Raznolikost v farmakološkem odzivu na zdravljenje z metforminom
Variability in pharmacological response to metformin treatment
Vanja Ornik,1 Polonca Ferk2
1	Javni zdravstveni zavod, Lekarne Maribor, Lekarna Qlandia, Maribor
2	Univerza v Mariboru, Medicinska fakulteta, Katedra za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Maribor
Korespondenca/ Correspondence:
doc. dr. Polonca Ferk, Univerza v Mariboru, Medicinska fakulteta, Katedra za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Slomškov trg 15, 2000 Maribor; E-pošta: polonca.ferk@ guest.arnes.si Tel.: (02) 234 56 12 Fax: (02) 234 56 00
Ključne besede:
farmakogenetika, sladkorna bolezen tipa 2, sindrom policističnih jajčnikov, genetski polimorfizmi, farmakoterapija
Key words:
pharmacogenetics, type 2 diabetes, polycystic ovary syndrome, genetic polymorphisms, pharmacotherapy
Citirajte kot/Cite as:
Zdrav Vestn 2013; 82: 487-496
Prispelo: 20. avg. 2012, Sprejeto: 05. mar. 2013
Izvleček
Izhodišča: Metformin je peroralni antidiabetik in je po slovenskih smernicah zdravilo prve izbire za zdravljenje sladkorne bolezni tipa 2 (SB2). Svoje mesto si utira tudi pri zdravljenju sindroma policističnih jajčnikov (PCOS), čeprav PCOS (še) ni uradno med indikacijami za zdravljenje z metforminom. Študije kažejo, da metformin izboljša klinično in biokemično sliko PCOS ter zveča stopnjo ovulacije in s tem verjetnost za zanositev pri ženskah s tem sindromom. Farmakološki učinki metformina se ob enakem režimu odmerjanja med bolniki razlikujejo, kar poskušamo med drugim razložiti tudi z vplivom poli-morfnih različic v genih, povezanih s farmakodi-namiko in farmakokinetiko metformina.
Zaključki: Rezultati raziskav kažejo, da poli-morfne različice v genih, povezanih s farma-ko dinamiko in farmakokinetiko metformina, lahko prispevajo k raznolikosti v odzivu na zdravljenje z metforminom tako pri bolnikih s SB2 kot pri bolnicah s PCOS.
Abstract
Background: According to the Slovenian guidelines, metformin, an oral antidiabetic drug, is a drug of choice for the treatment of type 2 diabetes. Additionally, metformin is paving its way in polycystic ovary syndrome (PCOS) treatment, although the drug has not (yet) been officially indicated to treat PCOS. Studies have shown that metformin improves clinical and biochemical features of PCOS as well as the rate of ovulation and consequently the likelihood of conception in PCOS women. At the same dosage regimen, pharmacological effects of metformin show interindividual variability in metformin response; efforts have been made to at least partly explain the variability with polymorphic variants in genes related to metformin pharmacodynamics and pharmacokinetics.
Conclusions: The results of the current studies indicate that polymorphic variants in genes related to metformin pharmacodynamics and pharmacokinetics may contribute to the interindividual variability in pharmacological response to metformin treatment in diabetic as well as in PCOS patients.
1. Uvod
Farmakogenetika je interdisciplinarno področje, ki združuje znanja farmakologije in genetike. Njen osnovni namen je opredeliti, kako in v kolikšni meri posameznikov genetski zapis določa farmakološki odgovor na specifično zdravilo in zdravljenje. Namen vključitve farmakogenomskega pristopa v farmakoterapijo je izbrati že na začetku zdravljenja za bolnika najbolj učinkovito zdravljenje z minimalnimi neželenimi učinki glede na njegov genetski profil.1
Pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 2 (SB2) in pri bolnicah s sindromom policističnih jajčnikov (PCOS) lahko opazimo precejšnjo raznolikost v odzivu na zdravljenje z metforminom, peroralnim antidiabeti-kom, ki spada v skupino bigvanidov. Med-osebne razlike v učinkovitosti metformina in pri pojavu neželenih učinkov (prebavne težave, laktacidoza) pri enakem režimu odmerjanja lahko med drugim razložimo tudi na osnovi genetske raznolikosti med posamezniki. Doslej so proučevali vpliv genetskih polimorfizmov posameznih nukleotidov (angl. Single Nucleotide Polymorphism,
SNP; sprememba enega samega nukleotida v zaporedju DNK, ki se v populaciji pojavlja pri več kot 1 % posameznikov) na farmakološke lastnosti metformina pretežno na celičnih in živalskih modelih, v retrospektivnih kliničnih študijah ter v maloštevilnih prospektivnih kliničnih študijah. Doslej so preučili predvsem izbrane SNP-je v genih za molekule, ki sodelujejo v predvidenem mehanizmu delovanja metformina, ter SNP-je v genih za organske kationske prenašalce v jetrih in ledvicah. Poznavanje farmakogene-tike metformina je osnova za možen razvoj genetskega testiranja pred odločanjem o izbiri posameznemu bolniku s SB2 oz. bolnici s PCOS prilagojene farmakoterapije, skladno s sodobnim konceptom osebne medi-cine.2
2. Farmakološke lastnosti metformina
2.1 Farmakodinamika metformina
Ključni mehanizem delovanja metformina je inhibicija glukoneogeneze, v manjši meri pa zavira tudi proces glikogenolize,3 povečuje tudi občutljivost perifernih tkiv, zlasti skeletnih mišic, za inzulin, s čimer izboljša izrabo glukoze v perifernih tkivih; upočasnjuje tudi absorpcijo glukoze iz črevesja.4 Vsi navedeni učinki so želeni pri antihiperglikemičnem zdravljenju bolnikov s SB2. Pri ženskah s PCOS metformin zveča verjetnost za ovulacijo, verjetno zaradi zmanjšanja koncentracije inzulina v krvi in zato zaradi zmanjšanja njegovih učinkov na biosintezo androgenov v jajčnikih, na pro-liferacijo celic teke in na rast endometrija. Najverjetneje metformin tudi neposredno zavira glukoneogenezo v jajčnikih in tudi na ta način prispeva k zmanjšanju biosinteze androgenov v jajčnikih.5
