ARTICLE
Auteur(s) :, D.
Allorge1,*, M.-A. Loriot2
1Laboratoire de biochimie et de biologie moléculaire,
Hôpital Calmette, CHRU de Lille et EA2679, Faculté de médecine /
pôle recherche, Lille
2Service de biochimie générale, oncologie moléculaire et
pharmacogénétique, Hôpital européen Georges Pompidou, Paris et
Inserm U490, Toxicologie Moléculaire, Paris
*D. Allorge.
Article reçu le 27 Février 2004, accepté le 30 Avril 2004
La réponse aux médicaments est extrêmement variable d’un individu à
l’autre, tant sur le plan pharmacologique (efficacité) que sur le
plan toxicologique (effets indésirables). La variabilité de cette
réponse, souvent difficile à prévoir, est une limitation importante
à l’utilisation des médicaments. Des données américaines récentes
estiment que les effets nocifs des médicaments sont responsables de
plus de 100 000 décès par an aux États-Unis, les classant
au quatrième rang des causes de mortalité, et représentent un coût
annuel global (hospitalisations, arrêts de travail) de
100 milliards de dollars $ [1]. En Europe, on estime à environ
10 % la proportion de malades hospitalisés à la suite d’un
accident d’origine médicamenteuse. Chaque année, en France, la
iatrogénie médicamenteuse serait responsable d’environ
128 000 hospitalisations, pour un coût global estimé à
320 millions d’euros (extrait d’un rapport de l’Agence
française de sécurité sanitaire des produits de santé, 2001). Une
enquête réalisée par le réseau des Centres régionaux de
pharmacovigilance en 1998 a montré que l’incidence des
hospitalisations liée à un effet indésirable d’un médicament était
de 3,2 % en France [2]. Ces chiffres démontrent avec évidence
que les variations interindividuelles de réponse aux médicaments
représentent un problème médical et de santé publique important.En
dehors d’erreurs d’indications, de posologie ou d’utilisation, qui
participent pour une large part à l’inefficacité et à la toxicité
des médicaments, les causes de la variabilité de réponse aux
traitements médicamenteux peuvent être d’origine :
- - physiologique ou pathologique : âge, grossesse,
sévérité de la maladie, pathologies associées ;
- - environnementale : alimentation,
co-administration de médicaments, tabagisme ;
- - génétique : variations génétiques du métabolisme
et du transport des médicaments, des cibles pharmacologiques
(récepteurs).
La pharmacogénétique étudie les mécanismes d’origine génétique
intervenant dans la variabilité interindividuelle de la réponse aux
médicaments, et a pour but ultime le développement de tests simples
permettant d’identifier les individus à risque de telles anomalies
de réponse [3]. Cette discipline est relativement ancienne, le
terme de « pharmacogénétique » ayant été proposé dès la
fin des années 1950, à la suite de la démonstration du caractère
héréditaire de réponses anormales à certains traitements
médicamenteux [4]. La survenue de crises d’anémies hémolytiques
après prise de médicaments « oxydants » comme la
primaquine (antipaludéen) chez des individus déficitaires en
glucose 6-phosphate déshydrogénase représente l’un des premiers
exemples célèbres illustrant l’existence d’une prédisposition
génétique aux effets indésirables des médicaments [5]. Depuis lors,
de très nombreux exemples d’anomalies, d’origine génétique, de la
réponse aux médicaments ont été rapportés (revues générales
dans[6-8]), et la nécessité de prévoir, et surtout de prévenir,
leur apparition est devenue évidente.Après un rappel sur le
« métabolisme et transport » des médicaments, cette revue
abordera essentiellement les notions de polymorphismes génétiques,
les méthodes d’étude des variations d’expression des enzymes du
métabolisme (phénotypage, génotypage) et sera illustrée par
quelques exemples d’applications cliniques qui intéressent des
médicaments d’usage courant et d’intérêt thérapeutique majeur.
Métabolisme et transport des médicaments
Les médicaments représentent une part importante des substances
chimiques étrangères à l’organisme, encore appelés xénobiotiques,
auxquels l’homme est exposé en permanence. Ils sont généralement de
nature hydrophobe et doivent être métabolisés en composés
hydrophiles pour être plus facilement éliminés dans la bile et dans
les urines [9]. Une représentation schématique du métabolisme des
xénobiotiques est proposée ( figure 1 ). Après
administration, les médicaments doivent pénétrer dans le
compartiment vasculaire pour atteindre leur cible, en franchissant
la barrière intestinale, au niveau de laquelle il existe des
transporteurs destinés à les expulser (Phase 0 du métabolisme,
représentée par exemple par la P-glycoprotéine (P-gp), produit du
gène MDR1 ou ABCB1). Le métabolisme est ensuite
essentiellement hépatique et les enzymes qui participent à la
biotransformation des médicaments sont schématiquement divisées en
deux groupes :
- 1)
- les enzymes de phase I sont des enzymes de fonctionnalisation
(oxygénases, oxydoréductases, hydrolases), qui rendent les
molécules plus polaires (par hydroxylation ou désalkylation par
exemple). Les enzymes de la superfamille des cytochromes P450
catalysent la grande majorité des réactions de phase I ;
- 2) les enzymes de phase II sont des transférases qui
catalysent des réactions de conjugaison, et rendent les métabolites
encore plus hydrophiles, par greffage d’un radical acétyle,
sulfate, glucuronate, méthyle, glutathion. Enfin, pour être
éliminés hors de la cellule, ces métabolites conjugués doivent être
transportés à travers la membrane par des protéines de phase III,
qui appartiennent à la même famille que la P-gp : les
protéines ABC (ATP-binding cassette : par exemple ABCC1
ou MRP1 dans l’ancienne nomenclature, ABCC2).
