Pharmacogenetics of SLCO1B1: Population genetics and effect on statins

Abstract

Kohonneiden kolesterolipitoisuuksien alentamisessa käytettävien statiinien hyödyt sydän- ja verisuonisairauksien estossa on vahvasti osoitettu ja niiden käyttö on niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa kasvanut voimakkaasti – Suomessa statiininkäyttäjiä on noin 600 000. Statiinilääkitys on pitkäaikaisessakin käytössä melko hyvin siedetty, mutta yleisimpinä haittavaikutuksina voi ilmetä lihasheikkoutta, -kipua ja -kramppeja, jotka voivat edetä jopa henkeä uhkaavaksi lihasvaurioksi. Lihashaittariski suurenee suhteessa statiiniannokseen ja plasman statiinipitoisuuksiin. Statiinien plasmapitoisuuksissa, tehossa ja haittavaikutusten ilmenemisessä on suuria potilaskohtaisia eroja.

SLCO1B1-geenin koodaama OATP1B1-kuljetusproteiini kuljettaa monia elimistön omia aineita ja lääkeaineita verenkierrosta solukalvon läpi maksasoluun, mm. statiineja, joiden kolesterolia alentava vaikutus ja poistuminen elimistöstä tapahtuvat pääosin maksassa. Erään SLCO1B1-geenin nukleotidimuutoksen (c.521T>C) tiedetään heikentävän OATP1B1:n kuljetustehoa.

Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin SLCO1B1-geenin perinnöllistä muuntelua suomalaisilla ja eri väestöissä maailmanlaajuisesti. Lisäksi selvitettiin SLCO1B1:n muunnosten vaikutusta eri statiinien pitoisuuksiin (farmakokinetiikka) ja vaikutuksiin (farmakodynamiikka) sekä kolesteroliaineenvaihduntaan. Näihin tutkimuksiin valittiin SLCO1B1-genotyypin perusteella terveitä vapaaehtoisia koehenkilöitä, joille annettiin eri päivinä kerta-annos kutakin tutkittavaa statiinia: fluvastatiinia, pravastatiinia, simvastatiinia, rosuvastatiinia ja atorvastatiinia. Verinäytteistä määritettiin plasman statiinien ja niiden aineenvaihduntatuotteiden sekä kolesterolin ja sen muodostumista ja imeytymistä kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksia.

Toiminnallisesti merkittävien SLCO1B1-geenimuunnosten esiintyvyydessä todettiin suuria eroja eri väestöjen välillä. Suomalaisilla SLCO1B1 c.521TC-genotyypin (geenimuunnos toisessa vastinkromosomissa) esiintyvyys oli noin 32 % ja SLCO1B1 c.521CC-genotyypin (geenimuunnos molemmissa vastinkromosomeissa) esiintyvyys noin 4 %. Globaalisti geenimuunnosten esiintyvyys korreloi maapallon leveyspiirien kanssa siten, että matalaan transportteriaktiivisuuteen johtavat muunnokset olivat yleisimpiä pohjoisessa ja korkeaan aktiivisuuteen johtavat päiväntasaajan lähellä asuvilla väestöillä.

SLCO1B1-genotyypillä oli merkittävä vaikutus statiinien plasmapitoisuksiin lukuun ottamatta fluvastatiinia. Simvastatiinihapon plasmapitoisuudet olivat keskimäärin 220 %, atorvastatiinin 140 %, pravastatiinin 90 % ja rosuvastatiinin 70 % suuremmat c.521CC-genotyypin omaavilla koehenkilöillä verrattuna normaalin c.521TT-genotyypin omaaviin. Genotyypillä ei ollut merkittävää vaikutusta minkään statiinin tehoon tässä kerta-annostutkimuksessa, mutta geenimuunnoksen kantajilla perustason kolesterolisynteesinopeus oli suurempi.

Tulokset osoittavat, että SLCO1B1 c.521T>C geenimuunnos on varsin yleinen suomalaisilla ja muilla ei-afrikkalaisilla väestöillä. Tämä geenimuunnos voi altistaa erityisesti simvastatiinin, mutta myös atorvastatiinin, pravastatiinin ja rosuvastatiinin, aiheuttamille lihashaitoille suurentamalla niiden plasmapitoisuuksia. SLCO1B1:n geenimuunnoksen testaamista voidaan tulevaisuudessa käyttää apuna valittaessa sopivaa statiinilääkitystä ja -annosta potilaalle, ja näin parantaa sekä statiinihoidon turvallisuutta että tehoa.

