele oraz allele *2B i *5 stanowią łącznie 87% spośród wszystkich opisanych wariantów. Pozostałe allele występują w populacji europejskiej z częstością 0,1-2,7%. Dziesięć alleli związanych jest z brakiem aktywnego enzymu, kolejne dwa allele kodują enzym o obniżonej aktywności. Wśród osób rasy kaukaskiej ok. 7% populacji stanowią osoby z fenotypem PM, które są nosicielami alleli warunkujących brak lub obniżenie aktywności enzymatycznej CYP2D6. W grupie tej dominuje (70%) allel CYP2D6*3 (tranzycja G1934A). U osób z fenotypem PM podawanie standardowych dawek beta-adrenolityków będących substratami enzymu CYP2D6 prowadziło do nasilonego efektu blokady receptorów b-adrenergicznych. Z kolei zwiększenie liczby kopii genu CYP2D6 w następstwie jego amplifikacji (liczba dodatkowych kopii wynosi od 1 do 12) prowadzi do wzrostu aktywności enzymu. Osoby z takim typem mutacji (1-2% populacji) określane mianem „ultraszybkich metabolizatorów” („ultra rapid metabolizers”) wymagają podawania kilkanaście razy większych dawek leków w celu uzyskania właściwego efektu terapeutycznego. Określanie wszystkich alleli CYP2D6 jest żmudne, pracochłonne i drogie, ale okazało się, że analiza produktów tylko z pięciu PCR jest wystarczająca do identyfikacji większości osób z fenotypem PM lub „ultraszybkiego metabolizmu” (81, 82). Przykład wieloallelicznego polimorfizmu genu CYP2D6 wskazuje, że podział populacji na grupy o bardzo dobrym lub bardzo złym metabolizmie leku jest nieco uproszczony, a zastosowanie analizy molekularnej umożliwia adekwatne przewidywanie rzeczywistego nasilenia procesów biotransformacji, w tym przypadku, odpowiednio fenotypów: wolnego (PM), pośredniego (heterozygoty EM), szybkiego (homozygoty EM) i ultraszybkiego metabolizmu. Możliwość takiego precyzyjnego opisania szybkości metabolizmu, a zwłaszcza identyfikacji „ultraszybkich metabolizatorów” stanowi istotną zaletę metod określania genotypu CYP2D6. Wstępne obserwacje sugerują wartość kliniczną klasyfikacji opartej na identyfikacji genotypów, która może dostarczać lekarzom wiarygodnych danych przydatnych przy wyborze leku dla indywidualnego chorego. Warto także zauważyć, że enzym CYP2D6 jest odpowiedzialny za biotransformację wielu leków o wąskim współczynniku terapeutycznym, często stosowanych przewlekle, a także mogących wywołać poważne działania niepożądane. Uwagi te można odnieść w dużej mierze także do leków beta-adrenolitycznych (73,74).
W wątrobie, ale także w nabłonku jelita cienkiego, najbardziej rozpowszechniona jest podrodzina CYP3A, złożona co najmniej z trzech enzymów: CYP3A4, CYP3A5 i CYP3A7. Choć położone w jednym locus na chromosomie 7 (7q21) geny te podlegają różnym mechanizmom regulacyjnym. Mimo iż enzym CYP3A7 katalizuje przemiany głównie w okresie życia płodowego, to u niektórych osób dorosłych także wykrywano obecność transkryptu tego genu. Osoby takie są nosicielami zmutowanego allelu CYP3A7*1C uwarunkowanego substytucją guaniny na tyminę w pozycji -188 promotora genu. Rodzina CYP3A katalizuje biotransformację blisko połowy leków podlegających procesom oksydacji, w tym wielu antagonistów wapnia, zwłaszcza z grupy pochodnych dihydropirydyny. Duża rozpiętość zakresu łącznej aktywności izoenzymów rodziny CYP3A w populacji jest przyczyną olbrzymiego zróżnicowania w doustnej biodostępności i klirensie metabolicznym leków będących ich substratami. Takie zróżnicowanie aktywności CYP3A ma szczególne znaczenie w przypadku substratów o wąskim współczynniku terapeutycznym, jak np. leki immunosupresyjne (cyklosporyna, takrolimus). Przy braku nietoksycznych substratów pozwalających na ocenę fenotypu całkowitej (wątrobowej i jelitowej) aktywności CYP3A, jedynie regularne monitorowanie stężenia tych leków w osoczu pozwala na określenie ryzyka toksyczności terapii (np. nefrotoksyczność) i przewidywanie jej skuteczności (np. przeżycie przeszczepu) (83).
