Polimorfismos genéticos do citocromo P450 2D6 (CYP2D6): consequências clínicas, aspectos evolutivos e diversidade funcional

Farmacogenética lidando com diferenças herdadas em alvos de drogas, e a disposição de drogas na forma de receptores e transportadores de drogas está se desenvolvendo rapidamente.1, 2, 3, 4, 5 Atualmente, nosso conhecimento é mais avançado no que diz respeito à influência de genes polimorficamente distribuídos que codificam enzimas metabolizadoras de drogas, embora o conhecimento sobre receptores e transportadores de drogas esteja crescendo rapidamente. A maior importância sobre as diferenças interindividuais na resposta aos fármacos no presente é exercida pelas diferenças na capacidade de metabolismo de fármacos causadas pelo polimorfismo genético ou pela inibição ou indução do metabolismo de fármacos. Além das interações droga-droga, fatores fisiopatológicos e fatores ambientais, a genética das enzimas metabolizadoras de drogas desempenha um papel fundamental para a compreensão das diferenças interindividuais na resposta a drogas e reações adversas a drogas. O maior impacto entre as enzimas metabolizadoras de fármacos é exercido pelos citocromos P450s, as principais enzimas da fase I.6, 7 Entre estas, CYP2C9, CYP2C19 e CYP2D6 são altamente polimórficas e representam, em conjunto, cerca de 40% do metabolismo humano hepático da fase I. Além disso, os polimorfismos do CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6 e CYP2C8 também contribuem para as diferenças interindividuais no metabolismo das drogas. O CYP2D6 é talvez a enzima metabolizadora de drogas polimórficas mais estudada em humanos; o seu polimorfismo tem uma elevada importância clínica e foi o primeiro entre os polimorfismos do P450 a ser caracterizado a nível molecular. Hoje, foram identificados mais de 48 diferentes substratos de fármacos para esta enzima (Tabela 1) e o CYP2D6 é responsável por cerca de 25% do metabolismo de fármacos conhecidos. Isto pode no entanto ser uma ligeira sobrestimação, uma vez que no passado os medicamentos que são metabolizados por esta enzima, devido à sua expressão polimórfica, têm sido especificamente procurados. Na presente revisão, são descritos os conhecimentos e consequências actuais da genética molecular do CYP2D6, bem como o conhecimento do impacto no tratamento medicamentoso.

Características Gerais do CYP2D6

CYP2D6 é um polipeptídeo de 497 aminoácidos. A enzima representa apenas uma pequena percentagem de todos os P450 hepáticos, mas o seu papel no metabolismo das drogas é extensivamente superior ao seu conteúdo relativo (ver Zanger et al8). Os diferentes modelos da enzima baseados na estrutura tridimensional do citocromo P450 BM-3 ou CYP2C5, e os resultados da mutagénese dirigida ao local diferem muito uns dos outros. Apesar do sucesso dos cristais bem-difratantes dos mamíferos CYP2B4, CYP2C5, CYP2C9 e CYP3A4, ainda ninguém conseguiu obter bons cristais de CYP2D6. Acredita-se que tais cristais são necessários para obter um modelo para modelos que sejam de resolução e precisão suficientes para, por exemplo, prever drogas que serão substratos para esta enzima. Tal modelo seria de grande importância para a indústria farmacêutica porque um desenho de fármacos evitando que os compostos sejam substratos de alta afinidade para o CYP2D6 é central para um produto de sucesso no mercado.

CYP2D6 substratos são bases lipofílicas com um átomo de nitrogênio protonável. A reação de hidroxilação ocorre a uma distância de 5 ou 7 Å do átomo de nitrogênio. Experiências de mutagênese dirigidas ao local indicam que Asp301 é o aminoácido com carga negativa responsável pela ligação ao substrato de nitrogênio.8 Além disso, também o Ser304, Thr309 e Val370 parecem estar envolvidos na ligação ao substrato9 , embora outros modelos sejam necessários para confirmação.

