Aus dem Institut für Klinische Pharmakologie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Bedeutung der genetischen Polymorphismen in den Enzymen CYP2D6, CYP2C19 und CYP2C9 für Pharmakokinetik der trizyklischen Antidepressiva Doxepin und Trimipramin

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité
Universitätsmedizin Berlin

von Gunnar Müller

aus Waldshut

Abstract (ger)

Mehrere Studien wiesen eine Beteiligung der Enzyme CYP2D6, CYP2C19 und CYP2C9 am Metabolismus von trizyklischen Antidepressiva nach. Wir untersuchten die Auswirkungen genetischer Polymorphismen dieser Enzyme auf die Pharmakokinetik von E-, Z-Doxepin und Trimipramin beim Menschen. Eine einzelne orale Dosis von jeweils 75 mg Trimipramin und Doxepin wurde 42 gesunden Probanden verabreicht, die als Schnell- (EM), Intermediär- (IM) und Langsammetabolisierer (PM) von CYP2D6- und CYP2C19-Substraten und als Langsammetabolisierer mit dem CYP2C9-Genotyp *3/*3 genotypisiert worden waren. Die Substrate sowie ihre aktiven Metaboliten wurden mittels HPLC im Plasma gemessen, Daten wurden mit nonparametrischen pharmakokinetischen Methoden analysiert und statistisch ausgewertet. Die mittlere E-Doxepin-Clearance (95%-KI) betrug 406 (390-445), 247 (241-271) and 127 (124-139) l/h bei CYP2D6-EMs, -IMs und –PMs und war auch bei Trägern des CYP2C9*3/*3-Genotyps signifikant niedriger (238 l/h). CYP2C19 beeinflusste die orale Clearance von Z-Doxepin um das 2,5-fache (73 l/h in CYP2C19-PMs verglichen mit 191 l/h bei EMs). Die AUC (0-48h) des aktiven Metaboliten Desmethyldoxepin war vom CYP2D6-Genotyp abhängig mit einem Median von 5,28, 1,35 und 1,28 nmol/l*h bei CYP2D6-PMs, -IMs und –EMs. Die mittlere orale Trimipramin-Clearance betrug 276 l/h (180-444) in der Referenzgruppe aber nur 36 l/h (24-48) bei CYP2D6-PMs. Die AUC von Desmethyltrimipramin war 40-fach höher bei CYP2D6-PMs als bei EMs (1,7 verglichen mit 0,04 mg/l*h bei EMs), aber unter der Nachweisgrenze bei den meisten Probanden mit CYP2C19- oder CYP2C9-Defizienz. Der CYP2D6-Polymorphismus wies eine starke Auswirkung auf die Pharmakokinetik von E-Doxepin und Trimipramin sowie eine ausgeprägte Stereoselektivität bei der Biotransformation von Doxepin auf. CYP2D6-PMs sind möglicherweise einem erhöhten Risiko für unerwünschte Nebenwirkungen ausgesetzt bei der Behandlung mit den empfohlenen Dosen dieser Antidepressiva.

Eigene Schlagworte: CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, Doxepin, Trimipramin, Genetischer Polymorphismus, Pharmakokinetik

Abstract (eng)

