Genetische Faktoren in der Schmerztherapie

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Genetische Faktoren
in der Schmerztherapie
Univ.-Prof. Dr. med. Michael Herbert
Klin. Abt. für Spezielle Anästhesiologie, Schmerz- und Intensivmedizin
Universitätsklinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin
Medizinische Universität Graz
Universität
Graz, Auenbruggerplatz
2, A-8036 Graz,
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Univ.-Prof. Dr. M.Medizinische
Herbert, Abt.
für Spezielle
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Einfluss genetischer Faktoren beim Schmerz
- Schmerzperzeption nach noxischer Stimulation
- Risiko chronische Schmerzen zu entwickeln oder nicht
- Wirksamkeit von Analgetika
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Genetik
Genom = Gesamtheit der Erbinformationen einer Zelle
alle Zellen des menschl. Körpers enthalten ein Genom
(Ausnahme Erythrozyten)
46 Chromosomen
Gene
funktionelle Einheiten: (~33.000)
~ 2% des menschl. Genoms
Rest: noncoding regions für
strukturelle u. regulative Integrität
Abschnitte auf der DNA
Allele = Unterschiedliche Varianten eines Gens (z.B. rote/weiße Blütenfarbe)
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Einfluß der Gene auf Merkmale
Gen1
Gen2
Gen3
Gen4
Ausprägung
eines Merkmals
Gen
Ausprägung
verschiedener Merkmale
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Genetische Faktoren beim Schmerz
- Schmerzperzeption nach noxischer Stimulation
- Risiko chronische Schmerzen zu entwickeln
-Wirksamkeit von Analgetika
● Geschlechtsspezifische Unterschiede:
Frauen > Männer
● Catechol-O-methyltransferase (COMT)-gene
hat Einfluß auf
- Hitzeschmerz
- zeitliche Summation beim Hitzeschmerz
- Ischämieschmerz
- Druckschmerz
- klinischer Schmerz
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- Schmerzperzeption nach noxischer Stimulation
-Risiko chronische Schmerzen zu entwickeln oder nicht
- Wirksamkeit von Analgetika
Genetischer Einfluß nachgewiesen für (Anteil 35% - 68%):
► Migräne
► Cluster Kopfschmerz
► Lumbaler Rückenschmerz
► Nackenschmerzen (bei Frauen)
► Fibromyalgie-Syndrom
► …..
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- Risiko (chronische) Schmerzen zu entwickeln oder nicht
Gen
Protein / Zielstruktur
HSAN-1*
SPTLC1
RAB7A
Serine palmitoyltransferase
Ras-related protein Rab 7a
Erythromelalgie
Schmerzfreiheit
SCN9A
SCN9A
Nav1.7
Nav1.7
Familiäre hemipleg.
Migräne
SCNA1
CACNA1A
ATP1A2
Na-Kanal α-subunit coding
Ca-Kanal α-subunit coding
Na/K-ATPase
Post-Mastektomieschmerz
Chron. Schmerz**
CACNG2
Voltage gated Ca2+ channels
KCNS1
Voltage gated K+ channels
** in 5 Kohorten: Ischialgie, Kreuzschmerz, Post-Amputationsschmerz, Phantomschmerz
* HSAN: Hereditary sensory and autonomic neuropathy
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Natriumkanal
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 Natriumkanal
Nav1.7 neuronal nociceptive subtype
Nav1.8 neuronal nociceptive subtype
Nav1.9 neuronal nociceptive subtype
Nav1.1
Nav1.2
Nav1.3
Nav1.4
Nav1.5
Nav1.6
neuronal (CNS)
neuronal (CNS)
neuronal (CNS)
skeletal muscle
cardiac
neuronal, glial
subtype
subtype
subtype
subtype
subtype
subtype
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 Natriumkanal
Nav1.7 neuronal nociceptive subtype
Nav1.8 neuronal nociceptive subtype
Nav1.9 neuronal nociceptive subtype
Assoziiert mit Schmerzen bei Neuropathie (und Inflammation)
- kaum/keine Wirkung klassischer Nichtopioid- und Opioidanalgetika
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 Natriumkanal NaV1.7
Nav1.7 verstärkt unterschwellige Reize, d.h. die Wahrscheinlichkeit,
dass ein Neuron die Schwelle zur Auslösung eines AP erreicht
α-Untereinheit vom SCN9A-Gen codiert
- „gain of function“-Mutationen
2004 Mutation des SCN9A-Gens bei Erythromelalgie identifiziert
