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ED 62 – SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE Faculté de Pharmacie de Marseille Laboratoire de pharmacocinétique et de toxicologie, APHM Unité de recherche : UMR_S 911 Mme Manon LAUNAY Née le 25 août 1988 à Le Mans (72) Thèse présentée et publiquement soutenue le 8 décembre 2017 Développement d’une stratégie pour la sécurisation des chimiothérapies anticancéreuses : application au ciblage posologique du 5-Fluoro-Uracile Pour obtenir le grade universitaire de Docteur de l'Université d'Aix-Marseille Spécialité: Oncologie Membres du jury : Pr Alexandre EVRARD, Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier Rapporteur Dr Gérard MILANO, Centre Antoine Lacassagne, Nice Rapporteur Pr Sébastien SALAS, Oncologie médicale, Marseille Examinateur Pr Jérôme GUITTON, Centre Hospitalier Lyon-Sud Examinateur Pr Bruno LACARELLE, SMARTc, CRO2, UMR S_911 Co-directeur de thèse Dr Joseph CICCOLINI, SMARTc, CRO2, UMR S_911 Co-directeur de thèse

Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

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Page 1: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

ED 62 – SCIENCES DE LA VIE ET DE LA SANTE Faculté de Pharmacie de Marseille

Laboratoire de pharmacocinétique et de toxicologie, APHM Unité de recherche : UMR_S 911

Mme Manon LAUNAY

Née le 25 août 1988 à Le Mans (72)

Thèse présentée et publiquement soutenue le 8 décembre 2017

Développement d’une stratégie pour la sécurisation des chimiothérapies anticancéreuses :

application au ciblage posologique du 5-Fluoro-Uracile

Pour obtenir le grade universitaire de Docteur de l'Université d'Aix-Marseille

Spécialité: Oncologie

Membres du jury :

Pr Alexandre EVRARD, Institut de Recherche en Cancérologie de Montpellier Rapporteur Dr Gérard MILANO, Centre Antoine Lacassagne, Nice Rapporteur Pr Sébastien SALAS, Oncologie médicale, Marseille Examinateur

Pr Jérôme GUITTON, Centre Hospitalier Lyon-Sud Examinateur Pr Bruno LACARELLE, SMARTc, CRO2, UMR S_911 Co-directeur de thèse Dr Joseph CICCOLINI, SMARTc, CRO2, UMR S_911 Co-directeur de thèse

Page 2: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

1

Remerciements

A Monsieur le Professeur Bruno Lacarelle, pour m’avoir accueillie trois semestres

au sein du laboratoire de pharmacocinétique. Merci de votre disponibilité et de votre

bienveillance. Merci également pour tous vos précieux conseils et votre soutien sans

faille dans mes projets professionnels.

A Monsieur le Docteur Gérard Milano, pour avoir accepté d'être présent dans ce

jury. Vous qui êtes une référence dans le domaine, et je suis vraiment très honorée

que mon travail soit jugé par vous. J'espère ne pas vous décevoir.

A Monsieur le Professeur Alexandre Evrard, pour votre présence dans ce jury ainsi

que pour votre dynamisme, et votre disponibilité, lorsque j'ai eu la chance de vous

croiser à Marseille ainsi que dans les congrès et réunions scientifiques. Vos conseils

m'ont été précieux.

A Monsieur le Professeur Sébastien Salas, pour m'avoir accordé votre confiance

dans le traitement des données cliniques dans le cancer ORL, et ainsi avoir contribué

largement au bon déroulement de cette thèse.

A Monsieur le Professeur Jérôme Guitton, pour me faire l'honneur de faire partie de

ce jury, et pour m'apporter votre vision sur la partie toxicité de ce travail.

A Monsieur le Docteur Joseph Ciccolini, pour m’avoir supportée pendant ces

quatre années, et tout cela à distance. Merci pour vos mails dont le dynamisme et

l'humour étaient à votre image. Merci de votre réactivité, parfois déroutante parce

que dans la minute un dimanche après-midi. Merci aussi de m'avoir soutenue et

remotivée quand c'était nécessaire. Les mots me manquent pour vous exprimer toute

ma reconnaissance…

A Madame le Docteur Joëlle Micallef et Monsieur le Docteur Farid Kheloufi, pour

avoir accepté ma proposition de projet de pharmacovigilance.

A Madame le Docteur Eliane Billaud, vous qui m'avez accueillie au sein du

laboratoire de l'hôpital Européen Georges Pompidou. Merci de m'avoir fait grandir,

Page 3: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

2

de la fraîche ex petite interne à cette assistante plus aguerrie que je suis aujourd'hui.

Merci de la confiance que vous m'avez accordée, elle compte beaucoup à mes yeux.

A tous les biologistes qui m'ont tant appris et tous les techniciens qui ont

accompagné mes manip', de Marseille à Paris, merci à chacun d'entre vous pour vos

conseils: Emmanuelle, Caroline, Sylvie, Romain, Bénédicte, Christel, Vincent, Renée,

Cécile, Madeleine, Laetitia, Samira, Céline, Aurore, Audrey, Christèle, Paul, Marine.

Vous avez été extrêmement formateurs. Je vous dois une large partie de mon travail

de mise au point de méthode, et surtout, je vous dois ce que je suis,

professionnellement, aujourd'hui.

A mes copines de Pharmacovigilance, Virginie et Faustine, avec qui je prends plaisir

à manger tous les midis depuis bientôt deux ans. Formidable comité anti-coups de

mou. Merci pour tous les zumos, tous les cocas light, tous les petits gâteaux au

quinoa bizarres du relai-H. Et pour le reste aussi, merci.

A mes beaux-parents, Papilou et Maminie, pour avoir pardonné les week-ends de

"break" où j'emmenais mon PC. Pour avoir été stressée, même en vacances. Et

sûrement aussi de m'excuser d'avoir du mal à laisser Bastien même une nuit… Merci

de votre soutien et de votre amour (et puis aussi merci pour les Späzles et les

Fleischnaka, qu'il est bon d'avoir une belle-famille Alsacienne !)

A mes meilleurs copains, Charlotte et Remi. Merci pour ce quotidien en pointillés,

souvent à distance, et ce bonheur de vous connaitre depuis 14 et 23 ans

respectivement. #Coeurcoeurlove

A ma sœur, mon beau-frère, et mes crapauds, merci pour tous les bons moments

partagés avec vous, les repas, les vacances, les sorties, les facetime, les chansons, les

blagues, et tous ces vêtements pour Bastien. Particulièrement un gros merci à Paul et

Noé pour m'avoir autant fait rire ses quatre dernières années. Vivement la première

compétition de judo et le récital au conservatoire !

A mon grand-père, à toi qui a suivi presque toutes les étapes de ce travail. Sauf les

dernières, manquées de peu, faute d'être parti sans prévenir.

Page 4: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

3

A mes parents, mes merveilleux et formidables Papou et Mamou, toujours là quand

on a besoin d'eux. Quelle chance d'être née chez vous, d'être autant aimée, autant

soutenue quoi que je fasse ! Merci de votre générosité sans limite, votre présence

dans tous les moments importants et notamment dans les périodes de stress. Merci

pour ce que vous êtes et ce que vous avez fait de moi.

Et enfin, à mes deux hommes, mes merveilleux compagnons de vie. Merci à toi mon

"Nourson" pour tes conseils, ton soutien, ton amour. Merci d'avoir fait semblant (!)

de jouer, des soirées durant, pour ne pas me faire culpabiliser d'être, moi-aussi, le

nez dans l'écran, sur mes publis et mon mémoire. Merci de m'avoir rencontrée et

d'avoir transformé ma vie. Et puis merci aussi pour notre fils.

Mon Bastien, ma petite Paupiette. Si mignon, si sage, dans mon ventre ou dans ton

transat, pendant que je travaillais. Tu deviens chaque jour un peu plus bêtisard, et

c'est de plus en plus difficile de froncer les sourcils sans sourire à ta petite bouille

émerveillée. J'espère pouvoir t'offrir une vie douce et insouciante. Je t'aime jusqu'aux

étoiles.

A présent, je suis toute à vous.

