Bazele moleculare ale toxicității legate de 5-Fluorouracil: Lessons from Clinical Practice

• 5-FU
• deficiență de dihidropirimidin dehidrogenază
• cardiotoxicitate
• polimorfisme genetice
• raltitrexed
• tegafur/uracil
• revizuire

Capecitabina este un medicament administrat pe cale orală pro-medicament al 5-fluorouracilului (5-FU), care este un agent chimioterapeutic utilizat pe scară largă, încorporat în tratamentul mai multor tumori maligne, i.e.e. cancer colorectal, gastric, pancreatic, mamar și de cap și gât. Acesta este absorbit prin tractul gastrointestinal ca moleculă intactă (1, 2). Ulterior, este activat printr-un proces enzimatic triplu, prin activitatea catalitică secvențială a carboxilesterazei (ficat), a citodin deaminazei și a timidin fosforilazei. Această cascadă are ca rezultat formarea de 5-FU (1, 2). De remarcat, niveluri mai ridicate de timidină fosforilază au fost detectate în celulele canceroase, spre deosebire de țesuturile sănătoase (3). 5-FU este metabolizat ulterior în 5-fluorodeoxiuridină monofosfat, care inhibă timidilat-sintetaza (TYMS). Aceasta din urmă transformă deoxiuridina monofosfat în timidină monofosfat, care este o moleculă cheie pentru sinteza ADN (4). În plus, 5-FU poate fi încorporat direct în ARN, interferând cu transcrierea ARN-ului și, mai rar, în ADN, inhibând replicarea acestuia (5).

Dihidropirimidin dehidrogenaza DYPD constă în etapa inițială în catabolismul pirimidinelor fiziologice, precum și al 5-FU și capecitabinei. Este exprimată predominant în ficat și dezactivează mai mult de 80% din 5-FU administrat. Până la 20% din 5-FU este excretat în urină (6). O activitate redusă a DYPD (deficit de DYPD) duce la creșterea timpului de înjumătățire a 5-FU și, prin urmare, la o toxicitate severă. Activitatea DYPD este influențată de mai mulți factori, inclusiv ritmurile circadiene, posibil sexul, interacțiunile medicamentoase, dar cel mai important polimorfismele genetice (7).

Există un sindrom autosomal recesiv bine descris la pacienții pediatrici în care deficitul complet se manifestă prin timină-uracilurie, convulsii și retard psihomotor (8). La pacienții tratați cu 5-FU/capecitabină cu deficit de DYPD, toxicitatea poate fi potențial letală și a existat un sindrom similar bine descris care constă în pancitopenie severă și prelungită, adesea asociată cu sepsis, precum și toxicitate gastrointestinală gravă cu diaree refractară, vărsături și mucozită severă (9, 10).

Aproximativ 3-5% din populația generală au fost raportate ca având activitate DYPD parțială (11). Cu toate acestea, se pare că există o mare variabilitate, până la 12% dintre femeile afro-americane fiind raportate ca prezentând un deficit parțial de DYPD (12). S-a raportat că deficiența DYPD este responsabilă pentru cel puțin 50% din toxicitatea severă legată de tratamentul cu 5-FU. Cu toate acestea, frecvența polimorfismelor genetice dăunătoare pare să fie relativ scăzută, lăsând un număr substanțial de cazuri de toxicitate severă cu 5-FU neexplicate (13-16). Variația mare între frecvențele raportate ale polimorfismelor genei DYPD asociate cu toxicitatea severă a 5-FU între studii poate fi atribuită mai multor factori și este explicată în profunzime de Amstutz et al. (17): i) variabilitatea mare a frecvenței polimorfismelor potențial dăunătoare în rândul diferitelor populații; ii) utilizarea tratamentelor combinate în mai multe studii, spre deosebire de monoterapia cu fluoropirimidine, ceea ce permite posibilitatea unui efect contributiv al non-fluoropirimidinelor în toxicitatea observată; iii) numărul relativ mic de pacienți care au dezvoltat toxicitate și care au fost supuși ulterior analizei genetice; și iv) diferențele în ceea ce privește criteriile de includere a toxicității, unele studii incluzând toxicități mai mici de gradul 2, în timp ce altele au permis toxicitatea observată doar în cadrul primelor două cicluri de chimioterapie.