Ces différentes protéines enzymatiques et de transport partagent
plusieurs propriétés :
- - elles appartiennent à des superfamilles
(exemple : les CYP 450) comprenant de nombreuses isoformes qui
possèdent de fortes homologies dans leurs séquences en acides
aminés ;
- - elles ont une spécificité de substrat relative et
chevauchante ;
- - leur expression, voire leur activité, est très
variable en fonction de facteurs physiologiques, pathologiques,
environnementaux et génétiques (polymorphismes génétiques).
Polymorphismes génétiques
Les enzymes seront utilisées pour illustrer le concept de
polymorphismes génétiques. Comme pour toutes les protéines de
l’organisme, la qualité et la quantité des enzymes qui catalysent
les réactions de biotransformation des médicaments dépendent
majoritairement de l’information portée par le gène qui les code.
Or, ces gènes peuvent présenter des anomalies de séquences (ou
mutations), telles que des mutations ponctuelles ou SNP (single
nucleotide polymorphism), des délétions partielles ou totales,
ou encore des duplications ou amplifications de gènes. Ces
différentes versions d’un même gène définissent des allèles et
chaque individu possède deux versions alléliques d’un même gène,
identiques ou différentes (l’une héritée de la mère, l’autre
héritée du père), déterminant un génotype particulier. L’existence
dans la population générale de ces différentes versions alléliques
d’un même gène et, par conséquent, de différents génotypes, définit
un polymorphisme génétique. Dans la définition classique du
polymorphisme génétique s’ajoute une notion de fréquence
arbitraire, précisant que l’allèle le moins fréquent présente une
fréquence au moins égale à 1 % [10]. Les mutations qui
affectent les gènes des enzymes peuvent être responsables de
variations d’expression et/ou d’activité de ces protéines, en
entraînant une diminution, voire un déficit d’activité de l’enzyme,
une augmentation de l’activité ou encore une absence totale de la
protéine enzymatique [6]. Ces différents mécanismes moléculaires
sont illustrés dans la ( figure 2 ). Les
polymorphismes génétiques des enzymes du métabolisme des
médicaments s’expriment dans la population générale sous la forme
de différents phénotypes métaboliques (( figure 3 )), définissant,
dans le cas le plus général, deux groupes d’individus dits
métaboliseurs limités ou lents (déficit d’activité enzymatique) et
métaboliseurs extensifs ou rapides (activité enzymatique normale).
L’existence de métaboliseurs dits ultrarapides (activité
enzymatique augmentée) ou intermédiaires (activité enzymatique
réduite) est également reconnue pour certaines enzymes polymorphes
[6]. Des études de familles ont permis d’établir que le phénotype
limité se transmet généralement sous le mode autosomique récessif,
c’est-à-dire que les individus métaboliseurs limités sont, au
niveau de leur génotype, homozygotes ou hétérozygotes composites
pour un ou deux allèle(s) non-fonctionnel(s) du gène. La fréquence
de ces différents phénotypes est variable dans la population en
fonction de l’enzyme polymorphe et, pour une même enzyme, variable
en fonction de l’origine ethnique ou géographique des populations
étudiées [11]. Quelques exemples de cette variabilité de
l’incidence des polymorphismes génétiques des enzymes du
métabolisme des médicaments dans différentes populations sont
présentés dans le tableau I( Tableau I ).
Ces deux dernières décennies, de nombreux polymorphismes
génétiques d’enzymes du métabolisme des médicaments, que ce soient
des enzymes de phase I ou de phase II, ont été identifiés [6-8]. Le
polymorphisme génétique qui affecte le cytochrome P450 2D6 (ou
CYP2D6) est l’un des mieux connus et des plus documentés [12]. À ce
jour, on dénombre plus de 70 variants alléliques du gène
CYP2D6 (http://www.imm.ki.se/CYPalleles), dont une vingtaine
sont dits non-fonctionnels et responsables d’un déficit d’activité
enzymatique. Les mutations qui caractérisent ces allèles
non-fonctionnels sont de nature diverse (mutations non-sens,
faux-sens, décalage du cadre de lecture ou frameshift par
petite délétion ou insertion, mutations affectant les sites
consensus d’épissage). Outre ces microlésions, ont été également
décrites des macrolésions comme des délétions complètes du gène, à
l’origine d’un déficit complet d’activité CYP2D6, et des
amplifications géniques (de 2 à 13 copies du gène),
responsables d’une sur-expression du CYP2D6 associée au phénotype
ultrarapide. Il est important de souligner que ces allèles mutants
présentent des fréquences différentes au sein de la population
générale, certains étant extrêmement rares (< 1 %), et
variables en fonction de l’origine ethnique des individus. Comme
nous le reverrons dans le paragraphe suivant, la prise en
considération de cette notion de fréquence est importante pour le
développement des tests de prédiction du phénotype par
génotypage.
Tableau I Prévalence des phénotypes limité et
ultrarapide pour diverses enzymes en fonction de l’origine
ethnique.
|
% ML ( % MUR)
|
|
Caucasiens
|
Asiatiques
|
Africains/Noirs-Américains
|
|
Phase I
|
|
CYP2A6
|
< 1 %*
|
2-4 %
|
0,3 %
|
|
CYP2C9
|
0,2-1 %
|
2-3 %
|
nd
|
|
CYP2C19
|
2-5 %
|
10-20 %
|
1-5 %
|
|
CYP2D6
|
5-10 % (2-10 %)
|
< 1 % (0,5-2,5 %)
|
0-20 % (29 % Éthiopiens)
|
|
Phase II
|
|
NAT2
|
40-60 %
|
10-20 %
|
50-90 %
|
|
TPMT
|
0,3 %
|
< 0,3 %
|
< 0,3 %
|
*Une duplication du gène CYP2A6 a été décrite,
mais sa fréquence n’a pas été établie sur des populations
contrôles.