Page 5: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

4

Sommaire :

Remerciements .......................................................................................................................... 1

Sommaire : ................................................................................................................................. 4

Abréviations ............................................................................................................................... 6

Figures ...................................................................................................................................... 10

PARTIE A : Etat des connaissances ........................................................................................... 11

I. Introduction ................................................................................................................... 13

II. Généralités sur le 5-FU .................................................................................................. 15

1. Structure ................................................................................................................ 15

2. Synthèse ................................................................................................................. 15

3. Indications .............................................................................................................. 15

4. Pharmacodynamie ................................................................................................. 16

III. Pharmacocinétique .................................................................................................... 17

1. Généralités ................................................................................................................. 17

2. PK du 5-FU .................................................................................................................... 18

3. La capecitabine (Xéloda®) ............................................................................................ 21

4. Le Tegafur/giméracil/otéracil (Teysuno® ou S-1) ....................................................... 22

IV. Pharmacogénétique .................................................................................................. 23

1. Généralités [51] ........................................................................................................... 23

2. PGx du 5-FU ................................................................................................................ 23

V. Toxicités ......................................................................................................................... 35

1. Toxicité digestive ......................................................................................................... 36

2. Hématotoxicité ........................................................................................................... 36

3. Cardiotoxicité.............................................................................................................. 37

Page 6: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

5

4. Neurotoxicité .............................................................................................................. 38

5. Autres toxicités ........................................................................................................... 39

6. Tolérance des sujets âgés ........................................................................................... 39

VI. Antidote ..................................................................................................................... 40

PARTIE B : Travail personnel .................................................................................................... 44

I. Profil de tolérance du 5-FU en France, enquête à partir de la base nationale de

pharmacovigilance (Article 1) .............................................................................................. 46

II. Etat des connaissances actuelles sur la déficience en DPD (Article 2) ......................... 75

III. Performance du typage UH2/U dans le cancer colo-rectal (Article 3) ...................... 86

IV. Performance du typage UH2/U dans le cancer ORL (Article 4) ................................. 95

V. Mise en place de la méthode de dosage du 5-FU à l'Hôpital de la Timone ................ 105

1. Revue complète de la procédure de dosage de 5-FU en HPLC-UV ..................... 105

2. Validation de la méthode My-FU de Saladax sur l'Integra 401 ........................... 105

VI. Mise en place de la méthode de dosage du 5-FU à l'Hôpital Européen Georges

Pompidou ........................................................................................................................... 120

VII. Mise en place de l'essai clinique TDM-5FU à Marseille .......................................... 130

Discussion ............................................................................................................................... 135

Autres travaux ........................................................................................................................ 143

I. Posters ......................................................................................................................... 143

II. Publications ................................................................................................................. 144

Bibliographie : ........................................................................................................................ 145

Page 7: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

6

Abre viations

5'-FCdR : 5’-deoxy-5-fluorocytidine

5-FdUMP : 5-fluorodéoxyuridine 5'-monophosphate

5-FdUTP : 5-fluorodésoxyuridine triphosphate

5-FU: 5-Fluoro-Uracile

5'-FUdR : 5’-deoxy-5-fluorouridine

ADN : Acide DésoxyriboNucléique

ADR : Adverse Drug Reaction

ANSM : Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé

APHM : Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille

ARN : Acide RiboNucléique

ASCO : American Society of Clinical Oncology

ATC : Anatomical Therapeutic Chemical

ATU : Autorisation Temporaire d’Utilisation

AUC : Area Under the Curve

BSA : Body Surface Area

CQ : Contrôle de Qualité

CQI : Contrôle de Qualité Interne

CR : Clinical Response

CRC : Colorectal Cancer

Css : Concentration à l'état d'équilibre

Page 8: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

7

CTCAE : Common Terminology Criteria for Adverse Events

CV : Coefficient de Variation

CYP : Cytochrome

DPD : Dihydropyrimidine Déshydrogénase

dUMP : déoxyuridine monophopshate

ECG : ElectroCardioGramme

EGFR : Epidermal Growth Factor

EI : Etalon Interne

EMA : European Medicine Agency

EM : Extensive Metabolizers

EPAR : European Public Assessment Report

INCa : Institut National du Cancer

FβAL : Alpha-fluoro-beta-alanine

FDA : Food and Drug Administration

FPVD : French Pharmacovigilance Database

FEC : 5-FU, Epirubicine, Cyclophosphamide

FUH2 : dihydro-5-fluorouracile

FUPA : acide 5-fluorouréidopropionique

GPCO : Groupe de Pharmacologie Clinique Oncologique

HEGP : Hôpital Européen Georges Pompidou

HPLC : High Performance Liquid Chromatography

HPLC-UV : High Performance Liquid Chromatography with UltraViolet detector

Page 9: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

8

HRM : High Resolution Melting

LDD : Limite de Détection

LOQ : Limit of Quantification

MedDRA : Medical Dictionary for Regulatory Activities

MTHFR : methylene tetrahydrofolate reductase

NA : Not Available

NGS : Next Generation Sequencing

NHS : National Instute for Health Research

OPRT : orotate phosphoribosyltransférase

ORL: Oto-Rhino-Laryngologie

PBPK : Physiologically Based PharmacoKinetic

PBMC : Peripheral Blood Mononuclear Cells

PCR : Réaction en chaine de polymérase

PD : Pharmacodynamique

P-gp : Glyocoprotéine P

PGx : Pharmacogénétique

PM : Poor Metabolizers

PK : Pharmacocinétique

PR : Partial Response

PT : Preferred terms

QALYs : Quality Adjusted Life-Year

RCP : Résumé des Caractéristiques du Produit

Page 10: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

9

RFLP : Restriction fragment-length polymorphism

RNPGx : Réseau National de Pharmacogénétique français

ROR : Rapport de Risques Relatifs

RPVC : Regional Pharmacovigilance Centres

SFC : Solution Fille de Contrôle

SFE : Solution Fille d'Etalonnage

SLC : Solute carrier family

SMC : Solution Mère de Contrôle

SME : Solution Mère d'Etalonnage

SNP: Single Nucleotide Polymorphism

SOC : System Organ Class

SSCP : Single-Strand Conformation Polymorphism

STP : Suivi Thérapeutique Pharmacologique

t-AML : Acute Myeloid Leukemia

Tmax : Temps pour obtenir la concentration maximale

TS : thymidilate-synthetase

UH2 : Dihydrouracile

U : Uracile

Page 11: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

10

Figures

Figure 1 Comparaison entre les structures de l’uracile, de la thymine et du 5-fluoro-uracile 15

Figure 2 : Marge thérapeutique ............................................................................................... 18

Figure 3 : Répartition entre Anabolisme et Catabolisme [22] ................................................. 20

Figure 4 : Métabolisme du 5-FU ............................................................................................... 20

Figure 5: Transformation des prodrogues orales en 5-FU ....................................................... 22

Figure 6 : Impact de la déficience en DPD ................................................................................ 24

Figure 7 : Structure du gène DPYD [84]: les bâtons symbolisent les exons et les barres

horizontales (sans échelle) représentent les introns. .............................................................. 27

Figure 8: Modèle animal d'amélioration de la survie avec l'antidote après overdose ............ 40

Figure 9: Métabolisme du 5-FU et pharmacodynamie de son antidote .................................. 42

Figure 10 : Principe de l’étude clinique .................................................................................. 131

Figure 11 : Concentration de 5-FU en fonction du temps chez les 3 premiers patients du

protocole TDM-5FU ................................................................................................................ 132

Figure 12 : Concentration de 5-FU en fonction du temps chez les 3 premiers patients du

protocole TDM-5FU sans les valeurs aberrantes ................................................................... 133

Page 12: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

11

PARTIE A : Etat des connaissances

Page 13: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

12

Rien n’est poison, tout est poison: seule la dose fait le poison.

Paracelse - Sieben defensiones - 1537

Page 14: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

13

I. Introduction

Utilisé depuis plus de 60 ans, le 5-fluorouracile (5-FU) est un médicament qui reste un des

piliers du traitement de nombreuses tumeurs solides (cancer digestif, de la sphère

oropharyngée, du sein). Administré par voie intraveineuse, cette molécule va

immédiatement subir un métabolisme hépatique intensif, si bien que seul 10% de la dose

administrée est active. Pour contre-balancer une si faible proportion de dose active, les

posologies administrées sont évidemment beaucoup plus importantes que les posologies

habituelles, notamment dans les cancers digestifs et ORL (de l'ordre de plusieurs grammes

sur 2 à 5 jours, contre des milligrammes pour les autres molécules).

Ce métabolisme est issu de l'action d'une enzyme, la dihydropyrimidine déshydrogénase

(DPD), pour laquelle il existe une importante variation d'activité entre les individus. En effet,

le gène codant pour la DPD est le sujet de nombreuses mutations génétiques, qui altèrent

les capacités d'élimination du 5-FU. En cas de déficit enzymatique en DPD, ou DPD deficiency

syndrome, une plus forte proportion de 5-FU est ainsi disponible, ce qui induit des toxicités

sévères voire létales.

La capécitabine, ou Xéloda®, agit comme un précurseur du 5-FU. Administré par voie orale, il

permet la prise en charge en ambulatoire des patients traités par fluoropyrimidines. La

capécitabine possède les mêmes propriétés pharmacodynamiques que le 5-FU, et les mêmes

problématiques pharmacocinétiques.

On estime à 15 à 35 % le risque de toxicité sévère induite par le 5-FU. Les principaux effets

indésirables rencontrés sont surtout d'ordre gastro-digestif (à type de diarrhées, nausées,

vomissements, mais aussi mucites parfois très invalidantes), et hématologique (neutropénie,

thrombopénie)[1] [2] [3] [4] [5].

La survenue de décès intervient dans 1 à 3 % des cas. Souvent, un déficit en DPD est dépisté

post-cure [6].

Page 15: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

14

L'importance du rôle de la DPD est d'ailleurs clairement mentionnée dans le Résumé des

Caractéristiques du Produit (RCP). Toutefois, il n’existe pas de recommandations officielles

préconisant un typage systématique préventif des patients sur le statut DPD [7], [8].

Un déficit en DPD devrait être dépisté avant la première cure pour chaque patient pour

éviter un surdosage induit à dose standard. Ce dépistage peut être réalisé en recherchant les

principales mutations (génotypage), ou en analysant l'activité enzymatique (phénotypage). A

Marseille, le phénotypage est étudié en évaluant le ratio entre la concentration en uracile et

en dihydrouracile (réaction catalysée par la DPD).