Gena DYPD (843 kb) este localizată pe cromozomul 1p22 și este formată din 23 de exoni. Au fost descrise câteva mii de polimorfisme genetice, însă cele mai multe dintre ele se referă la zone necodificatoare ale genei (17-19). Trei dintre acestea au fost asociate direct cu toxicitatea legată de 5-FU; c.1679T>G și c.2846A>T au ca rezultat scăderea activității enzimei, dar sunt foarte rare (17). Mai frecvent întâlnit, polimorfismul c.1905+1G>A are ca rezultat o deleție de 165-bp a ARNm, deoarece exonul 14 este sărit ulterior, iar produsul este o proteină nefuncțională (20). S-a raportat că frecvența c.1905+1G>A în proporția pacienților care suferă de toxicitate severă cu 5-FU variază între 5,5-14% (14, 15). Prevalența heterozigozității polimorfismului c.1905+1G>A în populația generală a fost estimată la 0,5-1% (21, 22). Au fost raportate genotipuri heterozigote compuse asociate cu toxicitatea severă a 5-FU, cum ar fi concurența c.1905+1G>A cu c.1679T>G, precum și c.1905+1G>A cu c.2846A>T, ceea ce indică faptul că o combinație de polimorfisme poate contribui la toxicitatea observată (23, 24). Dimpotrivă, s-a constatat că purtătorii de c.1905+1G>A, precum și de alte polimorfisme, au o activitate normală a DYPD, ceea ce permite postularea unei compensări enzimatice funcționale prin creșterea activității alelelor de tip sălbatic (25).

Numărul mare de toxicități inexplicabile a dus la identificarea unor noi mecanisme moleculare, altele decât cele descrise anterior, asociate cu toxicitatea crescută a tratamentului cu 5-FU. De exemplu, au existat dovezi inițiale că metilarea promotorului genei DYPD poate duce la deficitul de DYPD, totuși, analiza ulterioară a unui număr mai mare de pacienți a concluzionat că este puțin probabil ca acest mecanism epigenetic să contribuie la deficitul de DYPD (26-28). În plus, au fost identificate recent polimorfisme în zonele intronice ale genei DYPD, care au ca rezultat un splicing aberant al ARNm și o proteină nefuncțională; varianta intronică profundă din intronul 10 (c.1129-5923C>G) a dus la includerea a 44 de perechi de baze suplimentare în ARNm DYPD matur, provocând astfel o deplasare a cadrului de citire, ceea ce a dus la un codon de oprire prematur. Frecvența acestei variante a fost identificată ulterior la 9% dintr-o populație de studiu care prezenta toxicitate severă la 5-FU (29). Alternativ, polimorfismele care implică alte gene decât DYPD, de exemplu TYMS, au fost, de asemenea, asociate cu o toxicitate crescută; pacienții homozigoți pentru alela TS 3RG, în comparație cu cei heterozigoți sau cei care nu poartă alela 3RG, au prezentat o toxicitate semnificativ mai mare în urma tratamentului cu capecitabină, precum și o durată de răspuns mai mică la pacienții cu cancer de sân (30). Rezultate similare au fost prezentate de un alt studiu în care varianta TYMS 2R/2R a fost asociată cu un risc relativ de toxicitate de 1,66, iar varianta metil-enetetrahidrofolat reductazei c1298 C/C a fost asociată cu un risc relativ de toxicitate de 1,77 (31).

Au fost utilizate mai multe abordări pentru a detecta deficitul de DYPD în efortul de a identifica persoanele care nu sunt adecvate pentru tratamentul cu 5-FU sau capecitabină: genotiparea, testele radioimunologice care măsoară activitatea DYPD în limfocitele din sângele periferic, precum și măsurarea concentrației de uracil în ser, urină sau aerul expirat. Cu toate acestea, testele funcționale sunt de obicei costisitoare, adesea consumatoare de timp (testul limfocitelor din sângele periferic), neprietenoase pentru pacient (testul de respirație cu uracil) și au demonstrat o corelație scăzută, în special la pacienții cu deficit parțial. În plus, testele de secvențiere a ADN-ului în sine nu sunt considerate a fi suficient de fiabile, deoarece multe dintre polimorfismele DYPD nu sunt asociate cu deficitul funcțional de DYPD. Măsurarea uracilului și a dihidrouracilului în plasmă sub formă de raport pare a fi o metodă relativ fiabilă, cu o semnificație prognostică ridicată a toxicității severe (7, 32).