Méthodes de détermination du phénotype et du génotype
Ce paragraphe a pour objet la description du principe des deux
approches méthodologiques utilisées pour déterminer la capacité
métabolique d’un individu vis-à-vis d’une enzyme donnée : les
méthodes de phénotypage et les méthodes de génotypage ( revue
générale dans [13]).
Le phénotypage
Le phénotypage est principalement applicable dans le domaine des
polymorphismes affectant la biodisponibilité des médicaments, et en
particulier leur métabolisme. Les méthodes de phénotypage reposent
sur une mesure directe de l’activité enzymatique ou, le plus
souvent, sur l’administration d’un substrat-test (en général un
médicament), suivie d’une mesure des quantités de substrat
résiduelles et/ou de leurs métabolites. Plusieurs heures après
l’absorption d’une dose sub-thérapeutique du médicament-test (le
temps est fonction de la pharmacocinétique de celui-ci), un
échantillon biologique, urinaire ou sanguin le plus souvent, est
recueilli et une quantification du substrat et de son (ou ses)
métabolite(s) est réalisée à l’aide de méthodes chromatographiques
essentiellement (CLHP, CPG). Dans le cas le plus général, on
détermine alors le rapport métabolique entre la quantité de
substance retrouvée sous forme inchangée et celle d’un (ou
plusieurs) métabolite(s), ce rapport étant le reflet de l’activité
enzymatique étudiée. La valeur du rapport métabolique permet de
classer les individus en métaboliseurs extensifs ou limités par
comparaison à celle de l’antimode de distribution déterminée au
préalable (de façon statistique) sur une grande population
d’individus.
Lorsque l’administration directe du médicament-test à l’individu
n’est pas envisageable (exemple des médicaments immunosuppresseurs
potentiellement toxiques), ces tests de phénotypage in vivo
peuvent être remplacés par des tests ex vivo, comme dans le
cas de la thiopurine S-méthyltransférase, dont la mesure
d’activité est réalisée à partir d’un lysat érythrocytaire. En
fait, cette approche par mesure directe de l’activité enzymatique
sur un tissu facilement accessible comme les érythrocytes ou les
leucocytes serait préférable à la méthode par administration d’un
médicament-test. Malheureusement, la grande majorité des enzymes
présentant un intérêt en pharmacogénétique est peu ou pas exprimée
dans ces tissus.
Les méthodes de phénotypage possèdent cependant un certain
nombre d’inconvénients qui en limitent l’utilisation en routine.
L’application du protocole lui-même reste difficile et nécessite la
compliance absolue des patients. L’absence de substrat-test
spécifique ou la survenue d’effets indésirables liée à son
administration, la difficulté à interpréter la valeur du rapport
métabolique en cas de co-administrations de médicaments
(interactions médicamenteuses) ou chez un individu aux fonctions
hépatiques et rénales altérées, sont autant de limitations à
l’utilisation de ces tests.
Le génotypage
Pour pallier ces inconvénients, des méthodes de génotypage
permettant la prédiction du phénotype des individus ont été
développées. Ces méthodes sont basées sur l’identification directe
des anomalies génétiques à l’origine de la variabilité d’expression
et d’activité de l’enzyme étudiée. Des études de corrélation
phénotype/génotype, complétées parfois par l’analyse fonctionnelle
des mutations à l’aide de systèmes d’expression in vitro,
sont en général un préalable nécessaire au développement de ces
tests de génotypage. En fait, le génotypage est désormais plus
largement utilisé en pharmacogénétique que le phénotypage,
puisqu’il est applicable à l’analyse de l’ensemble des
polymorphismes affectant non seulement la pharmacocinétique des
médicaments, mais également leurs effets (récepteurs, cibles
protéiques).
Les méthodes de génotypage reposent sur l’utilisation des outils
issus de la biologie moléculaire, la technique de PCR ou réaction
de polymérisation en chaîne étant généralement à la base des
méthodes utilisées en routine. Ces méthodes nécessitent le recueil
préalable, par des techniques peu ou non invasives, d’un
échantillon biologique (sang total, frottis buccal, racines de
cheveux), à partir duquel est extrait et purifié l’ADN génomique de
l’individu (plus rarement l’ARN). La stratégie de génotypage
appliquée est fonction d’un certain nombre de paramètres, en
particulier la nature des mutations à identifier (mutations
ponctuelles, délétion ou amplification du gène) et le nombre de
mutations à identifier pour obtenir un taux d’efficacité de
prédiction du phénotype le plus élevé possible (fonction de la
fréquence des polymorphismes dans la population étudiée). La
stratégie adoptée tient également compte du contexte clinique dans
lequel le test est prescrit, à savoir dans un cadre purement
préventif, avant l’introduction d’un traitement médicamenteux chez
les patients à risque (phénotype non connu a priori) ou dans
un cadre diagnostique pour expliquer un accident iatrogène ou une
absence de réponse à un médicament donné (suspicion d’un phénotype
déficitaire ou ultrarapide par exemple). Enfin, comme nous l’avons
mentionné précédemment, il convient d’adapter la stratégie de
génotypage en fonction de l’origine ethnique ou géographique des
individus, des variations interethniques dans la nature et la
fréquence de nombreux polymorphismes génétiques ayant été décrites
[11].