Primarno mesto delovanja metformina je najverjetneje kompleks I mitohondrijske dihalne verige, tarčna molekula za metfor-min pa natančno še ni opredeljena. Blago in prehodno inhibicijo kompleksa I zaradi delovanja metformina vodi v zmanjšanje energijskega stanja celice (zmanjšanje koncentracije adenozin-trifosfata in sočasno povečanje koncentracije adenozin-mono-
fosfata v celici) ter zato zviša raven izražanja serin-treoninske kinaze 11 (STK11, tudi t. i. LKB1) in aktivacijo od adenozin-monofos-fata odvisne proteinske kinaze (AMPK).6'7 Aktivacija AMPK je potrebno za zaviranje glukoneogeneze, stimulacijo oksidacije ma-ščobnih kislin v hepatocitih ter za povečanje privzema glukoze v skeletne mišice. Predviden mehanizem delovanja metformina je predstavljen na Sliki 1. V nedavni študiji so ugotovili, da inhibiranje proteina ATM (angl. Ataxia Telangiectasia Mutated), ki spada v družino fosfatidilinozitol-3-kinaz/ fosfatidilinozitol-4-kinaz (PI3K/PI4K), zmanjša fosforilacijo in s tem aktiviranje AMPK.8 Sklepamo, da inhibiranje proteina ATM preprečuje inhibiranje glukoneogene-ze in s tem zmanjšuje farmakološki učinek metformina. Metformin ima najverjetneje tudi nekatere nemitohondrijske učinke; ugotovili so namreč njegov učinek na me-tabolizem eritrocitov, ki nimajo mitohon-drijev, in sicer naj bi metformin vplival na fluidnost celične membrane eritrocitov.9
2.2 Farmakokinetika metformina
Ker je molekula metformina pri fiziološkem pH pozitivno nabita, metformin celičnih membran ne more prehajati s pasivno difuzijo, temveč jih prehaja s pomočjo prenašalnih proteinov.10 Metformin se po peroralnem jemanju iz prebavne cevi absorbira v največji meri s plazmalemskim prenašalcem za monoamine (PMAT) in v manjši meri s prenašalcem za organske katione 3 (OCT3); slednji se med drugim nahaja tudi v skeletnih mišicah, v srcu, možganih, jetrih, maternici in posteljici." Glavni organi porazdelitve metformina so prebavna cev, jetra in ledvice. Metformin se v človeškem telesu verjetno ne presnavlja ter se izloča skozi ledvice z glomerulno filtracijo in tubulno sekrecijo.4 Metformin je substrat za prenašalce za organske katione tako v jetrih kot v ledvicah. Pri ljudeh se prenašalec za organske katione 1 (OCT1) izraža na bazo-lateralni membrani hepatocitov in je glavni posrednik privzema metformina v jetra,10 ki so tudi glavno mesto delovanja tega zdravila. Delno se metformin privzema v hepa-tocite tudi s prenašalcem OCT3. Prenaša-
lec za organske katione 2 (OCT2) najdemo v glavnem v ledvicah in omogoča privzem metformina v celice proksimalnih ledvičnih tubulov.10 Poleg tega je metformin substrat za prenašalce MATE (angl. Multidrug And Toxin Extrusionj, ki lahko pomembno vplivajo na izločanje metformina/2 Antiporter MATE1 se v veliki meri izraža v jetrih, ledvicah in v skeletnih mišicah, medtem ko se protiprinašalec MATE2 nahaja predvsem na krtačasti membrani proksimalnih ledvičnih tubulov.10 Shematsko je umeščenost prena-šalnih proteinov, ki igrajo v organizmu pomembno vlogo pri prehajanju metformina skozi celične membrane, prikazana na Sliki 2.
3. Uporaba metformina v klinični praksi
3.1 Zdravljenje sladkorne bolezni tipa 2 z metforminom
Metformin je za zdravljenje sladkorne bolezni v uporabi že več kot 50 let in je glede na slovenske smernice zdravilo prve izbire za zdravljenje SB2, zlasti pri diabetikih s čezmerno telesno težo." Učinkovit je pri zmanjševanju koncentracije glukoze v krvi pri bolnikih z inzulinsko rezistenco; posledica je zmanjšano tveganje za zaplete, povezane s SB2, med drugim za bolezni srca in žilja; v primerjavi s placebom in drugimi an-tidiabetiki metformin zmanjša tveganje za smrtnost zaradi srčno-žilnih zapletov, kar so potrdili v več kot 30 kliničnih raziskavah.9 Za razliko od sulfonilsečnin in inzulina pa metformin ne povzroča povečanja telesne teže ter ni povezan z velikim tveganjem za hipoglikemijo. Ugotovitve nedavnih kliničnih študij nakazujejo, da je metformin učinkovito zdravilo tudi pri diabetični ne-fropatiji, boleznih srca in žilja, PCOS, pri preprečenju SB2, pri zdravljenju raka ter celo pri uravnavanju cirkadianega ritma/ Kontraindikacije za zdravljenje z metforminom so ledvična insuficienca, bolezni jeter in srčno popuščanje zaradi nevarnosti nastanka laktacidoze. Metformin bolniki večinoma dobro prenašajo; njegovi neželeni učinki so predvsem blage in prehodne
prebavne motnje, ki jih lahko ublažimo z jemanjem zdravila med obrokom hrane ter postopnim zvečevanjem odmerka. Zdravljenje je potrebno začasno prekiniti pred načrtovanimi preiskavami s kontrastnimi sredstvi, v času akutnih bolezni ter pred večjimi operacijami. Pri dolgotrajnem zdravljenju se priporoča nadomeščanje folne kisline in vitamina B12, saj metformin lahko zmanjša njuno absorpcijo iz črevesja.14
3.2 Zdravljenje sindroma policističnihjajčnikov z metforminom
Sindrom policističnih jajčnikov, najpogostejša endokrina motnja pri ženskah v rodnem obdobju/5 (še) ni uradna indikacija za zdravljenje z metforminom/ čeprav v zadnjem času postaja metformin zdravilo prve izbire za vse bolnice s PCOS, ki imajo motnje menstruacijskega cikla, težave z zanositvijo in pri katerih želimo vplivati na kazalce presnove.14 Rezultati dosedanjih študij namreč kažejo, da jemanje metformina pri mnogih bolnicah s PCOS izboljša njihovo klinično in biokemično sliko, tj. njihove reproduktivne, presnovne in hormonske funkcije (zmanjša plazemske koncentracije androgenov in inzulina/6 zmanjša inzulinsko rezistenco, izboljša morfologijo policističnih jajčnikov/7 spodbuja ovulacijo/4 vzpostavlja reden menstruacijski cikel/8 zveča plodnost/9 v kombinaciji s spremembo življenjskega sloga zmanjšuje telesno težo19). Tako metformin pri mnogih bolnicah s PCOS verjetno tudi zmanjša tveganje za znane kasnejše zaplete tega sindroma, tj. zlasti za SB2, metabolni sindrom, za zvišan krvni tlak, aterosklerozo, bolezni srca in žilja."
