1 Einleitung

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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, ob es molekulargenetische Messparameter gibt, die mit der Wirksamkeit und/oder der Nebenwirkungsrate von Antidepressiva einhergehen. In Probandenstudien gut untersucht sind genetische Varianten (Polymorphismen) auf der Ebene der Pharmakokinetik. In dieser Arbeit wird der klinische Wert einer Genotypisierung arzneistoffwechselrelevanter Enzyme im Hinblick auf eine individuelle Optimierung der antidepressiven Therapie untersucht. Im Bereich der Pharmakodynamik können nach neuen Erkenntnissen auch genetische Varianten im Bereich von Serotonin-, Noradernalin- und Dopamin-Transportern und Rezeptoren eine Rolle in der individuell unterschiedlichen Wirksamkeit einer Antidepressivatherapie spielen.

1.1 Therapieresistenz in der Behandlung der Depression

Das Krankheitsbild der Depression ist eine schwerwiegende Störung assoziiert mit erheblicher Morbidität und Mortalität, die Individuen jeden Alters und ethnischer Herkunft betrifft. Mit einer Punktprävalenz von etwa 4-11% der erwachsenen Bevölkerung sind Frauen häufiger als Männer betroffen (Wittchen et al., 2001). Das Lebenszeitrisiko beträgt in nationalen wie internationalen Studien etwa 16-20% (Jacobi et al., 2004, Kessler et al., 2003). Die Weltgesundheitsorganisation prognostiziert, dass der unipolaren Depression in den nächsten Jahrzehnten in den entwickelten Ländern die größte Bedeutung im Hinblick auf die Einschränkung der Lebensqualität im Vergleich zu allen anderen Erkrankungen zukommen wird (Murray und Lopez, 1997). Für die Mehrzahl der Patienten bedeutet die Depression eine chronische oder wiederkehrende Störung mit einer Rückfallwahrscheinlichkeit von 13% innerhalb der ersten sechs Monate und 87% in einem Zeitraum von 15 Jahren (Mueller et al., 1999). Ein chronischer Krankheitsverlauf, d.h. eine Persistenz der Symptome über zwei Jahre trotz verschiedener Therapiestrategien, findet sich bei etwa 15-30% der Patienten (Angst, 1980, Laux, 1986, Keller et al., 1992) bzw. eine Non-Response-Rate von 19-34% (Fava and Davidson, 1996).

Antidepressiva sind sowohl in der Akut- als auch in der Langzeitbehandlung der unipolaren depressiven Störung Therapie der ersten Wahl. Es sprechen jedoch bis zu 50% aller Patienten nicht ausreichend auf die antidepressive Erstmedikation an (Bauer et al., 2002, Nelson, 2003). Therapieversagen und intolerable medikamentöse Nebenwirkungen beeinträchtigen nicht nur erheblich das Wohlbefinden der betroffenen Person, sondern führen auch zu einem Kostenanstieg im Gesundheitswesen. Eine Untersuchung zur externen Qualitätssicherung der stationären Depressionsbehandlung (Härter et al., 2004) ergab, dass sich beim Auftreten von Therapieresistenz oder erheblichen unerwünschten Nebenwirkungen unter der medikamentösen Therapie die Krankenhausaufenthaltsdauer verdoppelte.

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Die Therapieresistenz wird am häufigsten definiert als ein Nicht- oder ungenügendes Ansprechen auf eine Behandlung mit mindestens einem Antidepressivum in adäquater Dosis und Behandlungsdauer (Fava and Davidson, 1996). Diese sollte 4-6 Wochen betragen. Als klinisch-pragmatische Definition gilt „eine unzureichende Besserung auf wenigstens zwei Antidepressiva mit unterschiedlichen Wirkungsschwerpunkten und in ausreichender Dosierung und Therapiedauer“ (Helmchen, 1990). In den Richtlinien der Forschung bedeutet therapeutisches Ansprechen eine > 50%-ige Reduktion (Thase, 2003) der Items in den standardisierten Untersuchungstests wie der Hamilton Depres sion Rating Scale (HDRS), der Cli nical Global Impression Scale (CGI) oder der Mont go me ry Asberg Rating Scale (MADRS). Dabei sollte beachtet werden, dass eine vollständige Remission ein Verschwinden aller Symptome mit Rückkehr auf das ursprüngliche Funktionsniveau des Patienten beschreibt (Thase, 2003).

