Chorobami reumatycznymi w Polsce, dotkniętych jest około 10 mln osób. Dolegliwości reumatyczne mają charakter przewlekły, a ich podłoże stanowią głównie procesy zapalne i autoimmunologiczne. Choroby te prowadzą do stopniowego uszkadzania narządu ruchu, postępującego kalectwa i obniżenia jakości życia pacjentów.

Podstawę farmakoterapii wielu tych schorzeń stanowi metotreksat (MTX), podawany pacjentom cotygodniowo w małych dawkach. MTX ze względu na dużą skuteczność oraz relatywnie dobrą tolerancję wśród pacjentów nazywany jest tzw. „złotym standardem” farmakoterapii licznych schorzeń reumatycznych. Z uwagi na wąski indeks terapeutyczny leku, zmienność międzyosobniczą w procesach farmakokinetycznych oraz reakcjach farmakodynamicznych, dawka MTX wymagana do osiągnięcia optymalnego efektu terapeutycznego oraz odznaczająca się jak najmniejszą toksycznością jest trudna do ustalenia.

Jak wykazały dotychczasowe badania, w optymalizacji farmakoterapii i personalizacji dawkowania przydatne może być oznaczanie wewnątrz-erytrocytarnych metabolitów metotreksatu — poliglutaminianów.

Mechanizm działania i metabolizm MTX

MTX będący antagonistą kwasu foliowego, stosowany w małych dawkach wykazuje wielokierunkowy, nie w pełni dotąd poznany mechanizm modulacji stanu zapalnego. Oprócz zdolności hamowania kluczowych enzymów szlaku folanowego, zwiększa m.in. uwalnianie adenozyny (co w efekcie prowadzi do zahamowania produkcji cytokin prozapalnych) oraz wpływa na ekspresję limfocytów TH1 i TH2
powodując odpowiednio zmniejszenie stężenia cytokin prozapalnych i zwiększenie poziomu cytokin przeciwzapalnych.

Metotreksat metabolizowany jest głównie do trzech metabolitów:

• 7-hydroksymetotreksatu (7-OHMTX) — główny, aktywny farmakologicznie metabolit leku. Powstaje w wątrobie w procesie hydroksylacji zachodzącej przy udziale oksydazy aldehydowej.
• kwasu 2,4-diamino-N10-metylopteronowego (DAMPA) — metabolit nieaktywny. Powstaje w wyniku hydrolizy MTX pod wpływem enzymów bakteryjnych –karboksypeptydaz.
• poliglutainianów MTX (MTXPG) — we wnętrzu komórek docelowych pod wpływem syntetazy folipoliglutaminianowej dochodzi do przyłączania reszt kwasu glutaminowego do MTX.

Proces poliglutaminacji

W procesie poliglutaminacji, do MTX może zostać przyłączonych maksymalnie 5 reszt kwasu glutaminowego, co w efekcie daje 5 pochodnych MTXPG1-5. W zależności od ilości przyłączonych grup, poliglutaminiany dzielimy na: krótko: (MTXPG1-2), długo- (MTXPG3) i bardzo długołańcuchowe (MTXPG4-5).

Poliglutaminiany gromadzą się wewnątrzkomórkowo m.in. w erytrocytach i stanowią postać depozytową leku. Ich okres przebywania wewnątrz komórki zależy od długości przyłączonego łańcucha glutamylowego, a transport do przestrzeni zewnątrzkomórkowej może odbyć się jedynie po hydrolizie do mono-glutaminianu. Proces poliglutaminacji zachodzi sekwencyjnie, w początkowym okresie leczenia MTX obserwuje się większe stężenia form krótkołańcuchowych. Następnie zaczynają przeważać formy długo oraz bardzo długołańcuchowe, które odpowiadają za wystąpienie efektu terapeutycznego i których większe stężenia osiągane są przez pacjentów z dobrą odpowiedzią kliniczną.

Po usunięciu wolnej postaci leku z przestrzeni wewnątrz i zewnątrzkomórkowej, dochodzi do retencji kolejno MTX-PG1, MTXPG2 i 3 , MTXPG4-5 – co powoduje znaczne przedłużenie efektu działania leku.

