Tổng quan về cá thể hóa trong sử dụng thuốc điều trị ung thư

Mô hình cá thể hóa điều trị, bằng việc sử dụng các chỉ dấu sinh học để đánh giá các đặc tính của bệnh nhân có liên quan đến đáp ứng thuốc, giúp xác định được đúng thuốc, đúng liều điều t

SỬ DỤNG THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

HÀ NỘI - 2017

SỬ DỤNG THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP DƯỢC SĨ

Người hướng dẫn:

1 PGS.TS Phùng Thanh Hương

2 ThS Nguyễn Mai Hương

Nơi thực hiện: Bộ môn Hóa Sinh

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và thực hiện đề tài với rất nhiều cố gắng, thời điểm hoàn thành khóa luận là lúc tôi xin phép được bày tỏ lòng biết ơn chân thành với những người đã dạy dỗ, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời

gian qua

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới PGS.TS

Phùng Thanh Hương – Bộ môn Hóa Sinh - Trường Đại học Dược Hà Nội và ThS Nguyễn Thị Mai Hương – Bộ môn Hóa Sinh – Trường Đại học Dược Hà Nội đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và động viên trong suốt quá trình tôi thực hiện khóa luận này

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu – Trường Đại học Dược Hà

Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành quá trình học tập cũng như thực

hiện để có thể hoàn thành đề tài này

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã luôn bên cạnh động viên, khích lệ tôi trong lúc khó khăn cũng như trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2017 Phạm Thùy Linh

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁ THỂ HÓA ĐIỀU TRỊ 3

1.1 Lịch sử cá thể hóa điều trị 3

1.2 Khái niệm cá thể hóa điều trị 6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ SINH HỌC CỦA CÁ THỂ HÓA TRONG ĐIỀU TRỊ 9

2.1 Khái niệm gen và đa hình gen 9

2.1.1 Khái niệm gen 9

2.1.2 Biểu hiện gen 9

2.1.3 Đa hình gen và đột biến gen 10

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố di truyền đến đáp ứng thuốc 15

2.2.1 Ảnh hưởng của kiểu gen đến dược động học của thuốc 15

2.2.2 Ảnh hưởng của kiểu gen đến dược lực học của thuốc 19

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LÂM SÀNG CỦA CÁ THỂ HÓA TRONG SỬ DỤNG THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ 21

3.1 Các phương pháp điều trị ung thư 21

3.2 Chỉ dấu sinh học liên quan đáp ứng của các thuốc điều trị ung thư 22

3.2.1 Khái niệm chỉ dấu sinh học 22

3.2.2 Chỉ dấu sinh học liên quan đến dược động học của thuốc ung thư 25

3.2.3 Chỉ dấu sinh học liên quan đến dược lực của thuốc ung thư 34

CHƯƠNG 4 BÀN LUẬN 46

4.1 Ưu điểm và hạn chế của cá thể hóa việc sử dụng thuốc điều trị trong ung thư 46

4.1.1 Ưu điểm của cá thể hóa việc sử dụng trong điều trị ung thư 46

4.1.2 Hạn chế của cá thể hóa việc sử dụng thuốc trong điều trị ung thư 47 4.2 Hiện trạng áp dụng cá thể hóa điều trị trong ung thư và một số giải pháp để đẩy mạnh cá thể hóa điều trị trong ung thư 48

KẾT LUẬN 51 KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

5-FU : 5-fluorouracil

6-TGN : 6-thioguanin nucleotide

ADN : Acid Deoxyribonucleic

ADRB2 : Beta-2-Adrenergic Receptor

CYP : Cytochrome

DPYD : Dihydropyrimidine dehydrogenase

EGFR : Thụ thể yếu tố tăng trưởng biểu bì

EM : Chuyển hóa nhanh

ERK : Protein kinase điều hòa các tín hiệu ngoại bào

FDA : Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ

GDP : Guanosin diphosphate

GTP : Guanosin triphosphate

HER-2 : Human Epidermal growth factor Receptor 2

IM : Chuyển hóa trung bình

IVS : Intervening sequence (vùng intron)

KRAS : Gen thuộc họ v-ki-ras 2 Kirsten rat sacroma oncogene

MAPK : Con đường protein kinase hoạt hóa phân bào

mARN : ARN thông tin

MEK : Protein kinase của protein hoạt hóa phân bào

PFS : thời gian sống thêm không bệnh tiến triển

PM : Chuyển hóa yếu

RR : Nguy cơ tương đối

RTK : Receptor tyrosin kinase

SNP : Đa hình đơn nucleotid (single nucleotide polymorphism)

TKI : Tyrosin kinase inhibitor

TPMT : Thiopurine S-methyl transferase

UTĐTT : Ung thư đại trực tràng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tỉ lệ bệnh nhân không đáp ứng với thuốc 5 Hình 2.1 Quá trình phiên mã, dịch mã 10 Hình 2.2 Vai trò kết nối giữa kiểu gen và kiểu hình của gen dược 15 Hình 3.1 Vai trò của chỉ dấu sinh học trong tiên lượng và dự đoán đáp ứng thuốc 24 Hình 3.2.Biểu đồ Kaplan–Meier về thời gian sống thêm không tái phát bệnh dựa trên kiểu chuyển hóa của CYP2D6 28 Hình 3.3 Cơ chế đột biến tạo biến thể gen DYPD*2A 30

Hình 3.4 Khả năng đáp ứng thuốc của các bệnh nhân có kiểu gen DPYD khác nhau.31

Hình 3.5 Con đường MAPK 36

Hình 3.6 Các dạng đột biến EGFR quyết định tính đáp ứng với nhóm thuốc TKI 39

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tác động của đa hình gen trên cấu trúc và chức năng của protein 14 Bảng 2.2 Khuyến cáo sử dụng clopidogrel dựa trên CYP2C19 trên bệnh nhân hội chứng vành cấp hoặc can thiệp mạch vành qua da 17 Bảng 3.1 Kiểu alen CYP2D6 và hoạt tính của enzym CYP2D6 27 Bảng 3.2 Khuyến cáo điều trị với Tamoxifen 28

ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, trên toàn thế giới, bệnh ung thư đã vượt qua bệnh tim mạch để trở thành căn nguyên gây tử vong hàng đầu với tỷ lệ mắc bệnh cao và

độ tuổi mắc bệnh ngày càng giảm [1] Chỉ tính riêng trong năm 2008, toàn thế giới

có khoảng 12,6 triệu ca ung thư mới mắc và 7,6 triệu ca tử vong do ung thư Với tốc

độ phát triển dân số và sự gia tăng tuổi thọ như hiện nay thì ước tính đến năm 2050, thế giới sẽ có thêm khoảng 27 triệu trường hợp ung thư mới mắc và khoảng 17,5 triệu bệnh nhân tử vong mỗi năm do ung thư [2] Sự gia tăng nhanh chóng số lượng các ca ung thư đặt ra gánh nặng ngày càng lớn lên hệ thống chăm sóc sức khỏe và toàn xã hội

Việc điều trị ung thư nói chung là một liệu pháp tổng hợp, bao gồm phẫu thuật, xạ trị và sử dụng thuốc Trước đây, nhắc đến sử dụng thuốc trong ung thư là người ta nhắc đến nhóm hóa trị liệu Đây là một nhóm thuốc diệt các tế bào ung thư nhanh, tuy nhiên do không có tác dụng chọn lọc nên nhóm thuốc này có nhiều tác dụng phụ đáng kể Cụ thể, đó có thể là các tác dụng tức thời như suy tủy, độc tính trên da và thiếu máu nguyên hồng cầu khổng lồ của methotrexat, hoặc các tác dụng không mong muốn xuất hiện muộn như các bệnh về tim, xơ phổi hay độc tính sinh ung thư thứ phát Hiện nay, việc sử dụng thuốc trong ung thư không chỉ dừng lại ở nhóm hóa trị liệu gây độc tế bào mà đã được mở rộng lựa chọn trên những nhóm trị liệu mới như liệu pháp hormon, các chất điều biến miễn dịch và thuốc hướng phân

tử đích (targeted therapy) Thuốc hướng phân tử đích ra đời đánh dấu một bước tiến mới trong điều trị ung thư với việc tác dụng chọn lọc trên khối u làm giảm các tác dụng không mong muốn và kéo dài thời gian sống trên bệnh nhân [8] Tuy nhiên, thuốc hướng phân tử đích chỉ ít gây ra tác dụng phụ hơn so với hóa trị liệu gây độc

tế bào, chứ không phải là hoàn toàn không xuất hiện các tác dụng không mong muốn [4] Hơn nữa, hiện nay ngày càng nhiều báo cáo về hiện tượng kháng các thuốc hướng phân tử đích xảy ra trên bệnh nhân và vấn đề kháng thuốc đang là một vấn đề lớn mà điều trị ung thư đang đối mặt [1], [3], [4] Tóm lại, nếu chỉ điều trị

ung thư theo quan điểm cũ, tức là cùng một thuốc điều trị cho các bệnh nhân mắc cùng một bệnh, thì sẽ tần suất xuất hiện các tác dụng không mong muốn cao