Mögliche Ursachen für die Therapieresistenz können diagnostische Faktoren, wie Fehldiagnosen, mangelnde Compliance, inadäquate Behandlung, Variabilität innerhalb der Phar ma kokinetik oder Pharmakodynamikpsychologische und Persönlichkeitsfaktoren sein (aus: Möller, Laux, Kampfhammer, 2002).

Änderungen in der Plasmakonzentration eines Antidepressivums können bedingt sein durch Non-Compliance, durch Arzneimittelinteraktionen und durch Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und Nahrungsstoffen (Sorensen, 2002). Insgesamt geht man bei den Verordnungen von Antidepressiva davon aus, dass die Medikamente in etwa 40-50% der Fälle nicht wie vorgeschrieben eingenommen werden (Lin et al., 1995, Linden, 1997, McDonald, 2002). Dieses sollte mittels Serumspiegelbestimmungen initial ausgeschlossen werden.

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Genetische Variabilität beeinflusst die Wirkung von Arzneimitteln von der Absorption bis zur Elimination (Evans und McLeod, 2003), d.h. sowohl auf der Ebene der Pharmakokinetik als auch auf der Ebene der Pharmakodynamik (Medikamenteneffekte). Genetische Varianten im Arzneistoffmetabolismus, zu dem das Cytochrom-P450-Enzymsystem gehört, haben daher Einfluss auf pharmakokinetische Kenngrößen wie die Plasmakonzentation, die Clearance, das Verteilungsvolumen, die Eliminationshalbwertszeit und die Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (AUC).

Aus klinischer Sicht gelten Wahnideen, das Fehlen von Vitalstörungen, eine schlechte soziale Adaptation, eine neurotische Primärpersönlichkeit sowie ein Nichtansprechen auf eine frühere medikamentöse Behandlung als prädiktiv für ein eher schlechtes Ansprechen auf Antidepressiva (Möller, 1997).

Die Vielzahl der möglichen Einflussfaktoren und die geringe Anzahl von Langzeituntersuchungen sind Gründe dafür, dass es zurzeit noch keine validen Prädiktoren bezüglich der Therapieresistenz (Fava, 2003) oder der Therapieresponse (Kirchheiner et al., 2003, Seretti et al., 2002, Arranz et al., 2001) gibt.

1.2 Genetische Variabilität in der Pharmakokinetik von Antidepressiva

1.2.1 Cytochrom-P450-Isoenzyme

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Eine Vielzahl von Antidepressiva wird in der Phase 1 der Biotransformation durch Cyto-chrom-P450-Enzyme (Monooxygenasen) umgewandelt. Diese katalysieren Oxidations- und Reduktionsreaktionen. Dabei entstehen zumeist hydrophilere Metabolite, die nach Konjugation mit negativ geladenen Molekülen, wie Acetyl- Sulfat- oder Glucuronylgruppen (Phase 2 der Biotransformation) leichter biliär oder renal ausgeschieden werden können. In der Regel verringert sich dadurch die biologische Aktivität der Substrate. Zum Teil entstehen aber bei der Transformation aus inaktiven („prodrugs“) erst die biologisch aktiven Substanzen. Ebenso können die Abbauprodukte (Metabolite) eine ähnlich starke Aktivität wie die Muttersubstanz aufweisen (Bsp. Imipramin -> Desipramin). Dies ist zu berücksichtigen bei der Berechnung von Dosisempfehlungen in Abhängigkeit vom Metabolisierungsstatus (Kirchheiner et al., 2001). Insgesamt werden die Cytochrom-P450-Enzyme für die Verstoffwechslung von etwa 50% aller Medikamente verantwortlich gemacht (Bertz und Grannemann, 1997). Neben dem Metabolismus von Fremdstoffen sind sie an der Synthese und dem Abbau von endogenen Substraten (Rendic und Di Carlo, 1997) und an wichtigen Funktionsabläufen (Wachstum, Differenzierung, Apoptosis, etc.) im menschlichen Organismus beteiligt (Nebert, 2000). In diesem Zusammenhang wird eine Beziehung zwischen Krankheitssuszeptibilität und genetischer Variabilität diskutiert (Lindpaintner, 2003, Shimada et al., 1994).