La stratégie de génotypage du CYP2D6 utilisée dans nos
laboratoires hospitaliers permet d’illustrer ces différentes
notions. Comme mentionné précédemment, plus de 70 variants
alléliques du gène CYP2D6 ont été identifiés à ce jour. Dans
nos populations d’origine caucasienne, l’identification des trois
mutations ponctuelles les plus fréquentes, caractéristiques des
allèles du type CYP2D6*3 (2549Adel, décalage du cadre de
lecture), CYP2D6*4>A, abolition du site accepteur
d’épissage de l’intron 3) et CYP2D6*6 (1707Tdel, décalage du
cadre de lecture), permet d’identifier, avec un taux d’efficacité
d’environ 95 %, les individus au phénotype limité,
c’est-à-dire homozygotes pour l’un de ces allèles ou hétérozygotes
composites pour deux de ces allèles [12]. La présence de ces
mutations est recherchée à l’aide de tests simples du type PCR-RFLP
ou PCR-digestion enzymatique (quand la mutation crée ou abolit un
site de restriction), ou Allèle spécifique-PCR (basée sur
l’utilisation d’amorces oligonucléotidiques complémentaires de la
séquence normale ou de la séquence mutée). La recherche de la
délétion complète du gène CYP2D6 (CYP2D6*5) peut
compléter les tests précédents et améliore encore le taux de
prédiction du phénotype limité par identification des rares
individus homozygotes pour cette délétion (0,4 % de la
population caucasienne). Des techniques simples dites de long-PCR
(amplification de fragments d’ADN de plusieurs kilobases) sont
désormais disponibles pour rechercher cette délétion, qui, jusqu’à
récemment, était tributaire de la méthode de Southern blot, peu
adaptée à du génotypage de routine [12]. La prédiction du phénotype
ultrarapide repose sur l’identification d’une duplication (deux
copies du gène en tandem sur le même chromosome) ou d’une
amplification génique (au moins trois copies du gène) du
CYP2D6. À l’origine mise en évidence par Southern blot,
l’amplification génique du CYP2D6 peut être également
identifiée par des techniques de long-PCR [12]. Les individus
porteurs d’au moins trois allèles fonctionnels du CYP2D6
sont prédits métaboliseurs ultrarapides. Des techniques récentes de
PCR quantitative, comme celle utilisant la technologie
TaqMan®, sont également envisageables pour déterminer le
nombre de copies d’un gène (par exemple le CYP2D6) chez un
individu [14]. L’ensemble des tests décrits ci-dessus représente la
stratégie de génotypage proposée en première intention dans le
cadre de la détermination du phénotype métabolique pour le CYP2D6,
avant administration de médicaments dont l’efficacité et/ou la
toxicité sont reconnues liées au statut métabolique des individus.
Cette stratégie peut être complétée par l’identification des autres
mutations inactivatrices du CYP2D6, dans le cas, par
exemple, où un phénotype limité est suspecté chez un patient ayant
présenté une anomalie de réponse à un médicament substrat de cette
enzyme (voir paragraphe : Applications cliniques). Étant donné
leur nombre important et leur fréquence faible dans la population
générale, l’identification de ces mutations rares repose sur
l’utilisation de méthodes dites de criblage de gènes, comme la
méthode SSCP (single strand conformation polymorphism) [15].
Ces méthodes, basées en général sur la mise en évidence de
propriétés électrophorétiques différentes entre une séquence
« normale » et une séquence mutée, ont l’avantage
d’identifier la présence de mutations déjà connues du gène, mais
également de détecter de nouveaux polymorphismes, permettant ainsi
d’approcher un taux de prédiction du phénotype de 100 %. Le
séquençage direct du gène est évidemment la méthode de référence en
matière de génotypage mais, bien que des progrès considérables en
aient facilité l’utilisation ces dernières années (séquenceurs
automatiques, capillaires), elle reste une méthode coûteuse et
relativement lourde.
L’avantage majeur de la détermination du phénotype par
génotypage réside dans le fait qu’elle n’est pas soumise à
l’influence de facteurs confondants (co-administration de
médicaments, pathologies associées). Cependant, elle souffre encore
de la nécessité d’appliquer un grand nombre de tests, au vu du
nombre parfois élevé de mutations à détecter. L’espoir dans ce
domaine repose sur le développement de nouvelles technologies du
type dHPLC (CLHP en condition dénaturante), ou la discrimination
allélique par PCR en temps réel (TaqMan® ou
Lightcycler®), ou encore les puces à ADN ou biopuces
qui, par la miniaturisation et l’automatisation des méthodes
d’hybridation, permettront dans un futur proche des tests de
génotypage à « haut débit » et à « grande
échelle » de l’ensemble des gènes impliqués dans les
variations de réponse aux médicaments (revue générale sur les
méthodes de génotypage dans [16]).
Applications cliniques de la pharmacogénétique
Bien que de très nombreux polymorphismes génétiques affectant des
enzymes du métabolisme, des protéines de transport ou des
récepteurs, des médicaments, aient été identifiés ces dernières
années (tableau II( Tableau II
)), le nombre de tests pharmacogénétiques utilisés en routine
hospitalière est à ce jour encore très restreint. Ce manque
apparent d’applications cliniques de la pharmacogénétique provient
essentiellement du fait que peu d’études cliniques prospectives
démontrant l’importance de ces différents polymorphismes génétiques
dans l’efficacité et la toxicité des médicaments ont été menées
jusqu’à présent. Les conséquences cliniques des polymorphismes
génétiques, en particulier ceux affectant les enzymes du
métabolisme et les transporteurs des médicaments, sont en effet
plus ou moins importantes et dépendent d’un certain nombre de
facteurs : importance de la voie métabolique polymorphe dans
la clairance globale du médicament, administration du médicament
sous une forme active ou sous forme de pro-drogue, métabolites
pharmacologiquement actifs ou non, métabolites toxiques ou non,
index thérapeutique du médicament (( figure 4 )).