Trong những thập kỉ gần đây, những thành tựu trong nghiên cứu về công nghệ sinh học nói chung, tế bào gốc và bản đồ gen người nói riêng đã giúp các nhà khoa học khẳng định, mỗi cá thể là riêng biệt và mang bộ gen duy nhất, và do đó đáp ứng điều trị với cùng 1 thuốc không hoàn toàn giống nhau Cũng nhờ những thành tựu trên của y sinh học hiện đại, các nhà điều trị có thể dự đoán được đáp ứng điều trị của từng cá thể thông qua phân tích bộ gen của người bệnh Theo đó, xu hướng “cá thể hóa” (personalized medicine) trong y học đang trở thành mô hình mới đầy triển vọng làm thay đổi quan điểm, nhận thức và cách tiếp cận về y học hiện đại trên thế giới Mô hình cá thể hóa điều trị, bằng việc sử dụng các chỉ dấu sinh học để đánh giá các đặc tính của bệnh nhân có liên quan đến đáp ứng thuốc, giúp xác định được đúng thuốc, đúng liều điều trị cho từng bệnh nhân để tăng hiệu quả điều trị đồng thời hạn chế tối đa các các tác dụng có hại Cá thể hóa điều trị đã đạt được những thành tựu lớn trong điều trị một số bệnh, đặc biệt là ung thư [1], [60]

Xuất phát từ tình hình đó, để có một cách nhìn tổng thể về hướng tiếp cận cá thể

hóa trong sử dụng thuốc điều trị ung thư, tôi đã thực hiện đề tài “Tổng quan về cá

thể hóa trong sử dụng thuốc điều trị ung thư” với 2 mục tiêu:

1 Phân tích ảnh hưởng của kiểu gen đến cá thể hóa trong điều trị ung thư

2 Phân tích tích ứng dụng của một số chỉ dấu sinh học được sử dụng hiện nay trong sử dụng thuốc điều trị ung thư

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁ THỂ HÓA

ĐIỀU TRỊ 1.1 Lịch sử cá thể hóa điều trị

Từ hàng nghìn năm trước Công nguyên, sách y khoa cổ của Ấn Độ đã nhấn mạnh mục tiêu của y học là duy trì cân bằng giữa cơ thể, trí óc và tinh thần Trong

đó, người ta đã nhắc đến một khái niệm là “prakriti”, được biết đến là trạng thái ban đầu của con người, nhấn mạnh về việc cần phải điều trị dựa trên việc xem xét thể trạng của từng bệnh nhân [4] Y học cổ truyền Trung Quốc cũng đưa ra quan điểm

“Một bệnh, nhiều cách chữa Nhiều bệnh, một cách chữa”, nhấn mạnh việc điều trị phải được xây dựng dựa trên bệnh nhân, chứ không phải trên cơ sở bệnh Năm 400 trước Công nguyên, Hippocrates, ông tổ của ngành y học hiện đại, đã nhận ra rằng không phải tất cả các bệnh đều xuất hiện theo cùng một cách trên bệnh nhân, và không phải bệnh nhân nào cũng đáp ứng với một thuốc cụ thể theo cùng một cách Ông đã đưa ra kết luận “Điều quan trọng là phải hiểu được bệnh này do người nào mang hơn là người này mang bệnh nào” [64] Tóm lại, cách tiếp cận cá thể hóa điều trị đã hình thành từ rất lâu đời, ở cả nền y học phương Đông và phương Tây

Cuối thế kỉ 19, đầu thế kỉ 20, với sự phát triển của y học hiện đại bao gồm công nghệ chẩn đoán hình ảnh, chẩn đoán xét nghiệm cũng như xét nghiệm gen, cá thể hóa điều trị mới thực sự được quan tâm Năm 1932, nhà hóa học Arthur Fox đã

có một phát hiện tình cờ khi để bột phenylthiocarbamid bay khắp phòng, trong khi cộng sự của ông than phiền về vị đắng của bột, Arthur Fox không hề nhận ra Phát hiện tình cờ này đã được nhiều nhà khoa học quan tâm, trong đó, đáng chú ý là Laurence Snyder, một người tiên phong trong di truyền học gen người, đã tìm ra rằng việc không nhận ra được vị đắng của phenylthicarbamid là di truyền kiểu hình lặn trên người Từ đó, ông nhận định rằng nguồn gốc của gen có liên quan đến đáp ứng với các chất hóa học [12] Điều này để lại một dấu ấn quan trọng trong hành trình đưa cá thể hóa vào với thực tiễn, thông qua mối liên hệ của nguồn gốc gen và

sự biểu hiện kiểu hình của nó Năm 1957, Arno Motulsky, nhà di truyền học người

Mỹ đề nghị sử dụng đặc điểm di truyền để giải thích hiện tượng đáp ứng khác nhau

với thuốc [10] Do việc sử dụng thuốc tăng vào những năm 1950, các phản ứng có hại của thuốc cũng ngày càng trở lên phổ biến hơn Ví dụ, sự đa hình của enzym glucose-6-phosphate dehydrogenase đã giải thích sự nhạy cảm với thuốc chống sốt rét primaquin, cũng như việc kéo dài đáp ứng với thuốc gây mê succinylcholin Sau

đó, Friedrich Vogel Coin đã đưa ra khái niệm Gen dược (pharmacogenetics), một khái niệm rất quan trọng đối với cá thể hóa điều trị

Thế kỉ 20 được coi là kỉ nguyên của di truyền học đánh dấu sự phát triển mạnh

mẽ của cá thể hóa trong điều trị Năm 1990, dự án sinh học hợp tác toàn cầu có tên gọi là Human genome project được triển khai với sự tài trợ và quản lý của Bộ Năng lượng và Viện Sức khỏe quốc gia Hoa Kỳ Năm 2003, sau 13 năm nỗ lực, cùng với chi phí khoảng 3 nghìn tỉ đô, các nhà khoa học đã hoàn thành dự án bộ gen người, giải mã được hơn 20000 gen [46] Bản đồ gen người được ứng dụng ngày một nhiều trong y khoa Bác sĩ Collins, viện trưởng Viện Nghiên cứu hệ gen người của

Mỹ cho rằng, bản đồ gen người như quyển sách giáo khoa về y học, đưa ra vô số phương cách mới hỗ trợ điều trị và phòng bệnh cho từng cá thể Hiểu biết về hệ gen người giúp tạo nên các công cụ chẩn đoán mới, phát hiện sớm hơn các bệnh như ung thư, đái tháo đường, tăng cholesterol và một số bệnh khác Các bác sĩ đã có thể xác định đặc điểm hệ gen của tế bào ác tính, từ đó đưa ra liệu pháp điều trị dựa trên các đột biến gen Cách tiếp cận này hứa hẹn mang lại hiệu quả điều trị cao và hạn chế tối đa tác dụng phụ

Phương thức chữa bệnh theo Tây y có tính quần thể: một phác đồ dùng chung cho tất cả mọi người mắc cùng một thứ bệnh mà không cân nhắc đặc thù của từng bệnh nhân Quy trình phổ biến là: bác sĩ dựa vào các triệu chứng lâm sàng bệnh, các xét nghiệm cận lâm sàng, cùng một số yếu tố liên quan như tuổi, giới, môi trường, dịch tễ để đưa ra một chẩn đoán nhiều khả năng nhất, kê đơn và hướng điều trị Nếu việc điều trị chưa hiệu quả hoặc nhiều tác dụng phụ, bác sĩ sẽ đổi thuốc khác, điều chỉnh liều lượng cho đến khi đạt hiệu quả nhất định Nhiều nghiên cứu cho thấy, khả năng đáp ứng thuốc tùy thuộc vào đặc tính sinh học của từng người; trên thực tế

90% các thuốc điều trị được đánh giá là chỉ hiệu quả đối với hơn 30 - 60% bệnh nhân sử dụng, riêng bệnh ung thư, tỷ lệ này chỉ là 25% (hình 1.1) [32]

Hình 1.1 Tỉ lệ bệnh nhân không đáp ứng với thuốc [32]

Cơ thể con người có phản ứng với thuốc theo những cách khác nhau và rất khó

dự đoán là do mỗi người mang kiểu gen khác nhau Quan điểm “one drug fits all” (một thuốc phù hợp cho tất cả bệnh nhân) bao gồm cả thử nghiệm và sai sót trước khi tìm ra được liệu pháp điều trị chính xác Dữ liệu về thử nghiệm lâm sàng đối với thuốc mới đưa ra đáp ứng chung trong nhóm nghiên cứu Tuy nhiên, do có sự biến thiên lớn về đáp ứng thuốc giữa các cá thể, một số bệnh nhân không hoặc kém đáp ứng với thuốc trong khi số còn lại lại có đáp ứng tốt

Tóm lại, rõ ràng là cách tiếp cận một thuốc cho tất cả các bệnh nhân với cùng một bệnh không thể tiếp tục kéo dài, cần phải có cách tiếp cận theo hướng cá thể hóa Nói một cách tổng quát, với cá thể hóa điều trị, bệnh nhân sẽ được tiến hành một loạt các xét nghiệm di truyền ở cấp độ phân tử Bác sĩ dựa trên những thông tin

này để dự đoán xu hướng đáp ứng với thuốc, gợi ý thay đổi lối sống cho phù hợp và