Początkowo wskazywano, że przyczyną różnic w wątrobowej aktywności enzymów CYP3A jest polimorfizm A(-288)G promotora genu CYP3A4 (allel CYP3A4*1) zlokalizowany w motywie swoistym dla nifedypiny (NFSE, nifedipine-specific element). Jednakże brak związku pomiędzy obecnością allela CYP3A4*1, a fenotypem określanym w teście oddechowym ze znakowaną erytromycyną lub poprzez ocenę klirensu nifedypiny nie potwierdził tej hipotezy. W roku 2001 Kuehl i wsp. (83) odkryli, że podstawową przyczyną zróżnicowania łącznej aktywności enzymów rodziny CYP3A są uwarunkowane polimorfizmem genu różnice w ekspresji CYP3A5. Oprócz allelu typu dzikiego (CYP3A5*1) i dwóch alleli bez istotnego znaczenia funkcjonalnego (warianty *1B i *1C uwarunkowane tranzycjami, odpowiednio: G18A i C30T) autorzy ci zidentyfikowali allele CYP3A5*3 i *6, odpowiedzialne za alternatywne składanie mRNA i skrócenie białka powstającego w procesie translacji. W odróżnieniu od allelu typu dzikiego w allelu *3 w pozycji 22893 zamiast adeniny obecna jest guanina (A22893G). Następstwem tej tranzycji jest pojawienie się dodatkowego miejsca akceptorowego i donorowego, a przez to i dodatkowego eksonu 3B z części intronu 3. Z powodu obecności w eksonie 3B kodonu stop, produktem translacji tak alternatywnie złożonego transkryptu jest białko o długości 109 aminokwasów całkowicie pozbawione aktywności enzymatycznej. W rzadkim allelu *6 przyczyną zmniejszenia aktywności enzymu CYP3A5 jest alternatywne składanie i delecja eksonu 7 w następstwie tranzycji G30597A. Wysoką aktywność izoenzymu CYP3A5 wykrywa się u osób z przynajmniej jednym allelem typu dzikiego. Częstość występowania fenotypu wysokiej aktywności tego enzymu jest zależna od pochodzenia etnicznego i wynosi: 30% w populacji osób rasy kaukaskiej, 40% wśród Chińczyków i ponad 50% w grupie Afroamerykanów. Takie rozpowszechnienie najbardziej aktywnego wariantu CYP3A5 w nie-kaukaskich grupach etnicznych sugeruje wyższe prawdopodobieństwo podwyższonego klirensu metabolicznego i inaktywacji substratów tej podrodziny CYP, co mogłoby prowadzić do niskiej skuteczności terapeutycznej standardowych dawek leków (ale też i wskazywać na niewielkie ryzyko zależnych od dawki działań niepożądanych). Obserwacje Kuehla i wsp. (83) wskazują, że izoenzym 3A5 w znacznie większym stopniu, niż dotychczas przypuszczano, uczestniczy w biotransformacji substratów enzymów podrodziny CYP3A. Przy omawianiu zależnego od enzymów CYP3A metabolizmu leków hipotensyjnych z grupy antagonistów wapnia nie sposób pominąć roli czynnika środwiskowego, jakim jest spożycie soku grejpfrutowego. Jak wykazali to Lown i wsp. (84), obserwowany przy spożywaniu tego soku wzrost biodostępności felodypiny i wielu innych antagonistów wapnia (werapamil, nifedypina) spowodowany jest zmniejszeniem ilości cząsteczek izoenzymów CYP3A4 i CYP3A5 w enterocytach jelita cienkiego, prawdopodobnie poprzez nasilenie ich degradacji lub zmniejszenie translacji mRNA.
