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Hépatologie
Prédisposition génétique à l’hépatotoxicité des médicaments
Cours d'Hépatologie
 


 

Introduction :

L’hépatotoxicité des médicaments est généralement imprévisible et ne concerne qu’une faible proportion des patients exposés, même lorsque le médicament en cause a été donné à la dose recommandée.

La fréquence de tels effets secondaires varie beaucoup :

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de l’ordre de 1 % pour l’isoniazide et la chlorpromazine, 1/10 000 avec l’halothane et le kétoconazole, moins de 1/100 000 avec les bêta-lactamines et moins de 1/1 000 000 pour les inhibiteurs de la pompe à protons.

La plupart des médicaments étant liposolubles, leur élimination nécessite des biotransformations préalables en des métabolites plus hydrosolubles.

La plupart des réactions de biotransformation sont effectuées dans le foie, en particulier l’oxydation due aux cytochromes P450 (CYP) et diverses conjugaisons : la N-acétylation, la sulfoconjugaison, la glucuronoconjugaison, etc.

Les métabolites générés par ces biotransformations sont généralement non toxiques.

Cependant, dans certains cas, les réactions faisant intervenir les CYP peuvent entraîner la formation de métabolites réactifs toxiques.

Plus de 40 médicaments sont maintenant connus pour être hépatotoxiques par l’intermédiaire d’un tel mécanisme, par exemple le paracétamol, l’isoniazide, l’halothane et l’érythromycine.

L’hépatotoxicité est généralement prévenue ou limitée par différents mécanismes de protection ou de détoxication :

– l’inactivation des CYP par les métabolites réactifs eux-mêmes, limitant ainsi leur production ;

– la conjugaison des métabolites réactifs à un détoxifiant, le glutathion ;

– la transformation d’époxydes réactifs en des déhydrodiols stables par les époxydes hydrolases ;

– la protection contre la peroxydation lipidique par la vitamine E, la glutathion péroxydase et la catalase.

Tous ces systèmes de détoxication et de protection limitent ou préviennent la fixation covalente des métabolites réactifs aux constituants hépatiques, en particulier les protéines, les acides nucléiques, les lipides insaturés ou les constituants des mitochondries.

Les métabolites réactifs peuvent détruire les hépatocytes soit en interférant avec l’homéostasie cellulaire, soit en déclenchant des réactions immunologiques avec les métabolites réactifs liés aux protéines de la membrane plasmique des hépatocytes qui peuvent jouer le rôle d’haptène.

L’hépatotoxicité peut survenir également par le déclenchement d’une destruction programmée, l’apoptose par fragmentation des acides nucléiques du noyau.

Plus récemment enfin, il a été démontré que les altérations du fonctionnement des mitochondries jouaient également un rôle très important dans l’hépatotoxicité.

L’hépatotoxicité des médicaments peut être modulée par différents facteurs thérapeutiques, physiologiques, nutritionnels, interférant avec leur élimination, la formation des métabolites réactifs ou leur détoxication.

L’accumulation de médicaments peut résulter d’une inhibition métabolique causée par un médicament.

Par exemple, la troléandomycine augmente fortement le risque de cholestase avec contraceptifs oraux en inhibant les isoenzymes des CYP 3A, la principale forme des CYP responsables de l’oxydation des oestrogènes.

L’hépatotoxicité peut également être favorisée par la formation accrue de métabolites réactifs due à une induction des CYP.

Ainsi, la rifampicine induit les CYP 3A, favorisant la transformation de l’isoniazide en métabolites toxiques.

De façon analogue, la consommation excessive d’alcool augmente le risque d’hépatotoxicité du paracétamol par induction du CYP 2E1, impliqué dans la formation des métabolites réactifs du paracétamol.

L’hépatotoxicité peut aussi être facilitée par une altération des mécanismes de détoxication et de protection.

La dénutrition diminue la quantité de glutathion disponible dans le foie, favorisant ainsi la toxicité du paracétamol.

Expérimentalement, chez les rongeurs, la grossesse augmente également la toxicité du paracétamol en diminuant le stock de glutathion disponible.