đề ra phương pháp điều trị tối ưu Chẳng hạn, trước khi tiến hành hóa trị, bệnh nhân ung thư sẽ được kiểm tra, xác định xem cơ thể có đáp ứng tốt với hóa trị không để thay bằng liệu pháp khác nếu cần Bác sĩ còn biết được khối u của bệnh nhân đáp ứng tốt với loại thuốc nào, không đáp ứng với loại nào để đạt hiệu quả điều trị và tránh các tác dụng phụ nghiêm trọng Đây là bước đột phá lớn so với y học truyền thống vốn chỉ đưa ra phương pháp chữa bệnh chung chung với hiệu quả trung bình cho tất cả bệnh nhân

1.2 Khái niệm cá thể hóa điều trị

Cá thể hóa điều trị là một trong những lĩnh vực khá phát triển và được nhắc đến thường xuyên trong các nghiên cứu mới đây Có nhiều khái niệm khác nhau về

cá thể hóa điều trị Tuy nhiên, thực ra, hiện nay, chưa có khái niệm cá thể hóa điều trị nào được chính thức đồng thuận Khái niệm cá thể hóa trong điều trị lần đầu tiên được sử dụng trong một chuyên luận năm 1998 và bắt đầu xuất hiện ở trên MEDLINE – thư viện y học quốc gia của Mỹ vào năm 1999 Đến nay, có nhiều định nghĩa khác nhau về “Cá thể hóa điều trị”, tùy theo quan điểm của từng tổ chức thì thuật ngữ cá thể hóa điều trị lại được giải thích theo các cách rất khác nhau Theo Hiệp hội Y học Hoa Kỳ, “Cá thể hóa điều trị” là “Toàn bộ các hoạt động chăm sóc y tế dựa trên thông tin cụ thể của từng bệnh nhân về lâm sàng, di truyền

và môi trường” [60] Theo Viện Ung thư Hoa Kỳ, thuốc cá thể hóa là “Một dạng thuốc sử dụng thông tin của cá nhân về gen, protein và môi trường để phòng, chẩn đoán và điều trị một bệnh” [4], [10] Theo châu Âu, “Cá thể hóa điều trị” là “Đưa ra đúng liệu pháp điều trị cho đúng người, dùng đúng liều, vào đúng thời điểm” [60] Đây có thể coi là mục tiêu của cá thể hóa điều trị Bên cạnh đó, có một số khái niệm thường được dùng đồng thời hoặc thay thế cho khái niệm “Cá thể hóa điều trị” Y học chính xác (precision medicine) là thuật ngữ được Viện Hàn lâm khoa học Hoa

Kỳ dùng đề chỉ: việc sử dụng các dữ liệu genomics (bộ gen), epigenomics (di truyền ngoài gen) và các dữ liệu khác để thiết lập những mô hình cá nhân của 1 bệnh, nhằm đạt được những phương pháp điều trị tốt hơn cho cá nhân đó” Y học phân

tầng (stratified medicine) là khái niệm chỉ sự phân chia quần thể bệnh nhân thành những nhóm nhỏ, dựa trên một số đặc điểm chung, mỗi nhóm sẽ đáp ứng tốt hơn với 1 thuốc nhất định hoặc một liệu pháp điều trị nhất định Y học phân tầng được coi là cốt lõi của “Cá thể hóa điều trị”, cho phép có những biện pháp chiến lược để chẩn đoán và điều trị phù hợp và hiệu quả cho từng bệnh nhân hoặc nhóm bệnh nhân [14]

Cụ thể, trong thực hành, việc ứng dụng cá thể hóa vào điều trị bao gồm ba nhân tố chính: (1) Một chất chỉ dấu sinh học (ví dụ một tham số liên quan đến chẩn đoán, tiến triển và đáp ứng với điều trị); (2) Một xét nghiệm để xác định đặc tính về chất và lượng của chỉ dấu sinh học; (3) Một quyết định lâm sàng ảnh hưởng bởi xét nghiệm chất chỉ dấu sinh học (ví dụ, lựa chọn phương thức điều trị, thay đổi lối sống, biến pháp sử dụng thuốc hay lựa chọn một liệu pháp điều trị đích cụ thể dựa trên chỉ dấu sinh học để tăng hiệu quả và giảm độc tính của thuốc) [59]

Một trong những mục tiêu chính của cá thể hóa điều trị là có thể xác định được đáp ứng khác nhau đối với thuốc, cụ thể là trường hợp nào thuốc thiếu hiệu quả và khi nào các phản ứng phụ nghiêm trọng xảy ra trên bệnh nhân, từ đó có thể xây dựng được chiến lược sử dụng thuốc tốt hơn và hiệu quả hơn [16] Hiện nay nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sự khác nhau về kiểu gen giữa các cá thể chính là nguyên nhân quan trọng dẫn đến đáp ứng khác nhau của bệnh nhân đối với thuốc [84] Điều này khẳng định tầm quan trọng của gen dược (Pharmacogenetics) trong

cá thể hóa điều trị Gen dược được định nghĩa là “nghiên cứu về sự ảnh hưởng của kiểu gen đến đáp ứng thuốc” [60] Thuốc được cá thể hóa dựa trên các yếu tố di truyền học và epigenetics (những sự thay đổi trong di truyền ngoài gen như sự methyl hóa ADN, sự biến đổi sau dịch mã của histon và những khuyết tật kèm theo), dựa trên những yếu tố này, có thể phân loại bệnh nhân có đáp ứng với thuốc, kháng thuốc, không được hưởng lợi khi dùng thuốc và những bệnh nhân dễ xuất hiện các độc tính của thuốc Sự thay đổi về kiểu gen và epigenetics giữa các cá thể

có thể làm biến đổi các quá trình phân tử và ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của bệnh cũng như phương pháp điều trị bệnh đó, bao gồm nguy cơ mắc bệnh, tỉ lệ tiến

triển bệnh, thuốc hoặc nhóm thuốc có hiệu quả điều trị trên bệnh nhân, liều dùng của thuốc và dự đoán về tác dụng cũng như độc tính của thuốc trong điều trị [59] Gen dược nghiên cứu các thông tin về ADN, ARN với các kỹ thuật sinh học phân tử

và công nghệ sinh học hiện đại, cho phép sử dụng các thông tin về di truyền của bệnh nhân để đưa ra những quyết định điều trị phù hợp nhất nhờ dự đoán được đáp ứng thuốc ở mỗi bệnh nhân thông qua các yếu tố dược động học và dược lực học [8] Cho đến năm 2013, Cục quản lí Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã khuyến cáo xem xét đưa thông tin về gen dược lên trên nhãn của hơn 120 thuốc có liên quan đến hơn 50 gen [17] Những thuốc này phần lớn có chỉ định trong điều trị ung thư, bệnh tim mạch, nhiễm khuẩn và các bệnh ở trẻ em [84] Tại Pháp, thuốc chỉ định điều trị ung thư chiếm 32% trong số tổng các thuốc có thông tin gen dược trên nhãn thuốc [3] Rõ ràng, việc sử dụng các yếu tố di truyền trong điều trị ung thư là một lĩnh vực rất đáng được quan tâm Lí do thứ nhất là, thuốc điều trị ung thư phần lớn đều có cửa sổ điều trị hẹp, hóa trị liệu điều trị ung thư thường xuất hiện các độc tính nghiêm trọng và đôi khi có thể đe dọa tính mạng [37], [17], [19] Do

đó, việc dự đoán trước những bệnh nhân nguy cơ mắc độc tính là quan trọng và cần thiết Lí do thứ hai là, chỉ đối với điều trị ung thư, có hai khái niệm khác nhau có liên quan là hệ gen của khối u và hệ gen tế bào mầm (germline genome) Nghiên cứu sâu hơn về những hệ gen này có thể cải thiện được hiệu quả điều trị và giảm độc tính dùng thuốc [84] Tóm lại, cơ sở sinh học của cá thể hóa điều trị chính là gen dược và để có thể cá thể hóa việc sử dụng thuốc điều trị cần tích hợp các xét nghiệm gen dược trong thực hành

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ SINH HỌC CỦA CÁ THỂ HÓA TRONG

ĐIỀU TRỊ 2.1 Khái niệm gen và đa hình gen

2.1.1 Khái niệm gen

Khoảng những năm 1960, với sự tìm ra cấu trúc của ADN, người ta nhận định gen như một trình tự nucleotid đặc thù trên một phân tử ADN của nhiễm sắc thể [52] Xét theo khía cạnh chức năng, gen là một trình tự ADN mã hóa cho một chuỗi polypeptid Tất cả những định nghĩa gen trên đều có thể được sử dụng, tùy theo bối cảnh và khía cạnh nào của gen được quan tâm