Un déficit peut être de différents degrés, voire même total.

Après objectivation d'un déficit en DPD, la posologie est parfois adaptée de façon empirique

selon les centres, mais la norme est de ne pas rechercher le déficit et ne pas adapter les

doses. A Marseille, une réduction de posologie de 15 à 100% est réalisée en fonction du ratio

UH2/U.

L’objectif principal de notre travail était donc de réduire l'incidence des toxicités sous 5-FU

en relation avec le déficit en DPD, à travers :

1. une étude de pharmacovigilance qui témoigne de l'importance du problème ;

2. une contribution à l’implantation du typage systématique prospectif par un test

fonctionnel de la DPD avec réduction empirique des doses en fonction du ratio

UH2/U ;

3. le suivi de la performance du phénotypage dans deux indications emblématiques

(fortes doses, toxicités associées) : les cancers colorectal et ORL ;

4. la participation au développement bioanalytique de méthodes de dosage du 5-

FU, par kit et immunoanalyse, et par HPLC (à Marseille, et à l'Hôpital Européen

Georges Pompidou) afin de permettre le bon déroulement de l'étude clinique

reposant sur du suivi thérapeutique pharmacologique et de la pharmacocinétique

en données riches ;

5. la participation à un programme de recherche clinique visant à développer, cette

fois, un modèle PK/PD/PGx dévolu à une adaptation plus fine des doses de FU.

Page 16: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

15

II. Généralités sur le 5-FU

1. Structure

Le 5-Fluoro-Uracile (5-fluoro-1H-pyrimidine-2,4-dione) est l’analogue 5-fluorylé de l’uracile,

pyrimidine-2,4-dione, base azotée pyrimidique, qui se lie spécifiquement à l’adénine par

deux liaisons hydrogènes dans l’ARN. Dans l’ADN, c’est la thymine qui joue ce rôle. L’uracile

est d’ailleurs le précurseur de la thymine via la thymidilate synthétase. Le 5-FU conserve un

volume stérique très proche de son analogue naturel.

Figure 1 Comparaison entre les structures de l’uracile, de la thymine et du 5-fluoro-uracile

2. Synthèse

Sa synthèse date des années 1950 par l’équipe de Duschinsky et Heidelberger à partir de

précurseurs acryliques[9].

3. Indications

En France, le 5-FU est utilisé pour traiter un très grand nombre de pathologies malignes

solides chez l’adulte, dont le cancer du sein, du pancréas, colorectal, de la sphère ORL,

gastrique, le plus souvent en association avec d’autres cytotoxiques et /ou thérapies ciblées

de type biothérapies (anti-EGFR, anti-angiogéniques). En effet, selon le Résumé des

Caractéristiques du Produit (RCP), le 5-FU est utilisé dans le traitement des adénocarcinomes

digestifs évolués ou pour les cancers colorectaux après résection en situation adjuvante, des

adénocarcinomes mammaires après traitement locorégional ou lors des rechutes, des

adénocarcinomes ovariens et dans les carcinomes épidermoïdes des voies aérodigestives

supérieures et œsophagiennes [10].

Page 17: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

16

4. Pharmacodynamie

Le 5-FU exerce plusieurs effets antimétabolites :

- il est métabolisé en 5-fluorodéoxyuridine 5'-monophosphate (FdUMP) qui, en

présence de 6-méthylènetétrahydrofolate se lie à la thymidilate-synthetase (TS), ce

qui bloque la méthylation de l'uracile en thymine, d'où une inhibition de la synthèse

d'ADN, qui freine la prolifération cellulaire.

- il est phosphorylé en triphosphate (FUTP) et incorporé à la place de l'uracile dans les

ARNs, entraînant des erreurs de lecture du code génétique lors de la synthèse de

protéines et d'enzymes, et de la production de co-enzymes inefficaces et de

ribosomes immatures [10].

- Il s'incorpore sous forme de 5-FdUTP (5-fluorodésoxyuridine triphosphate) dans

l'ADN [11], ce qui provoque sa fragmentation [12].

Le cycle cellulaire et sa progression/son arrêt sont contrôlés par un mécanisme modulatoire

complexe, composé des phases suivantes:

- La phase G1, pendant laquelle la cellule effectue sa croissance

- La phase S, au cours de laquelle l'ADN se réplique

- La phase G2, de croissance et de préparation à la mitose

- La phase M, de division cellulaire.

L'inhibition de la synthèse d'ADN par le 5-FU se manifeste au cours de la phase S. Ainsi, après

les dommages génomiques induits par le 5-FU, le cycle cellulaire est arrêté dans la transition

de la phase G1 à la phase S [13]. L'incorporation dans l'ARN intervient en phase G1 [14].

L'induction de l'arrêt au niveau des phases G1-S par le 5-FU serait dû à l'altération de p21

(Inhibiteur de kinase dépendant des cyclines), des cyclines D1 et E (dont les complexes sont

corrélés à la progression de G1), et de l'augmentation de l'adhésion de p21 à CDK4 (kinase

dépendant des cyclines) dans cancers de la sphère ORL traitement [13].

Le 5-FU est un agent anticancéreux dépendant du cycle cellulaire, et ses effets sont donc

dépendants à la fois de la concentration [13] [15] [16]. Ils sont également dépendant des

modalités de traitement. En effet, puisque la cytotoxicité dirigée contre l'ADN est exprimé

en phase S, le 5-FU présente une action puissante pour un traitement de longue durée, et ce

même à faible posologie [13] [17].

Page 18: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

17

III. Pharmacocinétique

1. Généralités

Lors de son parcours dans l'organisme, le xénobiotique va subir quatre phases dîtes "A-D-M-

E" :

- L'Absorption est l'étape durant laquelle, après administration, le xénobiotique va

entrer dans la circulation générale. Cette étape dépend de la voie d'administration

(orale, parentérale, rectale, inhalée,…) et des caractéristiques du médicament. En

fonction du pKa de la molécule, de son caractère hydrosoluble/liposoluble, de la

taille des particules et du gradient de concentrations, se fait une diffusion passive

(pour les médicaments solubilisés, non chargés, elle est non saturable, non inhibable

et non spécifique). La diffusion passive présente une vitesse de diffusion suivant la loi

de Fick. A cela s'ajoute un transport actif (contre un gradient de concentration,

saturable et spécifique à certains médicaments).

- La Distribution consiste en la diffusion du xénobiotique dans les différents organes

cibles. Elle dépend de la fixation aux protéines plasmatiques (la fraction libre étant la

fraction active), de la capacité à franchir les parois cellulaires et vasculaire, du débit

sanguin tissulaire et de l'équilibre tissulaire entre les formes liée et libre.

- Le Métabolisme est l'étape qui consiste à détoxifier le xénobiotique pour faciliter son

élimination de l'organisme. Il s'agit de biotransformations, principalement

hépatiques, par réaction enzymatique (cytochrome P450 ou CYP). Il existe deux types

de réaction de métabolisme : les réactions de phase I (oxydation, réduction,

hydrolyse), et de phase II (glucuro-, sulfo-conjugaison). Les enzymes du CYP sont

sujettes à des inductions et inhibitions susceptibles de faire varier la concentration et

donc l'effet du xénobiotique.

- Enfin, l'Elimination se fait principalement par voie urinaire ou biliaire.

L'ensemble de ce processus est soumis à des variations responsables de la variabilité inter-

individuelle de la réponse aux médicaments. Les patients ayant reçu une chirurgie

bariatrique présentent par exemple une absorption altérée par un temps dans l’estomac

diminué, une absorption muqueuse diminuée, l'accélération de la vidange gastrique, et

l'altération du pH (pour les médicaments acides essentiellement) [17]. La distribution peut

Page 19: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

18

être modifiée par exemple chez les grands brûlés, notamment par hypovolémie et

diminution de la concentration en albumine, augmentation de la perméabilité vasculaire,

l'augmentation de la pression hydrostatique interstitielle, et vasodilatation [18]. Le

métabolisme peut également varier selon des déficiences enzymatiques, comme par

exemple la déficience en DihydroPyrimidine Deshydrogenase, enzyme métabolisant le 5-FU,

qui sera largement détaillée plus loin. Enfin, l'élimination peut être très diminuée chez les

sujets insuffisants rénaux ou hépatiques.

Ainsi, pour une même dose, deux individus peuvent présenter une grande variabilité de

concentration au niveau de l'organe cible, et présenter une inefficacité ou une toxicité.

L'intervalle entre le seuil d'efficacité et le seuil de toxicité définit la marge thérapeutique.

Figure 2 : Marge thérapeutique

2. PK du 5-FU

Il est administré par voie intra-veineuse et disparait rapidement du sang circulant avec une

demi-vie de l’ordre de 10 à 15 minutes. Le 5-FU diffuse rapidement dans l’ensemble des

tissus tumoraux et ceux à croissance rapide (moelle et muqueuse intestinale) car il ne se lie

pas ou peu aux protéines plasmatiques (liaison inférieure à 30%). On observe alors dans ces

tissus des concentrations six à huit fois supérieures quatre heures après injection par

Page 20: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

19

rapport aux tissus à croissance normale. Il pénètre également dans les espaces

extracellulaires (liquide céphalo-rachidien, ascite, épanchement pleural).

Il entre dans les cellules grâce au même transport facilité que l'uracile, notamment les

transporteurs nucléobase de SLC29A2 (Solute carrier family) et SLC22A7 [19] [20].