L’efficacité des systèmes de biotransformation et de détoxication, et ainsi l’intensité de la réponse immunitaire, sont aussi influencées par des variations génétiques qui peuvent par conséquent moduler l’hépatotoxicité de certains médicaments.

Le but de cette synthèse est d’analyser les exemples principaux illustrant l’association entre pharmaco- et immunogénétique et l’hépatotoxicité des médicaments.

Enzymes métabolisant les médicaments :

A - CYTOCHROMES P450 :

Les CYP sont parmi les enzymes les plus efficaces de la détoxication.

Ils constituent une superfamille de gènes. On a identifié un peu plus de 20 isoenzymes chez l’homme avec leur propre activité catalytique et leur immunogénicité.

Certains d’entre eux subissent de fortes variations génétiques, en particulier les sousfamilles CYP 2D et CYP 2C.

1- CYP 2D6 :

Ce cytochrome est responsable du polymorphisme génétique de nombreux médicaments comprenant plus de 25 agents thérapeutiques très importants dont les bêta-bloqueurs, les antidépresseurs tricycliques, la chlorpromazine et le maléate de perhexilline.

Le gène est situé sur le chromosome 22 et la transmission du déficit se fait sur le mode autosomique récessif.

Deux phénotypes ont été identifiés sur la base de l’oxydation de la débrisoquine, du dextrométorphane et de la spartéine.

La fréquence du déficit est généralement comprise entre 5 et 10 % dans la plupart des populations, notamment en Europe et en France.

Ce polymorphisme génétique peut avoir des effets secondaires sérieux, surtout chez les métaboliseurs faibles qui sont exposés à des concentrations plasmatiques de médicaments plus élevées après l’administration d’une dose standard.

On peut observer une hépatotoxicité accrue du maléate de perhexilline sous forme d’une stéatohépatite pseudoalcoolique pouvant même conduire à une cirrhose, en association à une phospholipidose.

Le déficit en CYP 2D6 est retrouvé, en effet, chez les trois quarts des patients présentant une atteinte hépatique avec ce médicament.

Le mécanisme proposé implique que chez les déficitaires la perhexilline peut s’accumuler dans les hépatocytes, conduisant à une phospholipidose, une production d’espèces réactives d’oxygène accrue et la libération de cytokines aboutissant à la stéatohépatite.

Il faut cependant noter que cet exemple constitue plus l’exception que la règle puisque plusieurs travaux ont montré que pour de nombreux médicaments métabolisés par le CYP 2D6 il n’y avait pas de corrélation entre génotype, phénotype et risque d’hépatotoxicité, en particulier pour les antidépresseurs tricycliques tels que l’amineptine et l’amitriptyline ou d’autres composés comme le métoprolol, l’amodiaquine, l’halothane. Plusieurs allèles déficients du CYP 2D6 ont été caractérisés.

Il existe plus de dix mutants connus. La plupart des allèles variants causent une diminution d’activité du CYP 2D6.

Les principaux d’entre eux, chez les Blancs caucasiens, sont le CYP 2D6 4, (70 % des mutants déficitaires), le CYP 2D6 5 (environ 15 %), le CYP 2D6 3 et CYP 2D6 7.

D’autres génotypes comme les CYP 2D6 8, 11 et 12 sont défectifs et plus rares.

Chez les Japonais et les Coréens, les principales formes déficitaires apparaissent être les génotypes CYP 2D6 10A et 10B.

À l’inverse, on note l’existence de supermétaboliseurs phénotypiquement.

Cela peut être soit lié à un allèle particulièrement actif, le CYP 2D6 35, soit le fait d’une répétition dans la séquence génétique du CYP 2D6.

Cela pourrait conduire à une activation métabolique accrue.

Il n’est pas encore établi que cela ait des conséquences sur le risque d’hépatotoxicité.

Une telle hypothèse a été évoquée pour la chlorpromazine il y a plus de 10 ans, mais de façon indirecte et sans confirmation par des tests directs.

