Hepatotoxizität von Arzneimitteln

Auch in anderen Studien wurde erkannt, dass Co-amoxiclav offenbar häufiger als andere Penicilline oder Cephalosporine zu Leberschäden führt. Die Gabe von Amoxicillin allein (ohne Clavulansäure) war nach diesen Untersuchungen deutlich seltener mit hepatischen Veränderungen assoziiert. Dies gilt auch für andere β‑Lactame: Von Leberschädigungen nach Einnahme diverser Cephalosporine oder anderer β‑Lactamaseinhibitoren ist nur in Einzelfällen berichtet worden.

Sind In-silico-Prognosen besser als Tierversuche?

In einem von der US-amerikanischen Zulassungsbehörde FDA geförderten Projekt, wurde versucht, ausgehend von Humandaten ein Computer-Modell zu entwickeln, das Vorhersagen zum hepatotoxischen Potenzial eines neuen Stoffes erlaubt. Die Autoren geben eine Vorhersagegenauigkeit von 91% an – es bleibt abzuwarten, wie sich dieser neue Ansatz in Zukunft im Rahmen der Arzneimittelentwicklung bewähren wird [10]. Derartige In-silico-Ansätze werden zunehmend in der Toxikologie angewandt, um die Zahl der Tierversuche zu reduzieren, zumal insbesondere bei der Hepatotoxizität die Aussagekraft der Tierversuche nicht optimal ist.

Vor allem bei Antiinfektiva ergibt sich das grundsätzliche Problem, dass die toxikologischen Studien bei gesunden Tieren durchgeführt werden und die Arzneimittel später bei Patienten mit einer akuten oder chronischen Infektion angewandt werden, welche die Leberfunktion mehr oder weniger beeinträchtigen kann. Trovafloxacin, ein Chinolonderivat, das bereits vor Jahren wegen seltener hepatotoxischer Reaktionen vom Markt genommen wurde, verursachte im Tierexperiment Leberschäden, wenn es zusammen mit LPS (Lipopolysaccharid), einer proinflammatorischen Substanz aus der Zellmembran von Bakterien, gegeben wurde. Beide Stoffe wurden in Dosen verabreicht, die bei alleiniger Gabe keine hepatische Reaktion verursachten. Levofloxacin, das zum Vergleich verabreicht wurde, zeigte in diesen Versuchen übrigens kein hepatotoxisches Potenzial, was darauf hinweist, dass erhebliche Unterschiede zwischen den einzelnen Chinolonen bestehen und dass das hepatotoxische Potenzial von Trovafloxacin sicher deutlich höher ist, als das der heute üblichen Chinolone [14].

Noch deutlicher wurden diese Zusammenhänge bei der Entwicklung eines Nucleosidanalogons zur Behandlung der chronischen Hepatitis B in den 1990er Jahren. Das Uracilderivat Fialuridin war sowohl in vitro als auch bei Patienten bei kurzfristiger Gabe effektiv und ohne wesentliche Nebenwirkungen. Als aber die Wirksamkeit und Verträglichkeit einer längerfristigen Behandlung untersucht wurden, musste die klinische Studie notfallmäßig abgebrochen werden. Von 15 Patienten entwickelten zehn hepatotoxische Reaktionen, davon sieben mit einem sehr schweren Verlauf, der für fünf tödlich endete. In präklinischen, toxikologischen Routinestudien war ein hepatotoxisches Potenzial der Substanz nicht aufgefallen [11].

Hepatozelluläre und cholestatische Schädigung

Arzneistoffe können nicht nur die Hepatozyten schädigen, sondern es können auch die Cholangiozyten betroffen sein, was zu einer Cholestase führen kann. Tabelle 2 enthält eine Auflistung von Arzneistoffen, die hepatozelluläre, cholestatische oder eine gemischte Form der Schädigungen hervorrufen. Die Schädigungen der Leber werden in der Regel anhand von Veränderungen der Leberfunktionswerte erkannt. Sie sind dabei folgendermaßen definiert: ein dreifach erhöhter Wert der Alanin-Aminotransferase (ALT), ein zweifach erhöhter Wert der alkalischen Phosphatase (AP) oder ein zweifach erhöhter Bilirubinspiegel (engl. total bilirubin level, TBL), der mit einer Erhöhung von ALT oder AP assoziiert ist.