Es handelt sich beim Cytochrom-P450 um eine durch eine Supergenfamilie kodierte Gruppe von intrazellulären, membrangebundenen Hämproteinen. Abhängig vom Ausmaß der Aminosäurensequenzhomologie werden sie verschiedenen Subfamilien zugeordnet. Durch die Entdeckung neuer Isoenzyme in den letzen Jahren wurde eine einheitliche Nomenklatur erstellt (Nebert et al., 1987, http://drnelson.utmem.edu/CytochromeP450.html). Cytochrom-Enzyme lassen sich ubiquitär im menschlichen Körper nachweisen; im ZNS (Tyndale et al., 1991a), in der Lunge (Guidice et al., 1997) und in vaskulären Endothelialzellen (Nebert, 1999). Ein Großteil ist in der Leber intrazellulär im glatten endoplasmatischen Retikulum lokalisiert (Bertilsson et al., 1997). Sie zeichnen sich durch eine vergleichsweise geringe Substratspezifität aus, d.h. ein Enzym kann mehrere Substrate metabolisieren, ebenso kann ein Substrat von mehreren Isoenzymen verstoffwechselt werden. Fünf Vertreter dieser Enzymfamilien, CYP2D6, CYP3A4, CYP1A2, CYP2C19 und CYP2C9, metabolisieren den weitaus größten Teil aller lebergängigen Medikamente (Shimada et al., 1994) und haben somit bedeutenden Einfluss auf den First-pass-Effekt von Medikamenten und das Ausmaß und die Dauer ihrer Wirkung.

Mutationen im Bereich von Genabschnitten, die für diese Cytochrom-P450-Enzyme kodieren, führen z.T. zu Ezymvarianten mit höherer Aktivität (CYP2D6: Dahl et al., 1995), niedrigerer (CYP2C9: Miners et al., 1998) oder vollkommen fehlender Aktivität (CYP2D6 und CYP2C19: De Morais et al., 1994, Sachse et al., 1997). Häufig können sie ohne jede funktionelle Auswirkung sein. Enzymvarianten werden dann als genetische Polymorphismen bezeichnet, wenn es sich bei ihnen um monogen vererbte Merkmale handelt, die sich in einer Bevölkerung in mindestens zwei Phänotypen manifestieren, von denen keiner mit einer Häufigkeit unter einem Prozent vorkommt (Meyer, 1994). Träger dieser Allelvarianten laufen bei verminderter Metabolisierungskapazität Gefahr, vermehrt Nebenwirkungen zu entwickeln (Müller et al., 2002, Chen et al., 1996, Chou et al., 2000). Das betrifft vor allem Medikamente mit geringer therapeutischer Breite. Beschrieben wurden unter anderem Assoziationen zwischen verminderter CYP2D6-Aktivität und dem Auftreten kardiotoxischer Effekte bei der Therapie mit trizyklischen Antidepressiva sowie proarrhythmischer Effekte bei der Therapie mit Antiarrhythmika (Schmitz und Drobnik, 2003). Umgekehrt kann ein zu schneller Abbau von Antidepressiva subtherapeutische Plasmaspiegel zur Folge haben (Bertilsson et al., 2001, Dalén et al., 1998). Inzwischen ist bekannt, dass etwa 40% des Cytochrom-P450-abhängigen Arzneistoffwechsels von polymorphen Enzymen durchgeführt wird (Ingelman-Sundberg, 1999).

1.2.2 Das polymorphe Cytochrom (CYP) 2D6

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Am Cytochrom-P450-Gesamtgehalt der Leber hat das Enzym CYP2D6 einen Anteil von nur ca. 2% (Shimada et al., 1994). Es besitzt ein Molekulargewicht von 55,8 kDA und besteht aus 497 Aminosäuren. Nach bisherigen Kenntnissen ist es verantwortlich für die Verstoffwechslung von etwa 25% aller Medikamente (Bertz und Grannemann, 1997). Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die wichtigstens CYP2D6-Substrate.

Tabelle 1: CYP2D6-Substrate

Nach Substanzklasen geordnete CYP2D6-Substrate, Übersicht auf http://dml.georgetown.edu/depts/pharmacology/davetab.html, * Substrate heute nicht mehr im Gebrauch, aber entscheidend bei der Entdeckung der CYP2D6-Polymorphismen

Eine Unterscheidung der untersuchten Probanden in Poor- und Rapid-Me ta bo lizer gelang erstmals mit Hilfe der Phänotypisierung in den siebziger Jahren (Eichelbaum 1979, Mahgoub et al., 1977). Die Phänotypisierung gibt Aufschluss über die aktuelle Metabolisierungsleistung eines Patienten. Dazu wird eine Testsubstanz, die über CYP2D6 abgebaut wird (z.B. Debrisoquin), appliziert und nachfolgend die Konzentration des Hauptmetaboliten (4-Hydroxydebrisoquin) im Sammelurin gemessen. Anhand der Konzentration des Abbauproduktes kann auf die individuelle Metabolisierungsgeschwindigkeit geschlossen werden und eine Einteilung in Normal-, Langsam-, Schnell- und Ultraschnell-Metabolisierer erfolgen. Die Sequenzierung der DNA gelang erst 15 Jahre nach der Entdeckung dieser funktionellen Polymorphismen (Kimura et al., 1989,Gonzalez et al., 1988).

