Pharmacogenetics of Adverse Effects in Clozapine Treatment

Abstract

Tausta ja tavoitteet. Klotsapiinia pidetään tällä hetkellä tehokkaimpana antipsykoottisena lääkkeenä. Haittavaikutukset rajoittavat kuitenkin sen käyttöä. Sedaatio on yleisin haittavaikutus ja syy klotsapiinihoidon keskeyttämiselle. Klotsapiinin aiheuttama syljenerityksen lisääntyminen on toiseksi yleisin kiusallinen haittavaikutus, jota voi ilmetä etenkin öisin. Ummetus ja suolen toiminnan hitaus ovat myös yleisiä, ja nämä voivat johtaa pahimmillaan vaikeisiin komplikaatioihin kuten suolitukokseen. Annosvakioiduissa klotsapiinin ja norklotsapiinin seerumin pitoisuuksissa on vaihtelua potilaiden välillä johtuen geneettisistä ja ympäristövaikutteisista syistä. Korkeammat klotsapiinipitoisuudet ovat kaiken kaikkiaan yhteydessä haittaoireiden lisääntymiseen ja kouristusriskiin. Farmakogeneettisen tiedon avulla voidaan mahdollisesti ennustaa tulevaisuudessa lääkehoidon haittavaikutuksia ja tämä tieto voi myös auttaa haittavaikutusten mekanismien tunnistamisessa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutkia, ovatko 1) syljenerityksen lisääntyminen, 2) sedaatio, 3) ummetus ja muut antikolinergiset oireet ja 4) klotsapiini- ja norklotsapiinipitoisuudet, pitoisuusannossuhde tai klotsapiiniannos yhteydessä yhden nukleotidin polymorfismeihin (single nucleotide polymorphism, SNP) geeneissä, jotka liittyvät haittavaikutusten farmakologisiin mekanismeihin.

Aineisto ja menetelmät. Yhteensä 237 suomalaista skitsofreniaa sairastavaa potilasta, joilla oli käytössä klotsapiinilääkitys, osallistui tutkimukseen. Potilaat täyttivät arviointiasteikon haittaoireiden voimakkuuksien arvioimiseksi (Liverpool University Neuroleptic Side Effect Rating Scale, LUNSERS). Verinäytteistä määritettiin klotsapiini- ja norklotsapiinipitoisuudet sekä potilaiden genotyypit. SNP:t analysoitiin kolmella periytyvyysmallilla (additiivinen, resessiivinen ja dominantti) erikseen ja ryhmissä muodostaen painotettuja geneettisiä riskipisteytyksiä (weighted genetic risk score, GRS). GRS:ien nollajakauman arvioimiseksi ja GRS-tulosten validoimiseksi käytettiin permutaatiotestausta.

Tulokset. Adrenoseptori alfa-2a -geenin (ADR2A) rs1800544 oli yhteydessä lisääntyneeseen syljeneritykseen. Kahdeksan SNP:ia histamiini-N-metyylitransferaasigeenissä (HNMT), jotka olivat voimakkaassa kytkentäepätasapainossa keskenään (LD, r2=1), olivat yhteydessä sedaatioon. Antikolinergisten oireiden ja kolinergisen muskariinisen M3 -geenin (CHRM3) rs685548:n välillä ja kahden GRS:n välillä löytyi assosiaatiot. Kahdessa GRS:ssä oli SNP:ejä seuraavista geeneistä: serotoniinireseptori 5-HT4 ja 5-HT7 (HTR4, HTR7), tryptofaanihydroksylaasi 1 (TPH1), CHRM2 ja CHRM3, ATP binding cassette subfamily B member 1 (ABCB1) ja opioidireseptori μ1 (OPRM1). Assosiaatioita klotsapiinin farmakokineetisen vaihtelun tai klotsapiiniannoksen ja tutkittujen SNP:ien sytokromi P450 geeneistä, ABCB1-geenistä ja ATP binding cassette subfamily G member 2 (ABCG2) -geenistä välillä ei löytynyt. 4 SNP:n GRS oli trenditasolla yhteydessä sedaation määrän vaihteluun ja havaittiin myös trendi 5 SNP:n GRS:n yhteydestä siihen, oliko potilaalla käytössä matalampi (100-300mg) vai korkeampi (350-800mg) annos klotsapiinia, mikä voi liittyä vaihteluun hoitovasteen saavuttamisessa.