Hepatozelluläre Leberschäden sind charakterisiert durch eine vorherrschende initiale Erhöhung der ALT, cholestatische Leberschädigungen durch eine initiale Erhöhung der AP. In der gemischten Form sind beide Enzyme gleichzeitig erhöht. Eine Erkennung der Muster hilft bei der Kategorisierung der Leberschädigungen, da sie charakteristisch für entsprechende Arzneimittel sind. Ein Anstieg der Transaminasen und γ‑GT-Werte muss jedoch nicht zwangsläufig mit einem manifesten Leberschaden assoziiert sein; solche Enzymveränderungen können auch Ausdruck der Adaptation an das Arzneimittel sein. So wird zum Beispiel zu Beginn der Behandlung mit Statinen häufig ein Anstieg der ALT-Werte beobachtet, der aber meist nicht das Dreifache der Obergrenze für diesen Laborwert überschreitet und keinen Grund zum Absetzen des Arzneimittels bedeutet, sofern nicht Symptome einer Hepatitis hinzukommen [9].

Unterschiedliche Mechanismen

Zwei Arten von hepatotoxischen Reaktionen werden unterschieden: die "intrinsische" und die "idiosynkratische". Die idiosynkratische Reaktion ist für etwa jeden achten Fall eines akuten Leberversagens verantwortlich, häufig endet eine derartige Arzneimittelschädigung tödlich oder es muss eine Lebertransplantation erfolgen. "Idiosynkratisch" – dieses Wort mit griechischer Herkunft bezeichnete früher eine "eigentümliche Mischung" der Körpersäfte. Während nach einer üblichen medizinischen Definition darunter eine "nichtimmunologische Überempfindlichkeit" verstanden wird, ist nach neueren Erkenntnissen das Immunsystem durchaus an den meisten idiosynkratischen Reaktionen beteiligt; doch sind viele Aspekte einer idiosynkratischen Reaktion noch nicht bekannt.

Etwas mehr Klarheit besteht bei den intrinsischen Reaktionen. Ein typisches Beispiel ist Paracetamol, denn die hepatischen Reaktionen sind dosisabhängig und relativ gut voraussagbar. Als Ursache sind reaktive Metaboliten bekannt, die durch Cytochrom-P450-Aktivität entstehen und bei hohen Dosierungen nicht ausreichend durch Glutathion detoxifiziert werden können. Neben der Eigenschaft der Dosisabhängigkeit gilt bei vorhersehbaren Reaktionen, dass sie unmittelbar nach Exposition auftreten. Natürlich sind neben der verabreichten Dosis auch das Alter, Geschlecht und Body-Mass-Index des Patienten von Bedeutung. So tritt eine arzneimittelinduzierte Hepatotoxizität häufiger bei Erwachsenen als bei Kindern auf und aus unbekannter Ursache häufiger bei Frauen als bei Männern. Bereits bestehende Nieren- oder Lebererkrankungensind weitere Risikofaktoren, ebenso die Interaktion mit anderen Arzneimitteln, Schwangerschaft, Fettleibigkeit oder Untergewicht. Insbesondere Letzteres kann bei einer Paracetamol-Intoxikation zu einem frühzeitigen Mangel an Glutathion führen und stellt daher einen Risikofaktor dar.

Paracetamol verdient besondere Aufmerksamkeit, da es bei diesem Arzneimittel sehr häufig zu Leberschädigungen kommt, wenn es in suizidaler Absicht oder unbeabsichtigt überdosiert wird. Die Schäden treten hier vornehmlich in den zentrilobulären Regionen auf. Extrem erhöhte Werte der Transaminasen helfen dabei, die toxischen Effekte von Paracetamol von denen anderer Arzneimittel zu unterscheiden. Allerdings treten extrem hohe Werte in der Regel nur nach Überdosierungen in suizidaler Absicht auf.

Auf zellulärer Ebene können verschiedene Mechanismen der arzneimittelbedingten Leberschädigungen unterschieden werden. So sind mindestens sechs Mechanismen bekannt, die von den Hepatozyten ausgehen [8]. Die betroffenen Zellorganellen bestimmen dabei das Bild der Erkrankung (Abb. 1).

Durch Cytochrom-P450-Aktivität gebildete Metaboliten können nach kovalenter Bindung an intrazelluläre Proteine zelluläre Dysfunktionen verursachen. Dies gilt zum Beispiel für Paracetamol. Als Folge kann die intrazelluläre Calcium-Homöostase gestört sein, was zu einer Auflösung der Actin-Fibrillen und zur Zerstörung der Zellmembran führen kann (Abb. 1 A).

Einige Arzneimittel können die Transportproteine der Zellmembranen der Gallenkanälchen (Canaliculi) beeinflussen. Wird hierbei das Transportprotein für Gallensäuren blockiert oder gestört, ist eine Cholestase die Folge. Darüber hinaus kann die Störung von Transportern wie dem Multidrug-Resistenz-assoziierten-Protein-3 (MRP3) die Exkretion von Bilirubin aus den Hepatozyten verhindern. Dies kann zu leichten Leberschäden mit einer Störung der Actin-Filamente in der Nähe des Canaliculus führen (Abb. 1 B).