Totalement inactif par lui-même, il est transformé successivement par une cascade

enzymatique en divers métabolites intracellulaires actifs qui ont des similarités structurales

et chimiques avec des composés naturels impliqués dans la synthèse des acides nucléiques.

Sous ces formes actives, il exerce des effets cytotoxiques en inhibant des enzymes clés ou

par incorporation frauduleuse dans les séquences d’ADN et d’ARN entraînant ainsi la rupture

ou l’arrêt prématuré de la synthèse. Il subit d'abord l'action de la Thymidine phosphorylase

qui conduit à la substitution de l'hydrogène porté par l'azote par un déoxyribose (formation

de 5-Fluorouracil déoxyriboside ou 5-FUdR). La Thymidine kinase va ensuite phosphoryler ce

composé afin d'obtenir le 5-fluoro-2-deoxyuridine monophosphate (5-FdUMP). Ce

métabolite entre en compétition avec le déoxyuridine monophopshate, ou dUMP, et inhibe

la Thymidylate Synthétase en formant un complexe ternaire stable avec le cofacteur folate

sous forme réduite THF. La croissance cellulaire est alors arrêtée.

MRP8 serait un facteur de résistance puisqu'il intervient dans un mécanisme d'efflux de 5-

FdUMP[21, p. 8].

En parallèle, le 5-FdUMP peut être phosphorylé par la pyrimidine monophosphate kinase en

5-FdUDP puis 5-FdUTP. Ce dernier bloque la synthèse d'ADN après s'y être incorporé [22]

[23].

L’inhibition de la thymidylate synthétase est connue comme étant le principal mécanisme de

cytotoxicité. Mais la part de 5-FU impliquée dans une cytotoxicité est faible en raison de

l’importante fraction métabolisée par le DPD ou DihydroPyrimidine Déshydrogénase. On

estime qu'entre 80 et 85% de la dose initiale est métabolisée par la DPD, alors que 15 à 20%

de la dose initiale est impliquée dans l'anabolisme [24].

La DPD se trouve dans de nombreux tissus, mais majoritairement dans le foie. Cette enzyme,

codée par le gène DPYD, est responsable du catabolisme du 5-FU en dihydro-5-fluorouracile

(FUH2). La dihydropyrimidinase clive ensuite le noyau pyrimidine pour donner l’acide 5-

Page 21: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

20

fluorouréidopropionique (FUPA) [25]. Enfin, l'uréidopropionase dégrade le FUPA en Alpha-

fluoro-beta-alanine qui est éliminé dans l’urine. L’activité de la DPD constitue l’étape

limitante.

Figure 3 : Répartition entre Anabolisme et Catabolisme [26]

Figure 4 : Métabolisme du 5-FU

Page 22: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

21

L'élimination du 5-FU et du principal métabolite (le 5-FUH2) suit une cinétique non –linéaire,

avec une saturation de l'élimination après administration de doses thérapeutiques [27] [28]

[29] [30]. Il a été en effet observé une diminution log-linéaire des concentrations et une

augmentation de la demi-vie avec la dose, ce qui suggère que la non-linéarité de

l'élimination soit due à un potentiel rôle d'auto-inhibition [31]. Les modèles PK associés au 5-

FU sont également non-linéaires [32]. Les méthodes bayésiennes à partir d'un

échantillonnage limité doivent également prendre en compte cette non-linéarité, comme

c'est le cas de Van Kuilenburg et son équipe dans les modélisations chez les patients

présentant une mutation DPYD*2A [33]. Un modèle PBPK (Physiologically Based

PharmacoKinetic) analysant l'accumulation du 5-FU à partir de la capecitabine montrait

d'ailleurs que l'un des facteurs déterminant la production sélective de 5-FU dans les tissus

tumoraux était l'élimination non linéaire du 5-FU [34].

3. La capecitabine (Xéloda®)

La capécitabine, ou Xéloda® est un carbamate non cytotoxique des fluoropyrimidines

agissant comme un précurseur du 5-FU. Administré par voie orale, il permet la prise en

charge en ambulatoire des patients traités par fluoropyrimidines. La capécitabine possède

les mêmes propriétés pharmacodynamiques que le 5-FU.

Elle est métabolisée par la carboxylestérase hépatique en 5'-FCdR (5’-deoxy-5-

fluorocytidine) qui est ensuite converti en 5'-FUdR (5’-deoxy-5-fluorouridine) par la cytidine

deaminase, principalement localisée dans le foie et les tissus tumoraux. Le 5'-FUdR est

ensuite catalysé en 5-FU par la thymidine phosphorylase, surtout présente au niveau des

tissus tumoraux [35] [36].

La transformation en 5-FU semble rapide puisque le Tmax de la capecitabine est de 0.7h et

de 5-FU de 0.9h après une administration unique de 1000mg de capecitabine. Un des

métabolites toxiques, le 5-FUTP a un Tmax de 3.5h [37].

La capécitabine est indiquée en traitement adjuvant du cancer du côlon de stade III, dans le

traitement du cancer colorectal métastatique, dans le traitement du cancer gastrique

avancé, dans le traitement du cancer du sein localement avancé ou métastatique, dans le

Page 23: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

22

traitement du cancer du sein localement avancé ou métastatique, après échec à une

chimiothérapie cytotoxique [38].

4. Le Tegafur/giméracil/otéracil (Teysuno® ou S-1)

Teysuno®, mise sur le marché en 2012, est indiqué chez l'adulte pour le traitement du cancer

gastrique avancé en combinaison avec le cisplatine [39].

Il est composé d'une association de trois substances dans le ratio 1:0.4:1 [40]:

- le tégafur qui, après absorption, est converti en 5-FU par le CYP2A6 [41] [42] [43]

- le giméracil, un inhibiteur de la DPD qui empêche la dégradation du 5-FU par

l'organisme

- l'otéracil, un inhibiteur de l'orotate phosphoribosyltransférase (OPRT) qui réduit

l'activité du 5-FU sur la muqueuse gastro-intestinale normale

Les données concernant l'amélioration de la tolérance sont discordantes. Certains auteurs

concluent à une amélioration de la tolérance digestive [44] [45] [46], d'autres qu'il n'y a pas

de différence significative [47] [48], ou même que la toxicité hématologique est augmentée

[49]. La commission de la transparence du 3 octobre 2012 [50] a d'ailleurs émis un avis

défavorable à l'inscription sur la liste des spécialités remboursables.

Figure 5: Transformation des prodrogues orales en 5-FU

Page 24: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

23

IV. Pharmacogénétique

1. Généralités [51]

Le comportement des médicaments peut être en relation avec la fonctionnalité de certains

gènes impliqués dans les processus ADME [52]. A l'instar de l'adaptation de posologie d'un

médicament en prenant en compte les fonctions d'élimination, notamment rénale, du

patient, le choix de certains médicaments et/ou de leur posologie repose également sur des

informations pharmacogénétiques permettant d'anticiper les conséquences de particularités

pharmacocinétiques ou pharmacodynamiques contribuant à la sécurité d'emploi et au bon

usage du médicament.

En France, le Réseau National de Pharmacogénétique français (RNPGx) s'est mis en place,

regroupant des biologistes titulaires de l'agrément pour l'analyse des caractéristiques

génétiques d'une personne à des fins médicales.

Ce domaine est en pleine expansion (20 000 analyses en 2014 contre 11 000 en 2010).

2. PGx du 5-FU

a. DPD deficiency syndrome

Il existe une importante variation inter-individuelle dans l'activité de la DPD. On parle de

"DPD deficiency syndrome" [53] [54]. Une déficience de la DPD est retrouvée chez 39 à 61 %

des patients présentant une toxicité sévère [55]. En effet, les patients présentant un déficit

de l'activité de cette enzyme ont un risque de surexposition et donc de toxicité aigüe,

précoce après administration de 5-FU, potentiellement mortelle. La clairance du 5-FU passe

de 65 à moins de 1 L.h-1.m-2 avec une augmentation de la demi-vie de 0.7 à plus de 5 heures

chez des patients présentant des altérations profondes de la DPD [56].

L'activité de la DPD suit une distribution gaussienne dans la population, selon un rythme

circadien [57] [22] [58] [59] [60] [61] [62] [63] et d'importantes variations interindividuelles

sont observées [64]. Les déficits en DPD, partiels ou complets, sont rapportés chez environ

3-5 % et 0.2% des patients respectivement [63]. Cependant, d'autres chiffres ont été

énoncés, comme au cours de l'étude réalisée par notre équipe dans les cancers ORL à plus

Page 25: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

24

de 15% [65], ou dans les cancers colorectaux avec 23 % de déficience en DPD, dont un

patient déficient sévère [26].

L'ethnicité (par exemple les afro-américains), le genre, la dose et la voie d'administrations

sont des covariables identifiées dans la variabilité pharmacocinétique du 5-FU [22] [66] [67]

[68] [69] [70] [71] [72] [73].

Figure 6 : Impact de la déficience en DPD

A) Cas d'une administration de 5-FU sans déficience en DPD.

B) Cas d'une administration de 5-FU avec déficience en DPD. Le pourcentage de drogue métabolisée par la DPD est inférieur, ce qui induit plus de drogue active et donc plus d'action au niveau des cibles du 5-FU et de ses métabolites actifs et ainsi une plus forte action sur les cellules cancéreuses (efficacité) mais aussi sur les cellules saines (toxicité).

