Polimorfismos genéticos del citocromo P450 2D6 (CYP2D6): consecuencias clínicas, aspectos evolutivos y diversidad funcional

La farmacogenética que se ocupa de las diferencias heredadas en las dianas de los fármacos, y de la disposición de los mismos en forma de receptores y transportadores de fármacos se está desarrollando rápidamente.1 2, 3, 4, 5 En la actualidad, nuestros conocimientos están más avanzados con respecto a la influencia de los genes distribuidos polimórficamente que codifican las enzimas que metabolizan los fármacos, aunque los conocimientos sobre los receptores y transportadores de fármacos están creciendo rápidamente. En la actualidad, la mayor importancia sobre las diferencias interindividuales en la respuesta a los fármacos la ejercen las diferencias en la capacidad de metabolización de los fármacos causadas por el polimorfismo genético o por la inhibición o inducción del metabolismo de los fármacos. Además de las interacciones entre fármacos, los factores fisiopatológicos y los factores ambientales, la genética de las enzimas metabolizadoras de fármacos desempeña un papel fundamental para comprender las diferencias interindividuales en la respuesta a los fármacos y las reacciones adversas a los mismos. El mayor impacto entre las enzimas metabolizadoras de fármacos lo ejercen los citocromos P450, las principales enzimas de fase I.6, 7 Entre ellas, CYP2C9, CYP2C19 y CYP2D6 son altamente polimórficas y representan conjuntamente alrededor del 40% del metabolismo hepático humano de fase I. Además, los polimorfismos de CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6 y CYP2C8 también contribuyen a las diferencias interindividuales en el metabolismo de los fármacos. El CYP2D6 es quizás la enzima metabolizadora de fármacos con expresión polimórfica más estudiada en humanos; su polimorfismo tiene una gran importancia clínica y fue el primero de los P450 polimórficos en ser caracterizado a nivel molecular. En la actualidad, se han identificado más de 48 sustratos de fármacos diferentes para esta enzima (Tabla 1) y el CYP2D6 es responsable de aproximadamente el 25% del metabolismo de los fármacos conocidos. Sin embargo, esto podría ser una ligera sobreestimación, ya que en el pasado se han buscado específicamente los fármacos que son metabolizados por esta enzima, debido a su expresión polimórfica. En la presente revisión, se describen los conocimientos actuales y las consecuencias de la genética molecular del CYP2D6, así como el conocimiento del impacto en el tratamiento farmacológico.

Características generales del CYP2D6

El CYP2D6 es un polipéptido de 497 aminoácidos. El enzima representa sólo un pequeño porcentaje de todos los P450 hepáticos, pero su papel en el metabolismo de los fármacos es ampliamente superior a su contenido relativo (véase Zanger et al8). Los diferentes modelos del enzima basados en la estructura tridimensional del citocromo P450 BM-3 o CYP2C5, y los resultados de la mutagénesis dirigida al sitio difieren mucho entre sí. A pesar del éxito de los cristales bien difractantes del CYP2B4, CYP2C5, CYP2C9 y CYP3A4 de los mamíferos, nadie ha sido capaz aún de obtener buenos cristales de CYP2D6. Se cree que dichos cristales son necesarios para obtener una plantilla de modelos con suficiente resolución y precisión para, por ejemplo, predecir los fármacos que serán sustratos de esta enzima. Dicho modelo sería de gran importancia para la industria farmacéutica porque un diseño de fármacos que evite que los compuestos sean sustratos de alta afinidad para la CYP2D6 es fundamental para que un producto tenga éxito en el mercado.

Los sustratos de la CYP2D6 son bases lipofílicas con un átomo de nitrógeno protonable. La reacción de hidroxilación tiene lugar a una distancia de 5 o 7 Å del átomo de nitrógeno. Los experimentos de mutagénesis dirigida al sitio indican que Asp301 es el aminoácido cargado negativamente responsable de la unión al nitrógeno del sustrato.8 Además, también Ser304, Thr309 y Val370 parecen estar implicados en la unión al sustrato9 , aunque se necesitan más modelos para confirmarlo.