Johtopäätökset. Tutkimuksessa löydettiin assosiaatioita klotsapiinin aiheuttaman syljenerityksen lisääntymisen, sedaation ja antikolinergisten oireiden ja tutkittujen geneettisten polymorfismien välillä. Löydettyjä markkereita ei voida suoraan soveltaa työkaluina kliinisessä työssä, mutta yhdistettynä mahdollisiin tuleviin löydöksiin näitä työkaluja on mahdollista kehittää. Farmakogenetiikalla ja farmakogenomiikalla tulee olemaan tulevaisuudessa tärkeä rooli lääketurvallisuuden ja hoitomyöntyvyyden edistämisessä estäen mahdollisia vakavia komplikaatioita.

Background and aims. Clozapine is currently regarded as the most efficient antipsychotic drug for patients with schizophrenia, but its adverse effects limit its use. Sedation is the most common adverse effect and leading reason for discontinuing clozapine. Clozapine-induced sialorrhea (CIS) is the second most common adverse effect, which may be bothersome, especially at night-time. Constipation and gastrointestinal hypomotility are also common, and may lead to severe, even life-threatening complications such as ileus. The dose-standardized concentrations of clozapine and norclozapine vary between patients due to environmental and genetic reasons. Higher concentrations are associated with a higher burden of adverse effects and especially the risk of seizures. With the aid of pharmacogenetic information adverse effects could be predicted in the future. Pharmacogenetic findings could possibly also lead to better understanding of the mechanisms behind the adverse effects. The aims of this study were to study if 1) sialorrhea, 2) sedation, 3) constipation and other anticholinergic symptoms and 4) clozapine and norclozapine concentrations, concentration/dose-ratio or clozapine dose are associated with single nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes related to the pharmacological mechanisms of the adverse effect.

Material and methods. A total of 237 Finnish clozapine-treated patients with schizophrenia participated in the study. Patients completed the Liverpool University Neuroleptic Side Effect Rating Scale (LUNSERS). Blood samples were taken, from which clozapine and norclozapine concentrations were analysed and patients genotyped. SNPs were analysed in three heritability models (additive, recessive and dominant) separately and in groups forming weighted genetic risk scores (GRSs). Permutation tests were performed for estimating the null distribution of the GRSs and for validating the GRS results.

Results. Adrenoceptor alpha-2a gene (ADRA2A) rs1800544 was associated with CIS. Eight SNPs in high linkage disequilibrium (LD, r2 = 1) in the histamine N-methyltransferase (HNMT) gene were associated with sedation. Anticholinergic symptoms were associated with cholinergic muscarinic receptor 3 gene (CHRM3) rs685548 and two GRSs with SNPs from 5-hydroxytryptamine (serotonin) receptor 5-HT4 and 5-HT7 genes (HTR4, HTR7), tryptophan hydroxylase 1 gene (TPH1), cholinergic muscarinic receptor M2 and M3 genes (CHRM2 and CHRM3, ATP binding cassette subfamily B member 1 gene (ABCB1) and opioid receptor μ1 gene (OPRM1). No associations were found between studied SNPs from cytochrome P450 enzyme genes, ABCB1 gene and ATP binding cassette subfamily G member 2 gene (ABCG2) and variations in clozapine pharmacokinetics or clozapine dose. A trend-level association between a GRS of 4 SNPs and the sedation factor score (p=0.066) was observed. A GRS of 5 SNPs also predicted on a trend-level whether the patient received a lower (100-300mg) or higher (350-800mg) dose of clozapine (p=0.074). This might be related to variation in treatment response.

Conclusions. Associations were found between CIS, sedation and anticholinergic symptoms and the genetic polymorphisms studied. The findings in this study are not directly applicable into tools for clinical use, but in combination with other findings in the future could aid in the development of such tools. Pharmacogenetics and pharmacogenomics have an important role in promoting drug safety and better adherence to drug therapy, possibly preventing severe complications.