Cytochrom P450 (CYP) được xem là họ enzym gồm các protein có chứa một đồng yếu tố hem do đó còn gọi là hemoprotein. Những enzym này đóng vai trò chính trong DĐH và đáp ứng thuốc do tham gia vào quá trình chuyển hóa hầu hết các loại thuốc sử dụng trên lâm sàng (70-80%). Các dạng biểu hiện cao nhất ở gan là CYP 3A4, 2C9, 2C8, 2E1 và 1A2; ít hơn là 2A6, 2D6, 2B6, 2C19 và 3A5 và 2J2, 1A1, 1B1 chủ yếu được biểu hiện ngoài gan [147]. Gen mã hóa cho enzym P450 được chỉ định với chữ viết tắt CYP, theo sau bởi một số thứ tự Ả-rập chỉ họ gen, một chữ cái viết hoa chỉ họ phụ và 1 số Ả-rập chỉ một gen đặc biệt. Thông thường được in nghiêng để chú thích cho gen, ví dụ CYP2E1, CYP3A5, CYP2C9 [82].
Ở người có 18 họ gen cytochrom P450 và 43 họ phụ liên quan đến chuyển hóa các xenobiotic (những hóa chất nguồn gốc bên ngoài hoặc thuốc), đặc biệt là những loại thuốc thân dầu và những phản ứng khác. Nhiều loại thuốc có thể làm tăng (cảm ứng) hoặc giảm (ức chế) tác động của các CYP khác nhau, đây là nguyên nhân chính dẫn đến các tương tác thuốc bất lợi [39].
Bên cạnh đó, sự biến đổi gen cao của CYP gây ảnh hưởng đến DĐH và DLH của thuốc nên hoạt tính dược học của thuốc cần được xác định theo tính đa hình của kiểu gen CYP [77], [110]. Tính đa hình gen ảnh hưởng đến chức năng hoạt động của một số CYP đã được phát hiện trong những năm gần đây (CYP2A6, CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 và CYP3A4/5). Ít nhất có khoảng 25 loại thuốc trong thông tin kê đơn được phê chuẩn có chứa thông tin dược động học liên quan đến enzym CYP và kiểu gen CYP450 [41]. Từ năm 1945 đến 2005, có 121 thuốc có liên quan đặc biệt đến dược lý di truyền, trong đó có 69 thuốc chịu sự ảnh hưởng của tính đa hình CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 và CYP3A4/5 [41].
CYP3A4/5 (30.2%) Cảm ứng Đa hình di truyền (↓) CYP1A2 (8.9%) Cảm ứng (↑) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2A6 (3.6%) Cảm ứng (↑) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2J2 (3%) Đa hình di truyền (↓) CYP2B6 (7.2%) Cảm ứng (↑) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2E1 (3%) Cảm ứng (↑) Đa hình di truyền (↓) CYP2C8 (4.7%) Cảm ứng (↑) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2D6 (20%) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2C19 (6.8%) Đa hình di truyền (↓/↑) CYP2C9 (12.8%) Cảm ứng Đa hình di truyền (↓)
Biểu đồ 1.1. Phân bố các dạng đồng phân CYP và các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi hoạt tính CYP
“Nguồn: Zanger U M, 2013 [147]”
Các đa hình gen của CYP2D6, 2C19, 2C9, 2B6, 3A5 và 2A6 phân bố khác biệt tùy từng sắc tộc, đóng vai trò chính đối với chức năng của CYP và dẫn đến các kiểu hình khác biệt trên lâm sàng, các kiểu hình này bao gồm loại kiểu hình chuyển hóa kém (poor metabolizers - PM), loại kiểu hình chuyển hóa trung gian (intermediate metabolizers - IM), loại kiểu hình chuyển hóa bình thường (extensive metabolizers - EM) và loại kiểu hình chuyển hóa cực nhanh (ultrafast metabolizers - UM) [82], [147]. Ví dụ, cùng liều thuốc điều trị thông thường, những BN thuộc nhóm chuyển hóa bình thường (EM) có đáp ứng điều trị tốt, nhóm BN này thường được hiểu kiểu đa hình của alen đầu tiên (alen nguyên thủy – wild-type, kí hiệu wt hay *1) của từng họ phụ enzym ví dụ CYP2D6*1, CYP2C9*1, CYP2C19*1, CYP3A4*1 và CYP3A5*1; các dạng kiểu hình khác bao gồm nhóm BN chuyển hóa nhanh (UM) thường không đáp ứng điều trị hoặc có thể tăng chuyển hóa thành dạng độc tính; nhóm BN chuyển hóa trung gian (IM) cần phải giảm liều vì tăng nồng độ thuốc trong trị liệu; nhóm bệnh nhân chuyển hóa kém (PM) có khả năng làm tăng
xuất hiện tác động bất lợi. Do đó trong điều trị cần điều chỉnh liều lượng phù hợp trên từng cá thể có kiểu gen/kiểu hình CYP khác nhau, đặc biệt những thuốc có khoảng điều trị hẹp. Đối với các CYP này, bằng chứng về ý nghĩa lâm sàng liên quan đến tác động bất lợi của thuốc, hiệu quả của thuốc và hiệu chỉnh liều ngày càng được nghiên cứu rộng rãi [79], [110].
Bảng 1.3 Tính đa hình của CYP450, kiểu hình và ảnh hưởng trên lâm sàng
Loại alen đột biến - CYP2C19*17/*17, *1/*17 - CYP2D6 *1/*1xN, *1/*2xN, *2/*2xN - CYP2C9*1/*1 - CYP2D6*1 (*1/*1, *1/*2, *1/*4, *1/*5, *1/*9, *1/*41, *2/*2,*41/*41) - CYP2C9 *1/*2, *1/*3, *2/*17 - CYP2D6 *4/*10, *4/*41, *5/*9 - CYP2C9*2/*2, *2/*3, *3/*3 - CYP2D6 *3/*4, *4/*4, *5/*5, *5/*6
“Nguồn: Lopez-Garcia M A, 2014 [76] và Zanger U M, 2013 [147]” 1.2.2. CYP3A và các kiểu hình của CYP3A
Ở người, phân họ CYP3A đóng vai trò chủ đạo trong chuyển hóa của nhiều loại thuốc hơn bất kỳ enzym chuyển hóa thuốc nào khác. Biểu hiện hoạt tính của CYP3A thay đổi lên đến 40 lần và dẫn đến sự thay đổi trong chuyển hóa thuốc giữa các cá thể, trong đó khoảng 90% sự khác biệt của hoạt tính CYP3A ở gan là do đột
biến đơn nucleotid. Đây là dạng biến đổi di truyền phổ biến nhất trong các gen CYP3A [69], [82].
CYP3A là một đoạn gen khoảng 231 kb trên nhiễm sắc thể 7q22.1, bao gồm các đoạn gen mã hóa CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7 và CYP3A43. Hoạt tính CYP3A là tổng hợp của ít nhất ba isoenzym CYP3A: CYP3A4, CYP3A5, CYP3A7 [59], [69], [141]. So với những enzym khác trong phân họ CYP3A, CYP3A4/5 đóng vai trò quan trọng trong chuyển hóa thuốc. CYP3A4 và CYP3A5 hiện diện nhiều nhất tại gan và ruột non, ngoài ra CYP3A5 còn có ở thận. CYP3A5 có trình tự gen tương tự CYP3A4 khoảng 90% và cùng có tác động lên các cơ chất giống nhau [69]. CYP3A4/5 đại diện cho hầu hết các protein CYP3A ở người, do đó góp phần đáng kể và có ý nghĩa vào sự chuyển hóa qua gan lần đầu của thuốc theo đường uống [33], [59].
CYP3A4 và CYP3A5 có liên quan đến chuyển hóa hơn 50% thuốc chống động kinh, cũng như các thuốc khác như steroid, kháng sinh, thuốc chống trầm cảm. Các cơ chất được chuyển hoá qua CYP3A có sự khác biệt rất lớn về độ thanh thải theo tính đa hình gen mã hóa các CYP [76]. Điều này giải thích sự khác biệt về hiệu quả và độc tính của thuốc trong điều trị [76], [147].