Le phénotype est pratiqué sur la base de l’oxydation de la débrisoquine, du dextrométorphane ou de la spartéine comme médicaments-tests en analysant les urines après que les sujets ont absorbé une dose standard de médicaments.

Le génotype peut être déterminé sur l’analyse génomique à partir de lymphocytes.

2- CYP 2C19 :

Ce CYP fait aussi l’objet d’un déficit génétique transmis selon le mode autosomique récessif.

La fréquence du déficit est de l’ordre de 2 à 6% dans les populations caucasiennes et d’environ 20 % dans les populations asiatiques.

Ce polymorphisme implique le prototype, la 4-hydroxylation de S-méphénytoïne, ainsi que celle de plusieurs médicaments couramment prescrits tels que les benzodiazépines, certains bêta-bloqueurs comme le propranolol et le labétolol, le nilutamide, l’acide tiénilique, les glucocorticoïdes, les stéroïdes sexuels, le kétoconazole, l’oméprazole et la warfarine. Le gène du CYP 2C19 comprend au moins huit allèles.

L’allèle CYP 2C19 2 à l’état homozygote représente 88 % des déficits observés chez les Blancs caucasiens.

Il est caractérisé par une mutation G-A sur l’exon 5 qui produit une protéine tronquée et inactive.

Les autres métaboliseurs faibles chez les Caucasiens sont liés aux mutants plus rares CYP 2C19 4, 5, 6, 7 et 8.

Le génotype peut être déterminé par une technique fondée sur l’amplification génomique à partir de lymphocytes.

Le phénotype peut être déterminé sur la capacité d’hydroxylation de la S-méphénytoïne.

Des travaux récents suggèrent que l’hépatotoxicité de l’Atriumt (médicament comprenant une association de fébarbamate et de difébarbamate) serait associée au déficit du CYP 2C19.

En effet, chez trois patients ayant un antécédent d’hépatite à l’Atriumt, deux se sont avérés déficitaires et le troisième était porteur d’un déficit intermédiaire.

Ces résultats préliminaires nécessitent confirmation par l’étude d’autres patients.

La molécule impliquée dans l’hépatotoxicité de l’Atriumt n’a pas encore été identifiée.

La troglitazone est un nouvel antidiabétique oral.

Ce médicament s’avère fréquemment hépatotoxique.

Cette hépatotoxicité apparaît significativement influencée par le déficit en CYP 2C19 puisqu’on retrouve le déficit chez 45,5 % des patients ayant une hépatite à la troglitazone par comparaison à 13,3 % des patients prenant le médicament, mais sans hépatite, et 18,8 % dans une population témoin de référence.

* N-acétylation:

La N-acétylation est contrôlée par une perte d’allèles situés sur un seul site génique, le déficit transmis sur le mode autosomique récessif.

Ce déficit est lié à une anomalie génétique en N-acétyltransférase de type 2 (NAT2).

Les sujets homozygotes pour le déficit NAT2 ont le phénotype acétyleur lent alors que les sujets homozygotes sans le déficit ou n’ayant qu’un des deux allèles (hétérozygotes) ont le phénotype acétyleur rapide.

L’expression de NAT2 peut être déterminée par des techniques de génotypage à partir de lymphocytes.

Outre l’allèle de référence correspondant au phénotype acétyleur rapide, NAT2 4, il existe au moins 25 allèles mutants.

Certains mutants n’ont pas de conséquence sur le phénotype et la capacité d’acétylation. Le phénotype peut être étudié à partir de l’acétylation de l’isoniazide, et plus couramment maintenant de la caféine.

La prévalence du déficit d’acétylation est fréquente dans de nombreuses populations européennes et d’Amérique du Nord (de 40 à 70 %).

Il est plus faible en Asie, où il est inférieur à 30 %.

Dans certains groupes ethniques comme chez les Esquimaux, le déficit est presque inexistant. Le déficit en NAT2 implique de nombreux médicaments dont l’isoniazide, les sulfamides, la procaïnamide, l’hydralazine, la dapsone, la phénelzine, l’acébutolol et la caféine.