Several studies have demonstrated involvement of the enzymes CYP2D6, CYP2C19 and CYP2C9 in the metabolism of tricyclic antidepressants. We studied the effects of genetic polymorphisms in these enzymes on E-,Z-doxepin and trimipramine pharmacokinetics in humans. A single orale dose of each 75 mg timipramine and doxepin was given to 42 healthy volunteers genotyped as extensive (EM), intermediate (IM) and poor (PM) metabolizers of substrates of CYP2D6 and of CYP2C19 and as slow metabolizers with the CYP2C9 genotype *3/*3. E-,Z-doxepin and -desmethyldoxepin as well as trimipramine and desmethyltrimipramine were quantified in plasma by HPLC. Data were analyzed by non-parametric pharmacokinetics and statistics. Mean E-doxepin clearance (95% confidence interval) was 406 (390-445), 247 (241-271) and 127 (124-139) l/h in EMs, IMs and PMs of CYP2D6 and was also significantly lower in carriers of CYP2C9*3/*3 (238 l/h). CYP2C19 was involved in Z-doxepin metabolism with 2.5-fold differences in oral clearances (73 l/h in CYP2C19 PMs compared with 191 l/h in EMs). The AUC (0-48 h) of the active metabolite desmethyldoxepin was dependent on CYP2D6 genotype with a median of 5.28, 1.35 and 1.28 nmol/l*h in PMs, IMs and EMs of CYP2D6. The genetically polymorphic enzymes exhibited highly stereoselective effects on doxepin biotransformation in humans. The median oral clearance of trimipramine was 276 l/h (180-444) in the reference group but only 36 l/h (24-48) in CYP2D6-PMs. The AUC of desmethyltrimipramine was 40-fold greater in CYP2D6 PMs than in the reference group (1.7 vs. 0.04 mg/l*h in EMs), but below the quantification limit in most carriers of deficiencies of CYP2C19 or CYP2C9. The CYP2D6 polymorphism had a strong impact on E-doxepin and trimipramine pharmacokinetics and CYP2D6-PMs might be at an elevated risk for adverse drug effects when treated with common recommended doses of these antidepressants.

Keywords: CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19, doxepine, trimipramine, genetic polymorhisms, pharmacokinetics

Gutachter:
1. Priv.-Doz. Dr. med. J. Kirchheiner
2. Priv.-Doz. Dr. med. A. Ströhl
3. Priv.-Doz. Dr. med. Chr. Meisel

Datum der Promotion: 21.11.2005

Widmung:

Meinen Eltern Heide und Gerhard Müller

Inhaltsverzeichnis

• 1 EINLEITUNG
  • 1.1 Trizyklische Antidepressiva
    • 1.1.1 Einführung und Bedeutung der trizyklischen Antidepressiva
    • 1.1.2 Wirkungsweise und Indikation von trizyklischen Antidepressiva
      • 1.1.2.1 Wirkungsweise und Indikation von Doxepin
      • 1.1.2.2 Wirkungsweise und Indikation von Trimipramin
    • 1.1.3 Nebenwirkungen von Doxepin
    • 1.1.4 Nebenwirkungen von Trimipramin
    • 1.1.5 Pharmakokinetik von Doxepin
    • 1.1.6 Pharmakokinetik von Trimipramin
  • 1.2 Das Cytochrom P-450-Enzymsystem
  • 1.3 Das Enzym Cytochrom P-450-2D6
    • 1.3.1 Das Cytochrom P-450-2D6 und seine Funktion im Arzneistoffwechsel
    • 1.3.2 Genetische Polymorphismen von Cytochrom P-450-2D6
  • 1.4 Das Enzym Cytochrom P-450-2C9
    • 1.4.1  Das Cytochrom P-450-2C9 und seine Funktion im Arzneistoffwechsel
    • 1.4.2 Genetische Polymorphismen von Cytochrom P450-2C9
  • 1.5 Das Enzym Cytochrom P-450-2C19
    • 1.5.1 Das Cytochrom P-450-2C19 und seine Funktion im Arzneistoffwechsel
    • 1.5.2 Genetische Polymorphismen von Cytochrom P450-2C19
  • 1.6  Herleitung der Aufgabenstellung
• 2 MATERIALIEN UND METHODEN
  • 2.1 Probandenrekrutierung und Studiendurchführung
    • 2.1.1 Studiendesign
    • 2.1.2 Probandenauswahl und Einschlusskriterien
    • 2.1.3 Ausschlusskriterien
    • 2.1.4 Art und Dosis der verwendeten Arzneimittel
    • 2.1.5 Diätetische Maßnahmen
    • 2.1.6 Überprüfung der Probandencompliance und Vorsichtsmaßnahmen
    • 2.1.7 Studienablauf
    • 2.1.8 Erfassung von Nebenwirkungen
    • 2.1.9 Dokumentation der Studie
    • 2.1.10 Datenschutz und Vertraulichkeit der Daten
    • 2.1.11 Fehlerminimierung
    • 2.1.12 Versicherungsschutz
    • 2.1.13 Weiterverarbeitung und Aufarbeitung der Proben zur Messung der Medikamentenplasmakonzentration
  • 2.2 Genotypisierung
    • 2.2.1 Erythrozytenlyse
    • 2.2.2 DNA-Extraktion
    • 2.2.3 Polymerase-Kettenreaktion (PCR)
    • 2.2.4 Restriktionsfragmentlängenpolymorphismen (RFLP)
    • 2.2.5 Bestimmung des Cyp2D6-Allels durch PCR-RFLP-Tests
    • 2.2.6 Bestimmung des CYP2C9-Allels durch PCR-RFLP-Tests
    • 2.2.7 Bestimmung des CYP2C19-Allels durch PCR-RFLP-Tests
  • 2.3 Bestimmung von Medikamentenkonzentrationen mittels HPLC-Analyse
    • 2.3.1 Prinzip der Bestimmung von Medikamentenkonzentrationen mittels HPLC-Analyse
      • 2.3.1.1 Extraktion
      • 2.3.1.2 Konzentrationsbestimmung
      • 2.3.1.3 Durchführung der HPLC
      • 2.3.1.4 Statistische Qualitätskontrolle der Analyseergebnisse
    • 2.3.2 HPLC von Doxepin und N-Desmethyldoxepin
      • 2.3.2.1 Durchführung der HPLC von Doxepin und N-Desmethyldoxepin
      • 2.3.2.2 Kalibrierstandards und statistische Qualitätskontrolle für Doxepin und N-Desmethyldoxepin
    • 2.3.3 HPLC der E- und Z-Isomere von Doxepin
      • 2.3.3.1 Durchführung der HPLC der E- und Z-Isomere von Doxepin
      • 2.3.3.2 Kalibrierstandards und statistische Qualitätskontrolle der E- und Z-Isomere von Doxepin
    • 2.3.4 HPLC von razemischen Trimipramin
      • 2.3.4.1 Durchführung der HPLC von razemischen Trimipramin und N-Desmethyltrimipramin
      • 2.3.4.2 Kalibrierstandards und statistische Qualitätskontrolle von Trimipramin und N-Desmethyltrimipramin
  • 2.4 Analyse der Messdaten und Statistik
    • 2.4.1 Pharmakokinetische Begriffe und Parameter
    • 2.4.2 Analyse der Messdaten
    • 2.4.3  Statistik
• 3 ERGEBNISSE
  • 3.1 Ergebnisse für Doxepin
    • 3.1.1 Pharmakokinetik von Doxepin und N-Desmethyldoxepin in Abhängigkeit vom Genotyp
    • 3.1.2 Pharmakokinetik der E- und Z-Isomere von Doxepin in Abhängigkeit vom Genotyp
  • 3.2 Ergebnisse für Trimipramin
    • 3.2.1 Pharmakokinetik von Trimipramin in Abhängigkeit vom Genotyp
    • 3.2.2 Pharmakokinetik von N-Desmethyltrimipramin in Abhängigkeit vom Genotyp
• 4 DISKUSSION
  • 4.1 Diskussion der Doxepinergebnisse
    • 4.1.1 Auswirkungen des CYP2D6-Polymorphismus auf den Metabolismus von Doxepin
    • 4.1.2 Auswirkungen der CYP2C19- und CYP2C9-Polymorphismen auf den Metabolismus von Doxepin
    • 4.1.3 Vergleich der gefundenen Daten mit anderen In-vivo- und In-vitro-Studien
  • 4.2 Diskussion der Trimipraminergebnisse
    • 4.2.1 Auswirkungen des CYP2D6-Polymorphismus auf den Trimipraminmetabolismus
    • 4.2.2 Auswirkungen der CYP2C19- und CYP2C9-Polymorphismen auf den Trimipraminmetabolismus
  • 4.3 Klinischer Bezug der Ergebnisse
    • 4.3.1 Individualisierung der antidepressiven Pharmakotherapie
    • 4.3.2 Genotypabhängige Dosisanpassungen für Doxepin und Trimipramin
      • 4.3.2.1  Voraussetzungen für eine Dosisanpassung
      • 4.3.2.2 Berechnung der adaptierten Dosen
      • 4.3.2.3 Erläuterungen zur Berechnung von Dosisanpassungen
  • 4.4 Zusammenfassung und Ausblick
• Abkürzungen
• Literaturverzeichnis
• Erklärung an Eides Statt
• Publikationsliste