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Das CYP2D6-Gen befindet sich auf dem langen Arm des Chromosom 22 (Eichelbaum et al., 1987) in einem Cluster mit den zwei Pseudogenen CYP2D7 und CYP2D8. Dem polymorphen Charakter des CYP2D6-Enzyms entspricht, dass neben dem Wildtyp-Allel *1A inzwischen über 70 CYP2D6-Allelvarianten bekannt sind (Daly et al., 1996a, http://drnelson.utmem.edu/CytochromeP450.html). Hiervon ist nur ein geringer Anteil für Enzyme mit modifizierter Aktivität kodiert. Die Allele *3, *4, *5 und *6 zeigen keine Aktivität (defizient), die Allele *2, *9, *10 und *17 eine reduzierte und die Allele *1x2 oder *2x2 durch die Duplikation aktiver Allele eine erhöhte Metabolisierungsaktivität. Die Einteilung in PMs (Poor-Metabolizers), IMs (Intermediate-Metabolizers), EMs (Extensive-Metabolizers) und UMs (Ultrarapid-Metabolizers) entspricht der Anzahl (0, 1, 2 oder > 3) der aktiven Allele (Brockmöller et al., 2000). Dabei korreliert die Anzahl der funktionstüchtigen Allele mit der Metabolisierungsaktivität. Die Prävalenz der einzelnen Allele weist eine hohe Variabilität zwischen den Bevölkerungsgruppen auf. In der kaukasischen Bevölkerung zum Beispiel finden sich etwa 7% Poor-Metabolizer (Sachse et al., 1997) und 3% Ultrarapid-Metabolizer (Dahl et al., 1995). Etwa 40% sind heterozygote Allelträger und entsprechen Intermediate-Metabilizern, die restlichen Individuen (ca. 50%) sind Extensive-Metabolizer mit zwei aktiven Allelen. Die Häufigkeit der CYP2D6-Genduplikation weist einen deutlichen Nord-Süd-Gradienten auf. In südeuropäischen Ländern (Italien, Spanien, Türkei) sind bis zu 10% der Bevölkerung UMs (Scordo et al., 2004, Agundez et al., 1995, Aynacioglu et al., 1999), in Athiopien bis zu 29% (Aklillu et al., 1996). Die asiatischen Bevölkerung weist zu etwa 50% das Allel CYPD6*10 mit verminderter Enzymaktivität auf (Bradford, 2002), Varianten mit defizienter Aktivität treten dafür kaum auf.

Es hat sich herausgestellt, dass seit der Aufklärung der molekulargenetischen Basis von CYP2D6-Polymorphismen eine Vorhersage der phänotypischen Metabolisierungskapazität möglich ist (De Morais et al., 1990, Heim und Meyer, 1996, Sachse et al., 1997, Griese et al., 1998). Die Sensitivität der Genotypisierung bezüglich der Vorhersage des PM-Phänotyps in der kaukasischen Population liegt bei > 99% bei der Bestimmung der häufig vorkommenden (*3, *4, *6 und *5) inaktiven Allele (McElroy et al., 2000, Griese et al 1998, Sachse et al., 1997). Die Genotyp/Phänotyp-Relation für die schnellen und intermediären Metabolisierer unterliegtstärkeren Überschneidungen (Brockmöller et al., 2000, Mc Elroy et al., 2000). Hier kann eine Einteilung in sieben CYP2D6-Gruppen unter Berücksichtigung der Allele mit verminderter Aktivität (*9, *10, *17 und *41) für die Messung der Feinaktivität in der EM- und IM-Gruppe sinnvoll sein. Die Anwendung eines Scores von 0,5 für diese Allele führt zu eine Klassifizierung von 7 statt 4 CYP2D6-Gruppen mit 0, 0,5, 1, 1,5, 2, 2,5 und 3 aktiven Allelen (Kirchheiner et al., 2004). Auch die Berechnung einer semiquantitativen Gendosis von 1 für funktionelle, 0 für komplett inaktive Allele und 0,5 für Allele mit verminderter Aktivität nach der Methode von Steimer et al., 2004, erlaubt die Differenzierung bezüglich der Feinaktivität in der EM- und IM-Gruppe.