4. Farmakogenetika odziva pacientov na zdravljenje z metforminom
Rezultati dosedanjih farmakogenetskih študij so povzeti v Tabeli 1 ter ovrednoteni v nadaljevanju.
Tabela 1: Povzetek dosedanjih farmakogenetskih študij metformina.
Oznaka in ime gena	Oznaka genetskega polimorfizma	Vrsta študije (+ populacija)**		Rezultat študije	Ref
STK11 (gen za STK11)	• rs8111699 (c.290+2512C>G)	kLinična: boLnice s PCOS (ZDA, beLke, Afroameričanke, Azijke)	312	Prisotnost alela C je povezana z značilno manjšo verjetnostjo za ovulacijo.	20
		kLinična: dekLice (8-12 Let) z znaki hiperinsuLinemije in hiperandrogenemije (Španija)	85	Prisotnost alela C je povezana s slabšim odzivom na zdravljenje z metforminom.	21
ATM (gen za ATM)	• rs11212617 (g.108283161C>A)	kLinična; retrospektivna: boLniki s SB2 (študija GoDARTS, Škotska)	1024	Alel C je povezan z nižjimi vrednostmi HbAlc pri zdravljenju z metforminom.	8
		kLinična; retrospektivna: boLniki s SB2 (GoDARTS in UKPDS)	1783 in 1113	Alel C je povezan z nižjimi vrednostmi HbAlc pri zdravljenju z metforminom.	8
		kLinična: osebe s čezmerno teLesno težo aLi debeLe osebe z zmanjšano toLeranco za gLukozo (študija DPP, ZDA)	2994	Alel C ni povezan z boljšim odzivom na metformin.	22
		metaanaLiza petih študij: CSA, Rotterdam, CARDS, GoDARTS, UKPDs	skupno 5285	Alel C je povezan z nižjimi vrednostmi HbAlc pri zdravljenju z metforminom (razen študija CARDS).	23
SLC22A1 (gen za prenašaLec OCT1)	•	rs12208357 (c.181C>T, p.61Arg>Cys) •	rs34104736 (c.566C>T, p.189Ser>Leu) •	rs36103319 (c.659G>T, p.220GLy>VaL) •	rs34130495 (c.1201G>A, p.401GLy>Ser) •	rs34059508 (c.1393G>A,p.465GLy>Arg) •	c.1256deLATG, p.420deL	in vitro: ceLični modeLi in vivo: mišji modeLi	/	Različice 181T, 566T, 659T, 1201A, 1393A ter 1256delATG imajo za posledico izražanje prenašalca OCT1 z zmanjšano funkcijo.	10
	•	-c. -43T>G •	rs628031 (c.1222A>G, p.Met408VaL)	kLinična: boLniki s SB2 (Japonska)	33	Različica -43G je verjetno pozitiven, različica 1222G pa negativen napovedni dejavnik učinkovitosti metformina.	10
	• rs12208357 (c.181C>T, p.61Arg>Cys)	in vitro: ceLična Linija CHO-K1	/	Raven izražanja OCT1 je manjša pri različici 181T.	24
	• rs622342 (A>C)	kLinična: boLniki s SB2 (študija Rotterdam; Nizozemska)	98	Pri homozigotih C/C so v primerjavi z divjim tipom vrednosti HbA1c značilno nižje.	28
	•	rs12208357 (c.181C>T, p.61Arg>Cys) •	rs34130495 (c.1201G>A, p.401GLy>Ser), •	rs34059508 (c.1393G>A, p.465GLy>Arg) •	c.1256deLATG, p.420deL	kLinična: zdravi prostovoLjci (moški; beLci)	103	Genetske različice 181T, 1201A, 1393A ter 1256delATG v genu za prenašalec OCT1, ki vodijo do zmanjšane funkcije prenašalca, so povezane z večjim ledvičnim očistkom metformina.	25
	•	rs628031 (c.1222A>G, p.408Met>VaL) •	rs36056065 (g.160560908 deLinsGTAAGTTG)	kLinična: boLniki s SB2 (Latvija)	246	Različici 1222A in insercija 8bp (rs36056065) sta povezani z večjo pojavnostjo neželenih učinkov v GiT pri zdravljenju z metforminom.	30
SLC22A2 (gen za prenašaLec OCT2)	•	c.596C>T, p.Thr199ILe •	rs145450955 (c.602C>T, p.201Thr>Met) •	rs316019 (c.808T>G, p.270Ser>ALa)	in vitro: ceLice HEK-293	/	Pri različicah 596T, 602T ter 808T je privzem metformina v celice v primerjavi z divjim tipom zmanjšan.	31
		kLinična: zdravi prostovoLjci (Koreja)	26	Pri različicah 596T, 602T ter 808T je značilno zmanjšan očistek metformina v primerjavi z divjim tipom.	28
		in vitro: oociti	/	Pri različicah 596T, 602T ter 808T je prenašalna aktivnost za metformin zmanjšana.	35
	• rs316019 (c.808T>G, p.270Ser>ALa)	kLinična: zdravi prostovoLjci (Kitajska)	15	Heterozigoti 808G/T in homozigoti 808T/T imajo zmanjšan ledvični očistek metformina v primerjavi s homozigoti 808G/G (divji tip).	32
		kLinična: boLniki s SB2 (Kitajska)	400	Pri homozigotih 808T/T je verjetnost za hiperlaktemijo večja.	32
		in vitro: ceLice HEK-293	/	V primeru genotipa 808T/T je zmogljivost prenosa metformina večja.	34
		kLinična: zdravi prostovoLjci (ZDA; Afroameričani in potomci Evropejcev)	23	Pri heterozigotih 808G/T je v primerjavi s homozigoti 808G/G očistek metformina večji.	34
Oznaka in ime gena
Oznaka genetskega polimorfizma
Vrsta študije (+ populacija)*
St p
Rezultat študije	Ref
SLC22A3	• rs2292334	in vitro: celična linija CHO-K1	/	Pri različicah 1233A, rs2048327 A, *63T ter 24
(gen za	(c.1233G>A, p.411Ala=)	*564A je raven izražanja mRNA za OCT3
prenašalec • rs2048327	zmanjšana.