CYP2D6 tiene una afinidad muy alta por los alcaloides (véase la Tabla 1).10 La expresión de la enzima, en contraste con otros citocromos P450 metabolizadores de xenobióticos hepáticos, no está regulada por ningún agente ambiental conocido y no es inducible por hormonas conocidas. Dado que no se ha descrito ningún fenotipo entre los sujetos que carecen de CYP2D6 o que tienen hasta 13 copias activas del gen, se podría concluir que la enzima no tiene ninguna función endógena importante. Se ha sugerido un papel para el metabolismo de algunos neurotransmisores. De hecho, se han presentado pruebas recientes de que la CYP2D6 es una O-demetilasa específica de la 5-metoxindolamina,11 y también se ha demostrado que la 5-metoxitriptamina12 es un sustrato. Además de estos sustratos, es probable que la enzima tenga un papel importante en el metabolismo de los constituyentes de los alimentos, en particular de los alcaloides (véase más adelante).

La acción del CYP2D6 sobre los sustratos de actividad potencial en el cerebro implicaría un fenotipo funcional en los sujetos, es decir, los metabolizadores pobres (PM) que carecen de la enzima. De hecho, dos estudios han indicado una relación significativa entre el comportamiento mediante pruebas psicológicas y la presencia de CYP2D6.13, 14 Se plantea la cuestión de si dicha actividad es esencial. Curiosamente, Pai et al15 han aportado recientemente pruebas de que una variante común del pseudogén CYP2D7P podría expresarse de forma activa en el cerebro humano dando lugar a un producto enzimático funcional que es activo en el metabolismo de, por ejemplo, la codeína. Queda por dilucidar si esto representa un producto de verdadera importancia funcional, aunque el hallazgo como tal es de interés.

Polimorfismo de CYP2D6-Aspectos Históricos

El polimorfismo de CYP2D6 fue descubierto de forma independiente en tres laboratorios diferentes. El laboratorio de Folke Sjöqvist demostró que el metabolismo de la nortriptilina y la desimipramina, que más tarde se demostró que eran sustratos del CYP2D6, presentaba una enorme variación interindividual en los niveles plasmáticos a la misma dosis y se identificaron dos fenotipos.16 Estudios posteriores del grupo de Sjöqvist utilizando gemelos revelaron que la diferencia era de naturaleza genética. Bob Smith y sus colaboradores en Londres estudiaron el metabolismo de dos fármacos antihipersensibles, la betanidina y la debrisoquina, que se utilizaban para la hipertensión. Cuando Bob Smith, en mayo de 1975, tomó 40 mg de debrisoquina, se mareó, se desmayó y sufrió una grave hipotensión. Un estudio posterior con 10 mg de debrisoquina en 94 sujetos identificó los dos fenotipos.17 Michel Eichelbaum, en Bonn, estudió los efectos antiarrítmicos de la esparteína y dos sujetos se quejaron de efectos secundarios desagradables como visión borrosa, diploide, mareos y dolor de cabeza. El análisis de los niveles plasmáticos reveló que tenían niveles 4-5 veces más altos que los demás y los dos fenotipos se publicaron en 1978 y 1979.18, 19

La base genética del polimorfismo de la debrisoquina se dilucidó 10-15 años después. En un estudio de colaboración entre los laboratorios de Urs Meyers y Frank González, se utilizaron anticuerpos policlonales contra el CYP2D de rata desarrollados en Basilea como herramientas para clonar el ADNc del CYP2D6 humano a partir de una biblioteca de ADNc del λgt 11 de hígado humano y el ADNc expresado tenía la actividad de bufuralol hidroxilasa esperada.20 Utilizando el RFLP, el laboratorio Meyers pudo confirmar los patrones de RFLP alterados en los MP para la debrisoquina,21 mientras que la identificación completa de los alelos CYP2D6*3 y CYP2D6*4 se publicó en 1990.22