CYP2D6 et médicaments psychotropes
Le cytochrome P450 2D6 (CYP2D6) est impliqué dans le métabolisme de
plus d’une centaine de médicaments (antiarythmiques, β-bloquants,
antidépresseurs, neuroleptiques, dérivés opiacés à visée
analgésique ou antitussive, etc.), soit 20 à 25 % de
l’ensemble des médicaments d’usage courant et d’intérêt
thérapeutique majeur [12]. De manière surprenante, et alors que le
CYP2D6 a fait l’objet d’une recherche intensive, en particulier
concernant les mécanismes moléculaires à l’origine de son
polymorphisme d’activité, il existe peu d’applications cliniques
justifiant l’étude systématique du phénotype CYP2D6. De nombreuses
études cliniques ont pourtant démontré le rôle du polymorphisme
génétique du CYP2D6 dans le développement d’effets indésirables ou
dans l’absence de réponse thérapeutique pour un certain nombre de
médicaments. L’intérêt de déterminer le statut métabolique des
individus pour le CYP2D6 est surtout bien documenté dans le domaine
de la psychopharmacologie [17]. Le CYP2D6 est en effet impliqué
dans le métabolisme des antidépresseurs tricycliques
(nortriptyline, amitriptyline et leurs analogues) et autres
(miansérine, fluoxétine, paroxétine), ainsi que dans le métabolisme
d’antipsychotiques (halopéridol, rispéridone, perphénazine),
molécules qui présentent en général un index thérapeutique étroit.
De nombreux exemples d’inefficacité thérapeutique ont été rapportés
chez des patients dépressifs présentant un phénotype CYP2D6 dit
ultrarapide (dont ceux porteurs d’au moins trois copies du gène) et
traités par des doses conventionnelles d’antidépresseurs [12,
17-19]. À l’inverse, ces molécules sont en général moins bien
tolérées (apparition d’effets indésirables variés, par exemple du
type cardiotoxicité ou effets atropiniques) chez les patients au
phénotype limité (porteurs de deux allèles non-fonctionnels du
gène) [12, 17]. Des adaptations posologiques des antidépresseurs en
fonction du phénotype des sujets sont proposées par de nombreux
auteurs, qui recommandent des doses pouvant aller de 50 % pour
les métaboliseurs limités, à plus de 200 % pour les
métaboliseurs ultrarapides, de la dose standard conventionnelle
(lire en particulier la revue de Kirchheiner et al., [20]
qui rapporte des recommandations posologiques pour une trentaine
d’antidépresseurs, en fonction des phénotypes CYP2D6 et/ou
CYP2C19). Comme nous l’avons vu, les mécanismes moléculaires à
l’origine des différents phénotypes d’activité du CYP2D6 ont été
majoritairement élucidés et divers tests de génotypage ont été
développés pour identifier, non seulement les anomalies de séquence
du gène CYP2D6, mais aussi certains réarrangements du locus
CYP2D (délétion et duplication/amplification du gène) [12].
Le phénotype limité (environ 10 % des Caucasiens) est ainsi
prédit par ces tests avec un taux d’efficacité proche de
100 %. L’identification plus récente de variants alléliques du
CYP2D6 (en particulier les allèles CYP2D6*9, *10 et
*41) codant pour une protéine à activité enzymatique réduite
ou affectant l’expression de l’enzyme, permet désormais de prédire
efficacement les individus au phénotype intermédiaire (10 à
15 % des Caucasiens) [12]. Par contre, bien que le génotypage
s’avère efficace pour l’identification des individus porteurs d’au
moins trois copies d’un gène CYP2D6 fonctionnel, il ne
permet d’identifier qu’environ 20 % des sujets au métabolisme
ultrarapide (de 1 à 10 % des Caucasiens en fonction de
l’origine géographique), d’autres mécanismes moléculaires à
l’origine de ce phénotype restant encore à élucider. Quand cela est
possible (absence de co-administration de médicaments substrats
et/ou inhibiteurs du CYP2D6), le phénotypage, basé sur
l’administration d’un substrat-test, reste une méthode de choix
pour identifier ces individus métaboliseurs ultrarapides. Les
cliniciens, en particulier les psychiatres, ont recours
quotidiennement à l’adaptation de posologie individuelle pour les
traitements psychotropes, non seulement au vu de l’amélioration ou
non de l’état de leurs patients, mais également au vu des
concentrations plasmatiques en médicament ou métabolite(s),
mesurées dans le cadre du suivi thérapeutique (drug
monitoring). La détermination du phénotype CYP2D6 en cas, par
exemple, d’anomalies de réponse à un traitement antidépresseur, ou
mieux avant l’administration d’un tel traitement, permettrait
d’améliorer l’utilisation et la sécurité d’emploi de ces molécules.
Elle permettrait aussi de réduire les délais de réponse, souvent
longs dans le cas des médicaments psychotropes (concentration
thérapeutique efficace et effet thérapeutique obtenus après
plusieurs semaines, voire plusieurs mois), par optimisation des
doses d’attaque et d’entretien en fonction des capacités
métaboliques des patients.
Tableau II Exemples de polymorphismes génétiques
affectant la réponse aux médicaments.