Les conséquences cliniques sont extrêmement variées.

Concernant l’hépatotoxicité, il semble que celle des sulfamides soit favorisée par ce type d’acétylation.

Dans une étude prospective, tous les patients atteints d’hépatite aux sulfonamides étaient acétyleurs lents (100 %) alors que, dans la population témoin, ce phénotype n’était observé que chez 55 % des sujets.

Dans d’autres études, les atteintes hépatiques et d’autres types d’hypersensibilité aux sulfamides étaient aussi reliés au phénotype acétyleur lent. Le rôle du déficit d’acétylation dans l’hépatotoxicité du sulfamide pourrait être le suivant.

Dans ce cas, les sulfamides sont métabolisés de façon préférentielle par une autre voie métabolique, l’oxydation par des CYP.

Cela pourrait conduire à une formation accrue de métabolites réactifs, en particulier des hydroxylamines qui nécessitent une détoxication très active.

L’augmentation de ces métabolites toxiques pourrait favoriser la survenue d’hépatites.

La fréquence des hépatites aux sulfamides est de l’ordre de 1 % alors que le phénotype acétyleur lent est de l’ordre de 50 %.

Cela montre qu’il n’est pas le seul facteur impliqué dans l’hépatotoxicité de ces médicaments. Un déficit dans la capacité de détoxiquer les métabolites réactifs pourrait également être en jeu.

En revanche, ce déficit n’apparaît pas impliqué dans l’hépatotoxicité de l’association sulfaméthoxazole-triméthoprime chez les patients coinfectés par le virus de l’immunodéficience humaine.

De façon similaire, la capacité d’acétylation paraît influencer l’hépatotoxicité de la dihydralazine.

Chez les acétyleurs rapides, la dihydralazine est principalement détoxifiée par acétylation.

Chez les acétyleurs lents, une plus grande fraction de médicaments est oxydée par le CYP 1A2 en un métabolite réactif modifiant le CYP 1A de lui-même et conduisant ainsi à la formation d’anticorps anti- CYP 1A2 et à une hépatite de type auto-immun.

* Sulfoxydation :

Un déficit génétique en sulfoxydation a été décrit pour la carbocystéine avec une distribution trimodale.

Environ deux tiers des sujets sont décrits comme métaboliseurs actifs, 12 % comme métaboliseurs intermédiaires et 22 % comme déficitaires.

Cette distribution suggère une participation génétique avec une transmission sur le mode autosomique partiellement récessif.

Cependant, la base génétique de ce déficit n’a pas été clairement documentée. Elle reste donc sujet à caution.

Pour cette raison, l’association qui a été décrite entre déficit en sulfoxydation et hépatotoxicité de la chlorpromazine reste à prouver.

* Glutathion S-transférases :

Cette famille multienzymatique fait l’objet de variations génétiques. Le polymorphisme de la forme s a été impliqué dans l’hépatotoxicité de la tacrine utilisée dans la maladie d’Alzheimer.

Cependant, cette association a été récemment remise en cause.

3- CYP 2C9 :

La relation entre les mutants du CYP 2C9 et l’hépatotoxicité du diclofénac n’a pas été confirmée.

B - SYSTÈMES DE DÉTOXICATION :

1- Test de toxicité médicamenteuse in vitro :

L’efficacité des systèmes de détoxication et de protection contre les métabolites réactifs peut être testée par un test de cytotoxicité in vitro décrit par Spielberg.

Dans ce test, les lymphocytes sont utilisés comme cellule cible et exposés à l’agression par des métabolites réactifs produits par un système standardisé d’oxydation comprenant des microsomes hépatiques de souris induits par du phénobarbital, un système générateur de NADPH et le médicament testé.

La capacité de détoxication et la susceptibilité des cellules sont évaluées d’après le pourcentage de lymphocytes détruits.