A finales de la década de 1980 identificamos en fructífera colaboración con Leif Bertilsson y Folke Sjöqvist un patrón RFLP en chinos activo en el metabolismo del CYP2D6, indicativo de PMs en caucásicos23 y posteriormente caracterizamos el alelo CYP2D6 parcialmente defectuoso más común en orientales, el CYP2D6*10.24 Como un grupo francés se opuso a nuestra identificación del tamaño de los fragmentos XbaI chinos y volvimos a examinar varias muestras diferentes de ADN por XbaI RFLP utilizando una densidad más baja del gel de agarosa y encontramos algunas muestras que pensamos que tenían ADN sin depurar (véase Ingelman-Sundberg25 para más detalles). Sin embargo, el examen de su origen reveló que procedían de individuos muy rápidos para el metabolismo de la debrisoquina y se identificaron sujetos con hasta 12 copias extra del gen CYP2D6. Esto resultó ser la primera descripción de un gen activo amplificado de forma estable en humanos26 y se definió el término de metabolizadores ultrarrápidos (UMs).27 Las investigaciones posteriores de las frecuencias en diferentes poblaciones revelaron un 30% en etíopes,28 un 10% en españoles y un 10% en las poblaciones de Italia y Turquía, mientras que los UMs son poco comunes (1-2%) en el norte de Europa y esencialmente ausentes en Asia (ver6 para referencias). En los etíopes no encontramos ningún individuo homocigoto para los genes CYP2D6 defectuosos, pero sí alelos que contienen 2, 3, 4 y 5 copias del gen CYP2D6.28 También se observó una situación similar entre los árabes saudíes.29 La evaluación del número de sujetos portadores de duplicaciones del gen CYP2D6 en Europa Occidental revela que el 5,5% de los europeos son portadores de más de dos copias activas del gen CYP2D6 y son UMs (Tabla 2).

Polimorfismo genético del CYP2D6

El gen CYP2D6 está localizado en el cromosoma 22q13.1. El locus contiene dos pseudogenes vecinos, CYP2D7 y CYP2D8.30 La evolución del locus CYP2D humano ha implicado la eliminación de tres genes y la inactivación de dos (CYP2D7P y CYP2D8P) y la inactivación parcial de uno (CYP2D6). En la actualidad, se conocen más de 46 alelos polimórficos principales del CYP2D6. La presencia de pseudogenes muy similares y estrechamente localizados que portan mutaciones perjudiciales ha conducido, por ejemplo, a través de reacciones cruzadas desiguales, a la formación de muchos de los alelos variantes del CYP2D6, que suelen codificar productos génicos defectuosos. La «actividad» en el locus CYP2D es alta en comparación con, por ejemplo, el locus CYP2C y, como resultado, se han formado muchos alelos variantes en un periodo de tiempo relativamente corto. Los alelos variantes más comunes distribuidos en diferentes grupos étnicos se enumeran en la Tabla 3 y todos los alelos variantes se presentan en la página de inicio del comité de nomenclatura de alelos del CYP humano (http://www.imm.ki.se/cypalleles/cyp2d6.htm). Los alelos variantes del CYP2D6 pueden clasificarse en categorías, que causan una actividad cataxlítica abolida, disminuida, normal, aumentada o cualitativamente alterada. Entre las variantes más importantes se encuentran CYP2D6*2, CYP2D6*4, CYP2D6*5, CYP2D6*10, CYP2D6*17 y CYP2D6*41.

El alelo más común en los asiáticos (frecuencia alélica de >50%) y, por lo tanto, quizás el alelo CYP2D6 más común en el mundo es el CYP2D6*10.24 La enzima CYP2D6.10 tiene una mutación deletérea P34S que suprime la importante secuencia PPGP necesaria para el plegamiento del P450 y, por lo tanto, es muy inestable,24 pero también tiene una afinidad reducida por los sustratos.31 Entre los negros, el CYP2D6*17, descrito por primera vez en 199632 , es la principal variante del alelo CYP2D6. Codifica, además de las dos mutaciones con sentido erróneo observadas en el CYP2D6*2, también la T107I, que aparentemente hace que se altere la estructura del sitio activo. Esto crea una especificidad de sustrato alterada,33 que es evidente in vitro33 pero también cuando los sujetos del genotipo CYP2D6*17 son fenotipados in vivo.34 35 En general, la actividad de la enzima CYP2D6.17 es menor que la enzima de tipo salvaje.