Tabellen

• Tabelle 1: Nach Substanzklassen geordnete Substrate von CYP2D6 (nach Brockmöller et al., 2000; http://medicine.iupui.edu.flockhart/)
• Tabelle 2: nach Substanzklassen geordnete Substrate von CYP2C9 (nach Brockmöller et al., 2000; http://medicine.iupui.edu/flockhart/).
• Tabelle 3: Prozentuale Anteile des CYP2C9-Genotyps in einzelnen ethnischen Populationen (nach Lee et al., 2002)
• Tabelle 4: nach Substanzklassen geordnete Substrate von CYP2C19 (nach Brockmöller et al., 2000; http://medicine.iupui.edu/flockhart/)
• Tabelle 5: Genotyp und demografische Daten der Studienteilnehmer
• Tabelle 6: Körperliche Erkrankungen und weitere Ausschlusskriterien
• Tabelle 7: Zusammensetzung der Mastermixe für die einzelnen PCR-RFLP-Reaktionen (nach Sachse et al., 1997)
• Tabelle 8: Design der PCR-RFLP-Tests für CYP2D6-Mutationen (nach Sachse et al., 1997)
• Tabelle 9: Durchführung und Ergebnisse von PCR-RFLP und Gelelektrophorese
• Tabelle 10: Durchführung und Ergebnisse von PCR-RFLP und Gelelektrophorese von CYP2C19
• Tabelle 11: Pharmakokinetische Daten für Doxepin und N-Desmethyldoxepin nach Genotypen geordnet (Mediane mit Konfidenzintervall in Klammern)
• Tabelle 12: Pharmakokinetische Daten der E- und Z-Isomere von Doxepin nach Genotypen geordnet
• Tabelle 13: nonparametrische pharmakokinetische und statistische Analyse von Trimipramin, nach Genotypen geordnet
• Tabelle 14: Nonparametrische pharmakokinetische und statistische Analyse von N-Desmethyltrimipramin sowie die Summe beider aktiver Substanzen nach Genotypen geordnet
• Tabelle 15: Dosisempfehlungen für Doxepin und Trimipramin in Abhängigkeit von CYP2D6-Genotyp

Bilder

• Abbildung 1: Strukturformel der trizyklischen Antidepressiva Amitriptylin, Imipramin, Doxepin und Trimipramin
• Abbildung 2: stereospezifische Abbauwege von Doxepin und beteiligte Enzyme (nach Haritos et al., 2000)
• Abbildung 3: Abbauwege von Trmipramin und beteiligte Enzyme (nach Eap et al., 2000)
• Abbildung 4: Dosisanpassungen von trizyklischen Antidepressiva in Abhängigkeit vom CYP2D6-Genotyp. Die Empfehlungen werden als Prozentwert der vom Hersteller empfohlenen Dosis angegeben (nach Kirchheiner et al., 2004).
• Abbildung 5: Dosisanpassungen von trizyklischen Antidepressiva in Abhängigkeit vom CYP2C19-Genotyp. Die Empfehlungen werden als Prozentwert der vom Hersteller empfohlenen Dosis angegeben (nach Kirchheiner et al., 2004).
• Abbildung 6: Amplifizierung einer spezifischen DNA-Sequenz durch die Polymerase-Kettenreaktion
• Abbildung 7: AUCs_0-48h von N-Desmethyldoxepin in Bezug auf die untersuchten Genotypen der Cytochrom-Enzyme
• Abbildung 8: Orale Clearances von E- und Z-Doxepin in Abhängigkeit vom CYP2D6-, CYP2C9- und CYP2C19-Genotyp)
• Abbildung 9: Individuelle orale Clearances von Trimipramin, geordnet nach dem CYP-Genotyp.
• Abbildung 10: Aus den Mittelwerten berechnete Zeit-Konzentrations-Kurven von Trimipramin, nach dem CYP-Genotyp geordnet. Als Y-Fehlerindikator ist die Standardabweichung eingezeichnet.
• Abbildung 10: Konzentrations-Zeit-Kurven von N-Desmethyltrimipramin, geordnet nach dem CYP-Genotyp