Znacznie skromniej przedstawia się natomiast wiedza o dziedzicznych różnicach w farmakodynamice leków przeciwnadciśnieniowych (tab. 4). Przedstawione w tabeli 4 badania dotknięte są wszystkimi wadami analizy genów kandydatów, które szczegółowo omówiono w części poświęconej predyspozycji do nadciśnienia samoistnego. Stąd też, w pełni uzasadnione wydaje się stwierdzenie, że jest jeszcze za wcześnie, aby w oparciu o polimorfizm pojedynczego genu proponować chorym określony rodzaj terapii hipotensyjnej. W racjonalnym wyborze skutecznego i bezpiecznego leku dla indywidualnego chorego bardziej przydatna okaże się prawdopodobnie analiza haplotypów SNPs. Roses (85) sugeruje, że o ile w II fazie badań klinicznych leku u każdego pacjenta niezbędne jest wykonanie analizy ok. 200000 SNPs, to w III fazie tych badań dla określenia przewidywanego fenotypu skuteczności i bezpieczeństwa terapii wystarczy jednorazowa ocena tylko kilkuset miejsc polimorficznych. Takie analizy SNPs z zastosowaniem mikromacierzy DNA powinny stanowić naturalne uzupełnienie tradycyjnej oceny opartej na klasycznych kryteriach klinicznych, takich jak: płeć, wiek, masa ciała oraz wydolność wątroby i nerek.
Tabela 4. Polimorfizm genów kandydatów i efekt terapii hipotensyjnej.
PolimorfizmLekPowiązaniePiśmiennictwo
M235T ATGIKA
CA
BB
+--(51)(86)(86)
I/D ACEIKA
CA
BB
ATRA
-
-
-
+
(86)
(86)
(86)
(87)
A1166C AT1RIKA-(51)
C825T GNB3DIUR-T+(88)
Fok I GsaBB+(89)
G1165C b1-ADRBB-(90)
G614T a-ADDDIUR-T+(91)(92)
T594M bENaCDIUR-A+(93)
Legenda:
IKA - inhibitory konwertazy angiotensyny I
CA - antagoniści wapnia
BB - beta-blokery
ATRA - antagoniści receptora angiotensyny
DIUR-T - diuretyki (tiazydy)
DIUR-A - diuretyki (amilorid)
Aktualny stan farmakoterapii nadciśnienia tętniczego jest niezadowalający. Stąd też postęp w zakresie farmakogenetyki umożliwiający podejmowanie przez lekarzy racjonalnych decyzji przy wyborze preparatu i jego dawki może przyczynić się w istotny sposób do poprawy tego stanu poprzez: zmniejszenie częstości występowania niekorzystnych działań ubocznych leku, zwiększenie liczby pacjentów, u których monoterapia umożliwi osiągnięcie trwałej normalizacji wysokości ciśnienia, zmniejszenie liczby chorych wymagających stosowania terapii skojarzonej lub przynajmniej zmniejszenie liczby przyjmowanych leków hipotensyjnych oraz zmniejszenie u części chorych dawek leków. Suma tych wszystkich zmian powinna w końcowym efekcie doprowadzić do zwiększenia odsetka chorych akceptujących zaleconą terapię („compliance”), a przez to i do zwiększenia liczby osób skutecznie leczonych, obniżenia kosztów leczenia, a także, co wydaje się szczególnie ważne, poprawy w zakresie zapobiegania, spowolnienia postępu, czy niekiedy nawet regresji narządowych powikłań nadciśnienia stanowiących główną przyczynę śmierci osób dotkniętych tą chorobą.