Combinația orală a unui alt pro-drog 5-FU (tegafur) cu uracil (inhibitor competitiv al DYPD) într-un raport molar de 1:4 a fost raportată anterior ca fiind o opțiune alternativă pentru pacienții cu deficit parțial de DYPD. Mecanismul de acțiune propus este că administrarea orală în comun a ambilor agenți permite absorbția intactă a fluoropirimidinei (tegafur), în timp ce uracilul epuizează DYPD, conducând astfel la o stare artificială de deficit parțial de DYPD. Rolul său protector împotriva toxicității severe legate de 5-FU se bazează pe ipoteza că doza de tegafur este deja calculată pentru starea de mai sus și, prin urmare, se evită supradozajul. Mecanismul de acțiune propus mai sus a primit critici. Există două studii clinice de mari dimensiuni care compară uracil/tegafur (UFT) și leucovorin oral față de fluorouracil și leucovorin (LV) la pacienții cu cancer colorectal metastatic metastatic netratat anterior; primul a raportat un timp median până la progresie de 3,4 luni cu UFT/LV și de 3,3 luni (95% CI=2,5 până la 3,7 luni) cu 5-FU/LV (p=0,591). Nu au existat diferențe semnificative din punct de vedere statistic în ceea ce privește supraviețuirea, răspunsul tumoral, durata răspunsului și timpul până la răspuns. Pacienții au prezentat semnificativ mai puțină stomatită/mucozită (p<0,001) și mielosupresie, ceea ce a dus la mai puține episoade de neutropenie febrilă (p<0,001) și mai puține episoade infecțioase (p=0,04) (33). Cel de-al doilea studiu a raportat o supraviețuire mediană de 12,4 luni (95% CI=11,2 până la 13,6 luni) cu UFT/LV și de 13,4 luni (95% CI=11,6 până la 15,4 luni) cu 5-FU/LV (p=0,630). Raportul de risc pentru supraviețuire a fost de 0,964 (95,6% IC=0,826 până la 1,125), susținând o supraviețuire echivalentă. Rata globală de răspuns nu a fost diferită între brațele de tratament (UFT/LV, 11,7%; 5-FU/LV, 14,5%; p=0,232). Timpul median până la progresie a favorizat 5-FU/LV (UFT/LV, 3,5 luni; 5-FU/LV, 3,8 luni; p=0,011), cu o toxicitate similară semnificativ mai mică cu UFT/LV în comparație cu primul studiu (34). Recunoaștem utilizarea limitată a UFT în întreaga lume, cu toate acestea, merită menționat faptul că, pe baza rezultatelor de mai sus, Institutul Național de Excelență Clinică a aprobat utilizarea sa în Marea Britanie. În cele din urmă, UFT este în continuare contraindicată în cazurile de deficit complet de DYPD, iar în cazurile de deficit parțial a fost sugerată o doză inițială redusă (12, 35, 36).

Fluoropirimidinele sunt asociate cu un risc de cardiotoxicitate. Într-o analiză recentă și excelentă a literaturii de specialitate realizată de Kelly și colab., s-a constatat că incidența generală a cardiotoxicității variază între 0,55-19%, cu o medie de 5% și o mediană de 3,85% (37). Angina pectorală pare a fi cea mai frecventă manifestare, până la 19% dintre pacienți prezentând dureri toracice în timpul tratamentului (38). Saif et al. au raportat că angina pectorală a apărut la 45% dintre pacienții cu cardiotoxicitate asociată cu 5-FU, în timp ce infarctul miocardic a fost observat la 22%, aritmia la 23%, edemul pulmonar acut la 5%, stop cardiac și pericardită la 1,4% și insuficiență cardiacă la 2% (39). În plus, s-a raportat că regimurile de bolus sunt asociate cu un risc mai mic de cardiotoxicitate (1,6-3%), spre deosebire de perfuziile prelungite, în cazul cărora au fost raportate evenimente cardiace de până la 7,6-18% (40, 41).

