Farmakogenetik og skræddersyet medicinsk behandling

Farmakogenetik har i vidt omfang været synonymt med undersøgelser af genetiske variationers betydning for omsætningen af lægemidler eller toksiske stoffer fra vores omgivelser. I takt med den øgede forståelse af den molekylære baggrund for flere og flere sygdomme, herunder ikke mindst kræftsygdommene, har begrebet udvidet sig til at favne, hvorledes viden om sygdomsfremkaldende mutationer kan bruges til at målrette patientbehandlingen. Med udgangspunkt i onkologien fokuseres der i denne statusartikel på eksempler på og muligheder for skræddersyet medicin.

Molekylærmedicin

Diagnostikken af mange sygdomme undergår i øjeblikket en revision, så den i stigende omfang beror på fund af tilgrundliggende molekylære abnormiteter snarere end morfologiske eller radiologiske kriterier eller serumanalyser. Denne udvikling har tre fordele. Dels bliver de diagnostiske kriterier entydige, dels kan sygdommene undergrupperes i henhold til deres forskellige biologi. Ligeledes bliver det muligt at rette behandlingen mod den kausale mekanisme, således at den bliver mere effektiv med færre bivirkninger. Udviklingen er tilvejebragt af molekylærbiologiske metoder, med hvilke man på kort tid kan analysere tusindvis af proteiner og meddeler-ribonukleinsyre (mRNA) samt bioinformatik. Samtidig har den farmaceutiske industri været effektiv til at udvikle en række nye specifikke farmaka. Denne udvikling er et fint eksempel på den symbiose mellem grundforskning, klinik og industri, der er nødvendig for at bringe os hurtigt fremad i retning mod nye og bedre behandlinger.

Maligne hæmatologiske lidelser

Selv om målrettede behandlinger nu anvendes ved flere solide kræftformer, findes de klareste og mest illustrative eksempler stadig inden for de maligne hæmatologiske sygdomme. Kronisk myeloid leukæmi (CML) blev oprindeligt defineret ved den karakteristiske splenomegali, leukocytose og umodne myeloide celler i blodet. I 1960 fandt man, at et af kromosomerne i CML-cellerne var forkortet, og 13 år senere fastslog man, at der var tale om en translokation, hvor en (stor) del af kromosom 22 bytter plads med en (mindre) del af kromosom ni. Translokationen fusionerer protoonkogenet og proteinkinasen ABL med den såkaldte break cluster region eller BCR og medfører udtryk af et BCR-ABL-fusionsprotein. BCR-ABL-kinasen er konstitutivt aktiv og transformerer de myeloide celler. Screening for potentielle hæmmere af ABL-tyrosin-kinasen førte til introduktionen af det første eksempel på en kausalt målrettet kræftbehandling - imatinib [1] (Figur 1 ). Daglig peroral indtagelse af imatinib er påfaldende bivirkningsfri og fører hurtigt til normalisering af de kliniske fund. Imatinib hæmmer også KIT- og PDGFA-receptorkinaserne, og stoffet blev hurtigt introduceret som den hidtil eneste effektive behandling af KIT- og PDGFA-receptorpositive gastrointestinale stromale tumorer (GIST). På grund af mutationer i det ATP-bindende område i BCR-ABL-proteinet bliver nogle patienter resistente over for imatinib. Nye anden- og tredjegenerations tyrosinkinasehæmmere er oftest effektive i disse situationer.

Fundet af BCR-ABL's essentielle betydning ved CML, der sammen med polycytæmia vera, essentiel trombocytose og myelofibrose udgør de kronisk myeloproliferative sygdomme, foranledigede en redefinition af sygdommene. Man skelner nu mellem BCR-ABL -Ph-positive kronisk myeloproliferative , dvs. kronisk myeloid leukæmi, og Ph-negative kronisk myeloproliferative sygdomme , som ikke har effekt af behandling med imatinib og beslægtede farmaka. Man har siden søgt efter den molekylære baggrund for de øvrige kronisk myeloproliferative sygdomme, og i 2005 opdagede man, at mere end 90% af patienterne med klinisk polycytaemia vera har en valin617-phenylalanin-mutation i vækstfaktor-receptorkinasen Janus 2. Hæmmere af JAK2v617f er på vej, og i lighed med CML kan dette kan betyde en afgørende forbedring af behandlingsmulighederne for disse sygdomme [2].