Piśmiennictwo
1. Mullis K.B. et al.: Cold Spring Harb Symp Quant Biol 1986, 51, 263.
2. Saiki R.K. et al.: Science, 1985, 230, 1350.
3. Bateson W. Cambridge University Press, 1908, 22-23.
4. Neumann H.P.H. Medycyna Praktyczna, Kraków 2002, 247-252.
5. Yiu V.W.Y. et al.: Pediatr Nephrol 1997, 11: 343-346.
6. Pascoe L. et al.: Steroids 1995, 60: 22-27.
7. New M.I. et al.: Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997, 205-247.
8. Liddle G.W. et al.: Trans Am Assoc Phys 1963, 76: 199-213.
9. Melander O. et al.: Hypertension 1998, 31: 1118-1124.
10. Shimkets R.A. et al.: Cell 1994, 79: 407-414.
11. Hansson J.H. et al.: Hypertension caused by a truncated epithelial sodium channel g subunit: genetic heterogeneity of Liddle syndrome.
12. Schild L. et al.: EMBO J 1996, 15: 2381-2387.
13. Mune T. et al.: Nat Genet 1995, 10: 394-399.
14. Stewart P.M. et al.: Lancet 1996, 347: 88-91.
15. Geller D.S. et al.: Science 2000, 289: 119-123.
16. Sutherland D.J. et al.: Can Med Assoc J 1966, 95: 1109-1119.
17. Litchfield W.R. et al.: Hypertension 1998, 31: 445-450.
18. Wyckoff J.A. et al.: Hypertension 2000, 35: 668-672.
19. Luft F.C. Kidney Int 2001, 60: 381-390.
20. Lifton R.P. et al.: Nature 1992, 355: 262-265.
21. Stowasser M. et al.: J Hypertens 2000, 18: 1165-1176.
22. Torpy D.J. et al.: J Clin Endocrinol Metab 1998, 83: 3214-3218.
23. Torpy D.J. et al.: J Clin Endocrinol Metab 1998, 83: 1046.
24. Lafferty A.R. et al.: J Med Genet 2000, 37: 831-835.
25. Gordon R.D. et al.: Australas Ann Med 1970, 19: 287-294.
26. Mansfield T.A. et al.: Nat Genet 1997, 16: 202-205.
27. Disse-Nicodeme S. et al.: Am J Hum Genet 2000, 67: 302-310.
28. Wilson F.H et al.: Science 2001, 293: 1107-1112.
29. Naraghi R. et al.: Stroke 1997, 28: 1749-1754.
30. Naraghi R. et al.: Lancet 1994, 344: 1466-1470.
31. Frank K. et al.: Stroke 2001, 32: 2950-2955.
32. Gates L.J. et al.: J Med Genet 1996, 33: 25-28
33. Pratt J.H. Cardiol Rev 2000, 8: 202-206.
34. Mulatero P. et al.: J Clin Endocrinol Metab 1998, 83: 2573-2575.
35. Fardella C.E. et al.: J Clin Endocrinol Metab 2000, 85: 1863-1867.
36. Gates L.J. et al.: J Hum Hypertens 2001, 15: 173-176.
37. MacKenzie C.A. et al.: J Hum Hypertens 2000, 14: 157-158.
38. Harrap S.B.: Lancet 1994, 344: 169-171.
39. Sharma A.M. Nephrol Dial Transplant 1996, 11: 927-929.
40. Jeunemaitre X. et al.: Am J Hum Genet 1997, 60: 1448-1460.
41. Hunt S.C. et al.: Hypertension 1998, 32: 393-401.
42. Inoue I. et al.: J Clin Invest 1997, 99: 1786-1797.
43. Kunz R. et al.: Hypertension 1997, 30: 1331-1337.
44. Rigat B. et al.: J Clin Invest 1990, 86: 1343-1346.
45. Hunley T.E. et al.: Kidney Int 1996, 49: 571-577.
46. Danser J.A.H. et al.: Circulation 1995, 92: 1387-1388.