|
Gène
|
Médicaments-substrats
|
Conséquences cliniques liées au polymorphisme*
|
|
Enzymes
|
|
CYP2C9
|
Anticoagulants oraux (warfarine, acénocoumarol)
|
Hémorragies
|
|
Sulfamides hypoglycémiants (glibenclamide, glipizide)
|
Hypoglycémie
|
|
CYP2C19
|
Oméprazole
|
Efficacité accrue chez ML
|
|
CYP2D6
|
Antidépresseurs tricycliques
|
Inefficacité chez MUR/toxicité chez ML
|
|
Codéine
|
Absence d’analgésie chez ML
|
|
DPD
|
5-fluorouracile
|
Neurotoxicité
|
|
NAT2
|
Isoniazide
|
Neurotoxicité
|
|
TPMT
|
Azathioprine, mercaptopurine, thioguanine
|
Hématotoxicité, myélosuppression
|
|
UGT1A1
|
Irinotécan
|
Diarrhée, neutropénie
|
|
Transporteurs
|
|
MDR1
|
Digoxine, antiprotéases antirétrovirales
|
Biodisponibilité et efficacité variables
|
|
Récepteurs/cibles/autres
|
|
ACE
|
Inhibiteurs de l’enzyme de conversion (enalapril, captopril)
|
Intensité et durée de l’effet variables
|
|
ADRB2
|
Agonistes β2 (salbutamol)
|
Bronchodilatation variable, effets cardiovasculaires
|
|
ALOX5
|
Zileuton
|
Inefficacité thérapeutique
|
|
DRD2, 3 et 4
|
Antipsychotiques (clozapine, halopéridol)
|
Efficacité variable, agranulocytose
|
|
G6PD
|
Médicaments « oxydants » (aspirine, primaquine,
sulfapyridine)
|
Anémies hémolytiques aiguës
|
|
HERG
|
Quinidine
|
Syndrome de Long QT
|
|
Cisapride
|
Torsades de pointes
|
|
HTR2A
|
Clozapine
|
Efficacité variable
|
|
KCNQ1
|
Terfénadine, disopyramide, méflaquine
|
Syndrome de Long QT
|
|
RYR1
|
Anesthésiques volatils halogénés, succinylcholine
|
Hyperthermie maligne
|
*certaines corrélations restent controversées dans la
littérature ou à confirmer sur un plus grand nombre de patients.
ML : métaboliseur limité ; MUR : métaboliseur
ultrarapide ; CYP : cytochromes P450 ; DPD :
dihydropyrimidine déshydrogénase ; NAT2 :
N-acétyltransférase 2 ; TPMT : thiopurine
S-méthyltransférase ; UGT : uridine
glucuronosyltransférase ; MDR1 : multi-drug
resistance (ou ABCA1) ; ACE : enzyme de conversion de
l’angiotensine 1 ; ADRB2 : récepteur
β2-adrénergique ; DRD2, 3 et 4 : récepteurs
dopaminergiques D2, D3 et D4 ; HERG, KCNQ1 : canaux
potassiques ; HTR2A : récepteur sérotoninergique
5-HT2A ; G6PD : glucose 6-phosphate
déshydrogénase ; RYR1 : récepteur à la ryanodine.
CYP2C9 et anticoagulants oraux
Au cours des traitements anticoagulants oraux par les antagonistes
de la vitamine K (AVK), de grandes variations dans la réponse sont
observées. Il peut s’agir soit de réactions exagérées avec un
risque hémorragique majeur (les accidents hémorragiques liés au AVK
constituent la première cause d’hospitalisations liées à des
accidents iatrogènes), soit de résistances nécessitant des
posologies élevées. Des facteurs génétiques liés au métabolisme
expliquent en partie ces différences interindividuelles dans la
réponse aux AVK [21]. Leur métabolisme est principalement hépatique
et le cytochrome P450 2C9 (CYP2C9) est l’enzyme majoritairement
responsable de leur élimination, en particulier pour les dérivés
coumariniques (warfarine ou Coumadine® et acénocoumarol
ou Sintrom®). Concernant la fluindione
(Préviscan®), qui est un dérivé de l’indane-dione très
utilisé en France, son analogie structurale avec les coumariniques
et certaines interactions médicamenteuses laissent penser que cette
molécule pourrait être métabolisée au moins en partie par le
CYP2C9. L’activité du CYP2C9 peut varier sous l’influence de
facteurs environnementaux (alimentation riche en vitamine K,
médicaments comme les AINS), physio-pathologiques ou génétiques.
Dans les populations caucasiennes, il existe deux principaux
variants alléliques (CYP2C9*2 et CYP2C9*3), qui sont
à l’origine d’une diminution de l’activité enzymatique et qui
permettent l’identification d’individus hétérozygotes
(15-30 %) et homozygotes déficients (1 à 2 %). Dans
de nombreuses études, la présence de l’allèle CYP2C9*3 a été
associée à une augmentation du risque hémorragique sous AVK [22].
De plus, des études montrent que les doses de warfarine nécessaires
pour atteindre l’équilibre diminuent en fonction du nombre
d’allèles CYP2C9 fonctionnels. Les sujets homozygotes mutés
nécessitent une réduction de posologie plus grande que les sujets
hétérozygotes, jusqu’à 50 % de la dose utilisée chez les
homozygotes sauvages [23]. Dans le cas de l’acénocoumarol, seul
l’allèle CYP2C9*3 semble altérer la réponse thérapeutique et
une réduction de la dose pouvant aller jusqu’à 35 % a été
rapportée chez des patients porteurs de cet allèle et recevant du
Sintrom®[24]. Le génotypage du CYP2C9, avant
l’initiation d’un traitement par AVK, devrait permettre une
amélioration de la prise en charge thérapeutique et une meilleure
prédiction du risque hémorragique des patients. Les bases
moléculaires de la résistance aux AVK restent à établir, mais une
augmentation du métabolisme liée à une activité élevée du CYP2C9
n’est pas à exclure. Enfin, très récemment, des variations
génétiques de la cible pharmacologique des AVK (vitamine K époxyde
réductase) ont été décrites et associées à des cas de résistance à
la warfarine [25].