Znaczenie procesu poliglutaminacji

Poliglutaminiany MTX są związkami trwalszymi i odznaczają się większą stabilnością niż postać macierzysta leku.

W tkankach osiągają stężenie 30-40 krotnie wyższe w porównaniu do stężenia MTX krążącego w osoczu. Ponadto okres półtrwania MTXPG w organizmie jest znacznie dłuższy — wynosi 2–3 tygodnie, podczas gdy t1/2 MTX wynosi od 4 do 8 h. Dzięki wewnątrzkomórkowej akumulacji MTXPG znacznie przedłużają efekt działania leku, nawet gdy postać macierzysta leku zostanie usunięta z krążenia.

Kolejną istotną właściwością poliglutaminianów, zwłaszcza form długołańcuchowych, jest silniejsze powinowactwo do enzymów szlaku folanowego. Dzięki obecności dodatkowych grup glutamylowych MTXPG silniej hamują te enzymy oraz wolniej od nich dysocjują, zwiększając skuteczność terapii. Z uwagi na wąski indeks terapeutyczny MTX, zmienność międzyosobniczą w procesach farmakokinetycznych oraz reakcjach farmakodynamicznych, dawka MTX wymagana do osiągnięcia optymalnego efektu terapeutycznego oraz odznaczająca się jak najmniejszą toksycznością jest trudna do ustalenia. Wprowadzenie terapii monitorowanej dla małych dawek MTX, stosowanych u pacjentów z chorobami reumatycznymi, mogłoby mieć znaczący wpływ na zwiększenie efektów terapii. Biorąc pod uwagę wyżej wymienione zalety MTXPG oraz fakt, że wewnątrzkomórkowa kumulacja MTXPG zachodzi m.in. w krwinkach czerwonych (a te ze względu na dużą objętość stanowią łatwy do pozyskania materiał biologiczny) zaproponowano oznaczanie stężeń wewnątrz-erytrocytarnych MTXPG jako użyteczny parametr monitorowania efektów farmakoterapii oraz dostosowywania dawki MTX.

O zagrożeniach ze strony chorób cywilizacyjnych przeczytasz w “Epidemiach i chorobach cywilizacyjnych XXI w.”

Badania kliniczne

W wielu dotychczas przeprowadzonych badaniach zaobserwowano istnienie korelacji pomiędzy stężeniem wewnątrz-erytrocytarnych MTXPG a aktywnością choroby oraz skutecznością terapii. Duże stężenia poliglutaminianów w krwinkach czerwonych są związane z lepszą odpowiedzią kliniczną pacjenta na leczenie. Minimalne stężenie terapeutyczne, przy którym prawdopodobieństwo zahamowania postępu choroby zwiększa się nawet 14-krotnie ustalono doświadczalnie na 60 nmol/l.

W grupie 65 pacjentów z RZS zaobserwowano znacznie większe stężenia MTXPGs w krwinkach czerwonych u pacjentów z pozytywną
odpowiedzią kliniczną (średnia wartość stężeń wynosiła 60,7 ± 18,9 nmol/l), w porównaniu do pacjentów z częściową (50,8 ± 23,3 nmol/l), oraz negatywną odpowiedzią kliniczną (21,5 ± 10,5 nmol/l).

W kolejnym badaniu obejmującym 226 chorych wykazano, że stężenia MTXPG poniżej 60 nmol/l wiążą się ze słabszą odpowiedzią kliniczną na leczenie MTX. Badania wykazały również, że rozpoczęcie terapii większymi dawkami MTX, pozwala na szybsze uzyskanie
dużego stężenia MTXPG w krwinkach i szybszą poprawę kliniczną. Duże stężenia poliglutaminianów, jak wykazały badania, wiązały się z lepszą kontrolą choroby po 6 miesiącach terapii. Co więcej, w jednym z badań zauważono znaczną korelację pomiędzy stężeniem MTXPG3, a niepożądanymi działaniami. Ustalono, że stężenie tej frakcji może być niezależnym wskaźnikiem predykcyjnym wystąpienia niepożądanych działań związanych z terapią MTX.