CYP2D6*41 es una variante de CYP2D6*2 que tiene -1584 C en lugar de G. Se expresa menos que el alelo correspondiente de CYP2D6*2 (véase Zanger et al36). Es plausible que -1584G>C esté en desequilibrio de ligamiento con otro SNP que cause un empalme deficiente del ARNm, aunque esto tiene que ser demostrado explícitamente. Sin embargo, el efecto in vivo de CYP2D6*41 es bastante pronunciado y los sujetos homocigóticos para este alelo son fenotípicamente como los individuos del fenotipo intermedio (IM) con un alelo CYP2D6 deficiente.36

Evolución de los loci CYP2D

Hay una diferencia drástica entre los roedores y los humanos en el número de genes CYP2D activos. Mientras que el ratón tiene nueve genes Cyp2d activos diferentes,37 el ser humano sólo lleva uno, que de hecho está ausente en el 7% de la población caucásica (Figura 1). Se sabe que la enzima CYP2D6 tiene una afinidad muy alta por las toxinas de las plantas, como los alcaloides.10 Es razonable suponer que el ratón ha conservado los genes activos debido a la necesidad de un potencial de desintoxicación en la dieta, mientras que la alimentación más restringida que tomaban los humanos en el pasado, incluyendo la capacidad intelectual de transferir información relativa a los alimentos adecuados entre generaciones, ha dado lugar a la pérdida de una presión de selección como para mantener los genes activos.

El gen CYP2D6 no es inducible en sentido común a través de una mayor expresión del producto génico. En Drosophila, se produce una selección selectiva de las cepas que viven, por ejemplo, en la zona del Cactus Senita que segrega alcaloides isoquinolínicos tóxicos y sólo la cepa Drosophila mettleri pero ninguna cepa Drosophila melanogaster sobrevive en esta zona debido a su capacidad de inducir el CYP6 y el CYP28.38 También se produce una interesante selección genética en Drosophila siendo resistente a los insecticidas. Desde 1930 hasta 1960, las manchas resistentes a los insecticidas han evolucionado rápidamente. Curiosamente, la base genética molecular parece ser la selección para una inserción de un transposoma (elemento acorde) en la región reguladora 5′ del gen Cyp6b que causa una expresión entre 40 y 100 veces mayor del producto génico.39 Otro mecanismo para la adquisición de resistencia a los insecticidas en Drosophila se ejemplifica con la selección para tres mutaciones clave en CYP6A2, es decir, R335S, L336V y V476L, que hacen que la enzima sea activa hacia el metabolismo del DDT.40 En la figura 2 se ilustran tres mecanismos diferentes de respuesta adaptativa al estrés del sustrato.

De manera similar, hemos propuesto que tal selección ha ocurrido para los alelos que llevan múltiples genes CYP2D6 activos en el noreste de África. La base de esta selección sería la capacidad de la enzima CYP2D6 para desintoxicar alcaloides, aumentando así la disponibilidad de alimento potencial entre los portadores de múltiples copias del gen CYP2D6. Esto sería muy beneficioso para la supervivencia en períodos de inanición, cuando sólo una fracción de la población de esta región alcanza la madurez. El examen de la tasa de metabolismo de la debrisoquina en etíopes que viven en Etiopía en comparación con etíopes que viven en Suecia reveló que los etíopes nativos del mismo genotipo eran más lentos en su metabolismo en comparación con los etíopes de Suecia, mientras que no se encontraron diferencias significativas en la tasa de reacciones catalíticas dependientes del CYP2C19 medidas con S-mefenitoína.41 Esto puede interpretarse en el sentido de que los componentes de los alimentos etíopes, presumiblemente alcaloides, inhiben la actividad del CYP2D6 y que tales componentes podrían ser, de hecho, un desencadenante de la selección genética. Proponemos que la población etíope se expandió hace unos 10.000-20.000 años hasta el punto de que la alimentación supuso una importante limitación. Durante los periodos de inanición, se produjo una presión de selección que favoreció la supervivencia de los sujetos capaces de desintoxicar las toxinas de las plantas en mayor medida, aumentando el número de plantas capaces de proporcionar alimento útil (Figura 3). Esto creó la expansión de subpoblaciones portadoras de múltiples copias activas del gen CYP2D6 y también sin genes CYP2D6 inactivos. Dado que las variantes más comunes del gen CYP2D6 duplicado y multiduplicado son el CYP2D6*2 y el CYP2D6*41, ambos creando dos sustituciones de aminoácidos en comparación con el CYP2D6*1, se puede especular que la especificidad de sustrato de esta forma de la enzima es beneficiosa para el metabolismo de ciertos productos vegetales. Las posteriores migraciones de sujetos del noreste de África a la zona mediterránea dieron lugar a la elevada frecuencia de UMs en el sur de Europa (cf. Tabla 2).