CYP2D6 tem uma afinidade muito alta para alcalóides (ver Tabela 1).10 A expressão enzimática é, ao contrário de outros citocrómio metabólico xenobiótico hepático P450s, não regulado por nenhum agente ambiental conhecido e não é induzível por hormônios conhecidos. Uma vez que nenhum fenótipo foi descrito entre indivíduos sem CYP2D6 ou com até 13 cópias de genes ativos, pode-se concluir que a enzima não tem uma função endógena importante. Um papel para o metabolismo de alguns neurotransmissores tem sido sugerido. De fato, evidências recentes de CYP2D6 ser uma 5-metoxiindoletilamina O-dimetilase específica têm sido apresentadas,11 e também 5-metoxitriptriptamina12 tem se mostrado um substrato. Além desses substratos, é provável que a enzima tenha um papel importante no metabolismo dos constituintes alimentares, em particular alcalóides (ver abaixo).

A acção do CYP2D6 sobre substratos de actividade potencial no cérebro implicaria um fenótipo funcional em sujeitos, ou seja, pobres metabolizadores (PMs) sem a enzima. De fato, dois estudos indicaram uma relação significativa entre o comportamento usando testes psicológicos e a presença do CYP2D6.13, 14 A questão que se coloca é se tal atividade é essencial. 15 recentemente forneceram evidências de que uma variante comum do pseudogene CYP2D7P poderia ser expressa de forma ativa no cérebro humano, produzindo um produto enzimático funcional sendo ativo no metabolismo da codeína, por exemplo. Se isto representa um produto de verdadeira importância funcional permanece por esclarecer, embora a descoberta como tal seja de interesse.

CYP2D6 Polimorfismo – Aspectos Históricos

O polimorfismo do CYP2D6 foi descoberto independentemente em três laboratórios diferentes. O laboratório Folke Sjöqvists mostrou que o metabolismo da nortriptilina e da desimipramina, posteriormente demonstrado como substratos do CYP2D6, exibiu uma tremenda variação interindividual nos níveis plasmáticos na mesma dosagem e dois fenótipos foram identificados.16 Estudos subseqüentes do grupo Sjöqvist usando gêmeos revelaram que a diferença era de natureza genética. Bob Smith e colegas de trabalho em Londres estudaram o metabolismo de duas drogas anti-hipersensíveis betanidina e debrisoquina, que estavam em uso para hipertensão. Quando Bob Smith, em maio de 1975, tomou 40 mg de detrisoquina, ele ficou tonto, desmaiou e sofreu de hipotensão severa. Um estudo subsequente com 10 mg de detrisoquina em 94 sujeitos identificou os dois fenótipos.17 Michel Eichelbaum em Bonn estudou os efeitos antiarrítmicos da esparteína e dois sujeitos queixaram-se de efeitos secundários desagradáveis como visão turva, diploida, tonturas e dor de cabeça. A análise dos níveis plasmáticos revelou que eles tinham níveis 4-5 vezes maiores que os outros e os dois fenótipos foram publicados em 1978 e 1979.18, 19

A base genética por trás do polimorfismo dos detritos foi elucidada 10-15 anos depois. Em um estudo colaborativo entre Urs Meyers e os Laboratórios Frank Gonzalez, anticorpos policlonais de rato CYP2D desenvolvidos na Basiléia foram usados como ferramentas para clonar o CYP2D6 cDNA humano de um fígado humano λgt 11 cDNA biblioteca e o cDNA expresso tinha a atividade bufuralol hidroxilase esperada.20 Usando RFLP, o Meyers lab pôde confirmar padrões alterados de RFLP em PMs para detritos,21 enquanto a identificação completa dos alelos CYP2D6*3 e CYP2D6*4 foi publicada em 1990.22