OCT3)	(intron 7, c.1289-261T>A)
•	rs1810126 (3'-UTR, c.*63C>T)
•	rs3088442 (3'-UTR, c.*564G>A)
	•	rs8187725 (c.1199C>T, p.400Thr>Ile) •	c.1267G>T, p.423Val>Phe	in vitro: celice HEK-293	/	Pri različici 1199T je privzem metformina v celice zmanjšan za približno 80 %, pri 1267T pa za približno 50 °% v primerjavi z divjim tipom.	11
	• rs8187715 (c.131C>T, p.44Thr>Met)	in vitro: celice HEK-293	/	Pri različici 131T je privzem metformina v celice povečan za okoli 60 °% v primerjavi z divjim tipom.	11
SLC47A1 (gen za MATE1)	•	rs35646404 (c.404T>C, p.159Thr>Met) •	rs3579 0011 (c.1012G>A, p.338Val>Ala) •	rs35395280 (c.1490G>T, p.497Cys>Phe)	in vitro: celice HeLa	/	Prenašalna aktivnost MATE1 za metformin je pri različicah 404C in 1012A značilno zmanjšana, različice rs35395280 pa na navedeno prenašalno aktivnost ne vplivajo.	36
	• rs2252281 (g.-66T>C)	in vitro: HCT-116, ACHN, HEP-G2, HeLa	/	Aktivnost prenašalca MATE1 je značilno manjša pri različici g.-66C v primerjavi z g.-66T, kar ima za posledico značilno zmanjšanje izražanja mRNA za MATE1 pri heterozigotih C/T in homozigotih C/C v primerjavi s homozigoti T/T.	37
• rs2289669 (c.922-	klinična: bolniki s SB2 (študija Rotterdam, 116	Nosilci alela A imajo značilno manjše	38
158G>A)	Nizozemska)	vrednosti HbA1c po zdravljenju z
metforminom.
klinična: bolniki s SB2 (študija Rotterdam, 98	Vrednosti HbA1c so pri homozigotih A/A	28
Nizozemska)	značilno manjše kot pri divjem tipu.
Legenda: Št. preisk. - število preiskovancev, Ref. - referenca, SLC22A1/2/3 - gen za prenašalec za organske katione 1/2/3, OCT1/2/3 -prenašalec za organske katione 1/2/3, SLC47A1 - gen za prenašalec MATE1, MATE1 - protiprenašalec Multidrug And Toxin Extrusion 1, STK11 - serin-treoninska kinaza 11, ATM - protein ATM (angl. Ataxia Telangiectasia Mutated), SB2 - sladkorna bolezen tipa 2, CHO-K1 - celice jajčnikov kitajskega hrčka, HEK-293 - humane zarodne ledvične celice, HeLa - humane rakave celice ustja materničnega vratu, HcT-116 - humane celice raka debelega črevesa, ACHN - humane celice raka ledvic, HEP-G2 - humane celice hepatoma, mRNA - informacijska RNA, GoDARTS - študija GoDARTS (angl. Genetics Of Diabetes Audit and Research Tayside Study), PCOS -sindrom policističnih jajčnikov, A - adenin, T - timin, G - gvanin, C - citozin, Ala - alanin, Cys - cistein, Phe - fenilalanin, Gly - glicin, Ile - izolevcin, Leu - levcin, Met - metionin, Arg - arginin, Ser - serin, Thr - treonin, Val - valin, GIT - prebavna cev/trakt, delins -delecija/insercija, bp - bazni par, c. - oznaka za spremembo nukleotida, p. - oznaka za spremembo aminokisline, g. - polimorfizem v bližini gena, HbA1c - glikirani hemoglobin A1c, * - polimorfizem v regiji 3'UTR, = - ni spremembe v aminokislinskem zaporedju, ** - v primeru klinične študije.
4.1 Vpliv genetske raznolikosti na farmakodinamiko metformina
4.1.1 Gen za STK11
Na odziv na zdravljenje z metforminom verjetno vpliva polimorfizem rs8m699 G > C (frekvenca manj pogostega alela v populaciji - MAF (angl. global Minor Allele Frequency); C = 0,359/785) v genu za kinazo STK11, pomembno molekulo v mehanizmu delovanja metformina. V študiji na 312 Američankah s PCOS, zdravljenih z metfor-minom, so ugotovili, da je prisotnost alela C značilno zmanjšala verjetnost za ovulacijo; v
skupini preiskovank je bila frekvenca alela C 50 %.20 Učinek tega polimorfizma na odziv na zdravljenje z metforminom so opazovali tudi v skupini 85 deklic, starih med 8 in 12 let, z znaki hiperinzulinemije in hiperandro-genemije. Tudi v tej raziskavi so ugotovili, da je prisotnost alela C povezana s slabšim odzivom na zdravljenje z metforminom/1 Nam dostopni podatki ne navajajo testiranja polimorfizma rs8iii699 na celičnih in živalskih modelih oz. v kliničnih študijah na zdravih prostovoljcih.