A

B

Page 26: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

25

b. Principales mutations du gène DPYD

Le gène DPYD, situé sur le chromosome 1p22, d'une taille totale de 950 kp inclue 23 exons et

22 introns. Le site d'initiation est ATG sur l'exon 1, celui d'arrêt est TAA sur l'exon 23. L'intron

5 est le plus long, l'intron 17 le plus court. Au total, plus de 160 sites de mutations

potentielles ont été identifiés, et certains peuvent induire des réductions dans l'activité de la

DPD [74] [75] [76]. La mutation la plus connue est une mutation IVS14+1G>A, aussi connue

sous le nom DPYD*2A [77] [78]. Une Guanine a été changée en une Adénine sur la séquence

de reconnaissance d'épissage de l'intron 14, ce qui induit une délétion de 165 paires de base

dans l'ARNm de la DPD. Elle est impliquée dans plus de 50% des cas dans les populations de

l'ouest.

Une approche bayésienne avec un modèle à 2 compartiments et une élimination de

Michaelis-Menten montrait une capacité de conversion enzymatique maximale (Vmax) 40%

inférieure chez les patients DPD déficients (DPYD*2A) [33].

Table 1: Principales mutations rencontrées et leur impact sur l'activité de la DPD

Mutation Fréquence Effet sur l'activité de la DPD

Rs3918290 ou c.1905+1G>A

ou IVS14+1G>A ou

DPYD*2A

<0.005 - 3.5%

Rare chez les sujets

asiatiques ou afro-américains

0.6% chez la population

turque [79]

DPYD*2A catalytiquement inactive

Faible activité DPD (<12.5%

activité), toxicité associée

Rs67376798 ou 2846A > T

ou D949V

0,56% Faible activité DPD (>25% activité),

toxicité associée

Rs55886062A>C ou I560S

ou DPYD*13

Rare (0.07%) Faible activité DPD (12.5 – 25%

activité), toxicité associée

Rs42549303C>del ou

DPYD*3

rare Probable réduction de la fonction ou

activité diminuée

Rs1801159T>C ou

1627A>G ou DPYD*5

7 (subjects finlandais) – 30

%

Résultats contradictoires

Rs1801160C>T ou

2194G>A ou DPYD*6

0.7 – 9 % Résultats contradictoires

Page 27: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

26

Rs1801265A>G ou 85T>C

ou DPYD*9A

2.9 – 13.7 % [80] Résultats contradictoires

DPYD*4 0.016 % [80] Résultats contradictoires

Y186C 26 % dans la population

présentant des ancêtres

africains

46% réduction

Del TCAT295-298 ou

DPYD*7

0.003 % [80] Enzyme non fonctionnelle

1156 G > T ou E386Ter - Enzyme non fonctionnelle

2657G > A ou R886H ou

DPYD*9B

- Faible activité DPD (25% activité)

G2983 ou V995F ou

DPYD*10

- Interférence potentielle avec le flux

d'électron

1590T > C sur le gène

promoteur de DPYD

- Expression du gene DPYD inférieure

DPYD c.1796T>C - Potentiellement pathogène[81]

IVS 6-29 g>t 4.7% chez la population

tunisienne [82] -

Deux mutations (DPYD*2A et D949V) ont été associées de façon significative avec une

incidence de toxicité de grade 3 et plus [83] [84] [85] [86] [87]. Cette observation a été

transposée avec la capécitabine par l'équipe de Deenen dans une étude rétrospective

incluant 568 patients [88]. Un troisième variant (I560S) n'a pas montré de relation

significative en raison de sa trop faible fréquence [83]. Les associations entre toxicités

sévères et mutations DPYD*2A, D949V, I560S et HapB3 ont été confirmées par des méta-

analyses [89] [90] [91]. Cependant, les résultats sont plus discutables pour HapB3 [92], qui

n'était pas significativement associé avec des effets indésirables de grade 3 dans une étude

incluant 1953 patients atteints d'un cancer du côlon au stade III [93].

Récemment, le polymorphisme c.496A>G du gène DPYD a été démontré comme observé

exclusivement dans les cancers colorectaux de type KRAS sauvage dans une étude clinique

en Norvège, ce qui laissait entendre aux auteurs qu'ainsi un nouveau groupe de patients

avait été défini et que de nouvelles approches thérapeutiques étaient requises [94].

Page 28: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

27

Figure 7 : Structure du gène DPYD [95]: les bâtons symbolisent les exons et les barres horizontales (sans échelle) représentent les introns.

L'importance des régulations génétiques et épigénétiques du gène DPYD est aussi critique,

bien qu'à ce jour le mécanisme ne soit pas encore totalement élucidé. D'importantes

corrélations ont été rapportées entre l'activité de la DPD et les ARNm, suggérant que la

régulation transcriptionnelle devrait être un important mécanisme induisant une variation

marquée dans l'activité de la DPD [96]. Les protéines SP1 et SP3 ont été identifiées comme

activatrices du gène DPYD, et pourraient être utilisées comme marqueurs de son expression

[97]. Des résultats contradictoires ont été publiés sur l'association entre la méthylation du

promoteur du gène DPYD et les toxicités sévères au 5-FU [98] [99] [100] [101]. Les

mécanismes exacts associant la méthylation avec le rétro-contrôle de la DPD reste sujet de

nombreuses recherches [102]. L'équipe de Li a réalisé en 2014 une méta-analyse incluant

946 patients [103]. IVS14+1G>A, 464T>A et 2194G>A étaient significativement associés avec

une plus forte incidence de myélosuppression, de troubles digestifs et de syndrome main-

pied. En 2015, l'équipe de Leung a analysé la relation entre le polymorphisme génétique du

gène DPYD et la survenue de toxicité chez 764 patients asiatiques, pour lesquels 41

polymorphismes ont été évalués dans 5 études et 19 ont été associés significativement avec

des toxicités de grade 3 ou 4 mais les détails des SNP étudiés n'ont pas été fournis [104].

Bien que l'activité de la DPD ne soit pas totalement dépendante des mutations du gène

DPYD (il est considéré que les mutations du gène DPYD sont responsables d'au moins 57%

des faibles activités), en 2014, Sun et al. [105] étudiaient la relation entre le polymorphisme

du gène DPYD et l'efficacité et la tolérance au 5-FU dans les cancers colorectaux. Ils ont, pour

cela, extrait l'ADN de cellules périphériques de 100 patients (57 hommes et 43 femmes) et

ont conduit une PCR quantitative pour mesurer les gènes DPYD 14G1A, A1627G, T85C. Sur

les 100 patients, il pouvait être observé 14 % de mutation 14G1A, 11 % de mutation A1627G

Page 29: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

28

et 17 % de mutation T85C. L'efficacité du 5-FU s'est révélée significativement plus élevée

dans le groupe non muté (39.5% vs 21.4% pour le gène 14G1A, 39.3% vs 18.2% pour le gène

A1627G, et 39.8% vs 23.5% pour le gène T85C). La survenue d'effets indésirables

(myélosuppression, syndrome main-pied, diarrhée, effets gastro-intestinaux et mucosite)

était significativement plus élevée pour les 3 loci étudiés chez le groupe muté.

La recherche de la mutation DPD est mentionnée dans le RCP, et est approuvée par l'EMA

(European Medicine Agency) et la FDA (Food and Drug Administration) [106]. Elle pourrait

prévenir de 20 à 30% d'effets indésirables graves dans la population caucasienne [107].

Cette analyse, avec la recherche de l'allèle HLA-B57*01, représentait la moitié du nombre

total d'examens pharmacogénétiques déclarés à l'Agence Nationale de Sécurité du

Médicament et des produits de santé (ANSM) en 2014 [108].

Le comité technique de Pharmacovigilance du 18 mars 2013 avait traité du sujet et proposé

l’actualisation du RCP des spécialités à base de 5-FU en mettant à jour les données

concernant la fréquence du DPD deficiency syndrome (à 0,1% au lieu de 0,01%). Il proposait

aussi une communication sur le risque lié à ce déficit et la mise en place d’un groupe de

travail constitué de personnels de l’ANSM et de l’INCa et de spécialistes des disciplines

concernées.

Bien que les risques de toxicités digestive et hématologique soient augmentés avec les

variants c.1679T>G et c.1236G>A/HapB3, le risque de syndrome main-pied ne l'est pas, ce

qui suggère une plus faible association entre les variants de du gène DPYD et la survenue du

syndrome main-pied après plusieurs cycles de traitement [91]. Ainsi, le polymorphisme

génétique de DPYD est plus fortement associé avec les toxicités sévères précoces qu'avec les

toxicités cumulées.

c. Détection de la déficience en DPD

Il n'existe pas de technique standard pour dépister la déficience en DPD, notamment en

raison de biais, de limitation techniques ou d'inadéquation avec la pratique clinique de

routine qui requièrent une méthode simple, rapide et bon marché avec une excellente

sensibilité et spécificité.