(Übererregbarkeit von Spinalganglienneuronen)
2006 Mutation SCN9A-Gen - „paroxysmale extreme Schmerzstörung“
Overlap-Syndrome - beides
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Erythromelagie
Nav1.7 – Mutation am α-subunit - Gen SCN9A
Rötung, Schwellung, Tiefenschmerz, Allodynie, Brennschmerz
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 Small fiber-Neuropathie
Kleinkalibrige unmyelinisierte u. dünn myelinisierte A delta-, C-Fasern isoliert
geschädigt
- Brennschmerzen an Händen und Füßen
- Gestörtes Temperatur- und Schmerzempfinden
- Allodynie
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Ann Neurol 2012; 71:26-39
28,6% (8 of 28) der PatientInnen Mutation in NaV1.7
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Hoffnung für die Zukunft
 Selektive NaV11.7-Kanalblocker
CNV1014802
PF-05089771
PF-04531083
XEN402
Venom of Tarantula
Selective microproteins
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Therapieoptionen
 NaV1.7-Kanalmodulator
Pfizer
WO2013093688 WO203088315
WO202095781
Amgen
WO2013025883 WO2013086229
WO2013122897 WO2013134518
Xenon
WO2013064983 WO2103064984
Genentech WO2014008458 WO2013177224
Merck
WO2013063459
Daiichi Sankyo WO2013118854
Purdue
WO2013163170 WO2013072758
WO2013064884 WO2013064883
WO2013030665 WO2012085650
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Herbert, Klin.
Abt. fürGraz,
Spezielle
Anästhesiologie,
Schmerzund Intensivmedizin, MedUni Graz
Therapieoptionen
 NaV1.7-Kanalmodulator
Zalicus
Schering
Shionogi
RaQualia
WO2013131018
WO2012047703
WO2013161929
WO2012053186
WO2013161308
Convergence WO2013179049
WO2013093496
WO2013175205
Vertex
WO2014022630
WO2013109521
WO2103161928
WO2013161312
WO2013175206
WO2013093497
WO2012125613
 NaV1.8-Kanalmodulator
Pfizer
WO2013114250 WO2013061205
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Anästhesiologie,
Schmerzund Intensivmedizin, MedUni Graz
 Natriumkanal NaV1.7
Nav1.7 verstärkt unterschwellige Reize, d.h. die Wahrscheinlichkeit,
dass ein Neuron die Schwelle zur Auslösung eines AP erreicht
„gain of function“-Mutationen
„loss of function“-Mutationen
---> Schmerzfreiheit, Insensitivität
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- Schmerzlosigkeit
- Anosmie
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Nav1.9
 Natriumkanal NaV1.9 / SNC11A
α-Untereinheit vom SCN11A-Gen codiert
- „loss of function“-Mutationen
Pain insensitivity
King et al. (2017) Neurogenetics DOI 10.1007/s10048-017-0513-9
Low muscle tone
Aversion to swallowing solid foods, gastrointestinal symptoms
Global development delay (16 Mo)
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 Mutation in PRDM12 Gene
Sensory polyneuropathy
Pain insensitivity
Temperature insensitivity
Loss of muscle stretch reflexes
Global development delay
(2 J vs. 10-11 Mo)
Saini et al. (2017) Indian J Pediatr 84: 332
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 NTRK1 missense mutation (n=7)
Shaikh et al. (2017) Hum Mutat 38:55-63
Congenital insensitivity to pain with anhydrosis - CIPA
= Hereditary sensory and autonomic neuropathy type IV – HSAN
Schmerzlosigkeit
Anhydrosis
Mentale Retardierung
5-jähriges Mädchen
2-jähriger Junge
Absence of unmyelinated fibers
Loss of small myelinated fibers
Absence of epidermal innervation
Labib et al. (2011) Pan African Medical Journal 9:33
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Einfluss genetischer Faktoren beim Schmerz
- Schmerzperzeption nach noxischer Stimulation
- Risiko (chronische) Schmerzen zu entwickeln
-
Wirksamkeit von Analgetika
-
Responder vs. Non-Responder
Genpolymorphismus
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Schlüsselfunktion von Cytochrom P450 Isoenzymen
für Metabolismus
CYP2D6 (>80 Allele)
► Opioide
► ß-Rezeptorenblocker
► Antiarrhythmika
► Antidepressiva
► Neuropleptika
► ……..