Slika 1: Predpostavljen molekularni mehanizem delovanja metformina na gLukoneogenezo v jetrih. Po privzemu metformina v jetrno celico preko prenašalca OCTi je primarna tarča metformina kompleks i mitohondrijske dihalne verige. Z inhibicijo kompleksa i pride do blagega znižanja energijskega statusa celice, kar povzroči akutno in prehodno inhibicijo poti, ki vodijo v glukoneogenezo. Metformin lahko preko od AMPK odvisnih in neodvisnih poti vodi do zmanjšanja ekspresije genov, ki sodelujejo pri glukoneogenezi, ter posledično do inhibicije sinteze glukoze v jetrih. Poleg tega lahko od STK11 odvisna aktivacija AMPK zmanjša lipogenezo v jetrih ter posredno vpliva na občutljivost jeter za inzulin in posledično izločanje glukoze iz jeter (prirejeno po Benoit 9).
Legenda: OCT1 - prenašalec za organske katione 1, ATP - adenozin-trifosfat, AMP - adenozin-monofosfat, STK11 - serin-treoninska kinaza 11, AMPK - od adenozin-monofosfata odvisna proteinska kinaza, + -aktivacija poti, - -inhibicija poti, b -zmanjšanje.
4.1.2 Gen ATM
Protein ATM spodbuja aktivacijo AMPK (in s tem posledično vpliva na učinkovitost metformina), igra pa tudi pomembno vlogo pri popravljanju DNK ter v uravnavanju celičnega cikla. V asociacijski genetski študiji GoDARTS (angl. the Genetics of Diabetes Audit and Research Tayside Study), v katero so bili vključeni škotski bolniki s SB2, zdravljeni z metforminom, so v skupini 1024 bolnikov med številnimi testiranimi genetskimi polimorfizmi, za polimorfizem rsii2i26i7 C > A (MAF; A = 0,471/1030) v genu ATM ugotovili, da značilno vpliva na odziv na zdravljenje z metforminom, in sicer prisotnost alela C značilno napoveduje manjše vrednosti HbAic.8 V preiskovani skupini je bila frekvenca manj pogoste različice navedenega polimorfizma 44 %.8 V dveh ponovi-
tvenih skupinah (neodvisna GoDARTS skupina 1783 bolnikov in skupina UKPDS (angl. United Kingdom Prospective Diabetes Study; 1113 bolnikov s SB2) so dobili enak rezul-tat.8 Glede na dostopno aktualno literaturo navedenega polimorfizma niso predhodno testirali na celičnih in živalskih modelih oz. v kliničnih študijah na zdravih prostovoljcih. V nedavni študiji DPP (angl. Diabetes Prevention Program) na 2994 bolnikih s čezmerno telesno težo oz. na debelih bolnikih z zmanjšano toleranco za glukozo, ki so jemali metformin, niso uspeli potrditi povezave med alelom C polimorfizma rs11212617 v genu ATM in odzivnostjo na metformin.22 V metaanalizi različnih skupin preiskovancev iz petih študij - DCS (929 preiskovancev), Rotterdam (182 preiskovancev), CARDS (254 preiskovancev) ter GoDARTS
Slika 2: lokacija ključnih prenašaLnih proteinov, udeleženih v farmakokinetiki metformina.
V glavno pot absorpcije, porazdelitve in eliminacije metformina pri človeku so vključeni prenašalci PMAT, OCT1, OCT2, OCT3, MATE1 in MATE2 (prirejeno po Zolk10).
Legenda: OCT-prenašalec za organske katione, MATE-antiporter MATE (angl. Multidrug And Toxin Extrusion), PMAT-plazmalemski prenašalec za monoamine.
in UKPDS (skupno 3920 preiskovancev), ki so bili zdravljeni z metforminom, so v vseh, razen v skupini CARDS, ugotovili, da je prisotnost alela C povezana z nižjimi vrednostmi HbA1c.23 Nasprotujoči si rezultati študij so lahko posledica različnih opredelitev uspešnega odziva na zdravljenje z metforminom. Študije so bile narejene na različnih etničnih populacijah, kar je prav tako lahko eden od razlogov za nasprotujoče si rezultate. Poleg tega se bolniki z višjimi vrednostmi HbA1c verjetno bolje odzivajo na zdravljenje z metforminom (diabetiki npr. bolje kot bolniki z zmanjšano toleranco za glukozo). Eden od razlogov za raznolike rezultate je lahko tudi ta, da npr. študiji GoDARTS in UKPDS temeljita na retrospektivni oceni kliničnih zapisov, ki jih je težje relevantno preverjati kakor pa vrednotiti klinično sliko v prospektivno zasnovani klinični študiji, kot je bila npr. prej navedena študija DPP.