Page 30: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

29

Le génotypage du gène de la DPD présente l'avantage de produire une réponse rapide,

relativement bon marché et univoque, à l'aide de techniques automatisées. La spécificité est

très bonne mais la sensibilité est relativement pauvre. Par exemple, sur une étude sur 2886

patients atteints d'un cancer colorectal de stade III, la spécificité était de 99.4% et la

sensitivité de 5.3% pour les 3 variants les plus communément décrits (DPYD*2A, D949V et

I560S) [83]. En effet, on ne trouve que ce que l'on cherche, et les techniques actuelles ne

recherchent que quelques mutations, ayant chacune de faibles incidences. Cependant, le

niveau de preuve du génotypage est supporté par de multiples méta-analyses [90] [91]

[103].

Ces méthodes sont basées sur un large éventail de techniques, allant de la réaction en

chaine de polymérase en temps réel à des méthodes plus complexes de chromatographie

liquide à haute performance après dénaturation. On distingue les techniques de recherche

de variant connus (par sondes taqman, d'hybridation, pyroséquençage) des techniques de

criblage de variations inconnues (par HRM, HPLC et NGC). Dans le premier cas seul un petit

nombre de polymorphismes ou SNPs (Single Nucleotide Polymorphism) est recherché [88]

[109] à l'aide de sondes spécifiques. D'autres méthodes ont été décrites dans une récente

revue de la littérature, comme le pyroséquençage, RFLP (Restriction fragment-length

polymorphism) et SSCP (Single-Strand Conformation Polymorphism), mais ne sont plus guère

utilisées en pratique courante. Un séquençage total du génome permettrait de détecter les

mutations les plus rares : c'est le rationnel des méthodes de Next Generation Sequencing

(NGS) [110] [111]. Une récente étude a d'ailleurs par cette méthode révélé deux

biomarqueurs spécifiques du risque de toxicité à la capécitabine : DPYD rs1801160 et MTHFR

rs1801133 [112]. Simple et rapide, l'HRM (High Resolution Melting) est la méthode la plus

utilisée en routine [113] [114]. Plus longue et plus compliquée la chromatographie liquide à

haute performance après dénaturation permet de détecter toutes les mutations connues et

d'identifier les variations inconnues [115] [116].

Le phénotypage est beaucoup plus chronophage, avec des méthodes plus compliquées,

difficilement automatisables, avec un niveau de preuve plus faible. La sensibilité et la

spécificité du phénotypage restent à évaluer.

Page 31: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

30

En raison de son caractère ubiquitaire, l'évaluation de l'activité de la DPD est facilement

réalisable, par exemple dans les lymphocytes ou les fibroblastes, comme un reflet de

l'activité hépatique. Il est admis que des niveaux de DPD dans les cellules sanguines

mononuclées périphériques inférieurs à 150 pmol/min/mg de protéine sont associés avec

une déficience partielle et des niveaux inférieurs à 50 pmol/min/mg de protéine à une

déficience totale [117] [118] [119] [120].

L'activité enzymatique a été longtemps étudiée par des techniques couplant les

radiomarqueurs à la chromatographie liquide à haute performance, coûteuse, mais des

techniques alternatives sans substrat radiomarqué ont été proposées [121] [122].

La technique phénotypique la plus utilisée actuellement est la détermination du statut DPD

basé sur le monitoring du ratio entre le dihydro-uracile sur l'uracile dans le plasma après

séparation liquide-liquide ou solide-liquide avec une technique simple de chromatographie

liquide à haute performance couplée à un détecteur ultraviolet ou à de la spectrométrie de

masse en tandem [123] [65] [124] [125] [126] [127]. Bien qu'indirecte, cette technique est

plus rapide et moins chère que le dosage direct de l'activité dans les cellules sanguines

mononuclées périphériques. C'est la technique utilisée à Marseille, mais aussi dans d'autres

centres français tels que Toulouse et Angers. Le calcul d'un tel ratio permet la détermination

du statut DPD comme une variable continue. Des stratégies de ce type se sont révélées

présenter une sensibilité de 80% dans une étude sur 252 patients [128]. Dans l'étude de

l'équipe de Kristensen comprenant 68 patients avec un cancer colorectal et 100 témoins

sains, 24 patients ont présenté une toxicité et 21/24 patients (87.5%) avaient un ratio

anormal [129]. La sensibilité était ici de 87% et la spécificité de 93%. Paradoxalement,

l'équipe de Kuilenburg a montré que l'activité de la DPD était significativement associée à la

concentration plasmatique en uracile, à la présence de mutations du gène DPYD, mais pas

avec un ratio UH2/U altéré [130].

Le dosage du ratio UH2/U dans la salive a également été mis au point, avec une meilleure

corrélation avec la toxicité que le ratio plasmatique [131]. La sensibilité était de 71-86% et la

spécificité était de 76-77% [132].

Des méthodes couplant les dosages de U/UH2/5FU/5FUH2 en spectrométrie de masse sont

également disponibles [133].

Page 32: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

31

L'équipe de Van Staveren a étudié un outil possible de détermination du statut DPD après

administration d'une dose orale de 500mg/m² d'uracile, la pharmacocinétique de l'uracile

présentant des différences en fonction du statut DPD [134] [135] [136]. Une dose orale de

250 mg de thymine a été testée par l'équipe de Duley, et le ratio entre l'excrétion urinaire de

thymine par celle de dihydrothymine était prédictive du Cmax de la thymine et possiblement

mimait la pharmacocinétique du 5-FU [137].

L'équipe de Bocci proposait un test dit "5-FU test dose" qui consistait en une dose de

250mg/m², administrée 2 semaines avant de commencer le traitement prévu par 5-FU, et

d'évaluer la pharmacocinétique du 5-FU/FDHU et l'activité de la DPD dans les cellules

mononuclées périphériques [56].

La mesure du CO2 marqué après ingestion de 2-(13)-C-uracil, dit "Uracil Breath Test" a été

évaluée comme marqueur du catabolisme des fluoropyrimidines avec une efficacité

modérée [138], et peu confortable pour les patients, puisqu'ils doivent fournir des

échantillons d'air expiré toutes les cinq minutes pendant 30 minutes puis toutes les 10

minutes pendant les 150 minutes suivantes.

La mesure de l'uracilémie pré-thérapeutique a été montrée comme plus prédictive que le

ratio UH2/U et mieux corrélée à l'activité DPD dans les cellules sanguines mononuclées

périphériques et aux toxicités sévères [139] [140]. Une sensibilité de 66.7% a été mise en

évidence par une équipe française [141].

Les variations génétiques du gène DPYD influent évidemment également sur le métabolisme

de la capécitabine [142].

Le génotypage du gène DPYD en temps réel s'est montré coût-efficace dans la prévention

des neutropénies dans les traitements par fluoropyrimidines selon une étude récente [143].

d. Adaptation de posologie selon déficience en DPD

La nécessité d'une adaptation de posologie en cas de déficit en DPD chez un patient est

admise quelle que soit la stratégie utilisée pour le mettre en évidence (génotypage,

phénotypage, test-dose). Cependant, dans les principaux essais cliniques recensés, les doses

de 5-FU sont standards. Le statut DPD n’est pas phénotypé et, par conséquent, il n’y a pas

d’adaptation de doses réalisée en fonction de la déficience enzymatique hypothétique. Seule

Page 33: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

32

une étude finlandaise [144] datant de 2014, discutait l’intérêt de l’individualisation des

doses. Les auteurs affirmaient que les tests de pharmacogénétique et de pharmacocinétique

n’avaient pas encore gagné l’acceptation des cliniciens, malgré le fait que l’AUC (aire sous la

courbe) varie d’environ 100 fois entre les individus, notamment par la variation dans

l’expression de la DPD.

Le groupe de travail de pharmacogénétique de la Royal Dutch Association a publié

récemment des recommandations sur l'adaptation de posologie en fonction du profil

pharmacogénétique [145]. Selon leur étude sur 3733 sujets, un traitement alternatif est

requis pour les porteurs homozygotes d'un allèle non fonctionnel du gène DPYD. Il est à

noter que, pour les auteurs, le Tegafur n'est pas une alternative convenable au 5-FU ou à la

capécitabine puisqu'il est également métabolisé par la DPD et l'oncologue doit choisir une

molécule qui n'est pas une fluoropyrimidine. Pourtant, une étude proposait effectivement le

Tegafur en alternative, mais elle ne se basait que sur 5 patients [146]. Pour les porteurs

hétérozygotes d'un allèle non fonctionnel, une réduction de posologie de 50% est conseillée

[145] [147]. Cette réduction de posologie a été testée sur 2038 patients, avec une réduction

de la survenue de toxicité sévère de 73% à 28%, valeur similaire à la survenue de toxicité

chez les patients non mutés [148]. La réduction de 50% est pourtant jugée insuffisante par

l'équipe de Magnani qui rapportait 3 cas de toxicités sévères chez des patients avec une

posologie 50% réduite [149].

Des recommandations plus précises ont été proposée basé sur un score d’activité DPD basé

sur le génotypage les variants DPYD*2A, DPYD*13, c.2846A>T, et l’Haplotype B3 [150]. Au

total, 5 niveaux de recommandation en fonction de ce score (100% dose, 75% dose, 50%

dose, 25% dose, contre-indication) ont été proposés. Ce score n’a cependant pas encore fait

l’objet d’une validation clinique prospective.