Cytochrom-P450-vermittelte Reaktionen in den Hepatozyten können zu kovalenten Bindungen der Metaboliten an die Enzyme führen. Die so veränderten Enzyme können ihre eigentliche Aufgabe im Stoffwechsel nicht mehr wahrnehmen (Abb. 1 C).

An der Zelloberfläche lösen die Addukte eine Immunantwort aus. Diese können T-Zell- oder Zytokin-vermittelt sein. Insbesondere die Zytokin-Reaktion kann weitere Schäden durch Entzündungsreaktionen hervorrufen (Abb. 1 D). Eine Aktivierung der Apoptose durch TNF-α oder Fas kann die Caspasen-Kaskade einleiten. Ein Untergang der betroffenen Hepatozyten ist die Folge (Abb. 1 E).

Einige Arzneimittel stören die Funktion der Mitochondrien. Sie hemmen sowohl die β-Oxidation, wodurch sich die ATP-Synthese verringert, als auch die Enzyme der Atmungskette (Abb. 1 F). Dadurch steigen die Lactat-Werte und auch die Konzentration der reaktiven Sauerstoffspezies (ROS). Diese können wiederum störend auf die mitochondriale DNA einwirken.

Arzneimittel können auch eine Steatohepatitis auslösen. Diese entzündlichen Veränderungen in einer Fettleber treten in der Regel bei Alkoholmissbrauch auf, kommen aber auch als Folge einer Arzneimittelreaktion vor.

Idiosynkratische Hepatotoxizität …

Die idiosynkratische Form der Leberschädigung ist – wie bereits zuvor erwähnt – nicht dosisabhängig und nicht vorhersagbar. Die Latenzzeiten der idiosynkratischen Reaktionen sind extrem variabel. Sie können fünf bis 90 Tage nach der ersten Einnahme des Präparats auftreten und darüber hinaus schwerwiegende Folgen haben. Ein akutes Leberversagen kann resultieren, wenn die Einnahme nicht unmittelbar nach Auftreten der ersten Symptome gestoppt wird. Eine idiosynkratische Hepatotoxizität tritt mit 1:1000 bis 1:100.000 betroffenen Patienten sehr selten auf.

Die idiosynkratische Form ist in eine "metabolische" und eine "immunallergische" unterteilt worden. Bestimmte genetisch bedingte Risikofaktoren sind erforderlich, damit es zu einer Leberschädigung kommt. Dazu gehört zum Beispiel ein Polymorphismus Fremdstoff-metabolisierender Enzyme oder eine Assoziation mit einem bestimmten HLA-Typ (HLA = Humane Leukozytenantigene).

… und genetische Polymorphismen als Ursache

Es gibt zunehmend Hinweise auf die genetischen Besonderheiten bei Patienten, die mit einer idiosynkratischen Reaktion auf Arzneistoffe reagieren. Erstmals wurden bereits Ende der achtziger Jahre Assoziationen zwischen einer erhöhten hepatischen Empfindlichkeit von Patienten auf antimikrobielle Substanzen mit bestimmten HLA-Genen beschrieben. Allerdings beruhten diese Befunde mit Nitrofurantoin nur auf kleinen Patientengruppen und waren nicht statistisch signifikant.

Fundierte Erkenntnisse liegen heute zum Mechanismus der Flucloxacillin-verursachten Leberschäden vor [6]. Die Häufigkeit wurde mit etwa 1 von 12.000 Erstanwendern errechnet. Die detaillierten Daten zum Mechanismus zeigen sowohl auf metabolische als auch immunologische Gegebenheiten.

In vitro konnte gezeigt werden, dass der 5‘‑Hydroxylmethyl-Metabolit – im Gegensatz zum Flucloxacillin selbst – auf biliäre Epithelzellen toxischer wirkt als auf Hepatozyten. Der Metabolit wird durch CYP3A4 gebildet, welches durch den nukleären Pregnan-X-Rezeptor reguliert wird. Bei einem genetischen Vergleich von 51 Patienten mit Flucloxacillin-assoziierten Leberschäden und Kontrollpatienten konnte gezeigt werden, dass Flucloxacillin als Agonist am Pregnan-X-Rezeptor wirkt. Ein bestimmter Polymorphismus (C‑25385T) war mit einem statistisch signifikant erhöhten Risiko für Hepatotoxizität verbunden [5]. Von der gleichen Arbeitsgruppe aus Großbritannien war bereits zuvor gezeigt worden, dass eine sehr deutliche Assoziation mit dem HLA-Allel B*57:01 besteht, woraus abgeleitet werden kann, dass eine fehlerhafte T‑Zell-Aktivität für die Leberschädigung ebenfalls mitverantwortlich ist. Die odds ratio lag bei dieser Assoziation bei einem sehr hohen Wert von etwa 80. Trotzdem wird man im klinischen Alltag nicht auf das Vorhandensein des Allels testen, denn es ist geschätzt worden, dass mehr als 13.500 Patienten untersucht werden müssten, um einen Fall zu verhindern und außerdem ein großer Teil von Patienten unnötigerweise nicht mit diesem Medikament behandelt würden, denn bis zu 7% der weißen Bevölkerung tragen das Allel B*57:01 [2].