4.2 Vpliv genetske raznolikosti na nekatere farmakokinetične lastnosti metformina
4.2.1 Gen SLC22A1
V večini študij na celičnih in mišjih modelih so potrdili, da ima prisotnost nekaterih polimorfnih različic v genu SLC22A1 (gen za prenašalec OCT1) za posledico izražanje proteina s spremenjeno aktivnostjo,10 npr. v primeru manj pogostega alela 181T polimor-
fizma rs12208357 (c.181C > T, p.61Arg > Cys, MAF; T = 0,0265/58) je izražanje prenašalca OCT1 zmanjšano.24 V raziskavi na 103 zdravih prostovoljcih so ugotovili, da genetske različice 181T, 1201A, 1393A ter 1256delATG v genu SLC22A1, ki vodijo do zmanjšanja funkcije prenašalca OCT1, zvečajo ledvični očistek metformina/5 Skladno s tem so v kliničnih študijah na zdravih posameznikih ugotovili, da imajo nosilci alelov 181T, 1201A, 1393A, 1256delATG zmanjšano toleranco za glukozo,10 česar pa v študijah na bolnikih, zdravljenih z metforminom, doslej niso uspeli potrditi. 10'26 Vzrok za take rezultate so morda vplivi okolja, razlike v starosti in spolu v raziskave vključenih bolnikov ter sočasna prisotnost drugih bolezni, kar bi lahko zakrilo vlogo posameznega genetskega dejavnika.27 Glede na rezultate dosedanjih študij na bolnikih s SB2, zdravljenih z me-tforminom, se vrednosti HbA1c v največji meri znižajo homozigotom C/C polimorfiz-ma rs622342 A > C (MAF; C = 0,272/596) v genu SLC22A1.28 Tudi pri mladih ženskah s PCOS genotip SLC22A1 verjetno pomembno določa odziv na zdravljenje z metformi-nom, zlasti lipidni in inzulinski profil pri takih bolnicah.29
V	prvi študiji, pri kateri so poskušali najti povezavo med genetskimi polimorfizmi v prenašalcih OCT1, OCT2 in MATE1 ter pojavom neželenih učinkov pri zdravljenju z metforminom, je bilo vključenih 246 bolnikov s SB2 iz Latvije. Ugotovili so, da lahko dva od sedmih analiziranih polimorfizmov vplivata na pojav motenj v prebavni cevi pri zdravljenju z metforminom; oba polimorfiz-ma, rs628031 (c.1222A > G, p.408Met > Val, MAF; A = 0,302/660) in ^36056065 (g.160560908delGinsGTAAGTTG), se nahajata v genu SLC22A1.30
4.2.2 Gen SLC22A2
V	genu SLC22A2 (gen za prenašalec OCT2) so doslej odkrili 13 polimorfizmov oz. mutacij, ki imajo za posledico spremembo v aminokislinskem zaporedju proteina OCT2, vendar se jih večina v populaciji pojavlja s pogostostjo < 1 %, zato njihov vpliv na raznolikost odziva na zdravljenje z metforminom verjetno ni ključen.10 Po pogostosti najbolj izstopa polimorfizem rs316019 (c.808G > T,
p.27oAla > Ser, MAF; A = 0,123/268). Rezultati dveh kliničnih študij na zdravih prostovoljcih so pokazali značilno zmanjšanje očistka metformina pri homozigotih T/T.31'32 V nedavni študiji na kitajski populaciji so ugotovili večjo pogostost hiperlak-temije pri bolnikih s SB2 s homozigotnim genotipom T/T/3 V nasprotju z rezultati prej omenjenih študij so v ameriški raziskavi odkrili, da so imele celice HEK-293 z genotipom T/T večjo zmogljivost prenosa metformina v primerjavi s kontrolno skupino celic, kar so delno potrdili tudi v študiji na zdravih prostovoljcih kavkazijskega in afroameriške-ga porekla; posamezniki s heterozigotnim genotipom G/T so imeli večji očistek metformina v primerjavi s posamezniki z genotipom G/G.34 Nasprotujoče si rezultate študij lahko razložimo z dejstvom, da na ledvični očistek metformina poleg prenašalca OCT2 pomembno vplivajo tudi drugi dejavniki, med njimi aktivnost prenašalcev MATE1 in MATE2. Na celičnih modelih je potekala še ena študija vpliva genetskih polimorfizmov na ledvični očistek metformina. Poleg poli-morfizma rs316019 so odkrili še dva druga polimorfizma, in sicer c.596C > T (T199I) in rsi45450955 (c.6o2C > T, p.20iThr > Met), pri katerih sta bili različici 596T oz. 602T povezani z manjšo sposobnostjo za prenos metformina v primerjavi z divjim tipom (596C oz. 602C)/5 Slednja študija je bila narejena in vitro na človeških oocitih. Različici 596C oz. 602C se v splošni populaciji pojavljata s frekvenco manj kot 1 % in le v azijski populaciji, zato je njun klinični vpliv verjetno zanemarljiv.10
4.2.3 Gen SLC22A3
V študijah na celičnih modelih CHO-Ki so ugotovili, da imajo manj pogosti aleli polimorfizmov rs2292334 (MAF; A = 0,343/751), rs2048327 (MAF; C = 0,322/705), rsi8ioi26 (MAF; T = 0,328/7i7) in ^3088442 (MAF; A = 0,32i/703) v genu SLC22A3 (gen za protein OCT3) za posledico zmanjšano raven izražanja tega prenašalca/4 V študiji in vitro na celicah HEK293 so glede na dobljene rezultate predpostavili, da polimorfne različice rs8i87725 (c.i267G > T, p.423Val > Phe; MAF-ni podatka) in rs8i877i5 (c.i3iC > T, p.Thr44Met; MAF-ni podatka) v genu SL-
C22A3 verjetno pomembno vplivajo na odziv na zdravljenje z metforminom. Pri različici i267G je bil privzem metformina v celice značilno zmanjšan, v primeru genetske različice c.i3iT pa zvečan za več kot 60 0% v primerjavi s celicami s prisotnim alelom divjega tipa.11 Zmanjšan privzem metformina v celice HEK293 napoveduje zmanjšano absorpcijo in zato biološko uporabnost metformina ter zmanjšan privzem metformina v jetra. Oboje bi lahko imelo za posledico zmanjšan odziv na zdravljenje z metforminom. Študija nakazuje vpliv prenašalca OCT3 na terapevtski odziv bolnikov s SB2 oz. s PCOS na metformin, vendar bodo za potrditev tega rezultata potrebne klinične študije na zdravih prostovoljcih in nato še na bolnikih s SB2 oz. s PCOS.
4.2.4 Gen SLC47A1
Dva nesinonimna polimorfizma v genu SLC47A1, ki nosi zapis za protein MATEi, in sicer ^35646404 (c.404T > C, p.i59Thr > Met, MAF-ni podatka) ter rs357900ii (c.i0i2G > A, p.338Val > Ala, MAF; A = 0,02i/45), in vitro (celice HeLa) značilno vplivata na prenašalno aktivnost MATEi/6 Pri različicah 404C in i0i2A je prenašalna aktivnost MATEi značilno zmanjšana v primerjavi z divjim tipom (404T oz. i0i2G). Podobno različica -66C (rs225228i, g.-66T > C, MAF; C = 0,325/7ii) v promotorju gena SLC47A1 značilno spremeni izražanje mRNA za MATEi/7 Vpliv teh polimorfizmov na farmakokinetiko metformina še niso proučili niti pri zdravih posameznikih niti pri bolnikih.