Mecanismul prin care 5-FU provoacă toxicitate cardiacă este în mare parte necunoscut. Una dintre cele mai frecvente explicații din literatura de specialitate este prin intermediul spasmului coronarian indus de 5-FU (42,43). Mai mult, 5-FU pare să inducă vasoconstricție directă asupra celulelor musculare netede, care s-a dovedit a fi dependentă de proteina kinaza C (44). La modelele animale tratate cu 5-FU a fost identificată o trombogenitate endotelială crescută, ceea ce indică un efect toxic al 5-FU asupra celulelor endoteliale (45). Mai mult, există dovezi care susțin un efect toxic direct asupra celulelor miocardice, cu diferite modele de patologie cauzate în modelele animale, în funcție de doza și frecvența administrării de 5-FU; în acest studiu, o singură doză de 5-FU în bolus a indus un infarct miocardic hemoragic masiv cu spasme ale arterelor coronare proximale, în timp ce doze repetate mai mici de 5-FU au mimat miocardita toxică (46). În cele din urmă, a fost sugerat un rol al metaboliților 5-FU în patogeneza cardiotoxicității; 5-FU este catabolizat în alfa-fluoro-beta alanină și ulterior în fluoroacetat, acesta din urmă fiind un inhibitor al ciclului Krebs și o substanță cardiotoxică cunoscută (47). Nu a existat nicio asociere directă a cardiotoxicității asociate fluoropirimidinei cu deficitul de DYPD, serii mici de cazuri neprezentând niciun polimorfism DYPD la brevetele investigate (48). Aceasta din urmă indică faptul că este probabil ca mecanismele implicate în cardiotoxicitate să fie independente de nivelul de funcționare a DYPD.

Raltitrexed este un alt inhibitor al TYMS care ar putea servi potențial ca o abordare terapeutică alternativă la cardiotoxicitatea demonstrată legată de fluoropirimidine. Este o moleculă solubilă în apă care intră în celule prin intermediul transportatorului de folat redus (RFC) și al receptorilor de folat (FR) (49). RFC este exprimat atât de celulele normale, cât și de cele canceroase, în timp ce unele izoforme FR sunt exprimate predominant de celulele tumorale (50, 51). Odată ce raltitrexed a pătruns în celulă, este poliglutamat, ceea ce duce la o inhibiție mai puternică a TYMS și la retenția intracelulară a moleculei pentru o perioadă mai lungă de timp, permițând administrarea medicamentului la 3 săptămâni (52).

Raltitrexed a fost comparat cu 5-FU în mai multe studii clinice, fie ca monoterapie, fie în asociere cu alte citotoxice. Supraviețuirea mediană cu raltitrexed a fost raportată ca fiind cuprinsă între 9,7-10,9 luni, care a fost comparabilă cu supraviețuirea observată cu 5-FU și leucovorin în monoterapie (10-12,7 luni) (53). Mai mult, în asociere cu oxaliplatin, raltitrexed a demonstrat rate de răspuns superioare (45%) și o supraviețuire generală (15,6 luni) și fără progresie similare, în comparație cu chimioterapia cu 5-FU, LV, oxaliplatin (FOLFOX) (36%, 17,2 luni și, respectiv, 8,7 luni). Cu toate acestea, două studii au demonstrat un timp superior până la progresie cu 5-FU plus LV, comparativ cu monoterapia cu raltitrexed (53, 54).

Raltitrexed a fost bine tolerat și a demonstrat un profil de toxicitate diferit de cel al 5-FU; a fost asociat cu un risc semnificativ mai mic de toxicitate hematologică, diaree și mucozită, dar cu o incidență mai mare de transaminaze crescute și astenie. Evenimentele cardiace nu au fost asociate cu raltitrexed și au fost raportate cazuri în care reintroducerea cu raltitrexed a pacienților care sufereau anterior de cardiotoxicitate legată de 5-FU s-a dovedit a fi o abordare sigură (53-55).

• Primit la 14 ianuarie 2014.
• Revizuire primită la 20 februarie 2014.
• Acceptat la 21 februarie 2014.

• Copyright© 2014 International Institute of Anticancer Research (dr. John G. Delinassios), Toate drepturile rezervate