Auch für die Leberschäden nach Co-amoxiclav konnte eine Assoziation mit einem HLA-Gen gezeigt werden. In diesem Fall war es das Klasse-II-Allel DRB1*15:01. Die Zusammenhänge waren mit einer odds ratio von etwa 3 weniger deutlich, konnten allerdings inzwischen in anderen Studien bestätigt werden (Tab. 3). Auch ein Mangel an Glutathion-S‑Transferasen (GST), denen eine wichtige Aufgabe bei der Detoxifizierung von reaktiven Fremdstoff-Metaboliten zukommt, erhöht offenbar das Risiko für Leberschäden durch Co-amoxiclav und andere Arzneimittel.

Einfluss des Immunsystems bei der Entstehung eines Leberschadens

Ursache der immunvermittelten Hepatotoxizität ist in der Regel zunächst die Bildung von reaktiven Metaboliten, die an hepatozelluläre Proteine kovalent gebunden werden ("Haptenisierung"). Folge dieser Neoantigenbildung ist eine Immunantwort gegen Hepatozyten, welche individuell variabel abläuft (Abb. 2). Die Kostimulation der Antigen-präsentierenden Zellen mit "Gefahrensignalen" bewirkt eine Expansion der T- und B-Zellen. Von Zellen des angeborenen Immunsystems werden Zytokine freigesetzt, die protektiv oder schädigend wirken können und damit einen entscheidenden Anteil an der Pathogenese haben. Eine mangelnde Balance dieser Stoffe könnte erklären, warum bei Aids-Patienten ein immunvermittelter Leberschaden relativ häufig vorkommt. Arzneimittelverursachte T-Zell-vermittelte Überempfindlichkeitsreaktionen treten sehr selten auf. Daher ist es schwierig, solche Gefahren in Studien zu erkennen. Die Reaktionen gehen meist mit Hautausschlägen einher.

In einer aktuellen Studie wurde mittels computergestützter Modelle das Genom von 385 gesunden Probanden hinsichtlich einer genetischen Disposition für arzneimittelinduzierte Leberschädigungen untersucht. Hierbei wurden auf dem Chromosom 6 einiger Versuchsteilnehmer Humane Leukozytenantigene (HLA) erkannt, bei denen ein Zusammenhang zum Auftreten von hepatotoxischen Reaktionen nachgewiesen wurde. Die Allele waren in zwei verschiedenen Haplotypen zusammengefasst. Für insgesamt sieben Arzneimittel wurden bis heute Allele identifiziert, die mit einem erhöhten Risiko für eine Leberschädigung assoziiert sind (Tab. 3). Das mit der Flucloxacillin-verursachten Leberschädigung assoziierte Allel B*57:01 kam in dieser Gruppe z. B. bei einer Person homozygot vor und bei 25 Personen heterozygot. Haplotypen mit bestimmten HLA-Allelen können eine arzneimittelinduzierte Leberschädigung begünstigen, auch wenn die entsprechenden Arzneimittel keine strukturellen Gemeinsamkeiten aufweisen, wie zum Beispiel die β-Lactamantibiotika Flucloxacillin bzw. Co-amoxiclav und der Thrombin-Inhibitor Ximelagatran, der aufgrund seines leberschädigenden Potenzials wieder vom Markt genommen wurde [1].

Ausblick

Trotz umfangreicher präklinischer Studien und klinischer Prüfungen von Arzneimitteln können nicht alle unerwünschten Wirkungen erfasst werden. Gerade die selten auftretenden Wirkungen, wie die arzneimittelverursachten Leberschädigungen, werden in den klinischen Studien oftmals nicht erkannt, weil die Anzahl der Patienten zu gering ist. Genetische Faktoren tragen dazu bei, dass idiosynkratische lebertoxische Reaktionen nur bei einer geringen Zahl von Patienten auftreten. Daher werden sich arzneimittelbedingte Leberschäden auch in naher Zukunft nicht vermeiden lassen, und es ist durchaus wahrscheinlich, dass es auch wieder Marktrücknahmen von neuen Medikamenten geben wird.

Die gegenwärtigen Forschungsaktivitäten fokussieren vor allem auf die Möglichkeiten der Vorhersagbarkeit durch computergestützte Modelle unter Berücksichtigung der Struktur-Wirkungs-Beziehungen und auf genetische Untersuchungen, um Personen mit erhöhten Risiken vor Beginn einer Therapie zu identifizieren.

Literatur

DAZ 2012, Nr. 45, S. 60