Podsumowanie

Zastosowanie oznaczeń stężeń poliglutaminianów do personalizacji farmakoterapii nie zostało w pełni potwierdzone — do dzisiaj nie
przeprowadzono żadnych randomizowanych badań klinicznych.

Potwierdzenie korelacji pomiędzy stężeniem MTXPG w krwinkach a odpowiedzią kliniczną chorego w badaniach klinicznych jest istotne, ze względu na dominującą rolę MTX w farmakoterapii chorób reumatycznych.

Wdrożenie rutynowego oznaczania tych stężeń do codziennej praktyki lekarskiej mogłoby być użytecznym parametrem monitorowania efektów farmakoterapii. Pomogłoby również w doborze odpowiedniej dawki leku: jej zwiększeniu przy braku efektu terapeutycznego lub zmniejszeniu w razie wystąpienia działań niepożądanych.

Lekarzom reumatologom umożliwiłoby to także łatwiejsze podjęcie decyzji dotyczących wprowadzenia terapii skojarzonej lub konieczności zmiany leczenia na alternatywne.

Bibliografia

1. Świerkot, J., Batko, B., Wiland, P., Jędrzejewski, M., Stajszczyk. M. (2018). Methotrexate treatment for rheumatoid arthritis in Poland: Retrospective analysis of patients in routine clinical practice. Reumatologia, 56(1), 3–9.
2. Visser, K., i in. (2009). Multinational evidence-based recommendations for the use of methotrexate in rheumatic disorders with a focus on rheumatoid arthritis: Integrating systematic literature research and expert opinion of a broad international panel of rheumatologists in the 3E. Annals of the Rheumatic Diseases, 68(7), 1086–93.
3. Chabner, B., Allegra, C.J., Curt, G., Clendeninn, N.J., Baram, J., Koizumi, S., i in. (1985). Polyglutamation of Methotrexate Is Methotrexate a Prodrug?. The Journal of Clinical Investigation, 76(3), 907–12
4. Dervieux, T., Furst, D., Lein, O., Capps R., Smith, K., Caldwell, J. (2005) Pharmacogenetic and metabolite measurements are associated with clinical status in patients with rheumatoid arthritis treated with methotrexate: results of a multicentred cross sectional observational study. Annals of the Rheumatic Diseases. 64, 1180–5
5. Dervieux T., i in. (2004). Polyglutamation of Methotrexate With Common Polymorphisms in Reduced Folate Carrier, Aminoimidazole Carboxamide Ribonucleotide Transformylase, and Thymidylate Synthase Are Associated With Methotrexate Effects in Rheumatoid Arthritis. Arthritis Rheumatology. 50(9), 2766–74.
6. Kremer, J., Lein, D.O., Meyer, G., Barham, R., Simpson, L., Do, J., i in. (2004). Measurement of erythrocyte methotrexate polyglutamates predicts response to methotrexate therapy in a dose escalation studywith rheumatoid arthritis patients. Arthritis & Rheumatology, 50, 181–2.
7. Cantorna, M.T., Mahon, B.D. (2004). Mounting evidence for vitamin D as an environmental factor affecting autoimmune disease prevalence. Experimental Biology and Medicine, 229, 1136–1142.
8. Takahashi, C., i in. (2017). Association of erythrocyte methotrexate-polyglutamate levels with the efficacy and hepatotoxicity of methotrexate in patients with rheumatoid arthritis: A 76-week prospective study. RMD Open. 3(1):e000363

Autor

mgr farm. Paulina Gaweł — absolwentka farmacji na Uniwersytecie Medycznym im. Piastów Śląskich we Wrocławiu. Koordynator i farmaceuta w Banku Mleka Kobiecego w Uniwersyteckim Szpitalu Klinicznym we Wrocławiu.

Uwaga

Pierwotnie powyższy tekst został opublikowany w czasopiśmie Pharmacopola, numer 2/2021