47. Costerousse O. et al.: Biochem J 1993, 290: 33-40.
48. Zhu X. et al.: Am J Hum Genet 2000, 67: 1144-1153.
49. Schmidt S. et al.: J Hypertens 1993, 11: 345-348.
50. Harrap S.B. et al.: Hypertension 1993, 21: 455-460.
51. Hingorani A.D. et al.: J Hypertens 1995, 13: 1602-1609.
52. Zee R.Y.L. et al.: Biochem Biophys Res Commun 1991, 184: 9-15.
53. O´Donnell C.J. et al.: Circulation 1998, 97: 1766-1772.
54. Butler R. et al.: Clin Sci 1997, 93: 391-400.
55. Schunkert H. J Mol Med 1997, 75: 867-875.
56. Iwai N. et al.: Circulation 1994, 90: 2622-2628.
57. White P.C. et al.: Endocrine Research 1995, 21: 437-442.
58. Clyne C.D. et al.: Mol Endocrinol 1997, 11: 638-649.
59. Komiya I. et al.: Hypertension 2000, 35: 699-703.
60. Brand E. et al.: J Hypertens 1999, 17: 1563-1567.
61. Fardella C.E. et al.: J Clin Endocrinol Metab 1996, 81: 4347-4351.
62. Tamaki S. et al.: Hypertension 1999, 33 [part II]: 266-270.
63. Davies E. et al.: Hypertension 1999, 33: 703-707.
64. Brand E. et al.: Hypertension 1998, 32: 198-204.
65. Ciechanowicz A.: Medycyna Praktyczna, Kraków 2002, 191-198.
66. Ewens W.J. et al.: Am J Hum Genet 1995, 57: 455-464.
67. Altshuler D. et al.: N Engl J Med, 1998, 338: 1626.
68. Williams S.M. et al.: Hypertension 2000, 36: 2-6.
69. Halushka M.K. et al.: Nat Genet 1999, 22: 239-247.
70. Witowski W.E.: BioTechniques 2000, 29: 936-944.
71. Boerwinkle E. et al.: Circulation 2000, 102: 1877-1878.
72. Timberlake D.S. et al.: Curr Opin Nephrol Hypertens 2001, 10: 71-79.
73. Turner S.T. et al.: J Hypertens 2001, 19: 1-11.
74. Gawrońska-Szklarz B.: Probl Ter Monit 2000, 11:, 14-26.
75. Ieiri I.et al.: Ther Drug Monit 2000, 22: 237-244.
76. Shintani M. et al.: Clin Pharmacol Ther 2001, 70: 175-182.
77. Yasar U. et al.: Biochem Biophys Res Commun 1999, 254: 628-631.
78. Stubbins M.J. et al.: Pharmacogenetics 1996, 6: 429-439.
79. Yasar U. et al.: Drug Metab Disp 2001, 29: 1051-1056.
80. Yasar U. et al.: Clin Pharmacol Ther 2002, 71: 89-98.
81. Sachse C. et al.: Am J Hum Genet 1997, 60: 284-295.
82. Marez D. et al.: Pharmacogenetics 1997, 7: 193-202.
83. Kuehl P. et al.: Nat Genet 2001, 27: 383-391.
84. Lown K.S. et al.: J Clin Invest 1997, 99: 2545-2553.
85. Roses A.D.: Nature 2000, 405: 857-865.
86. Dudley C. et al.: J Hypertens 1996, 14: 259-262.
87. Kurland L. et al.: J Hypertens 2001, 19: 1783-1787.
88. Turner S.T. et al.: Hypertension 2001, 37: 739-743.
89. Jia H. et al.: Hypertension 1999, 34: 8-14.
90. O´Shaughnessy K.M. et al.: Clin Science 2000, 99: 233-238.
91. Cusi D. et al.: Lancet 1997, 349: 1353-1357.
92. Glorioso N. et al.: Hypertension 1999, 34: 649-654.
93. Baker E.H. et al.: Hypertension 2002, 40: 13-17.
Postępy Nauk Medycznych 1-2/2003
Strona internetowa czasopisma Postępy Nauk Medycznych