V nedavni študiji na ii6 bolnikih s SB2 kavkazijskega porekla iz okolice Rotterda-ma, starih nad 55 let, so ugotovili, da imajo nosilci alela A polimorfizma rs2289669 G > A v intronu gena SLC47A1 kot odziv na zdravljenje z metforminom značilno manjše vrednosti HbAic v primerjavi z nosilci alela G; vzrok je verjetno v različni aktivnosti pre-našalca MATEi v primeru različnih genotipov/8 Leto kasneje so v študiji na 98 bolnikih s SB2 kavkazijskega porekla iz okolice Rotterdama, starih nad 55 let in zdravljenih z metforminom, potrdili vpliv polimorfizma rs2289669 G > A (MAF; A = 0,347/760) v genu SLC47A1 na vrednosti HbAic; po zdra-
vljenju z metforminom se vrednosti HbAic v največji meri znižajo homozigotom A/A polimorfizma rs2289669.28
5. Sklep
Čeprav se je metformin izkazal kot učinkovito in varno zdravilo za zdravljenje SB2 in se uporablja tudi za zdravljenje PCOS, se približno tretjina bolnikov na zdravljenje z metforminom ne odzove ustrezno. Za optimalno prilagoditev zdravljenja posamezniku je že na samem začetku smiselno odkriti vzroke za razlike v odzivu na metformin. Pri tem je potrebno ovrednotiti vplive iz okolja (prehrana, gibanje, stres), starost in spol, odločilne klinične in biokemijske parametre ter genetske dejavnike. Medtem ko se na celičnih modelih sorazmerno enostavno dokaže vpliv posameznih polimorfizmov v genih za proteine, ki se vključujejo v farma-kokinetiko in farmakodinamiko metformina, je enak vpliv na živalskih modelih in še bolj v kliničnih študijah težko opredeliti zaradi vpliva dejavnikov iz okolja, zaradi kompleksnosti organizma kot celote ter zaradi številnih drugih dejavnikov. To nakazuje tudi pregled rezultatov dosedanjih farmako-genetskih študij metformina, pripravljen v tem članku. Dosedanje raziskave so večinoma zasnovane kot asociacijske študije vpliva posameznih genetskih različic na farmakološki odziv na zdravljenje z metforminom. Da bi lahko na osnovi genetskega profila posameznika dejansko predvideli njegov odziv na zdravljenje z metforminom, bi bila optimalna analiza posameznikovih polimorfnih različic v smislu asociacijske študije celotnega genoma-GWAS (angl. Genome Wide Association Study). Pot do osebnega pristopa k zdravljenju SB2 in PCOS na osnovi posameznikove genetske predispozicije je možna in smiselna, a nas do pomembnih rezultatov ter do uvedbe tega pristopa v klinično prakso čaka še veliko izzivov.
Literatura
1.	Ferk P. Farmakogenomika selektivnih zaviralcev privzema serotonina. Farm Vestn 2010; 61: 289-94.
2.	Distefano JK, Watanabe RM. Pharmacogenetics of anti-diabetes drugs. Pharmaceuticals 2010; 3: 2610-46.
3.	Košnik M, Mrevlje F, Štajer D, Černelč P, Koželj M, Andoljšek D et al. Interna medicina. 4 ed. Ljubljana: Littera Picta; 2011. p. 769-811.
4.	Baza podatkov o zdravilih. Povzetek glavnih značilnosti zdravila (metformin). Dosegljivo 25. 2. 2013 na: http://www.zdravila.net.
5.	Badawy A, Elnashar A. Treatment options for polycystic ovary syndrome. Int J Womens Health
2011; 3: 25-35.
6.	Foretz M, Hebrard S, Leclerc J, Zarrinpashneh E, Soty M, Mithieux G, et al. Metformin inhibits hepatic gluconeogenesis in mice independently of the LKB1/AMPK pathway via a decrease in hepatic energy state. J Clin Invest 2010; 120: 2355-69.
7.	Xie Z, Dong Y, Scholz R, Neumann D, Zou MH. Phosphorylation of LKB1 at serine 428 by protein kinase C-zeta is required for metformin-enhanced activation of the AMP-activated protein kinase in endothelial cells. Circulation 2008; 117: 952-62.
8.	Zhou K, Bellenguez C, Spencer CC, Bennett AJ, Coleman RL, Tavendale R, et al. GoDARTS and UKPDS Diabetes Pharmacogenetics Study Group; Wellcome Trust Case Control Consortium 2. Common variants near ATM are associated with glycemic response to metformin in type 2 diabetes. Nat Genet 2011; 43: 117-20.
9.	Benoit V, Guigas B, Garcia NS, Leclerc J, Foretz M, Fabrizio Andreelli F. Cellular and molecular mechanisms of metformin: an overview. Clin Sci 2012; 122: 253-70.
10.	Zolk O. Disposition of metformin: Variability due to polymorphisms of organic cation transporters. Ann Med 2011; 44: 119-29.
11.	Chen L, Pawlikowski B, Schlessinger A, More SS, Stryke D, Johns SJ, et al. Role of organic transporter 3 (SLC22A3) and its missense variants in the pharmacologic action of metformin. Pharmaco-genet Genomics 2010; 20: 687-99.
12.	Masuda S, Terada T, Yonezawa A, Tanihara Y, Kishimoto K, Katsura T, et al. Identification and functional characterization of a new human kidney-specific H+/organic cation antiporter, kidney-specific multidrug and toxin extrusion 2. J Am Soc Nephrol 2006; 17: 2127-35.
13.	Slovenske smernice za klinično obravnavo sladkorne bolezni tipa 2 pri odraslih osebah. Ljubljana: Diabetološko združenje Slovenije. Dosegljivo na http:// http://www.endodiab.si/dotAsset/7154. pdf.
14.	Jensterle M, Janež A, Kocjan T, Pfeifer M. Sindrom policističnih ovarijev-metabolični vidik. Zdrav Vestn 2007; 76: 109-16.
15.	Bargiota A, Diamanti-Kandarakis E. The effects of old, new and emerging medicines on metabolic aberrations in PCOS. Ther Adv Endocrinol Metab
2012; 3: 27-47.
16.	Dunaif A. Insulin resistance and the polycystic ovary syndrome: mechanism and implications for pathogenesis. Endocr Rev 1997; 18: 774-800.