Bảng 1.4. Các alen đột biến và hoạt tính của CYP3A4, CYP3A5
Loại isoenzym
CYP3A4
CYP3A5
Mặc dù CYP3A4 có nhiều loại đột biến, nhưng tỷ lệ xuất hiện rất hiếm (khoảng 5%, dạng dị hợp tử) đồng thời không là nguyên nhân chính của sự khác biệt về độ thanh thải phụ giữa các cá thể với kiểu gen/kiểu hình của CYP3A4 [69]. Sự thay đổi hoạt tính của CYP3A4 còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác như môi trường, thực phẩm, thuốc lá và các loại thuốc khác [19].
Tỷ lệ mang alen bình thường CYP3A4*1 chiếm phổ biến nhất trong dân số Hy Lạp (khoảng 94,35%), Anh (94%), Hà Lan (91,7%), Pháp (82%). Biến thể phổ biến nhất là CYP3A4*1B, đây là biến thể duy nhất được phát hiện ở dân số Amerindians (Mexico) với tần suất 0,08%, tương tự ở Mexico Mestizos là 0,088% và người Mỹ gốc Tây Ban Nha khoảng 0,093-0,11% [76]. Các nghiên cứu cho thấy có rất ít ảnh hưởng của CYP3A4*1B với sự thay đổi hoạt tính trong chuyển hóa cơ chất của CYP3A4 [69], [151].
Bảng 1.5. Một số dạng alen đột biến của gen mã hóa CYP3A4 trên các sắc tộc
Loại alen CYP3A4*1B CYP3A4*2 CYP3A4*6 CYP3A4*16B CYP3A4*18A CYP3A4*18B
“Nguồn: Lamba J K, 2002 [69] và Lopez-Garcia M A, 2014 [76]” Nghiên cứu về các dạng đột biến của CYP3A5 được công bố nhiều nhất. Có khoảng 20% số người biểu hiện dạng đột biến của CYP3A5 và có sự khác biệt rất lớn về tần suất đột biến CYP3A5 giữa các chủng tộc [11], [77]. Isoenzym CYP3A5
hiện diện ít nhất 50% trong tổng số CYP3A, tương ứng với kiểu gen bình thường (CYP3A5*1) hiện diện khoảng 30% ở người da trắng, Nhật Bản và Mexico; 40% ở người Trung Quốc và 60% ở người Mỹ gốc Phi, Đông Nam Á, Thái Bình Dương, và Tây Nam Mỹ Ấn Độ [151].
Đột biến CYP3A5*3 là nguyên nhân chính về biểu hiện đa hình và làm giảm hoạt tính của CYP3A5, mặc dù một số biến thể của CYP3A5 khác đã được mô tả tuy nhiên tần suất rất thấp và ý nghĩa về mặt chức năng chưa rõ [69]. Tỷ lệ xuất hiện đột biến alen CYP3A5*3 thay đổi từ khoảng 50% ở người Mỹ gốc Phi đến khoảng 90%
ởngười da trắng. Tần suất mang kiểu gen của CYP3A5*3 thấp nhất trong các quần thể châu Phi cận Sahara (khoảng 25%) và ở người da đen; Tỷ lệ này cao nhất (trên 95%) ở một số vùng của châu Âu [76], [82], [151].
Bảng 1.6. Tỷ lệ alen đột biến của CYP3A5 trên các sắc dân khác nhau STT Cỡ mẫu Da trắng 1 54 2 1000 3 862 4 48 Người Mỹ gốc Phi 5 40 Châu Phi 6 48 Châu Á 7 48 Nhật Bản 8 530 9 374 10 400 Trung Quốc 11 216 12 220 Ấn Độ 13 180 Malaysia 14 196 (-): không có dữ liệu “Nguồn: Daly A K, 2006 [33]”
1.2.3. CYP2C và các kiểu hình của CYP2C
Phân họ CYP2C của người bao gồm bốn gen tương đồng CYP2C18-CYP2C19-CYP2C9-CYP2C8 được định vị theo thứ tự ở đoạn gen khoảng 390 kb nằm trên nhiễm sắc thể 10q23.3 [59], [151].