Tuy nhiên, nếu chỉ định nghĩa gen là một trình tự ADN mã hóa cho một chuỗi polypeptid thì có vẻ quá giản lược Phần lớn các gen ở sinh vật nhân thực có chứa các đoạn không mã hóa (intron) Hơn nữa, các trình tự khởi đầu phiên mã (promoter) và trình tự điều hòa khác tuy không được phiên mã nhưng cũng được coi

là thành phần chức năng thiết yếu, bởi nếu thiếu những vùng này thì quá trình phiên

mã không thể diễn ra [52] Do đó, một định nghĩa gen ở góc độ phân tử nên đủ khái quát và bao gồm tất cả các trình tự ADN mã hóa cho các rARN, tARN và các loại ARN khác vốn không được dịch mã Mặc dù những gen này không mã hóa cho protein nhưng chúng có vai trò sống còn với họat động sống của tế bào Do đó, gen được định nghĩa một cách tổng quát nhất là: “Một vùng ADN có thể được biểu hiện

để tạo ra một sản phẩm cuối cùng có chức năng, sản phẩm đó có thể là một chuỗi polypeptid hay phân tử ARN” [52], [15]

2.1.2 Biểu hiện gen

Gen cung cấp bản hướng dẫn để tế bào có thể tổng hợp nên các protein đặc thù Tuy vậy, gen không trực tiếp tạo nên protein Cầu nối giữa ADN và sự tổng hợp protein chính là ARN Dòng thông tin từ gen đến protein được mô tả như sự chuyển tải của các dạng “ngôn ngữ” bởi vì các loại acid nucleic cũng như các protein đều là các đa phân tử truyền tải thông tin dựa trên cơ sở trình tự đặc thù của các đơn phân Trong phân tử ADN và ARN, các đơn phân chính là bốn loại nucleotid khác nhau về thành phần base Các gen điển hình có chiều dài hàng trăm

hoặc hàng nghìn nucleotid, mỗi gen có một trình tự nucleotid đặc thù [11] Mỗi chuỗi polypeptid của một phân tử protein cũng có các đơn phân sắp xếp thành một chuỗi thẳng hàng có trình tự nhất định (cấu trúc bậc một của protein), những đơn phân của chúng là các acid amin Do đó, cần có quá trình truyền tải thông tin từ ADN sang protein qua quá trình phiên mã và dịch mã

Hình 2.1 Quá trình phiên mã, dịch mã [52]

Gen mã hóa cho protein sẽ quyết định đến cấu trúc bậc 1 tức là trình tự các acid amin trong chuỗi polypeptid của protein Cấu trúc bậc một của protein là cấu trúc cơ bản và quan trọng nhất quyết định đến các tính chất của protein Số lượng và trình tự sắp xếp của các acid amin trong chuỗi quyết định đến cấu trúc bậc 3, tức là quyết định đặc tính sinh học của protein [11] Sự thay đổi của gen sẽ làm thay đổi cấu trúc và chức năng của protein mà gen mã hóa Nói cách khác, kiểu gen sẽ được biểu hiện thành kiểu hình, khi kiểu gen thay đổi, kiểu hình có thể sẽ thay đổi

2.1.3 Đa hình gen và đột biến gen

Bộ gen người bao gồm hơn 3 tỷ cặp base nằm trong nhân của tế bào [9], [46] Con người có bộ gen giống nhau đến 99,5% và vốn được bảo tồn suốt trong quá trình tiến hóa [9], [16] Các công cụ di truyền hiện đại đã cho thấy hệ gen người đa dạng và phức tạp hơn nhiều so với những gì chúng ta đã từng nghĩ, mặc dù sự biến thiên di truyền chỉ vào khoảng 0,1% - 0,4% [55] [17] Những sự biến đổi trong

chuỗi, kể cả biến đổi ở những phần không mã hóa protein được tìm thấy đang làm thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về hệ gen của người Đột biến gen là những biến thể ADN được phát hiện ra với tỉ lệ dưới 1% trong quần thể [58] Sự thay đổi này trong chuỗi nucleotid có thể có hoặc không gây ra sự thay đổi kiểu hình

Đột biến ADN được chia thành một số nhóm chính: đột biến gen, đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể và đột biến số lượng bản sao [17] Trong trường hợp đột biến số lượng bản sao, sự biểu hiện của một gen khuếch đại thông qua việc tăng số lượng bản sao của biến thể gen tương ứng Dạng sai lệch về di truyền này có thể gây ra nhiều loại bệnh di truyền bao gồm cả ung thư Hầu hết tất cả các khối u đặc như u lympho hay bệnh bạch cầu đều có kiểu nhân bất thường Trong các loại ung thư này, các vùng của nhiễm sắc thể có thể bị khuếch đại, làm tăng số lượng bản sao lên nhiều lần, dẫn đến tăng sự biểu hiện gen bằng việc tăng số lượng protein mà gen mã

hóa ở trong tế bào Sự khuếch đại gen HER-2/neu (Human Epidermal growth factor

Receptor 2), mã hóa cho HER-2/neu, receptor của yếu tố tăng trưởng biểu bì, được tìm thấy ở khoảng 30% các ung thư vú và ung thư buồng trứng [6], [34] Sự khuếch đại gen này làm tăng số lượng các receptor HER-2/neu và theo đó sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng của các thuốc tác dụng lên receptor HER-2/neu [34]

Một dạng đột biến khác là đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể bao gồm sự mất đoạn, đảo đoạn, chuyển vị, thêm đoạn và lặp đoạn nhiễm sắc thể Thông thường, sự thay đổi cấu trúc nhiễm sắc thể sẽ làm thay đổi mức độ biểu hiện của protein mà gen mã hóa Sự mất đoạn nhiễm sắc thể sẽ làm mất cân bằng hệ gen, gây ra hậu quả nghiêm trọng như chết, hoặc đơn thuần có thể làm cho mức độ biểu hiện của protein thấp hơn, do vậy mà làm thay đổi điều hòa một số con đường truyền tín hiệu trong

tế bào Sự chuyển vị và đảo đoạn có thể làm mất đi một vùng gen mã hóa và làm nó bất hoạt hoặc lại gắn gen vào vùng điều hòa mới của gen khác làm tăng hoặc giảm biểu hiện của nó trong một số tế bào riêng biệt Một sự cố về chuyển vị hoặc đảo đoạn có thể tạo nên một tổ hợp mới các gen mã hóa khác nhau để sản sinh ra protein mới với các đặc tính mới

Cùng với khuếch đại gen và đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể, một dạng đột biến hay gặp là đột biến điểm Đột biến điểm xảy ra trong gen có thể được chia thành hai nhóm lớn là đột biến thay thế cặp nucleotid và mất hoặc thêm cặp

nucleotid [52] Đột biến thay thế cặp nucleotid là những đột biến mà ở đó một cặp nucleotid này được thay thế bằng một cặp nucleotid khác Một số dạng đột biến được gọi là các đột biến thầm lặng, do chúng không ảnh hưởng đến kiểu hình và biểu hiện của protein do gen mã hóa Nói cách khác, trong đột biến thầm lặng, sự thay đổi một cặp nucleotid có thể chuyển một bộ ba mã hóa này thành một bô ba mã hóa khác, nhưng chúng cùng mã hóa cho một acid amin Ví dụ nếu 3’-CCG-5’ trên mạch khuôn bị đột biến thành 3’-CCA-5’ thì bộ ba mã hóa trên mARN là GGC sẽ

bị biến đổi thành GGU nhưng với cả hai bộ ba mã hóa này, acid amin được chọn cài vào chuỗi polypeptid đều là glycin [52]

Tuy vậy, những đột biến thay thế cặp base được quan tâm hơn cả là những đột biến làm thay đổi cấu trúc và chức năng của protein Thay đổi một acid amin trong các miền quan trọng của protein hoặc ở trung tâm hoạt động của một enzym có thể làm thay đổi họat tính của protein một cách đáng kể Khi đột biến làm thay đổi một

bộ ba mã hóa acid amin thành một bộ ba kết thúc dịch mã là đột biến vô nghĩa, vì trong trường hợp này nó dẫn đến sự kết thúc dịch mã sớm, chuỗi polypeptid tạo ra thường ngắn hơn chuỗi polypeptid do gen bình thường mã hóa Hầu hết các đột biến

vô nghĩa đều dẫn đến protein mất chức năng [52]

Các đột biến điểm dạng thêm hay mất nucleotid thường gây ảnh hưởng lớn hơn nhiều đến sản phẩm protein do gen mã hóa so với các đột biến thay thế nucleotid Thêm và mất các nucleotid có thể làm thay đổi khung đọc của một thông điệp di truyền, do các bộ ba mã hóa bị sắp xếp lại trong quá trình dịch mã Những đột biến như vậy được gọi là các đột biến dịch khung Tất cả các nucleotid nằm xuôi dòng sau vị trí đột biến đều bị xếp vào các nhóm bộ ba mã hóa không đúng, dẫn đến gen được dịch mã sai nghĩa trầm trọng Trừ trường hợp khung đọc bị thay đổi ở rất gần cuối của gen, còn trong phần lớn các trường hợp protein tạo ra bị mất chức năng [52]