In der Gruppe der Ultraschnell-Metabolisiererwird die Amplifikation von funktionellen Genen generell mit dem UM-Phänotyp assoziiert; es konnten aber nur bei 10-20% der phänotypischen Ultraschnell-Metabolisierern eine Genamplifikation nachgewiesen werden (Sachse et al., 1997, Griese et al., 1998, Zanger et al., 2001, Bergmann et al., 2001).

1.2.3 Das Cytochrom-P450-Enzymsystems im Kontext mit anderen Einflussfaktoren auf den Arzneimittelmetabolismus

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Der Einfluss der genetischen Variabilität auf die individuelle Wirkung eines Medikamentes umfasst sowohl die Seite der Pharmakokinetik mit den Enzymen der Biotransformation als auch die Seite der Pharmakodynamik. Das Spektrum reicht dabei von der erwünschten Wirkung eines Medikamentes bis hin zu toxischen Effekten aufgrund einer Überdosierung (Abb. 1).

Abbildung 1: Zusammenspiel pharmakokinetischer und pharmakodynamischer Strukturen als Ursachen für Variabilität in der Arzneimittelwirkung (Kirchheiner et al., Habilitationsschrift)

Neben der genetischen Variabilität existieren weitere wichtige Einflussfaktoren, die für die individuellen Unterschiede in der Arzneimittelwirkung verantwortlich sind (Tab.2).

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Tabelle 2: Individuelle Faktoren, die die Arzneimittelwirkung beeinflussen

Um eine patientenorientierte Behandlung gewährleisten zu können, müssen individuelle Faktoren wie Alter des Patienten, Gewicht, Geschlecht und Begleiterkrankungen (v.a. Leber-, Nieren- und Herzerkrankungen) berücksichtigt werden. Neben dem Lebensstil und der Ernährung können der Konsum von Alkohol und Zigaretten zu Veränderungen im Arzneimittelstoffwechsel führen. Nahrungsbestandteile wie z.B. im Grapefruitsaft enthaltende Stoffe haben eine hemmende Wirkung auf das metabolisierende P450-Enzymsystem (Ho et al., 2001). Im Rahmen von Komorbidität ist auf Arzneimittelwechselwirkungen besonders zu achten. Unterschieden werden dabei pharmakokinetische und -dynamische Arzneimittelinteraktionen. Auf der Ebene der Pharmakokinetik kommt vor allem der Enzyminduktion und -Inhibition eine wichtige Bedeutung zu, die einen großen Einfluß auf das Auftreten von unerwünschten Begleiterscheinungen und/oder eine fehlende therapeutische Effizienz zu haben scheint (Ingelman-Sundberg, 2001).

Viele Substrate sind bereits bekannt, die die Aktivität von CYP2D6, CYP2C19 und CYP2C9 induzieren oder hemmen. Eine Übersicht geben die folgenden Tabellen.

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Tabelle 3: Inhibitoren und Induktoren von CYP2D6

Nach Substanzklassen geordnete CYP2D6-Inhibitoren und -Induktoren nach Benkert und Hippius, 2003, www.http://medicine.iupui.edu/flockhart

Tabelle 4: Inhibitoren und Induktoren von CYP2C9

Nach Substanzklassen geordnete CYP2C9-Inhibitoren und -Induktoren nach http://medicine.iupui.edu/flockhart

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Tabelle 5: Inhibitoren und Induktoren von CYP2C19

Nach Substanzklassen geordnete CYP2C19-Inhibitoren und -Induktoren nach http://medicine.iupui.edu/flockhart

So kann beipielsweise ein CYP2D6-Ultraschnell-Metabolisierer aufgrund inhibitorisch wirkender Komedikation keine erhöhte Enzymaktivität aufweisen und bei einer Dosiserhöhung ebenso wie ein CYP2D6-Langsam-Metabolisierer zu einer Überdosierung neigen. Auf der anderen Seite kann die Gabe von Paroxetin an einen CYP2D6-Ultraschnell-Metabolisierer die Enzymaktivität verlangsamen bzw. normalisieren (Laine et al., 2001). Vor allem bei einer längerfristigen medikamentösen Behandlung, wie es bei der Therapie mit Antidepressiva und Neuroleptika in der Regel der Fall ist, spielen diese Faktoren eine bedeutende Rolle.