Solide tumorer

I modsætning til de hæmatologiske og mange pædiatriske cancere er sporadiske solide tumorer ofte karakteriseret ved multiple og variable kromosomændringer. Så selv om vi morfologisk og klinisk karakteriserer en tumor på en entydig måde, er der en stor underliggende heterogenitet, og ikke alle tumorer responderer på en given kemoterapi eller forløber som forventet.

Brystkræftområdet har på mange måder drevet udviklingen inden for målrettet behandling af solide tumorer. Det stod tidligt klart at α-østrogenreceptorer i tumorcellerne havde en vis betydning for prognosen, samt at patienter med α -receptorpositive tumorer havde gavn af antiøstrogenet tamoxifen. Tamoxifen repræsenterer således en af de første målrettede cancerbehandlinger. I 1980'erne blev fokus rettet mod nyopdagede vækstfaktorer og deres receptorer, ikke mindst den epidermale vækstfaktorreceptor (EGFR ). EGFR er i familie med HER2-, HER3- og HER4-tyrosinkinase-receptorerne, og både EGFR - og HER2 -generne er amplificerede i 20-30% af alle brystcancere. Receptorerne er transformerende, og deres ekspression er forbundet med en dårlig prognose. De var derfor attraktive mål for en specifik behandling for brystkræft. De første humaniserede monoklonale antistoffer, der var rettet mod receptorerne, kom i 1990'erne.

Trastuzumab forlænger overlevelsen hos kvinder med metastaserende brystcancer og modvirker recidiv. Ved analyse af HER2-udtrykket i tumorerne kan man udpege patienter, som kan have gavn af behandlingen. Man har samtidigt isoleret små molekyler, der hæmmer EGFR- og HER2-tyrosinkinaserne. Lapatinib tåles godt og har vist positive effekter hos kvinder med behandlingsrefraktære tumorer og hjernemetastaser. En række studier, hvor stoffet prøves i kombination med andre kemoterapeutika, er undervejs [3].

To EGFR-hæmmere gefitinib og erlotinib anvendes til behandling af ikkesmåcellet lungecancer (NSCLC) [4]. Omkring 10% af NSCLC-patienterne responderer positivt på stofferne, og tumorerne hos disse patienter udtrykker muterede og aktiverede EGFR (Figur 2 ) [5]. Tumor-DNA kan undersøges for amplifikation eller mutationer i EGFR, og man kan således udpege patienter, der måtte have gavn af EGFR-hæmmere. En række større kliniske st udier er undervejs, hvor man parallelt med en vurdering af EGFR-hæmmernes effekt på overlevelse og andre kliniske variable søger at vurdere nytten af mutationsundersøgelser.

Hvis de falder positivt ud, vil molekylær testning blive en nødvendig del af NSCLC-udredningen.

Nye små hæmmere

Ovennævnte farmaka er blot de første af mange nye små hæmmere af signaltransduktion og proliferation i solide tumorer (Tabel 1 ). Angrebspunkterne strækker sig fra inhibering af membranreceptor-tyrosinkinaser og intracellulære signalmolekyler til faktorer med betydning for cellens proteinnedbrydning og kromatinstruktur samt DNA-metylering.