Le choix des lymphocytes comme cellules cibles est fondé sur les considérations suivantes :

– les lymphocytes sont facilement disponibles ;

– ils contiennent les principaux systèmes de détoxication de métabolites réactifs, en particulier les époxydes hydrolase, le glutathion et les enzymes nécessaires à sa synthèse et à son action ;

– les lymphocytes ne contiennent pas de concentration de CYP suffisante pour produire une quantité significative de métabolites réactifs ; par conséquent, il est possible, avec des lymphocytes, d’analyser sélectivement les capacités de détoxication cellulaire après une exposition à des métabolites réactifs produits par des microsomes.

Sur la base de ce test, plusieurs études ont été réalisées pour détecter une susceptibilité génétique à l’action de métabolites réactifs produits à partir de médicaments mis en cause dans la survenue d’hépatites.

Le glutathion est un composé essentiel pour la détoxication des métabolites réactifs car il les stabilise.

De plus, le glutathion permet la limitation de la peroxydation lipidique.

Le glutathion est synthétisé à partir de la gammaglutamylcystéine et de la glycine en présence de glutathion synthétase.

Cette biosynthèse est réalisée dans de nombreuses cellules dont les hépatocytes et les lymphocytes. Un déficit en glutathion synthétase est identifié chez quelques sujets.

Ce déficit est transmis sur un mode autosomique récessif.

Chez les sujets homozygotes pour le déficit, l’activité de la glutathion synthétase est fortement diminuée et le stock intracellulaire de glutathion est diminué de près de 90 %.

Les sujets déficitaires ont une maladie caractérisée par une 5-oxoprolinurie, une anémie hémolytique, une anomalie des globules blancs et une acidose.

Chez les sujets hétérozygotes, l’activité glutathion synthétase est diminuée de 50 %, la concentration basale de glutathion est normale dans les conditions basales et il n’y a pas de conséquences cliniques.

La prévalence des sujets hétérozygotes pour ce déficit pourrait être de l’ordre de 1/10 000.

L’influence du déficit en glutathion synthétase sur l’hépatotoxicité des médicaments a été analysée en utilisant le test de cytotoxicité in vitro avec des lymphocytes.

En particulier, il a été montré que les sujets déficitaires avaient une susceptibilité accrue au paracétamol, au métronidazole, à la nitrofurantoïne.

2- Autres systèmes de détoxication encore non identifiés :

Plusieurs autres types d’hépatites médicamenteuses paraissent modulés par des variations génétiques dans la capacité de détoxifier les métabolites réactifs et/ou à une susceptibilité cellulaire constitutionnelle à ces métabolites.

Dans tous les cas, les données reposent sur des études utilisant le test de cytotoxicité médicamenteuse in vitro de Spielberg.

* Médicaments antiépileptiques : phénytoïne, carmabazépine, phénobarbital

L’hépatotoxicité de ces trois médicaments pourrait mettre en jeu un mécanisme commun, en particulier la production d’époxydes toxiques.

Il a été postulé que le système de détoxication déficitaire pourrait être une époxyde hydrolase microsomale.

Cette hypothèse est compatible avec les résultats du test de toxicité in vitro puisqu’en présence d’un inhibiteur d’époxyde hydrolase, le trichloropopène oxyde, on observe une majoration de la toxicité.

Toutefois, des études génomiques récentes n’ont pas confirmé d’anomalies de l’époxyde hydrolase microsomale chez les patients ayant une hépatite avec ces antiépileptiques.

Le mécanisme en cause dans la toxicité de ces médicaments reste donc à élucider.

* Sulfamides :

Les lymphocytes de sujets présentant des antécédents d’hépatite aux sulfamides ont une susceptibilité élevée aux métabolites réactifs produits à partir de ces médicaments, en particulier les hydroxylamines.

Cette susceptibilité est également retrouvée chez certains parents directs des patients.

Ceci suggère donc la mise en jeu d’un mécanisme génétique. Le mécanisme en cause n’est pas déterminé.

* Halothane :

Cet anesthésique halogéné est fréquemment responsable d’atteintes hépatiques cytolytiques avec une forte mortalité.

Un rôle génétique est suggéré par l’observation d’hépatites à l’halothane chez plusieurs membres d’une même famille exposés à cette anesthésie.