1.2.4 Das polymorphe Cytochrom (CYP) 2C9

Die Bedeutung von CYP2C9 im Arzneistoffwechsel des Menschen wurde erst relativ spät erkannt, obwohl aus In-vitro-Studien bereits zahlreiche Substrate dieses Enzyms, wie nichtsteroidale Antiphlogistika, orale Antidiabetika, orale Antikoagulantien sowie Losartan und Phenytoin bekannt waren (Miners und Birkett, 1998). Für die interindividuellen Unterschiede in der Pharmakokinetik von trizyklischen Antidepressiva spielen CYP2C9-Polymorphismen bisher nur eine untergeordnete Rolle. Der Nachweis einer Beteiligung am Abbau von Amitriptylin und Fluoxetin basiert auf In-vitro-Untersuchungen (Ghahramani et al., 1997, von Moltke et al., 1997, Ring et al., 2001). Nur geringe Unterschiede in der Kinetik von Doxepin und Trimipramin zwischen Trägern des Wildtyps (CYP2C9*1) und der Allelvariante (CYP2C9*3) zeigten In-vivo-Untersuchungen (Kirchheiner et. al., 2002, Kirchheiner et al., 2002). Es wurde kein Zusammenhang zwischen dem CYP2C9-Genotyp und der Antidepressiva-Plasmakonzentration im Rahmen eines klinisch-naturalistischen Studiendesigns gefunden(Grasmäder et al., 2004).Eine Übersicht über die von CYP2C9 verstoffwechselten Substrate gibt die Tabelle 6.

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Tabelle 6: CYP2C9-Substrate

Nach Substanzklassen geordnete CYP2C9-Substrate (Brockmöller et al., 2000; )

Die 2C-Subfamilie besteht neben dem Cytochrom-P450-Enzym 2C9 aus drei weiteren Isoenzymen (2C8, 2C18 und 2C19). Die entsprechenden Gene befinden sich auf dem Chromosom 10 in der Region 10q24.1-24.3 (Guengerich, 1995, Gray et al., 1995, Meehan et al., 1988). Trotz einer 82%-igen Übereinstimmung in ihrer Aminosäurensequenz gibt es nur wenige Überschneidungen in der Substratspezifität (Wrighton und Stevens, 1992). Mit einem 20%-igen Anteil der Subfamilie 2C am Cytochrom-P450-Gesamtgehalt der Leber (Shimada et al., 1994) trägt sie bis zu etwa 18% am Medikamentenstoffwechsel bei (Wolf und Smith, 1999). Das Enzym CYP2C9 ist primär in der Leber lokalisiert, es stellt hier mit 60% den Großteil der vier Isoenzyme (Goldstein und de Morais, 1994), in deutlich geringeren Mengen ist es im Intestinum lokalisiert (de Waziers et al., 1990). Das Hämprotein aus 480 Aminosäuren und einer Masse von ca. 52kDa (De Morais et al., 1993) besitzt zur Erkennung der zu verstoffwechselnden Substrate insgesamt sechs Substraterkennungsstellen (SRS, Sub strate re cognition sites) (Gotoh, 1992). Ein Austausch von nur einer Aminsäure in diesem Bereich kann die Affinität des Enzyms zu seinem Substrat entscheidend beeinflussen (Veronese et al., 1993). Nach Einzelfallberichten über verlängerte Tolbutamid-Halbwertszeiten (Kreeger, 1962, Bird und Schwalbe, 1965) und Intoxikationserscheinungen unter der Behandlung mit Phenytoin (Kutt et al., 1964) konnte im weiteren Verlauf das verantwortliche Enzym, CYP2C9, identifiziert werden (Relling et al., 1990). Neben dem Wildtyp (CYP2C9*1) existieren weitere Mutationen (Goldstein et al., 1994, http://www.imm.ki.se/CYPalleles/cyp2c9.htm). Davon haben sich bisher nur zwei Allelvarianten als relevant für den Arzneimittelstoffwechsel erwiesen (Veronese et al., 1993, Sullivan-Klose et al,. 1996, Bhasker et al., 1996, Inoue et al., 1997). Eine Übersicht gibt die folgende Tabelle.