No final dos anos 80, identificamos, em frutífera colaboração com Leif Bertilsson e Folke Sjöqvist, um padrão RFLP em chinês ativo no metabolismo do CYP2D6, indicativo para PMs em caucasianos23 e, posteriormente, caracterizamos o alelo CYP2D6 parcialmente defeituoso mais comum em orientais, o CYP2D6*10.24 Como um grupo francês opôs-se à nossa identificação do tamanho dos fragmentos de XbaI chinês e nós reexaminamos várias amostras diferentes de DNA pelo XbaI RFLP usando uma densidade mais baixa do gel de agarose e encontramos algumas amostras que pensávamos ter ADN não tecido (ver Ingelman-Sundberg25 para mais detalhes). No entanto, o exame da sua origem revelou que elas vieram de indivíduos muito rápidos para o metabolismo de detritos e foram identificados indivíduos com até 12 cópias extra do gene CYP2D6. Esta acabou sendo a primeira descrição de um gene ativo estavelmente amplificado em humanos26 e o termo metabolizadores de ultrarapidos (UMs) foi definido.27 Investigações subsequentes das frequências em diferentes populações revelaram 30% em etíopes,28 10% em espanhóis e 10% das populações na Itália e Turquia, enquanto os UMs são incomuns (1-2%) no norte da Europa e essencialmente ausentes na Ásia (ver6 para referências). Nos etíopes não encontramos homozigotos individuais para os genes CYP2D6 com defeito, mas alelos contendo 2, 3, 4 assim como 5 cópias do gene CYP2D6.28 Uma situação semelhante também foi observada entre os sauditas.29 A avaliação do número de indivíduos portadores de duplicações de genes CYP2D6 na Europa Ocidental revela que 5,5% dos europeus carregam mais de duas cópias ativas do gene CYP2D6 e são UMs (Tabela 2).

Polimorfismo Genético CYP2D6

O gene CYP2D6 está localizado no cromossoma 22q13.1. O locus contém dois pseudogenes vizinhos, CYP2D7 e CYP2D8.30 A evolução do locus CYP2D humano envolveu a eliminação de três genes e inativação de dois (CYP2D7P e CYP2D8P) e inativação parcial de um (CYP2D6). Actualmente, são conhecidos mais de 46 alelos polimórficos polimórficos principais CYP2D6. A presença de pseudogénios altamente semelhantes, muito próximos e portadores de mutações prejudiciais, por exemplo, através de reacções cruzadas desiguais levou à formação de muitos dos alelos CYP2D6 variantes, que codificam mais frequentemente produtos genéticos defeituosos. A ‘atividade’ no locus CYP2D é alta em comparação, por exemplo, com o locus CYP2C e, como resultado, muitos alelos variantes foram formados em um período de tempo relativamente curto. Os alelos variantes mais comuns distribuídos em diferentes grupos étnicos estão listados na Tabela 3 e todos os alelos variantes são apresentados na página inicial do comité de nomenclatura de alelos CYP humanos (http://www.imm.ki.se/cypalleles/cyp2d6.htm). Os alelos variantes CYP2D6 podem ser classificados em categorias, que causam abolição, diminuição, normal, aumento ou alteração qualitativa da atividade cataxítica. Entre as variantes mais importantes estão CYP2D6*2, CYP2D6*4, CYP2D6*5, CYP2D6*10, CYP2D6*17 e CYP2D6*41.

O alelo mais comum nos asiáticos (frequência de alelos de >50%) e assim talvez o alelo CYP2D6 mais comum no mundo é o CYP2D6*10.24 A enzima CYP2D6.10 tem uma mutação deletéria P34S abolindo a importante sequência PPGP necessária para dobrar o P450 e é portanto muito instável,24 mas tem também uma afinidade reduzida para os substratos.31 Entre os negros, o CYP2D6*17 descrito pela primeira vez em 199632 é a principal variante do alelo CYP2D6. Ele codifica, além das duas mutações de falta vistas no CYP2D6*2 também T107I, o que aparentemente faz uma estrutura de local ativo alterada. Isto cria uma especificidade de substrato alterada33 que é evidente in vitro33 , mas também quando sujeitos do genótipo CYP2D6*17 são fenotipados in vivo.34, 35 Em geral, a actividade da enzima CYP2D6.17 é inferior à enzima do tipo selvagem.