Hai dạng đặc biệt của đột biến điểm là đột biến tại vị trí khởi động và đột biến tại vị trí cắt Đột biến tại vị trí khởi động có thể làm giảm ái lực của ARN-polymerase tại vị trí này và dẫn đến kết quả là giảm sản xuất mARN từ đó giảm sản xuất protein Đột biến tại vị trí cắt ở ranh giới các đoạn exon và intron làm thay đổi các vị trí báo hiệu cho việc cắt chính xác các đoạn intron, từ đó ảnh hưởng đến cấu

trúc của protein tạo ra Những đột biến này có thể xảy ra trên đoạn GT có chức năng xác định vị trí cho 5’ (5’ donor site) hay ở vị trí nhận 3’ (3’ acceptor site), hoặc có thể xảy ra ở những vùng lân cận các vị trí này Khi đột biến này xảy ra, việc cắt có thể sẽ được thực hiện ở trong exon tiếp theo Vị trí cắt mới này có trình tự nucleotid hơi khác so với ở vị trí bình thường, thường không được dùng đến và được “dấu” trong đoạn exon Chúng được gọi là các vị trí cắt ẩn (cryptic splice site) Việc cắt tại những vị trí cắt bí ẩn sẽ làm mất đoạn một phần exon hoặc đôi khi mất nguyên cả một exon và làm protein sinh ra bị mất chức năng

Tóm lại, một sự thay đổi nhỏ của ADN (như đột biến điểm) hay thay đổi lớn (khuếch đại gen, đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể) đều có thể tạo ra những thay đổi trong chức năng của protein được mã hóa bởi gen, từ làm thay đổi đến các con đường tế bào mà protein tham gia Trong nhiều trường hợp, đột biến gen mã hóa cho protein là đích tác dụng của thuốc hoặc mã hóa cho protein đóng vai trò quan trọng trong con đường truyền tín hiệu của có ảnh hưởng lớn đến chức năng của protein đích, có thể là các chất chỉ dấu sinh học hữu ích trong việc dự đoán đáp ứng của thuốc

Bên cạnh các đột biến gen, một dạng biến thể di truyền thường gặp hơn là đa hình gen (polymorphism) Đa hình gen được định nghĩa là các dạng biến thể ADN được phát hiện với tỉ lệ trên 1% trong quần thể [18] Cũng như đột biến gen, đa hình gen có thể do thay đổi một hay nhiều nucleotid trong gen Các đa hình gen khác nhau

có thể ảnh hưởng theo cách khác nhau đến cấu trúc và chức năng của protein mà gen

mã hóa, điều này được minh họa qua một số ví dụ trong bảng 2.1 Tùy vào vị trí đa hình xảy ra trên ADN, đa hình có thể có tác động đến cấu trúc và chức năng của protein Trong số các dạng đa hinh gen, đa hình đơn nucleotid (single nucleotide polymorphism – SNP) là dạng đa hình thường gặp nhất [6], [19] Sự mất nucleotid hay thêm nucleotid có thể xảy ra trên vùng không mã hóa, mã hóa hoặc vùng điều hòa của gen Về mặt bản chất, đa hình gen khá giống với đột biến và do đó, ảnh hưởng của nó đối với sự biểu hiện protein có nét tương đồng với ảnh hưởng của đột biến đối với sự biểu hiện protein Một số ví dụ về đa hình gen và ảnh hưởng của đa hình gen đối với cấu trúc và chức năng của protein được trình bày trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Tác động của đa hình gen trên cấu trúc, chức năng của protein [1], [20]

Loại đa hình gen

Ảnh hưởng đến sự biểu hiện và chức năng của protein

Ví dụ về đa hình gen liên quan Cơ chế

Ảnh hưởng đến thuốc ung thư

SNP sai nghĩa/ vô

nghĩa trong vùng

mã hóa

Thay thế aminoacid hoặc mã kết thúc sớm, thay đổi protein

GSTP1*B

(313A>G, Ile105Val)

Thay đổi ái lực với cơ chất

Nhóm platinum

giảm biểu hiện của protein

ERCC1

(19007C>T, Asn118Asn)

Giảm nồng

độ mARN

và có thể làm giảm hoạt tính của enzym

Nhóm platinum

Mất đi/ thêm vào

vùng mã hóa

Dịch khung hoặc có thể xuất hiện mã kết thúc, thay đổi protein

CYP2D6*6

(1707delT, 118 dịch khung)

Enzym mất hoạt tính Tamoxifen

SNP trong vùng

không mã hóa

Có thể làm thay đổi

vị trí cắt, ảnh hưởng đến dịch mã và tính

ổn định của protein

DPYD*2A

(IVS14 + 1G>A, mất exon 14)

Enzym mất hoạt tính

5-Flourouracil, Capecitabin, tegafur

Mất đi/ thêm vào

vùng không mã

hóa

Có thể làm thay đổi

vị trí cắt, ảnh hưởng đến dịch mã và tính

ổn định của protein

Thymilate synthase 3’

không mã hóa xóa đoạn 6 bp

Giảm nồng

độ của mARN ->

giảm hoạt tính của enzym

5-Flourouracil Capecitabin, tegafur

SNP trên vùng

promoter

Protein tương tự, nhưng biểu hiện có thể bị thay đổi

CYP2C19*17(80

6C>T và 3402C>T)

Hoạt tính enzym tăng lên

UGT1A1*28

(TA)6TAA ->

(TA)7TAA

Giảm hoạt tính của enzym

Irinotecan

Biến thể số lượng

bản sao

Protein tương tự, nhưng biểu hiện có thể bị thay đổi

tính enzym Tamoxifen

Mất gen Protein không được

Enzym mất hoạt tính

Nhóm platinum, melphalan

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố di truyền đến đáp ứng thuốc

Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố di truyền dến đáp ứng thuốc có liên quan đến một khái niệm là gen dược (pharmacogenetics) Trước đây, gen dược được hiểu đơn thuần là một khái niệm để chỉ những nghiên cứu về ảnh hưởng của yếu tố di truyền đến hoạt tính của thuốc chống lại các nguyên nhân di truyền gây bệnh [60] Hiện nay, gen dược là một lĩnh vực nghiên cứu về mối liên quan giữa kiểu gen của các cá thể riêng biệt với khả năng đáp ứng với thuốc của từng cá thể [60] Tác dụng dược lý của một thuốc phụ thuộc vào đặc điểm dược lực học (sự tương tác của thuốc đối với đích hoặc vùng tác dụng) và dược động học (qúa trình hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ của thuốc Mối liên quan giữa dược lực học

và dược động học được thể hiện trong hình 2.2

Hình 2.2 Vai trò kết nối giữa kiểu gen và kiểu hình của gen dược [60]

2.2.1 Ảnh hưởng của kiểu gen đến dược động học của thuốc

2.2.1.1 Ảnh hưởng của kiểu gen đến chuyển hóa của thuốc

Hiện nay, có khoảng hơn 30 loại enzym chuyển hóa thuốc ở người và sự đa hình của gen mã hóa các enzym này tạo nên sự khác nhau trong chuyển hóa giữa các cá thể [60] Hệ enzym Cytochrome (CYP) đóng vai trò chính trong chuyển hóa thuốc, hơn 2000 đột biến đã được tìm thấy trong gen mã hóa họ CYP Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng sự đa hình đơn nucleotid (SNP) đóng vai trò quan trọng đối với hoạt tính của CYP [71] Do đó, CYP đóng vai trò quan trọng liên quan đến sự biến thiên về đáp ứng thuốc giữa các cá thể, và nghiên cứu về sự đa hình trong hệ gen của CYP là một nhân tố góp phần đáng kể vào cá thể hóa điều trị trên bệnh nhân

Sự đa hình trong gen mã hóa CYP có thể làm tăng, giảm, hoặc thậm chí làm mất

hoạt tính của enzym chuyển hóa thuốc, từ đó ảnh hưởng đến đáp ứng của thuốc Đây chính là tiền đề để cá thể hóa điều trị trên các nhóm bệnh nhân riêng biệt