TPMT et médicaments thiopuriniques
Les médicaments thiopuriniques que sont l’azathioprine
(Imurel®), la 6-mercaptopurine (Purinéthol®)
et la 6-thioguanine (Lanvis®) sont utilisés d’une part,
pour leurs propriétés cytotoxiques dans le traitement de certaines
leucémies (en particulier la leucémie aiguë lymphoblastique
infantile) et, d’autre part, pour leurs propriétés
immunosuppressives dans la prévention du rejet de greffe et dans le
traitement de maladies inflammatoires chroniques comme la maladie
de Crohn et la polyarthrite rhumatoïde. Ces médicaments présentent
un risque important de toxicité hématologique (leucopénie,
thrombopénie, plus rarement aplasie médullaire parfois fatale), due
à l’accumulation dans les tissus hématopoïétiques des métabolites
actifs cytotoxiques de ces molécules, les thioguanine nucléotides,
formés via la voie de l’hypoxanthine
phosphoribosyltransférase [26]. Ce risque d’hématotoxicité
dose-dépendante est particulièrement élevé chez les patients
présentant un déficit d’activité enzymatique pour la thiopurine
S-méthyltransférase (TPMT), enzyme impliquée dans
l’inactivation des thiopurines [26, 27]. Une relation inverse entre
la concentration intra-érythrocytaire en thioguanine nucléotides et
l’activité TPMT a en effet été démontrée [28]. Dans la population
caucasienne, 90 % des individus présentent une activité TPMT
élevée (phénotype méthyleur rapide), 10 % une activité
intermédiaire (phénotype méthyleur intermédiaire) et environ
0,3 % un déficit d’activité TPMT (phénotype méthyleur lent)
[29]. Une dizaine d’allèles non-fonctionnels du gène de la TPMT, à
l’origine d’un déficit d’activité, a été caractérisée [26]> G),
caractéristiques des allèles TPMT*2, *3A, *3B et *3C,
permet de prédire le phénotype des individus avec un taux
d’efficacité d’environ 95 %, et ainsi d’identifier les
individus à risque d’hématotoxicité avant l’introduction d’un
traitement thiopurinique. Chez les individus déficitaires (porteurs
de deux allèles mutants), il est recommandé d’ajuster la posologie
du traitement en diminuant les doses de thiopurines à 5-15 %
des doses usuelles [31, 32]. Une surveillance étroite des signes de
toxicité est également préconisée chez les patients au phénotype
intermédiaire (génotype hétérozygote), qui présentent également un
risque potentiel d’hématotoxicité [32, 33]. À l’inverse, certains
auteurs préconisent une augmentation de la posologie usuelle des
médicaments thiopuriniques chez certains patients méthyleurs
rapides [31, 33]. Des rejets de greffe [34], ainsi que des
échappements thérapeutiques avec rechute chez des enfants
leucémiques [31], sont en effet plus fréquemment observés pour les
patients présentant une activité TPMT très élevée et, par
conséquent, sous-dosés en médicaments thiopuriniques
(concentrations en thioguanine nucléotides inefficaces). La
détermination du génotype TPMT ne permet pas d’identifier a
priori ces sujets au métabolisme très rapide et des auteurs
recommandent donc la mesure de l’activité TPMT par phénotypage, au
moins un mois après l’initiation du traitement, pour repérer ces
individus [34]. Bien qu’il semble que le polymorphisme génétique de
la TPMT ne permette en fait d’expliquer qu’un tiers des cas de
myélosuppression observés sous traitement thiopurinique (d’autres
facteurs, génétiques ou non, en cours d’identification, existent
probablement), il représente à ce jour l’un des meilleurs exemples
de l’apport des tests pharmacogénétiques dans le cadre de l’aide à
la thérapeutique, non seulement d’un point de vue purement
clinique, mais également d’un point de vue économique [35].
Pharmacogénétique des anticancéreux
Les médicaments utilisés en oncologie ont généralement des index
thérapeutiques étroits et leur adaptation posologique est de règle
pour éviter des effets toxiques tout en préservant une bonne
efficacité. La connaissance du métabolisme et des cibles de ces
molécules a permis de caractériser des « gènes de
susceptibilité » à la toxicité de certains médicaments
anticancéreux [36]. Par exemple, le 5-fluorouracile (5-FU) est un
médicament très prescrit dans les tumeurs solides, comme celles du
sein ou du côlon. Le 5-FU, analogue de l’uracile, est une
pro-drogue activée en 5-fluoro-2-deoxyuridine monophosphate
(5-FdUMP), un métabolite qui va inhiber la thymidilate synthase
(TS), enzyme impliquée dans la synthèse des pyrimidines. Un
polymorphisme dans la région promotrice du gène de la TS,
correspondant à la répétition d’une séquence de 28 paires de
bases, définit deux allèles en fonction du nombre de répétitions,
l’allèle 2R et l’allèle 3R. L’allèle 3R est associé à une activité
TS plus élevée et un taux de réponse au 5-FU plus faible [37, 38].
De plus, le 5-FU est inactivé à plus de 80 % dans le foie par
une enzyme, la dihydro-pyrimidine déshydrogénase (DPD), enzyme qui
est également affectée par un polymorphisme génétique. Les sujets
déficients partiels (3 %) ou complets (0,1 %) en DPD sont
exposés à une toxicité neurologique sévère, par défaut
d’élimination du médicament [39, 40]. La détermination des
génotypes TS et DPD, avant la mise en route d’un traitement par le
5-FU, devrait permettre de mieux identifier les malades « bons
répondeurs » et présentant une tolérance accrue au 5-FU.
L’irinotécan ou CPT-11 (Campto®) est aussi un bon
exemple pour illustrer l’intérêt de la pharmacogénétique. Ce
médicament est un inhibiteur de la topoisomérase I, utilisé dans le
traitement des tumeurs solides, en particulier dans les cancers
colorectaux et pulmonaires. Son élimination s’effectue sous forme
de dérivé inactif glucuronoconjugué et l’enzyme responsable est
l’UDP-glucuronosyltransférase (UGT) 1A1, qui est également
responsable de la conjugaison de la bilirubine [41]. L’UGT1A1
présente un polymorphisme de répétition dans la séquence TATA box
du promoteur (insertion d’un TA supplémentaire), qui est associé, à
l’état homozygote, à la maladie de Gilbert. Un déficit en UGT1A1
est à l’origine d’une toxicité sévère (diarrhée, leucopénie) de
l’irinotécan, pouvant nécessiter l’arrêt de son administration
[42]. Le génotypage de l’UGT1A1, avant l’initiation de la
chimiothérapie, permet de dépister les sujets à risque d’effets
toxiques graves.