CYP2D6*41 é uma variante do CYP2D6*2 tendo -1584 C em vez de G. É menos expressa que o alelo correspondente do CYP2D6*2 (ver Zanger et al36). É plausível que -1584G>C esteja em desequilíbrio de ligação com outro SNP que causa emenda deficiente do mRNA, embora isto tenha de ser explicitamente mostrado. O efeito in vivo do CYP2D6*41 é no entanto bastante pronunciado e os indivíduos homozigotos para este alelo são fenotípicos como indivíduos do fenótipo intermediário (IM) com um alelo CYP2D6 deficiente.36

Evolução do Loci CYP2D

Existe uma diferença drástica entre roedores e humanos no número de genes CYP2D activos. Enquanto o rato tem nove genes Cyp2d ativos diferentes,37 o humano carrega apenas um, que de fato está ausente em 7% da população caucasiana (Figura 1). A enzima CYP2D6 é conhecida por ter uma afinidade muito alta por toxinas vegetais como alcalóides.10 É razoável supor que o rato manteve os genes activos devido à necessidade de um potencial de desintoxicação alimentar, enquanto que os alimentos mais restritos tomados por humanos no passado, incluindo a capacidade intelectual de transferir informação relativa a alimentos adequados entre gerações, resultou na perda de uma pressão de selecção para manter os genes activos.

O gene CYP2D6 não é induzível no senso comum através do aumento da expressão gênica do produto gênico. Em Drosophila, a seleção seletiva ocorre de cepas que vivem, por exemplo, na área do Cacto Senita secretando alcalóides isoquinolina tóxicos e apenas os metílicos Drosophila mettleri mas nenhuma cepa de Drosophila melanogaster está sobrevivendo nesta área porque sua capacidade de induzir CYP6 e CYP28.38 Uma seleção genética interessante também ocorre em Drosophila sendo resistente a inseticidas. De 1930 a 1960, as manchas resistentes aos inseticidas evoluíram rapidamente. Curiosamente, a base genética molecular parece ser a seleção para a inserção de um transposome (elemento de acordo) na região regulatória do gene Cyp6b 5′, causando uma expressão 40 a 100 vezes maior do produto genético.39 Outro mecanismo de aquisição de resistência aos inseticidas na Drosophila é exemplificado pela seleção para três mutações chave no CYP6A2, ou seja, R335S, L336V e V476L, tornando a enzima ativa em direção ao metabolismo do DDT.40 Uma ilustração de três diferentes mecanismos para resposta adaptativa ao stress do substrato é mostrada na Figura 2.

Simplesmente, nós propomos que tal seleção tenha ocorrido para alelos portadores de múltiplos genes CYP2D6 ativos no nordeste da África. A base para esta seleção seria a capacidade da enzima CYP2D6 de desintoxicar alcalóides, aumentando assim a disponibilidade de alimentos potenciais entre portadores de múltiplas cópias do gene CYP2D6. Isto seria muito benéfico para a sobrevivência sob períodos de fome quando apenas uma fração da população desta região atinge a maturidade. A análise da taxa de metabolismo de detritos na Etiópia em comparação com os etíopes que vivem na Suécia revelou que os etíopes nativos do mesmo genótipo eram mais lentos no seu metabolismo em comparação com os etíopes na Suécia, enquanto que não foram encontradas diferenças significativas na taxa de reacções catalíticas dependentes de CYP2C19 como medida com S-mephenytoin.41 Isto pode ser interpretado da mesma forma que os constituintes dos alimentos etíopes, presumivelmente alcalóides, inibem a atividade do CYP2D6 e que tais componentes poderiam de fato ser um gatilho para a seleção genética. Propomos que a população etíope se tenha expandido há cerca de 10 000-20 000 anos a tal ponto que os alimentos exibiam um constrangimento importante. Durante períodos de fome, ocorreu uma pressão de selecção que favoreceu a sobrevivência de indivíduos capazes de desintoxicar toxinas vegetais em maior escala, aumentando o número de plantas capazes de fornecer alimentos úteis (Figura 3). Isto criou a expansão de subpopulações portadoras de múltiplas cópias do gene CYP2D6 ativo e também sem genes CYP2D6 inativos. Como de longe as variantes mais comuns do gene CYP2D6 duplicado e multiduplicado são o CYP2D6*2 e o CYP2D6*41, ambos criando duas substituições amino-ácidas em relação ao CYP2D6*1, pode-se especular que a especificidade do substrato desta forma da enzima é benéfica para o metabolismo de certos produtos vegetais. As migrações subsequentes de indivíduos do nordeste de África para a área do Mediterrâneo resultaram na alta frequência de UMs no sul da Europa (cf. Quadro 2).