L'équipe de Meulendijks a publié récemment une revue systématique incluant 7365 sujets (8

études) [91]. DPYD c.1679T>G, DPYD*2A, c.1236G>A/HapB3 et c.2846A>T étaient

significativement associées à des toxicités sévères, alors que c.1601G>A n'était pas un

facteur de risque. Seulement 11 patients présentant une mutation c.1679T>G ont été

décrits, et le risque de toxicité sévère était multiplié par 4. La diminution de l'activité de la

DPD est supposée induire une augmentation de l'exposition tissulaire de 50 à 100%. Les

Page 34: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

33

auteurs recommandent donc une diminution de posologie de 50% pour les patients

présentant la mutation c.1679T>G. Pour c.1236G>A/HapB3, les auteurs ont observé une

réduction d'activité de la DPD de 50% comparé au variant DPYD*2A, et suggèrent donc une

réduction de posologie de 25% chez les patients hétérozygotes.

Le Groupe de Pharmacologie Clinique Oncologique (GPCO-Unicancer) et le Réseau National

de Pharmacogénétique (RNPGx) ont édité des recommandations [151], à savoir la contre-

indication des fluoropyrimidines en cas de déficit total et une réduction de 25 à 50% à la

première cure en fonction des autres paramètres cliniques (âge, état général, comorbidités,

protocoles suivis). Lorsque ce déficit est objectivé par une approche phénotypique, la

réduction de dose doit également être discutée en fonction de la profondeur du déficit. Pour

les cures suivantes, un ajustement progressif de la dose en fonction de la tolérance doit être

envisagé.

A Marseille, une réduction de posologie de 15 à 100% est réalisée en fonction du ratio

UH2/U:

- Si le ratio est supérieur à 4: les patients sont des métaboliseurs extensifs, et une

posologie standard peut être adoptée

- S'il est compris entre 3 et 4: le clinicien recevra une alerte quant à une activité

réduite, mais sans réduction systématique de posologie

- S'il est compris entre 2 et 3: la posologie est réduite de 15 à 20 %

- S'il est compris entre 1 et 2 : la posologie est réduite de 30 %

- S'il est compris entre 0.5 et 1 : la posologie est réduite de 50 %

- S'il est inférieur à 0.5 ou si l'UH2 n'est pas détectable par le système

chromatographique : l'utilisation du 5-FU est contre-indiquée.

e. Autres paramètres pharmacogénétiques

L'OPRT convertit le 5-FU en nucléotides toxiques. Un polymorphisme a également été mis en

évidence au niveau de l'allèle OPRT Gly213 Ala et du promoteur de la thymidylate synthase

[152]. L'équipe d'Ichikawa a montré qu'il s'agissait de facteurs indépendants pour prédire les

diarrhées de grade 3 à 4. Les patients avec l'allèle Ala avaient 16 fois plus de risque de

Page 35: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

34

toxicité sévère comparé au génotype Gly/Gly. La fréquence de l'allèle Ala était de 27.5%. Le

polymorphisme de la thymidilate synthétase prédisait les neutropénies de grade 3 à 4 [153].

Un cas de décès a été rapporté en France chez un patient présentant une déficience en DPD

et une mutation du gène UTG1A1 [154].

Le 5-FdUMP est un métabolite actif du 5-FU; substrat de la protéine MRP8, elle-même

sujette à un polymorphisme génétique sur le gène ABCC11. Dans une étude incluant 672

patients traités par 5-FU en monothérapie, une mutation du gène ABCC11, G>A, T546M, a

été identifié comme facteur de risque de survenue de leucopénie, mais n'influençait pas la

survenue des autres types d'effets indésirables [155].

La methylene tetrahydrofolate reductase (MTHFR) est également un facteur de risque de

survenue de toxicité [156].

Enfin, le micro-ARN miR-27a, régulant directement la DPD présente un polymorphisme

associé à une réduction de l'activité de la DPD chez le volontaire sain [157].

Causes de surdosages en 5-FU:

- Erreur d'administration (problème de pompe ou de dose)

- Diminution du catabolisme (DPD)

- Augmentation de l'anabolisme (OPRT)

Page 36: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

35

V. Toxicités

Comme de nombreux anticancéreux, le 5-FU n'a pas seulement un effet sur les cellules

cancéreuses, mais aussi sur les cellules saines, conduisant à des toxicités dose-dépendantes

[158]. Ainsi, dans une étude de phase II dans le cancer rectal localement avancé [159], dans

laquelle 259 patients ont été inclus au Canada et aux USA, le pourcentage de ayant présenté

des évènements indésirables durant le traitement par mFOLFOX6 augmentait en fonction du

nombre de cycles.

La toxicité du 5-FU se porte surtout sur les lignées cellulaires à division rapide, ce qui induit

un large éventail d'effets indésirables, notamment au niveau des cellules de la moelle

osseuse et des cellules épithéliales de l'intestin [160]. Les toxicités non-hématologiques

majeures (grade III/IV) incluent effectivement des diarrhées dans 10 à 15 % des cas et des

mucites dans 10 à 25 % des cas[161]. La principale toxicité hématologique est une

neutropénie, rencontrée dans 10 à 45 % des cas, avec un possible sepsis [6]. Dans une étude

randomisée de phase III sur les stratégies de maintenance après oxaliplatine et

fluoropyrimidine dans les cancers colorectaux métastasiques [162], 837 patients issus de 55

hôpitaux et 51 cliniques privées d’Allemagne ont été inclus. 52 (33%) des 158 patients ont

présenté au moins une réduction de dose dont 48 une réduction de fluoropyrimidines.

Aucun patient n’a présenté d’arrêt permanent de traitement en raison de toxicité. Aucun

décès lié aux traitements n’est survenu mais trois patients sont décédés suite à une infection

dont un dans le groupe des fluoropyrimidine plus bevacizumab. Dans une étude

monocentrique anglaise [163], 18 patients présentant un adénocarcinome pancréatique ont

été inclus. Les toxicités induites par le traitement ont entrainé un arrêt de traitement pour

16,7% et une hospitalisation pour 38,9%. Chez 25% des patients on a observé une réduction

de dose de 5-FU.

Les tableaux de décès mêlent souvent les diverses toxicités, avec une escalade de la gravité.

Par exemple, au Canada, on rapporte le cas d'une patiente de 43 ans, ayant d'abord

présenté des nausées et vomissements de grade 1, à quoi s'est ajouté une diarrhée de grade

1, avant de présenter une thrombopénie de grade 1 et des vomissements et diarrhées de

grade 2, puis diarrhées et thrombopénie de grade 3, une leucothrombopénie de grade 4,

avant de présenter une défaillance multiple conduisant au décès [164]. Cependant, le 5-FU

Page 37: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

36

ne s'administrant quasiment jamais en monothérapie, il est parfois délicat dans les

polychimiothérapies de connaitre avec certitude la molécule incriminée.

1. Toxicité digestive

Les diarrhées chimio-induites sont un effet indésirable commun des fluoropyrimidines,

observé dans 50-80% des cancers colorectaux, tous grades confondus, avec jusqu'à 30% de

toxicités de grade 3 à 4 [165]. La physiopathologie impliquerait un processus d'inflammation.

Une patiente de 63 ans [166], est décédée en 2015 à Grenoble, après avoir reçu un

protocole FOLFOX, soit 5-FU 2400 mg/m², Leucovorin 200 mg/m² et Oxaliplatin 85 mg/m².

Huit jours après la première administration de 5-FU, elle a été hospitalisée pour une

stomatite de grade 4 et des érosions des muqueuses anale et vaginale. Les auteurs disent

avoir soupçonné la déficience en DPD devant une mucite d’une extrême sévérité avec une

entérocolite et un choc septique. La déficience, après dosage, s’est avérée être totale (ratio

UH2/U à 0.1, pour des valeurs normales supérieures à 6). Le phénotypage de cette patiente

montrait une hétérozygotie avec deux mutations (dont une nouvelle duplication de 8 paires

de base): c.168_175dupGAATAATT, p.Phe59Ter et c.1679T>G (Ile560Ser) [167]. La patiente

présentait une neutropénie (0/mm3) et une thrombopénie (19 000/mm3), de la fièvre à 39°C,

et une diarrhée. Les hémocultures étaient positives à Escherichia coli et Enterobacter

aerogenes. Elle a ensuite présenté une défaillance multi-organe et un choc septique. Elle est

décédée suite à une hypertension intracrânienne due à un large hématome intracranien, 17

jours après la première administration de chimiothérapie [166].

Un traitement par antihistaminiques peut être utile dans la prévention et la tolérance des

gastro-toxicités induites par le 5-FU [168].

Le risque de survenue de toxicité digestive serait associé au gène TNF [169].

Une étude sur les rats a montré que l'activité plasmatique de la diamine oxydase était

corrélée à la sévérité des atteintes muqueuses après injection intra-veineuse de 5-FU. Une

supplémentation en fibres diététiques solubles au cours des cures de 5-FU réduisait la

survenue de diarrhée [158]. Une autre étude sur les rats a montré que la toxicité était plus

prononcée chez les rats mal-nourris [170].

2. Hématotoxicité

Page 38: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

37

Les effets secondaires hématologiques sont également fréquents. Il s'agit de leucopénie,

neutropénie, thrombopénie et plus rarement d'anémie. Dans une étude finlandaise dans le

cancer colorectal [144], 1033 patients ont été inclus. Les évènements indésirables

apparaissent chez 61 % des patients et les EI de grade 3 ou 4 chez 27 % des patients. Les

principaux EI étaient effectivement les leucopénies (32%), neutropénies (48%),

thrombopénies (6%), les mucites (42%), les nausées/vomissements (54%), et les diarrhées

(53%). Cependant, dans une étude dans les tumeurs neuro-endocrines du pancréas [171],

133 patients ont été inclus. Les évènements indésirables les plus fréquents étaient des

toxicités rénales, des nausées et des fatigues et aucun trouble hématologique n’a été

observé.