--->
multiple Wechselwirkungen
Wirkungsverstärkung
Wirkungsabschwächung
Wirkverlust
Ca. 25% aller Medikamente werden über CYP2D6 metabolisiert
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Schlüsselfunktion von Cytochrom P450 Isoenzymen
für Metabolismus
CYP2D6 (>80 Allele)
► Codein
► Tramadol
--------> Morphin
--------> O-Desmethyl-Tramadol
► Oxycodon
► Methadone
► Trizyklische Antidrepressiva
CYP2C9 u./o. CYP2C8
► NSAIDs
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CYP2D6 - Metabolismus
► Tramadol --------> O-Desmethyl-Tramadol
Übelkeit
► Codein
Analgesie
--------> Morphin
Antitussivum
Analgesie
wenig Analgesie
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Genpolymorphismus für Cytochrom P450
Schlüsselfunktion von CYP2D6 für Metabolismus
4 Phänotypen
► poor metabolizer
► intermediate metabolizer
► extensive metabolizer
► ultrarapid metabolizer
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poor
intermediate
extensive
ultra rapid
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Allel-Duplication ---> ultra rapid
CYP2D6
duplication, multiduplication
vermehrte Enzymaktivität
ultra rapid metabolism--> Blutkonzentration ↓
klinische Effekte nur mit höheren Dosen
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► Tramadol --------> O-Desmethyl-Tramadol
Übelkeit
Analgesie
O-Desmethyl-Tramadol 200-fache µ-Rezeptoraffinität
CYP2D6*5 – Allel
CYP2D6*4 – Allel
völliges Fehlen von CYP
poor metabolizer
CYP2D6*10 – Allel
(homozygote Träger, z.B. Chin. Bevölkerung
benötigen höhere Dosen als heterozygote)
Reduz. Enzymaktivität
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Fazit - Prodrug Tramadol
Poor metabolizer
Übelkeit, wenig bzw. keine Analgesie
Ultra rapid metabolizer Schnelle Analgesie, kurze Wirkung
--> Gefahr Atemdepression
(bessere Analgesie bei hoher Tramadoldosis
--> Übelkeit)
Case report – CYP2D6 duplication - Atemdepression (Stamer et al. 2008)
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Fazit - Prodrug Codein
► Codein
--------> Morphin
Antitussivum
Analgesie
wenig Analgesie
10 % der Kaukas. Bevölkerung - poor metabolizer
3%
- ultra rapid metabolizer
schnelle Analgesie
Gefahr der Atemdepression
(Case reports schwerer Nebenwirkungen)
---> nicht für Kinder unter 12 J.
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Diverse Case Reports
CYP2D6 duplication - Ultra rapid metabolizer – Atemdepression
z.B. Gasche et al. N. Engl. J. Med 351:2827 (2004)
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► Trizyklische Antidepressiva, Typ Amitriptylin
Ko-Analgetika insbesondere bei neuropathischen Schmerzen
CYP2D6
CYP2C19
---> Hydroxylierung
---> Demethylierung
CYP2D6 poor metabolizer
---> höhere Plasmaspiegel
---> mehr dosisabhängige NW
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► Nichtsteroidale Antirheumatika, NSAIDs
CYP2C9, CYP2C8
CYP2C9 (>33 Allele plus diverse Subvarianten)
CYP2C9 metabolisiert Vitamin K Antagonisten
orale Sulfonylharnstoffe
Antiepileptika
Angiotensin-II-Rezeptor-Inhibitoren
Sanguinarine, Cyclophosphamide
---> multiple Interaktionen, gegenseitige Wirkabschwächung
CYP2C8*3-Allel plus CYP2C9*2-Allel ---> GI-Blutungen ↑
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Individuelles genetisches Profil
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Individuelles genetisches Profil
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Therapieoptionen
 Nichtselektive Natriumkanalblocker
Lamotrigin
Lacosamid
Carbamazepin
Lidocain-(Pflaster)
Lidocain/Procain i.v.