D’autres tests de pharmacogénétique sont en cours de validation
en cancérologie, comme ceux étudiant les polymorphismes génétiques
des glutathion S-transférases dans la toxicité neurologique
de l’oxaliplatine, ou encore un polymorphisme dans la région 3′-non
codante (délétion de 6 pb) du gène de la TS. Enfin, compte
tenu du rôle des transporteurs comme la P-gp dans la
biodisponibilité de certains anticancéreux, l’impact de leurs
polymorphismes génétiques reste également à établir.
P-glycoprotéine et réponse aux médicaments
La P-glycoprotéine (P-gp) est une protéine trans-membranaire
impliquée dans l’efflux de peptides endogènes et exogènes, dont la
sur-expression a été associée à la résistance tumorale à des agents
anticancéreux (multidrug resistance ou MDR). De nombreux
substrats médicamenteux de la P-gp ont été caractérisés, tels que
des immunosuppresseurs, des hormones stéroïdiennes, des inhibiteurs
calciques, ou encore des antiprotéases. Cette protéine est
largement exprimée dans l’organisme (foie, intestin, rein,
lymphocyte, barrière hémato-encéphalique, placenta) et joue un rôle
important dans l’absorption intestinale des médicaments et/ou leur
répartition dans les différents compartiments cellulaires. Elle
peut ainsi moduler leurs concentrations plasmatiques ou
intracellulaires et influencer la réponse au traitement. Un
polymorphisme génétique a été relié à une diminution d’expression
de la P-gp et, par voie de conséquence, de son activité [43]>T
dans l’exon 26 du gène MDR1, qui code pour la P-gp, et
permet d’identifier trois génotypes : homozygotes sauvages CC,
homozygotes déficients TT et hétérozygotes CT. Plusieurs études ont
montré que le génotype MDR1 pouvait être un facteur
prédictif de la réponse aux médicaments, par exemple chez les
malades infectés par le VIH et traités par des inhibiteurs de
protéases (nelfinavir, efavirenz). Dans cette étude, le génotype TT
était associé à une meilleure restauration immune (évaluée par le
taux de cellules CD4+) et des concentrations plasmatiques en
antiprotéases plus élevées [44].
L’impact du génotype MDR1 a également été étudié dans le
cadre de traitements immunosuppresseurs par la ciclosporine ou le
tacrolimus (FK506), qui sont substrats de la P-gp, notamment chez
les transplantés rénaux. Le polymorphisme de MDR1 a été
corrélé à une modification de la pharmacocinétique et, en
particulier, de la clairance orale de la ciclosporine, qui est
augmentée chez les sujets porteurs de la mutation 3435T. Par
ailleurs, plusieurs études récentes ont montré que la posologie
nécessaire pour l’obtention d’une concentration en zone
thérapeutique, un mois après la transplantation, est bien corrélée
au polymorphisme MDR1 et que le génotype MDR1
constitue un facteur prédictif de la dose initiale optimale de
tacrolimus, avec une réduction de 40 % de la posologie
nécessaire chez les patients homozygotes mutés [45, 46].
Enfin, la résistance aux glucocorticoïdes utilisés dans la
maladie de Crohn semble dépendre du niveau d’expression de la P-gp.
Une expression lymphocytaire plus élevée de la P-gp a en effet été
retrouvée chez les malades non répondeurs et nécessitant un
traitement chirurgical [47].
Conclusion
De nombreuses anomalies génétiques, à l’origine de variations
d’expression et/ou d’activité des protéines impliquées dans la
réponse de l’organisme à un médicament, ont été identifiées au
cours des cinquante dernières années. La pharmacogénétique, qui
étudie les mécanismes moléculaires à l’origine des variations
interindividuelles, d’origine génétique, de réponse aux
médicaments, a pour objectif principal le développement de tests
simples et peu coûteux pour identifier les individus à risque de
présenter des anomalies de réponse aux médicaments. À ce titre,
elle se révèle être une discipline prometteuse dans la pratique
quotidienne de la médecine, en offrant aux cliniciens la
possibilité d’adapter les traitements médicamenteux et leur
posologie, en fonction du statut génétique des patients. Cette
perspective d’individualisation des traitements médicamenteux
représente un espoir, non seulement d’amélioration de l’efficacité
des médicaments et de diminution des effets indésirables, parfois
très sévères, mais également d’économie de santé, en réduisant par
exemple l’incidence des hospitalisations liées à des accidents
médicamenteux. La prescription thérapeutique individualisée sur la
base de facteurs génétiques semble donc aujourd’hui devenir une
réalité, en particulier grâce aux progrès récents dans la
connaissance des conséquences fonctionnelles des SNP et dans le
développement de technologies performantes (rapides et peu
coûteuses) de génotypage dites à « haut débit ».
Cependant, pour que la pharmacogénétique passe du statut de
discipline purement scientifique à celui de discipline appliquée à
la médecine, un certain nombre de travaux reste à faire. La
description de nombreux phénomènes pharmacogénétiques est souvent
issue d’observations cliniques qui ne concernent qu’un petit nombre
d’individus. Des études cliniques prospectives sur de larges
populations de patients doivent maintenant être menées non
seulement pour démontrer l’importance des polymorphismes génétiques
pour la prédiction de l’efficacité et de la toxicité des
médicaments, mais également pour démontrer le bénéfice des tests
pharmacogénétiques en terme d’économie de santé.
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