17.	Palomba S, Falbo A, Russo T, Orio F, Tolino A, Zullo F. Systemic and local effects of metformin administration in patients with polycystic ovary syndrome (PCOS): relationship to the ovulatory response. Hum Reprod 2010; 25: 1005-13.
18.	Košir-Pogačnik R, Meden-Vrtovec H. Vloga metformina pri obravnavi bolnic s sindromom poli-cističnih jajčnikov. Zdrav Vestn 2009; 78: 137-41.
19.	Tang T, Lord JM, Norman RJ, Yasmin E, Balen AH. Insulin-sensitising drugs (metformin, rosigli-tazone, pioglitazone, D-chiro-inositol) for women with polycystic ovary syndrome, oligo amenorr-hoea and subfertility. Cochrane Database Syst Rev 2012.
20.	Legro RS, Barnhart HX, Schlaff WD, Carr BR, Diamond MP, Carson SA, et al. Ovulatory response to treatment of polycystic ovary syndrome is associated with a polymorphism in the STK11 gene. J Clin Endocrinol Metab 2008; 93: 792-800.
21.	Lopez-Bermejo A, Diaz M, Moran E, de Zegher F, Ibanez L. A single nucleotide polymorphism in STK11 influences insulin sensitivity and metformin efficacy in hyperinsulinemic girls with androgen excess. Diabetes Care 2010; 33: 1544-8.
22.	Florez JC, Jablonski KA, Taylor A, Mather K, Horton E, White NH, et al. The C Allele of ATM rs11212617 Does Not Associate With Metformin Response in the Diabetes Prevention Program. Diabetes Care 2012; 35: 1864-7.
23.	van Leeuwen N, Nijpels G, Becker ML, Deshmu-kh H, Zhou K, Stricker BHC, et al. A gene variant near ATM is significantly associated with metfor-min treatment response in type 2 diabetes: a replication and meta-analysis of five cohorts. Diabeto-logia 2012; 55: 1971-7.
24.	Nies AT, Koepsell H, Winter S, Burk O, Klein K, Kerb R, et al. Expression of organic cation transporters OCT1 (SLC22A1) and OCT3 (SLC22A3) is affected by genetic factors and cholestasis in human liver. Hepatology 2009; 50: 1227-40.
25.	Tzvetkov MV, Vormfelde SV, Balen D, Meineke I, Schmidt T, Sehrt D, et al. The effects of genetic polymorphisms in the organic cation transporters OCT1, OCT2, and OCT3 on the renal clearance of metformin. Clin Pharmacol Ther 2009; 86:
299-306.
26.	Zhou K, Donnelly LA, Kimber CH, Donnan PT, Doney AS, Leese G, et al. Reduced-function SL-C22A1 polymorphisms encoding organic cation transporter 1 and glycemic response to metformin: a GoDARTS study. Diabetes 2009; 58: 1434-9.
27.	Takane H, Shikata E, Otsubo K, Higuchi S, Ieiri I. Polymorphism in human organic cation transporters and metformin action. Pharmacogenomics 2008; 9: 415-22.
28.	Becker ML, Visser LE, van Schaik RH, Hofman A, Uitterlinden AG, Stricker BH. Interaction between polymorphisms in the OCT1 and MATE1 transporter and metformin response. Pharmacogenet Genomics 2010; 20: 38-44.
29.	Gambineri A, Tomassoni F, Gasparini DI,Di Ro-cco A, Mantovani V, Pagotto U, et al. Organic cation transporter 1 polymorphisms predict the metabolic response to metformin in women with the polycystic ovary syndrome. J Clin Endocrinol Metab 2010; 95: 204-8.
30.	Tarasova L, Kalnina I, Geldnere K, Bumbure A, Ritenberga R, Nikitina-Zake L, et al. Association of genetic variation in the organic cation transporters OCT1, OCT2 and multidrug and toxin extrusion 1 transporter protein genes with the gastrointestinal side effects and lower BMI in me-tformin-treated type 2 diabetes patients. Pharma-cogenet Genomics 2012; 22: 659-66.
31.	Song IS, Shin HJ, Shim EJ, Jung IS, Kim WY, Shon JH, et al. Genetic variants of the organic cation transporter 2 influence the disposition of metformin. Clin Pharmacol Ther 2008; 84: 559-62.
32.	Wang ZJ, Yin OQ, Tomlinson B, Chow MS. OCT2 polymorphisms and in-vivo renal functional consequence: studies with metformin and cimetidine. Pharmacogenet Genomics 2008;i8: 637-45.
33.	Li Q, Liu F, Zheng TS, Tang JL, Lu HJ, Jia WP. SL-C22A2 gene 808 G/T variant is related to plasma lactate concentration in Chinese type 2 diabetics treated with metformin. Acta Pharmacol Sin 2010;
31: 184-90.
34.	Chen Y, Li S, Brown C, Cheatham S, Castro RA, Leabman MK, et al. Effect of genetic variation in the organic cation transporter 2 on the renal elimination of metformin. Pharmacogenet Genomi-
cs 2009; 19: 497-504.
35.	Song IS, Shin HJ, Shin JG. Genetic variants of organic cation transporter 2 (OCT2) significantly reduce metformin uptake in oocytes. Xenobiotica 2008; 38: 1252-62.
36.	Meyer zu Schwabedissen HE, Verstuyft C, Kroe-mer HK, Becquemont L, Kim RB. Human mul-tidrug and toxin extrusion 1 (MATE1/SLC47A1) transporter: functional characterization, interaction with OCT2 (SLC22A2), and single nucleotide polymorphisms. Am J Physiol Renal Physiol 2010;
298: 997-1005.
37.	Ha Choi J, Wah Yee S, Kim MJ, Nguyen L, Ho Lee J, Kang JO, et al. Identification and characterization of novel polymorphisms in the basal promoter of the human transporter, MATE1. Pharmacoge-net Genomics 2009; 19: 770-80.
38.	Becker ML, Visser LE, van Schaik RH, Hofman A, Uitterlinden AG, Stricker BH. Genetic variation in the multidrug and toxin extrusion 1 transporter protein influences the glucose-lowering effect of metformin in patients with diabetes: a preliminary study. Diabetes 2009; 58: 745-9.