Tabelle 7: CYP2C9-Allelnomenklatur

Allelnomenklatur nach http://www.imm.ki.se/CYPalleles/cyp2c9.htm, Crespi und Miller, 1997 und Haining et al., 1996

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Bei Kaukasiern kommt das Wildtyp-Allel CYP2C9*1 in einer Häufigkeit von 79-86% vor. Das Allel CYP2C9*2liegt im Bereich von 8-13% und das Allel CYP2C9*3 im Bereich von 3-9% (Sullivan-Klose et al., 1996, Bhasker et al., 1997, Stubbins et al., 1996 und Inoue et al., 1997). Es bestehen erhebliche interethnische Unterschiede hinsichtlich der Häufigkeit von CYP2C9-Polymorphismen. Die CYP2C9*3-Allelvariante weist in Abhängigkeit vom untersuchten Substrat nur eine Enzymaktivität von 10-30% im Vergleich zum Wildtyp-Enzym auf (Brockmöller et al., 2000, Kidd et al., 1999, Sullivan-Klose et al., 1996, Steward et al., 1997). Das Ausmaß der Aktivitätsminderung im Fall von CYP2C9*2 ist bisher nicht geklärt (Miners und Birkett, 1998); sie scheint laut pharmakokinetischen und In-vitro-Untersuchungen nur knapp unterhalb der Norm zu liegen (Sullivan-Klose et al., 1996, Bhasker et al., 1997). Die phänotypische Fähigkeit CYP2C9-Substrate verstoffwechseln zu können, wird durch die Kombination zweier genotypisch bestimmbarer Allele festgelegt. Der Phänotyp (EM, IM oder PM) ergibt sich aus den Kombinationen der Allele (Brockmöller et al., 2000). Eine Vorhersage der Funktionalität ist aber wesentlich unschärfer, als es bei Allelvarianten mit vollständigem Aktivitätsverlust der Fall ist.

1.2.5 Das polymorphe Cytochrom (CYP) 2C19

Ein weiteres polymorphes Enzym mit Bedeutung für die Pharmakokinetik vieler Arzneimittel ist das Cytochrom-P450-Enzym 2C19. Es verstoffwechselt neben Protonenpumpenhemmer, Benzodiazepinen und Phenytoin (Desta et al., 2002) auch einige Antidepressiva und Antipsychotika. Einen Überblick über die betreffenden Substrate gibt die folgende Tabelle.

Tabelle 8: CYP2C19-Substrate

Nach Substanzklassen geordnete CYP2C19-Substrate nach Brockmöller et al., 2000, Kirchheiner et al., 2003, http://medicine.iupui.edu/flockhart)

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Wie das CYP2C9 gehört CYP2C19 zu der Cytochrom-P450-2C-Subfamilie. Von den vier Isoenzymen weist es die geringste Konzentration in der Leber auf und besitzt nur einen Anteil von 1% an der Gesamtmenge der CYP2C-Enzyme (Goldstein und De Morais, 1994). Trotz einer 96%igen Homologie in der Aminosäurensequenz zu CYP2C9 besitzen beide Isoenzyme nur eine geringe Überschneidung hinsichtlich ihrer Substratspezifität (Wrighton und Stevens, 1992). Die Identifizierung des S-Mephenytoin-4`-Hydroxylation-Enzyms als CYP2C19 gelang erstmalig vor ca. 10 Jahren (Wrighton et al., 1993). Als einziges Isoenzym weist es eine stereoselektive Hydroxylierung von S-Mephenytoin auf (Goldstein et al., 1994). Aufgrund der unterschiedlichen Biotransformationseigenschaften des S- und R-Enantiomers (Küpfer et al., 1984, Meier et al., 1985) eignet sich S-Mephenytoin besonders gut als „probe-drug“ für CYP2C19-Phänotypisierungsuntersuchungen. Die Halbwertszeit von R-Mephenytoin ist bei Extensive-Metabolizern (EMs) 7-12-mal länger als die von S-Mephenytoin.

Dieser stereoselektive Unterschied ist bei Poor-Metabolizern (PMs) nicht vorhanden. Die Folge kann eine Akkumulation von S-Mephenytoin und anderen von CYP2C19 verstoffwechselten Substraten sein mit einer ansteigenden unerwünschten Nebenwirkungsrate (Küpfer und Preisig, 1984, Küpfer et al., 1984b). Verantwortlich für den Status des Poor-Metabolizers sind genetische Varianten, die für ein Enzym mit fehlender Aktivität kodieren. Fünfzehn verschiedene Allele sind bisher identifiziert (http://www.imm.ki.se/CYPalleles/.html), von denen die Allele CYP2C19*2, *3, *4, *5, *6, *7 und *8 keine In-vivo-Enzymaktivität besitzen. Aufgrund des seltenen Vorkommens der meisten genetischen Varianten besitzen in der kaukasischen Bevölkerung nur das CYP2C19*2-Allel (De Morais et al., 1994) und bei Asiaten zusätzlich das CYP2C19*3-Allel (De Morais, 1994b) klinische Relevanz. Die Einteilung in EMs, IMs und PMs entspricht der Anzahl der aktiven Allele (Brockmöller et al., 2000, Wedlund et al., 2000). Eine Übersicht über die beiden häufigen Mutationen gibt die Tabelle 9.