Cụ thể, trong trường hợp đa hình của CYP450 và đáp ứng với clopidogrel- thuốc chống kết tập tiểu cầu, dựa vào kiểu gen có được trên bệnh nhân, bác sĩ sẽ quyết định sử dụng thuốc trên bệnh nhân hay không và liều điều trị thích hợp Clopidogrel được sử dụng trên lâm sàng để làm giảm nguy cơ nhồi máu cơ tim và đột quỵ ở những bệnh nhân có nguy cơ cao Clopidogrel cũng được chỉ định dự phòng thứ phát các biến cố xơ vữa động mạch trên những bệnh nhân mới mắc nhồi máu cơ tim hoặc đột quỵ, những người có bệnh động mạch ngoại vi và dùng phối hợp cùng aspirin trong liệu pháp ức chế tiểu cầu kép trên bệnh nhân có hội chứng mạch vành cấp tính do đau thắt ngực hoặc đau thắt ngực không ổn định [8], [60] Clopidogrel là một tiền chất, đòi hỏi phải chuyển hóa thành chất có hoạt tính khi đi vào cơ thể bởi hệ enzym CYP450 cho tác dụng ức chế kết tập tiểu cầu CYP2C19 là một trong những enzym chủ yếu liên quan đến hoạt tính sinh học của clopidogrel ở gan Hiện nay, xét nghiệm di truyền liên quan đến gen mã hóa CYP2C19 được chỉ định để đưa ra liều thích hợp của clopidogrel được sử dụng trên

bệnh nhân Sự đa hình của gen CYP2C19 có ảnh hưởng đến đáp ứng của thuốc trên

các đối tượng bệnh nhân khác nhau Cụ thể, dựa theo tính đa hình của gen

CYP2C19 người ta đã chia bệnh nhân thành bốn nhóm chính chuyển hóa siêu nhanh

(*1/*17 hoặc *17/*17), chuyển hóa nhanh (*1/*1), chuyển hóa trung bình (dị hợp

tử, có một biến thể gen mất hoạt tính, cụ thể là các kiểu gen: *1/*2, *1/*3, *2/*17)

và chuyển hóa kém (cả 2 biến thể gen đều mất hoạt tính: *2/*2, *2/*3, *3/*3 ) [78],

[4] Khi xem xét chỉ định clopidogrel trong trường hợp can thiệp mạch vành qua da hoặc hội chứng vành cấp, mỗi nhóm bệnh nhân sẽ được khuyến cáo khác nhau về chế độ sử dụng thuốc (bảng 2.2)

Bảng 2.2 Khuyến cáo sử dụng clopidogrel dựa trên CYP2C19 trên bệnh nhân hội

chứng vành cấp hoặc can thiệp mạch vành qua da [18]

Kiểu hình Đặc điểm kiểu

Liều sử dụng giống với liều ghi

trên nhãn thuốc

Chuyển hóa

trung bình

Hoạt tính enzym trung bình

ví dụ: prasugrel, ticagrelor

Chuyển hóa

kém

Hoạt tính enzym kém

ví dụ: prasugrel, ticagrelor

Có thể dễ thấy rằng, kiểu gen có ảnh hưởng đến chuyển hóa thuốc thông qua việc làm thay đổi kiểu hình của các protein tham gia vào chuyển hóa thuốc Những người có kiểu gen khác nhau sẽ mã hóa cho các protein tham gia chuyển hóa khác nhau từ đó tác dụng và độc tính của thuốc sẽ khác nhau trên từng người Điều này đặc biệt quan trọng đối với trị liệu ung thư, khi mà hầu hết các hóa trị liệu điều trị ung thư đều có cửa sổ điều trị hẹp Sự thay đổi nhỏ về kiểu gen mã hóa cho protein tham gia vào chuyển hóa của thuốc có thể ảnh hưởng lớn đến độc tính của thuốc Điều này đặc biệt quan trọng đối với việc sử dụng các thuốc có cửa sổ điều trị hẹp trong đó có nhóm thuốc ung thư

Sự đa hình gen trong chuyển hóa thuốc có thể ảnh hưởng đến dược động học của thuốc nói chung và của thuốc kháng ung thư nói riêng Các xét nghiệm phát

hiện đa hình của các gen đóng vai trò mã hóa cho các protein quan trọng trong con đường chuyển hóa của thuốc sẽ giúp giảm độc tính cũng như tăng hiệu quả điều trị của thuốc

2.2.1.2 Ảnh hưởng của kiểu gen đến hấp thu, phân bố và thải trừ thuốc

Các protein vận chuyển đóng vai trò quan trọng trong hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ của nhiều thuốc Protein vận chuyển thuốc đang ngày càng được quan tâm do vai trò của chúng trong các quá trình dược động học của thuốc Hiện nay việc kháng thuốc đang gia tăng thông qua việc làm giảm vận chuyển thuốc vào tế bào (uptake) và tăng vận chuyển thuốc ra khỏi tế bào (efflux) Hai nhóm chất vận chuyển màng tế bào thường được nghiên cứu nhất là nhóm protein vận chuyển tích cực (ATP-binding cassette - ABC) và nhóm protein vận chuyển thụ động (solute carrier) [21] Do các protein vận chuyển thuốc phân bố khắp cơ thể, và đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển thuốc ra vào tế bào, hệ protein vận chuyển màng tế bào đóng vai trò quan trọng trong đáp ứng thuốc Sự đa hình gen

mã hóa các protein này sẽ làm thay đổi chức năng của các protein vận chuyển và kết quả là thay đổi đáp ứng thuốc

Một ví dụ về sự thay đổi độc tính thuốc liên quan đến đa hình gen của protein vận chuyển là mối liên quan giữa digoxin và đa hình gen mã hóa cho P-glycoprotein Họ protein vận chuyển ABC bao gồm tám phân nhóm chính, được mã hóa bởi các gen khác nhau trên các nhiễm sắc thể khác nhau [60] Một trong số là P-glycoprotein, một protein vận chuyển xuyên màng, nó vận chuyển các cơ chất từ trong ra ngoài tế bào Sự hiện diện của P-glycoprotein được cho là một bước tiến hóa thích hợp của cơ thể để chống lại các chất độc hại tiềm tàng muốn thâm nhập vào cơ thể Với vai trò là một kênh vận chuyển đẩy thuốc ra khỏi cơ thể, nó làm giảm sinh khả dụng của các thuốc dùng đường uống bằng cách bơm ngược thuốc trở lại ruột Điều này thúc đẩy bài tiết thuốc qua mật và nước tiểu, qua đó bảo vệ một số mô như não, tinh hoàn, nhau thai và bạch cầu Digoxin là một chất không bị chuyển hóa qua gan, do đó nồng độ trong máu của digoxin sẽ phụ thuộc vào quá trình hấp thu, phân bố và thải trừ Trong quá trình này, P-glycoprotein là một chất

vận chuyển quan trọng Gen mã hóa cho P-glycoprotein là gen MDR-1 (multi drug

resistance -1) có nhiều biến thể khác nhau [24], [45], [31] Trong số đó, đáng chú ý

là SNP 3435C >T (MDR1*6), sự thay đổi của C thành T ảnh hưởng đến tính ổn định

của mARN, kết quả làm giảm biểu hiện của mARN và làm giảm nồng độ của protein P-glycoprotein [44], [18] Tần số mang kiểu gen này dao động giữa các quần thể với

tỉ lệ 34% - 90% [17] Một nghiên cứu đã chỉ ra mối tương quan giữa biến thể gen

3435T và sự thay đổi chức năng của P-glycoprotein, những người mang kiểu gen

3435 TT giảm sự biểu hiện của P-glycoprotein ở ruột và tăng nồng độ huyết thanh

của digoxin so với những người mang kiểu gen 3435 CC [44], [36], [83]

glycoprotein cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong ung thư glycoprotein được tìm thấy lần đầu trong các tế bào ung thư Những tế bào này có sự hiện diện quá mức của P-glycoprotein, điều này làm giảm việc thâm nhập của các thuốc độc tế bào (điều trị ung thư) vào trong cơ thể Là một protein kháng đa thuốc, P-glycoprotein tạo điều kiện thuận lợi cho các khối u khả năng kháng thuốc trị ung thư Có rất nhiều thuốc ung thư là cơ chất của P-glycoprotein như doxorubicin, irinotecan, paclitaxel, doxetacel, teniposide và một số thuốc khác [10] P-glycoprotein

P-sẽ quyết định đến nồng độ thuốc trong các tế bào ung thư cũng như nồng độ thuốc trong máu, từ đó ảnh hưởng đến tác dụng và độc tính của các thuốc này

Tóm lại, kiểu gen có ảnh hưởng trực tiếp đến dược động học của quá trình hấp thu, phân bố và thải trừ của thuốc, thông qua đó ảnh hưởng đến tác dụng và độc tính của thuốc Kiểu gen khác nhau trong các gen mã hóa các protein vận chuyển tham gia vào quá trình hấp thu, phân bố và thải trừ của thuốc có thể là yếu tố dự đoán về tác dụng và độc tính của các thuốc