Wide interindividual and interethnic variability exists in the plasma concentrations of the cholesterol-lowering drugs HMG-CoA reductase inhibitors (statins) in their efficacy and risk of adverse effects. The risk of muscle toxicity as an adverse effect of statin therapy is known to increase along with elevated plasma statin concentrations.

Organic anion-transporting polypeptide 1B1 (OATP1B1) is an uptake transporter located on the basolateral (sinusoidal) membrane of human hepatocytes, encoded by the gene SLCO1B1. OATP1B1 facilitates the hepatic uptake of many endogenous and foreign compounds, such as oestrogen conjugates, bile acids and statins. Taking into consideration the known interindividual and interethnic differences in the disposition of many OATP1B1 substrates, particularly statins, and its functional role in the pharmacokinetics of many drugs, it is important to characterize the diversity of the SLCO1B1 gene in various ethnic groups and to investigate the effects of SLCO1B1 polymorphism on statin disposition and response.

The frequencies of SLCO1B1 sequence variations were studied in a population of 468 healthy Finnish volunteers and globally in various ethnic populations. DNA samples from the participants were genotyped for the presence of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in SLCO1B1 and the results were analysed using population genetic methods. Secondly, the effects of SLCO1B1 genotypes on the pharmacokinetics and pharmacodynamics of fluvastatin, pravastatin, simvastatin, rosuvastatin and atorvastatin, and on cholesterol homeostasis, were studied in a prospective genotype panel study with 32 healthy volunteers. The subjects ingested a single dose of each investigated statin in five different phases. Blood samples were collected before statin administration and up to 48 hours thereafter to determine the concentrations of plasma statins, statin metabolites, cholesterol and noncholesterol sterols.

Functionally significant variants in the SLCO1B1 gene were detected at varying frequencies in different populations. Genetic variation in SLCO1B1 was generally similar to that observed for other autosomal markers, although selective pressure may have acted on SLCO1B1, favouring low-activity variants in the north. The frequency of the low-activity c.521T>C variant allele was 24% (95% CI, 18–32%) in Native American populations, 20% (95% CI, 15–25%) in the Middle East, 18% (95% CI, 14–23%) in Europe, 12% (95% CI, 9.5–15%) in East Asia, 9.4% (95% CI, 6.9–13%) in Central/South Asia and 1.9% (95% CI, 0.7–4.8%) in Sub-Saharan Africa. No carriers of the c.521T>C SNP were found in Oceania. The frequency of the homozygous variant c.521CC genotype was around 2% in Caucasians and around 4% in the Finnish population. The greatest genetic diversity was seen in African populations and SLCO1B1 diversity was generally far greater within than between populations.

The SLCO1B1 genotype significantly affected the pharmacokinetics of most of the statins investigated. The mean area under the plasma concentration-time curve (AUC) of simvastatin acid, atorvastatin, pravastatin and rosuvastatin was 3.2-, 2.4-, 1.9- and 1.7-fold, respectively, in subjects with the SLCO1B1 c.521CC variant genotype compared with subjects with the c.521TT control genotype (P < 0.05). The SLCO1B1 genotype had no significant effect on the plasma concentrations of fluvastatin. Despite the considerable effect on the pharmacokinetics of statins, the response to a single dose of any of the statins studied was not affected by the SLCO1B1 genotype. Interestingly, the SLCO1B1 variant genotype was associated with an increased baseline cholesterol synthesis rate, as indicated by a 40% higher desmosterol to cholesterol ratio in subjects with the c.521CC genotype than in those with the c.521TT genotype (P = 0.043). In agreement, there was a tendency toward higher plasma concentrations of absolute desmosterol and lathosterol, as well as lathosterol to cholesterol ratios, and lower plasma concentrations of cholesterol absorption markers in subjects with the variant genotype.

In conclusion, the low-activity SLCO1B1 c.521T>C variant occurs at varying frequencies in different ethnic groups and is relatively common in non-African populations. Genetically impaired activity of the hepatic influx transporter OATP1B1, due to the presence of the c.521T>C SNP, leads to elevated plasma concentrations of many but not all statins, thus increasing the risk for muscle toxicity. The SLCO1B1 genotype may partially explain why individual patients respond differently to various statins and may help to identify subjects who are at higher risk of developing statin-induced myopathy.