La toxicité de l’halothane est liée à la production d’un métabolite réactif trifluoroacétylé qui joue le rôle d’haptène en se fixant sur des protéines hépatocytaires, déclenchant ainsi une réaction immunologique.

Une susceptibilité accrue, particulièrement élevée, a été retrouvée chez des sujets atteints d’hépatite à l’halothane en utilisant le test de cytotoxicité in vitro de Spielberg. Le mécanisme en cause reste encore inconnu.

* Amineptine :

Cet antidépresseur tricyclique qui induit des hépatites immunoallergiques est transformé par les CYP, notamment de la famille 3A, en métabolites réactifs.

Une prédisposition génétique à l’hépatotoxicité de ce médicament est suggérée par l’observation de cas familiaux.

Une susceptibilité accrue aux métabolites réactifs de ce médicament a été mise en évidence par le test de Spielberg.

Le mécanisme en cause reste inconnu.

C - MODULATION IMMUNOLOGIQUE :

De très nombreuses hépatites médicamenteuses sont associées à des signes d’hypersensibilité en faveur d’un mécanisme immunoallergique.

Les molécules human leukocyte antigen (HLA) de classes I et II participent à la présentation des antigènes peptidiques, aux cellules immunologiques et à la régulation de la réponse immunitaire.

L’expression des cellules HLA étant génétiquement polymorphe, il est concevable que certains haplotypes HLA puissent moduler l’hépatotoxicité.

Plusieurs exemples suggèrent en effet une association entre expression HLA et hépatotoxicité médicamenteuse.

Dans une étude récente chez 71 patients, HLA11 était deux fois plus fréquent que dans le groupe contrôle (22 % versus 12 %) et était présent chez 60 % des patients avec une hépatite aux antidépresseurs tricycliques et chez 75 % des patients avec une hépatite au diclofénac comparé à 12 % pour les contrôles.

HLA DR6 était présent chez 80 % des patients avec une hépatite à la chlorpromazine comparé à 22 % chez les contrôles.

Il existe également une forte corrélation entre HLA DRB1-1501 et l’hépatotoxicité de l’association amoxicilline-acide clavulanique.

Conclusion :

Ces données montrent que l’hépatotoxicité des médicaments est, dans certains cas, influencée par des facteurs génétiques intervenant dans le métabolisme médicamenteux ou dans les capacités de détoxication des métabolites produits ; dans certains cas (perhexilline, sulfamides), les mécanismes compliqués ont été clairement identifiés (CYP 2D6, NAT2) et le déficit métabolique peut être facilement identifié par des techniques de génotypage ou de phénotypage.

Dans d’autres cas, comme la troglitazone ou l’Atriumt, il existe une forte suspicion du rôle du CYP 2C19.

Ces données doivent être néanmoins confirmées.

Dans d’autres cas comme la chlorpromazine, le rôle de la sulfoxydation nécessite d’être complètement revu sur la base de méthodes analytiques indiscutables pour le génotype et le phénotype.

Un déficit constitutionnel dans la capacité de détoxication est suggéré par plusieurs exemples tels que les antiépileptiques, l’halothane, les sulfamides et l’amineptine.

Le mécanisme en jeu reste inconnu au niveau moléculaire.

On note que le système immunitaire, en particulier l’expression du système HLA, paraît moduler l’hépatotoxicité de certains médicaments.

On peut noter enfin que pour certains médicaments la génétique peut jouer à différents niveaux.

Ainsi, pour les sulfamides, la toxicité survient préférentiellement chez les sujets ayant un déficit en NAT2 et, en plus, une susceptibilité accrue vis-à-vis des métabolites réactifs toxiques produits par une autre voie métabolique.

Les progrès dans la génétique moléculaire devraient permettre de mieux comprendre le rôle de la génétique dans l’hépatotoxicité des médicaments et d’apporter des mesures préventives en testant les patients avant la mise en route des traitements.

Dans une ère relativement proche, on peut espérer disposer d’une cartographie génétique des principales réactions métaboliques avec des tests faciles à réaliser grâce aux progrès de la génomique.

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