Trong phân họ CYP2C, mặc dù CYP2C18 có biểu hiện cao ở gan nhưng không có đóng góp đáng kể cho chuyển hóa thuốc. Trong khi đó, CYP2C9 là thành viên biểu hiện gen cao nhất, tương tự hoặc thậm chí cao hơn so với CYP3A4, trong khi CYP2C8 và CYP2C19 được biểu hiện ở mức thấp hơn 2 lần và 10 lần [151]. CYP2C9 chiếm tỷ lệ lớn và phức tạp, isoenzym này và các đột biến chiếm tỷ lệ khoảng 20% trong nhóm CYP450. Gen CYP2C9 nằm trên cánh dài của nhiễm sắc thể thứ 10, CYP2C9 tham gia chuyển hóa các thuốc như: thuốc kháng đông, sulfonylurea, chẹn thụ thể angiotensin II, NSAID, thuốc chống động kinh phenytoin và acid valproic [76], [82].
CYP2C9 có độ đa hình cao, những biến đổi di truyền trên gen CYP2C9 có thể làm tăng hoạt tính chuyển hoá các cơ chất của CYP2C9, làm giảm nồng độ thuốc gây giảm hiệu quả và thất bại điều trị. Ngược lại, những biến đổi di truyền này cũng có thể làm giảm chuyển hóa hoặc không chuyển hóa thuốc dẫn đến độc tính trên lâm sàng (ví dụ, biến chứng xuất huyết của warfarin do không chuyển hóa được khi có đột biến CYP2C9) [39], [91], [140]. Những người không mang biến đổi di truyền trên gen CYP2C9 được gọi là “Wild-type” và được ký hiệu là CYP2C9*1, những đối tượng này có chức năng hoạt động bình thường [91]. Có 85% dạng đa hình trong đột biến gen CYP2C9 là CYP2C9*2 và CYP2C9*3, hai dạng đột biến này làm giảm hoạt độ isoenzym, từ đó dẫn đến giảm chuyển hóa thuốc. Dữ liệu in vitro của Substantialin (2004) chứng minh rằng cả hai alen *2 và *3 làm giảm đáng kể sự chuyển hóa của các cơ chất CYP2C9 khác nhau, tuy nhiên đột biến *3 gây giảm mạnh hoạt tính chuyển hóa và thanh thải thuốc hơn so với đột biến *2 [59], [140].
CYP2C9*2 là đột biến ở vị trí 430 C>T (rs1799853). Đột biến CYP2C9*2 chiếm tỷ lệ khoảng 10-20% ở người da trắng, 1-3% ở người da vàng, 6% ở người da đen và dưới 0,5% tại Đông Á và Nam Phi. Một số nghiên cứu cho thấy rằng một
người mang kiểu gen CYP2C9*2 thì hoạt độ của isoenzym giảm 30% khi so sánh với nhóm “bình thường” [76], [151].
CYP2C9*3 là đột biến ở vị trí 1075 A>C (rs1057910). Đột biến CYP2C9*3 có tần suất xuất hiện tương đối thấp (<10% ở người da trắng và da vàng, rất hiếm ở người da đen, khoảng 0,6% ở Mông Cổ, Nhật Bản và Trung Quốc). Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng một người mang kiểu gen CYP2C9*3 thì biểu hiện hoạt độ của isoenzym giảm 90% khi so sánh với nhóm “bình thường” [76], [151].
Bảng 1.7. Tỷ lệ alen đột biến của CYP2C9 trên các sắc dân khác nhau Sắc tộc Da trắng Anh Đức Mỹ Người Mỹ gốc Phi Ethiopia Châu Á Trung Quốc Nhật Bản Hàn Quốc Malaysia