Tocainid
Propafenon
Prajmalium
Chinidin
NW:
Hautausschläge, Blutbildveränderungen
Schwindel, Doppelbilder, Übelkeit, Kopfschmerzen
Müdigkeit, Leukopenie, Schwindel, Hyponatriämie
Hautreaktionen
Hypotonie, kardiale, zentralnerv. NW
Disopyramid
Flecainid
Mexiletin
Procainamid
Phenytoin
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Herbert, Klin.
Abt. fürGraz,
Spezielle
Anästhesiologie,
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Nicht gezeigt
► OPRM1 (µ-Opioidrezeptor-Gen, > 800 Polymorphismen)
u.a. A118G Polymorphismus
► COMT (Catechol-O-methyltransferase)
- u.a. Polymorphismus mit erhöhter Sensitivität für Opioide
bei Karzinompatienten
- widersprüchliche Befunde, fehlende Reproduzierbarkeit
► Membrane transporters (MDR1 or ABCB1)
MDR1 Multidrug resistance gene
ABCB1 ATP-binding cassette subfamily B, member 1
Transport Blut-Hirn-Schranke, Nebenwirkungen von Opioiden
► ß-Arrestin 2
► ………..
µ-Opioidrezeptor Internalisierung und Inaktivierung
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 Einzelnucleotidpolymorphismen im SCN9A-Gen
Varianten im menschlichen Genom, durch Austausch eines einzelnen
Basenpaares
- Prädisposition für Erkrankungen
- Unterschiedliches Ansprechen auf Medikamente
Schmerzen bei Parkinson-Patienten
Multiplen regionalen Schmerzen
Schmerz bei interstitieller Zystitis
Blasenschmerzen
Schweres Fibromyalgie-Syndrom
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Genetik
Genom = Gesamtheit der Erbinformationen einer Zelle
alle Zellen des menschl. Körpers enthalten ein Genom
(Ausnahme Erythrozyten)
46 Chromosomen
Gene
funktionelle Einheiten: (~33.000)
~ 2% des menschl. Genoms
Rest: noncoding regions für
strukturelle u. regulative Integrität
Abschnitte auf der DNA
Allele = Unterschiedliche Varianten eines Gens (z.B. rote/weiße Blütenfarbe)
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Allelvarianten beeinflussen Wirksamkeit
- Opioidsystem
- Nichtopioidysystem
(UGT2B7-, OPRM1-, ABCB1-Gene)
(COMT-Gen)
Metabolismus
Cytochrom P450 (CYP)
5´-Diphosphat (UDP)-glucuronosyltransferasen (UGT)
Transporter
Adeosine triphosphate (ATP)-binding cassette (ABC) tran
(efflux-transporter)
Solute carrier (SLC) transporter
(influx-transporter)
Rezeptor-Polymorphismus
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CYP2D6
► Oxycodon --------> Oxymorphone (11% urinary metabolites
40-fache Bindungsaffinität)
CYP3A
--------> N-Demethylierung
CYP2D6 Polymorphismus - keine nennenswerte klinische Relevanz
Paroxetin (CYP2D6-Inhibitor) --> Oxymorphonspiegel sinkt
--> keine klinische Relevanz auf Analgesie
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Karzinompatienten
30% Morphin Non-Responder
Ursachen, Korrelation, Prädiktoren: ????
Riley et al. (2006) Support Care Cancer 14:56-64
Prospective Studie (n=138 morphine responders, n=47 non-responders)
Regressionsanalyse
Non-responder
Körpergewicht
Tumor des unteren Gastrointestinaltrakts
Leukozytenzahl
vorangegangene Chemotherapie
Begleitmedikation ß-Rezeptorblocker
Protonenpumpeninhibitoren
5-HT3-Antiemetika
Mercadante et al. (2009) J Pain Symptom Manage 27:632-641
Keine Korrelationen
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