2.2.2 Ảnh hưởng của kiểu gen đến dược lực học của thuốc

Tại mô đích, thuốc sẽ tương tác với phân tử đích để đạt tác dụng dược lý Phần lớn đích của các thuốc hiện nay có bản chất là protein [20], [42] Do đó, sự thay đổi kiểu gen mã hóa protein đích có thể làm thay đổi đáp ứng của thuốc Nhiều nghiên cứu tập trung vào đa hình di truyền trên đích tác dụng và/ hoặc đích gây độc tính của thuốc [11], [26], [60] Trường hợp của β2-adenoreceptor – receptor được mã

hóa bởi gen ADRB2 (Beta-2-Adrenergic Receptor) là ví dụ về sự đa hình của đích

tác dụng của thuốc Sự đa hình di truyền của gen mã hóa β2-adenoreceptor có thể thay đổi quá trình chuyển đổi tín hiệu tế bào (signal transduction) xảy ra trên receptor này, làm ảnh hưởng đến tác dụng của các chất chủ vận β2 [23] SNP được

tìm thấy trên gen ADRB2 có liên quan đến sự thay đổi biểu hiện gen, là đa hình làm

thay đổi acid amin Arg thành Gly ở codon 16 và sự thay đổi Gln thành Glu ở codon

27 Đây là hai dạng đa hình tương đối phổ biến [18], [60] Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng tác dụng giãn mạch và gây tê của việc truyền tĩnh mạch liên tục isoproterenol – một thuốc kích thích giao cảm được chỉ định điều trị các bệnh về tim - trên những bệnh nhân mang kiểu gen mã hóa tạo acid amin Arg ở codon 16 khác hoàn toàn so với nhóm bệnh nhân mang kiểu gen mã hóa tạo acid amin Gly ở codon này [29] Cụ thể, nhóm những bệnh nhân này thể hiện tác dụng gây tê ngay sau khi truyền xong isopterenol, với tác dụng giãn mạch giảm từ 44% ở mức nền xuống còn 4% sau khi truyền 90 phút [13] Tóm lại, bệnh nhân có kiểu hình Arg/Arg ở codon 16 có nguy

cơ không đáp ứng với liệu pháp điều trị hen phế quản hàng ngày, dẫn đến tăng nguy

cơ mắc các đợt cấp của hen phế quản Những bệnh nhân này được khuyến cáo đổi phác đồ điều trị khác [30]

Sự đa hình/ đột biến gen của đích tác dụng của thuốc cũng có ảnh hưởng quan trọng trong điều trị ung thư, khi mà hiện nay kháng hóa trị liệu và kháng liệu pháp đích phân tử là vấn đề chính phải đối mặt trong điều trị ung thư Trên cơ sở đó, một

số biến thể gen đã được sử dụng làm chỉ dấu sinh học trong điều trị ung thư, nhằm tăng hiệu quả điều trị và giảm các tai biến trong dùng thuốc

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG LÂM SÀNG CỦA CÁ THỂ HÓA TRONG SỬ DỤNG THUỐC ĐIỀU TRỊ UNG THƯ

3.1 Các phương pháp điều trị ung thư

Có nhiều phương pháp khác nhau có thể điều trị ung thư trên người, từ phẫu thuật, chiếu xạ hay hóa chất hoặc kết hợp các phương pháp điều trị với nhau Tuy nhiên phương pháp trị liệu nào được lựa chọn cho bệnh nhân tùy thuộc rất lớn vào loại ung thư mà họ mắc phải

Phẫu thuật và xạ trị là là những trị liệu phù hợp để điều trị các ung thư cục bộ Ngược lại, các bệnh bạch cầu, u lympho, ung thư di căn và tiến triển đòi hỏi điều trị bằng thuốc, trong một số trường hợp ung thư nguyên phát hay di căn thì phải bổ sung thêm cả xạ trị hoặc phẫu thuật Ngược lại, sau phẫu thuật có thể bổ sung hóa trị liệu hoặc chiếu xạ để tấn công các khối u cục bộ còn sót hoặc di căn Những trị liệu sau phương pháp điều trị ban đầu trong ung thư được gọi là trị liệu bổ sung (adjuvant treatment) Đôi khi, hóa trị được áp dụng trước khi phẫu thuật để làm thu nhỏ khối u và tạo thuận lợi cho việc cắt bỏ khối u, được gọi là trị liệu trước điều trị chính/ hoá trị trước phẫu thuật (neo- adjuvant treatment) Hiệu lực của hóa trị và xạ trị phụ thuộc vào dạng khối u

Thuốc sử dụng trong điều trị ung thư được chia thành nhiều nhóm khác nhau Một số thuốc tấn công trực tiếp vào mô ung thư, một số khác được sử dụng để ổn định các chức năng đặc biệt của cơ thể bệnh nhân hay để giảm đau Nhóm thuốc quan trọng được sử dụng trong điều trị nhiều loại ung thư là các thuốc gây độc tế bào và thường gọi là hoá trị liệu Trong hoá trị liệu, các hợp chất hóa học được sử dụng để ngăn chặn sự sinh tổng hợp, sự sao chép ADN và/ hoặc sự phân bào (mitosis) trong các tế bào ung thư, thường hướng đến sự chết theo chương trình (apotosis) Nhóm hormon và kháng hormon cũng được dùng phổ biển trong điều trị ung thư có rối loạn nội tiết đó là ung thư vú và ung thư tuyến tiền liệt, hay retinoid dùng để điều trị một số ung thư, đặc biệt là các bệnh bạch cầu cấp chuyên biệt, bệnh bạch cầu tiền tủy bào (promyelocytic leukemia) Kể từ khi công nghệ tái tổ hợp ADN ra đời, các cytokin và các yếu tố tăng trưởng có thể được sản xuất với giá

thành hợp lý và đủ tinh khiết để được sử dụng trong điều trị ung thư Trong một số trường hợp, chúng tác động trực tiếp lên các tế bào ung thư, trong các trường hợp khác chúng lại kích thích đáp ứng miễn dịch kháng lại ung thư Ngoài ra chúng còn nhiều tác dụng khác như ổn định hệ tạo máu của bệnh nhân kháng lại những ảnh hưởng của ung thư Các interferon và interleukin được dùng trong điều trị bệnh bạch cầu và ung thư thận Ngoài ra, erythropoetin kích thích sản xuất hồng cầu được

sử dụng rộng rãi trên toàn cầu là ví dụ về loại thuốc thứ ba trong nhóm hoá trị liệu Thuốc hướng phân tử đích đang được ứng dụng và phát triển mạnh mẽ với ưu điểm

ít tác dụng không mong muốn hơn hóa trị liệu truyền thống do khả năng ngăn chặn

sự sinh sôi của tế bào ung thư bằng cách trực tiếp tác động đến phân tử có vai trò chủ chốt trong sự phát triển của khối u như các yếu tố tăng trưởng và receptor của các yếu tố tăng trưởng, các phân tử tham gia vào quá trình truyền tín hiệu tế bào hay các phân tử tham gia vào sự chết tế bào Các phân tử này có thể hiện diện ở mô thường, tuy nhiên chúng thường đột biến hay biểu hiện quá mức ở các mô ung thư

3.2 Chỉ dấu sinh học liên quan đáp ứng của các thuốc điều trị ung thư

3.2.1 Khái niệm chỉ dấu sinh học

Chỉ dấu sinh học (biomarker) là một phân tử biểu hiện một dữ liệu sinh học nhất định, đơn giản có thể là một phân tử chỉ ra sự thay đổi của cơ thể so với bình thường bao gồm gen, protein, các biến thể di truyền và sự khác biệt trong biểu hiện trao đổi chất từ các nguồn khác nhau như chất lỏng và mô cơ thể Theo FDA, chỉ dấu sinh học được định nghĩa là “một đặc tính phân tử giúp đo lường và đánh giá quá trình sinh học bình thường của cơ thể, quá trình bệnh lý hoặc đáp ứng dược học với các can thiệp điều trị” [60] Chỉ dấu sinh học trong ung thư là một phân tử sinh học được tạo ra bởi tế bào ung thư hoặc các mô bình thường của cơ thể đáp ứng với ung thư, là một chỉ số có vai trò đo lường và đánh giá khách quan quá trình phát triển của tế bào ung thư [34] Chỉ dấu sinh học đóng vai trò quan trọng trong cá thể hóa ung thư đó là chỉ dấu sinh học chẩn đoán (diagnostic biomarker), chỉ dấu sinh học tiên lượng (prognotic biomarker), chỉ dấu sinh học dự đoán (predictive biomarker) và chỉ dấu sinh học dược động học (pharmacokinetic biomarker)

Trong quá trình sử dụng thuốc, hai loại chỉ dấu sinh học được quan tâm là chỉ dấu sinh học dược lực học và chỉ dấu sinh học dược động học Các chỉ dấu sinh học dược lực giúp phân biệt những bệnh nhân có thể có đáp ứng tốt với liệu pháp điều

và những bệnh nhân có đáp ứng kém hoặc không đáp ứng, giúp cá thể hóa điều trị trên bệnh nhân (hình 3.1) Các chỉ dẫn sinh học dược động học được sử dụng để đánh giá tác dụng hiệu quả điều trị của thuốc trên khối u, giúp lựa chọn liều dùng phù hợp của thuốc trên bệnh nhân (hình 3.1) Quá trình cá thể hóa việc sử dụng thuốc ung thư sẽ trải qua hai giai đoạn chính, ban đầu là các xét nghiệm chỉ dấu sinh học liên quan đến quá trình dược lực học của thuốc, tức là xét nghiệm đích tác dụng hoặc các phân tử liên quan đến quá trình truyền tín hiệu của đích để phát sinh ung thư Các chỉ dấu sinh học dược lực học giúp dự đoán những bệnh nhân nào có đáp ứng với thuốc để chỉ định được đúng thuốc điều trị trên bệnh nhân Sau khi chỉ định được thuốc nào được sử dụng trên bệnh nhân, các xét nghiệm về chỉ dấu sinh học dược động học sẽ được tiến hành để có thể dự đoán về liều dùng của thuốc, sự hiệu chỉnh liều dùng của thuốc hoặc đổi phác đồ nếu bệnh nhân không dung nạp với thuốc do ảnh hưởng của các quá trình dược động học Chỉ dấu sinh học được ví như xương sống trong cá thể hóa điều trị, do thông qua các chỉ dấu sinh học, bác sĩ có thể phân loại và sàng lọc bệnh nhân đáp ứng với các thuốc điều trị nhất định, điều này giúp tiết kiệm chi phí điều trị Điều này đặc biệt quan trọng đối với quyết định