Nogle af de stoffer, der er længst fremme i klinisk sammenhæng, er vatalanib og sutinib. Vatalanib hæmmer primært VEGF-receptor-tyrosinkinasen, mens sunitinib hæmmer flere forskellige kinaser heriblandt VEGF-, PDGF- og KIT-receptorerne. Stofferne inhiberer tumorvækst både direkte og indirekte via en hæmning af angiogenesen. IGF1-receptor (IGF1R)-signaleringen er også opreguleret i mange forskellige tumorformer og kan mediere resistens ved behandling med EGFR-hæmmer. Flere IGFR-hæmmere er på vej, og enkelte er i præklinisk afprøvning. Mammalian target of rapamycin (mTOR)-signalvejen ligger nedenstrøms for IGF1R og kan hæmmes med stofferne everolimus og temsirolimus. Begge stoffer har vist gavnlige effekter i fase 2- og fase 3-studier. Også intracellulære signalmolekyler har afgørende betydning for tumorvækst. Onkogenet RAS, der er aktivt i mange forskellige kræftformer, hæmmes af farnesyltransferase-inhibitorer. Af andre små molekyler kan nævnes histondeacetylase-hæmmerne, som påvirker kromatinstrukturen og DNA-metyltransferasehæmmere. To af disse (azacitidine og decitabine) er i anvendelse til behandling af myelodysplastisk syndrom.

Molekylær diagnostik og skræddersyet behandling

En af de store udfordringer ved brugen af den målrettede medicin er naturligvis at udvælge de patienter, der måtte have mest gavn af de ny farmaka. Diagnostikken bør derfor afdække hvilken signalvej, der er dysreguleret i den enkelte tumor. For tumorer med få og entydige genetiske forandringer, som man ser det ved mange hæmatologiske og pædiatriske tumorer, er det forholdsvis ligetil at påvise den sygdomsfremkaldende mutation ved f.eks. fluorescens in situ-hybridisering- eller polymerasekædereaktionsbaserede analyser. Udfordringerne er som nævnt større for mange solide tumorer. De nye globale teknologier har dog også åbnet mulighed for en langt mere dybtgående karakteristik af tumorpatologien. Microarray -analyser blev for nylig anvendt til at identificere pertuberede signalveje og sandsynliggøre at et givent farmaka havde gavnlig effekt på tumorvæksten [6, 7].

Måske står vi kun ved begyndelsen, da såkaldt deep eller nextgeneration sequencing -teknologi baner vejen for direkte sekventering af meget store dele af genomet. En sekventering af mere end 500 tyrosinkinaser fra 210 forskellige cancere har vist en overraskende stor mutationsheterogenitet imellem forskellige tumorer og påviste, at omkring 120 gener var afgørende for tumorvæksten [8]. Sekventeringsmetoden har den åbenlyse fordel, at den analyserer alle DNA-stykker individuelt, så selv om der kun er ganske få tumorceller i et vævsstykke, kan man påvise onkogene mutationer. Ligeledes er kapaciteten så stor, at man principielt kan undersøge alle onko- eller tumorsuppressorgener på en gang.

Konklusion

Individualiseret og målrettet behandling forudsætter, at nye selektive farmaka går hånd i hånd med etableringen af nye teknologier til at karakterisere patienterne og deres sygdom på molekylært niveau. Selv om man mange steder er langt med etableringen af den nødvendige infrastruktur, er vi kun nået en del af vejen. Vi ser en fremtid, hvor dele af forskellige laboratoriebaserede specialer smelter sammen og udnytter molekylærbiologien til at understøtte de kliniske beslutninger. Vi håber også, at de nye molekylære, billeddannede teknologier bliver en vigtig og integreret del af området. I den bedste af alle verdener ser vi et nært interaktivt samarbejde mellem den behandlingsansvarlige kliniker og de laboratorielæger, som udfører og udvikler den molekylært baserede diagnostik.

Niels Borregaard , Hæmatologisk Afdeling, Rigshospitalet,
DK-2100 København Ø. E-mail: borregaard@rh.regionh.dk

Antaget: 16. januar 2009

Interessekonflikter: Ingen