Tabelle 9: CYP2C19-Allelnomenklatur

Allelnomenklatur nach , De Morais et al., 1994

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2-5% der Kaukasier (Wilkinson et al., 1989, Alvan et al., 1990, Bertilsson et al., 1992, Xie et al., 1999) und 18-23% der Japaner (Nakamura et al., 1985, Jurima et al., 1985) weisen eine funktionelle Defizienz (PM) der S-Mephenytoin-4`-Hydroxylation auf. Die Häufigkeit des CYP2C19-PM-Phänotyps stimmt bei den Japanern über 99% mit dem Vorhandensein der beiden Allelvarianten CYP2C19*2 (homozygot: CYP2C19*2/*2) oder CYP2C19*3 (heterozygot: CYP2C19*2/*3) überein. In der kaukasischen Bevölkerung erklären sie nur ca. 88% der Poor-Metabolizer-Allele (Ferguson et al., 1998). Die Frequenz der CYP2C19*3-Variante beträgt 0,3%. Das ebenfalls seltene *4-Allel tritt mit einer Häufigkeit von 0,6% in der kaukasischen Population auf. In der Arbeit von Ferguson et al., 1998, wurde das *4-Allel bei 2 von 37 kaukasischen PMs detektiert.

Die Anwendung der Genotypisierung für CYP2C19 in der klinischen Praxis hängt vom therapeutischen und ökonomischen Nutzen ab. Sie ist gut vorstellbar bei der Behandlung mit Medikamenten mit geringer therapeutischer Breite (z.B. Antiepileptika oder Antidepressiva) und in Populationen mit einem prozentual höheren PM-Anteil (z.B. im orientalischen Raum). In einer japanischen Studie wurde eine bessere Heilungsrate (100%) für PM-Patienten mit Helicobacter pylori Infektion unter medikamentöser Therapie mit Omeprazol festgestellt. Angenommen wird dabei ein Zusammenhang zwischen der Heilungsrate und dem Plasmaspiegel von Omeprazol in Abhängigkeit vom Metabolisierungsstatus (Furuta et al., 1999).

Ebenso wurde unter Mephenytoin-Gabe eine stärkere Sedierung bei asiatischen Patienten und bei denen, die keine CYP2C19-Enzymaktivität haben, beobachtet (Küpfer et al., 1984, Setiabudy et al., 1992).

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Dosisanpassungen geben bei einigen Antidepressiva eine Reduktion von bis zu 60% für Poor-Metabolizer an (Kirchheiner et al., 2001).

1.3 Herleitung der Aufgabenstellung

Diese Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von CYP2D6-, CYP2C9- und CYP2C19-Polymorphismen auf den Erfolg und die Nebenwirkungsrate der medikamentösen Depressionsbehandlung. Zielsetzung war zu untersuchen, ob Unterschiede in der Pharmakokinetik von Antidepressiva, wie sie durch Cytochrom-P450-Enzympolymorphismen verursacht werden, unter normalen klinischen Bedingungen Auswirkungen auf den Erfolg der antidepressiven Therapie, Nebenwirkungen und den Verlauf der depressiven Erkrankung haben.

In dieser Arbeit ist

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  1. die Häufigkeitsverteilung der CYP2D6-, CYP2C9- und CYP2C19-Allele in der an Depression erkrankten Studienpopulation im Vergleich zur Normalbevölkerung,
  2. ein möglicher Zusammenhang zwischen der Art und Schwere der Depression und dem Genotyp,
  3. das therapeutische Ansprechen (Kurz- und Langzeitverlauf) der Erkrankung auf die Antidepressivabehandlung in Abhängigkeit vom Genotyp und
  4. der Einfluss des Genotyps auf das Auftreten von medikamentösen Nebenwirkungen untersucht worden.


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der Humboldt-Universität zu Berlin
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30.11.2005