sử dụng hay không sử dụng các thuốc hướng phân tử đích, và nếu sử dụng, thì sử dụng thuốc nào là hợp lý Các thuốc hướng phân tử đích là đối tượng được nhắc đến nhiều trong cá thể hóa điều trị, do ít tác dụng không mong muốn hơn so với hóa trị liệu, nhiều thuốc hướng phân tử đích được sử dụng cùng với hóa trị liệu để tăng tác dụng điều trị và kéo dài thời gian sống trên bệnh nhân Tuy nhiên, chi phí của các thuốc hướng phân tử đích khá đắt, sử dụng chỉ dấu sinh học giúp dự đoán được bệnh nhân nào có khả năng đáp ứng với một thuốc hướng phân tử đích cụ thể, giúp tiết kiệm chi phí điều trị, tránh sử dụng thuốc trên bệnh nhân không đáp ứng tốt với thuốc Ngoài ra, các chất chỉ dấu sinh học còn giúp giảm thiểu tác dụng phụ và độc tính trên bệnh nhân Mặc dù liệu pháp cá thể hóa điều trị đang được phát triển mạnh

mẽ và dần khẳng định vị trí của các thuốc hướng phân tử đích trong điều trị ung thư, tuy nhiên, hóa trị liệu trong điều trị ung thư vẫn đóng một vai trò rất quan trọng do đáp ứng điều trị nhanh và chi phí điều trị hợp lý Tuy nhiên, hóa trị liệu vốn được biết đến là các thuốc có cửa sổ điều trị hẹp và lại có độc tính cao, bằng việc sử dụng các chỉ dấu sinh học, bác sĩ có thể dự đoán được những bệnh nhân nào có nguy cơ cao gặp phải các tác dụng không mong muốn của thuốc, từ đó đưa ra quyết định có

sử dụng thuốc trên bệnh nhân hay không và liều lượng sử dụng thuốc như thế nào

để có thể giảm thiểu tối đa các tác dụng không mong muốn trên bệnh nhân Tóm lại, các chỉ dấu sinh học đóng vai trò rất quan trọng trong cá thể hóa việc sử dụng thuốc trong điều trị ung thư, giúp gia tăng hiệu quả điều trị, giảm thiểu các tác dụng không mong muốn và giúp tiết kiệm chi phí điều trị trong ung thư

Hình 3.1 Vai trò của chỉ dấu sinh học trong tiên lượng và dự đoán đáp ứng

thuốc

Hiện nay, chỉ dấu sinh học được FDA chấp nhận và trở thành chẩn đoán đồng hành đi cùng với thuốc vẫn còn khá ít, do những khó khăn trong việc chứng minh hiệu quả thực sự trong lâm sàng Dưới đây là một số chỉ dấu sinh học đã được chấp thuận và được áp dụng thường quy trong lâm sàng và đạt được những kết quả khả quan

3.2.2 Chỉ dấu sinh học liên quan đến dược động học của thuốc ung thư

Quá trình chuyển hóa thuốc là một quá trình quan trọng trong dược động học của thuốc và các chỉ dấu sinh học dược động học của thuốc ung thư hiện nay cũng tập trung vào quá trình chuyển hóa thuốc Thuốc chuyển hóa trong cơ thể sẽ qua hai pha chuyển hóa Pha 1 trong quá trình chuyển hóa thuốc bao gồm các phản ứng oxi hóa, phản ứng khử và phản ứng thủy phân Pha 2 trong quá trình chuyển hóa thuốc bao gồm các phản ứng kết hợp với các nhóm hợp chất ion hóa như acid glucuronic, glutathion…để chuyển hóa thuốc thành các hợp chất dễ tan trong nước tiện cho quá trình thải trừ Một thuốc có thể chỉ qua quá trình chuyển hóa pha 1 hoặc chỉ qua quá trình chuyển hóa pha 2, hoặc qua cả hai quá trình chuyển hóa pha 1 rồi đến pha 2 Các enzym xúc tác đóng vai trò quan trọng trong tất cả các quá trình chuyển hóa thuốc này

3.2.2.1 Chỉ dấu sinh học liên quan đến quá trình chuyển hóa thuốc pha 1

Trong quá trình chuyển hóa thuốc pha 1, các nhóm phân cực sẽ được gắn vào phân tử thuốc Quá trình này được thực hiện bởi các enzym khác nhau Sự đa hình

di truyền của các gen mã hóa cho các enzym này sẽ ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa của thuốc, từ đó sẽ ảnh hưởng đến tác dụng và độc tính của thuốc

- Chỉ dấu sinh học liên quan đến phản ứng oxi hóa của thuốc

Phản ứng oxi hóa là phản ứng quan trọng và phổ biến nhất trong các phản ứng chuyển hóa thuốc pha 1 Họ enzym đóng vai trò trong các phản ứng oxi hóa cơ chất

là CYP450 Các CYP450 tham gia vào chuyển hóa các thuốc kháng ung thư là CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4 VÀ CYP3A5 [24]

Về nguyên tắc, bất cứ sự thay đổi nào trong gen mã hóa những enzym này đều có thể sẽ ảnh hưởng đến hoạt tính của enzym, ảnh hưởng đến khả năng oxi hóa thuốc

và từ đó ảnh hưởng đến tác dụng cũng như độc tính của thuốc đối với cơ thể Hiện nay, một số kiểu gen được coi như là chỉ dấu sinh học trong việc đánh giá tác dụng

và độc tính của thuốc Một ví dụ điển hình trên lâm sàng là xét nghiệm kiểu gen

CYP2D6 để lựa chọn những bệnh nhân phù hợp để điều trị với Tamoxifen

Tamoxifen là một chất kháng chọn lọc estrogen được sử dụng để điều trị ung thư vú di căn trên những phụ nữ tiền mãn kinh và sau mãn kinh và được chấp thuận

để phòng ung thư vú từ năm 1998 [38] Quá trình chuyển hóa của tamoxifen rất phức tạp và bao gồm cả chuyển hóa pha 1 và pha 2 [48] Qua CYP450, tamoxifen được chuyển hóa thành các chất chuyển hóa chính là N-desmethyltamoxifen (qua CYP3A4, CYP3A5) và 4-hydroxytamoxifen (qua CYP2D6) [20], [26] Các chất chuyển hóa này tiếp tục được oxi hóa tạo thành chất chuyển hóa có hoạt tính của tamoxifen là 4-hydroxy-N-desmethyltamoxifen (endoxifen) [48] Hai chất chuyển hóa quan trọng có hoạt tính kháng estrogen là 4-hydroxytamoxifen và endoxifen [48], trong đó 4-hydroxytamoxifen có tác dụng kháng estrogen cao hơn gấp 50 lần

so với tamoxifen [26] Endoxifen cũng có tác dụng kháng estrogen tương tự như hydroxytamoxifen, thể hiện qua sự tương đương về ái lực gắn với receptor estrogen

4-và khả năng ức chế tăng sinh tế bào được kích thích bởi estradiol [10], [26] Do đó, theo lý thuyết, tác dụng của tamoxifen trên những bệnh nhân mang kiểu hình CYP2P6 chuyển hóa kém sẽ giảm đi do giảm tỉ lệ của endoxifen và 4-hydroxytamoxifen

Gen CYP2D6 có tính đa hình di truyền cao Đã có hơn 71 kiểu alen khác nhau của gen CYP2D6 được miêu tả và được chia thành các kiểu hình gây mất hoạt tính

enzym (null), giảm hoạt tính enzym, giữ nguyên hoạt tính enzym và enzym chuyển

hóa siêu nhanh [19], [20] Gen CYP2D6 có thể có các kiểu gen tăng lên hai, ba, bốn,

năm, hoặc mười ba bản sao tạo kiểu hình chuyển hóa siêu nhanh [48] Các SNP

quan trọng và xảy ra nhiều nhất là CYP2D6*4 (1846G>A) gây ra khuyết tật cắt,

CYP2D6*5 gây xóa bỏ toàn bộ gen, CYP2D6*6 gây dịch khung tại vị trí acid amin

118 và CYP2D6*10 làm giảm hoạt tính enzyme [11] Một số nghiên cứu trên bệnh

nhân ung thư vú điều trị với tamoxifen đã chỉ ra rằng nồng độ endoxifen trong máu trên những bệnh nhân có kiểu hình chuyển hóa kém sẽ giảm so với những bệnh

nhân mang kiểu gen bình thường [38] Các biến thể khác nhau của gen CYP2D6 gây

ra các kiểu hình khác nhau