La prédiction de la survie en fonction de la survenue de neutropénie est discutée, avec des

études pour [172] et contre [173].

L'administration de dopamine serait protectrice vis-à-vis des neutropénies [174].

L'administration de facteurs de croissance est recommandée par l'American Society of

Clinical Oncology (ASCO) en prophylaxie primaire avec les thérapies pour lesquelles

l'incidence des neutropénies fébriles dépasse 20% [175]. Le recours à ces facteurs de

croissance réduit de plus de 60% l'odds-ratio de survenue d'une neutropénie fébrile dans

une étude dans le cancer du sein [176], et de 50% la fréquence de neutropénie fébrile dans

une étude dans le cancer ORL [177].

Une étude PK/PD chez le rat montre qu'une optimisation de la posologie permet de réduire

la survenue d'anémie [178], de thrombopénie [179], et de leucopénie [180].

3. Cardiotoxicité

L'incidence des toxicités cardiaques induites par le 5-FU varie dans la littérature entre 1 et

18%, avec une mortalité de 2 à 13% [181] [182]. Une récente revue sur la cardiotoxicité chez

les patients cancéreux a identifié les douleurs thoraciques, palpitations, dyspnée et

hypotension comme les symptômes principaux [183]. Dans de rares cas, des infarctus du

myocarde, des arythmies, des chocs cardiogéniques ou des morts subites ont été rapportés

[184] [185]. Le risque de mort subite est défini autour de 0.5% [183]. Les effets indésirables

cardiaques apparaissent 2 à 5 jours après introduction du traitement [186]. La survenue

Page 39: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

38

d'effets indésirables cardiaques est indépendante des antécédents cardiaques selon une

étude sur 1350 patients [131], cependant un résultat totalement inverse a été montré sur

1083 patients avec un risque augmenté de 1.1 à 4.5% en cas d'antécédents cardiaques [188].

Un rapport de risque relatif (ROR) de 10.9 a été rapporté dans une récente étude de cas-non

cas montrait l'association significative entre cardiomyopathie dilatée et 5-FU [189]. Un

patient de 35 ans a présenté un cas de sévère cardiomyopathie. Il présentait une déficience

en DPD et en Thymidylate Synthase [190]. Le type d'administration influence également

l'incidence de la cardiotoxicité, les perfusions étant plus à risque que les bolus [183] [191]

[192]. Sur une étude de 377 cas, la toxicité cardiaque a été démontrée comme reproductible

chez 47% des patients, avec 13% de décès chez les patients réexposés [193]. Le mécanisme

de cardiotoxicité n'a pas été totalement défini mais il existe des données précliniques [194],

et cliniques [195] mettant en cause des vasoconstrictions. L'équipe de Lamberti a montré en

2014 que le 5-FU pouvait induire également des dommages au niveau des cardiomyocytes

par l'intermédiaire de stress oxydatif [196].

Les patients traités par des analogues de pyrimidines présentent fréquemment des angines

de poitrine, des anomalies de l'ECG liées à une ischémie, des arythmies et des infarctus du

myocardes, même avec des artères coronaires normales [197] [193]. L'administration

prophylactique de nitrates ou d'inhibiteurs calciques ne s'est pas montrée efficace [198]

[199]. Si aucune alternative n'est disponible la société européenne de cardiologie

recommande le suivi thérapeutique rapproché du patient [200].

4. Neurotoxicité

Bien que les effets indésirables digestifs, hématologiques et plus récemment cardiaques

soient bien documentés, les effets neurologiques, plus rares, existent également. Il existe

par exemple des cas d'encéphalopathies, avec confusion mentale liée à une concentration

élevée en ammoniaque [201] [202] [203]. Les lésions sont principalement dans la substance

blanche et le corpus callosum [204].

Un patient DPD déficient a également présenté des convulsions, un retard psychomoteur et

un syndrome de Reye [205].

Enfin, des cas de neuropathies périphériques ont également été décrits [206].

Page 40: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

39

5. Autres toxicités

Une patiente, DPD déficient, a présenté une toxicité oculaire [207].

L'alopécie est un effet indésirable commun des chimio-thérapies [208]. C'est une toxicité qui

peut être sous-estimée [209], et n'est parfois pas étudiée [210]. Une alopécie permanente et

sévère a été nouvellement rapportée comme complication du 5-FU dans le protocole FEC (5-

FU, epirubicine, cyclophosphamide) [211].

6. Tolérance des sujets âgés

Les bénéfices d'un traitement par fluoropyrimidines chez les sujets âgés soient difficilement

évaluables parce qu'il s'agit d'une population qui est exclue des essais cliniques [212]. Les

effets indésirables ne semblent pourtant pas être plus fréquents chez les sujets âgés de plus

de 70 ans, à part les leucopénies sévères [213].

Deux études de l'équipe d'Hurria ont évalué la tolérance aux chimiothérapies des sujets

âgés. Dans la première, sur 500 patients de 65 à 91 ans (moyenne d'âge 73 ans), 53% des

sujets présentaient une toxicité de grade 3 et plus [214]. Dans la deuxième, sur 250 sujets

âgés de 65 à 94 ans (moyenne d'âge 73 ans), plus de la moitié des patients (58%) présentait

des effets indésirables de grade 3 et plus [215]. Dans les deux études, 2% des patients

présentaient un décès lié à la chimiothérapie.

Page 41: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

40

VI. Antidote

Chez l’adulte, une dose de 3 000 mg de 5-FU administrée en 1 h est considérée comme

possiblement fatale (marge thérapeutique étroite). Dans la base des erreurs

médicamenteuses (de 2005 au 28/11/2013) 18 cas d’erreurs médicamenteuses (EM) ont été

enregistrés dont 8 cas ayant entrainé un effet indésirable (EI) considéré comme Grave (dont

1 décès) et 10 cas n'ayant pas entrainé d'effet indésirable. Il s’agissait de pompes mal

réglées par l’infirmière (n=8), erreurs de diffuseurs préparés par la pharmacie (n=8), 1 cas

d’erreur d’identité patient et 1 erreur de séquence d’administration (2 poches de 5-FU le

même jour). Une utilisation de l’antidote est notée dans 8 cas sur 18 [216].

La FDA a approuvé en décembre 2015 Vistogard® (triacétate d’uridine) en tant que

médicament orphelin pour le traitement d’urgence des adultes et des enfants ayant reçu un

surdosage en 5-FU ou capecitabine, ou qui développent certaines toxicités sévères ou

menaçant le pronostic vital, dans les 4 jours suivant l’administration du traitement. Il est

commercialisé par Wellstat Therapeutics Corporation basée à Gaithersburg, Maryland [217]

Figure 8: Modèle animal d'amélioration de la survie avec l'antidote après overdose

Page 42: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

41

Vistogard est administré per os, sous forme de granulés avec ou sans nourriture. La

posologie est de 10g chez les adultes, et 6.2g/m² (max 10g) chez les enfants toutes les 6h

pour 20 doses [218] [219]. En cas de vomissement dans les 2h suivant l’administration, il est

nécessaire d'admnistrer une dose complète le plus rapidement possible après l’épisode de

vomissement. Il est possible d’administrer le traitement via une sonde nasogastrique ou un

tube de gastrostomie si nécessaire. Ecraser les granulés en une poudre fine. Mélanger

énergiquement de la fécule dans environ 100mL jusqu’à ce qu’elle soit dissoute et ajouter la

poudre fine de Vistogard. Les suppléments alimentaires riches en nutriments augmentent la

biodisponibilité de l'uridine [220]. Pour les enfants, préparer la mixture à raison de 1g pour

10mL [218].

L’uridine triacétate est métabolisé en uridine triphosphate, qui agit par compétition avec le

5-FUTP, un des métabolites toxiques du 5-FU, dans la fixation sur l’ARN [221]. Derissen et

son équipe a montré que la concentration intracellulaire en 5-FUTP était supérieure à celle

en 5-FdUTP et 5-FdUMP [222]. L’uridine triacétate délivre 4 à 6 fois plus d’uridine dans la

circulation sanguine qu’une dose équimolaire d’uridine seule [221].

Ce traitement bénéficie en France d’une ATU nominative depuis février 2013. Le temps entre

la demande initiale et l'administration au patient en France (envoi des Etats-Unis) varie entre

24 et 44h avec une moyenne de 36h [223].

Un total de 8 patients français a bénéficié de ce traitement au cours des essais cliniques.

Entre 2013 et 2015, 12 patients français ont reçu de l'uridine triphosphate en ATU à travers

le partenaire européen de Wellstat Therapeutics, BTG-Clinigen [223].

Pour obtenir le traitement, le pharmacien et le médecin doivent remplir le formulaire Cerfa

Q11ADOC025 v02, mentionnant l'identité du patient, l'indication et la justification de la

demande

Page 43: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

42

Figure 9: Métabolisme du 5-FU et pharmacodynamie de son antidote

Vistogard a été étudié sur 135 patients adultes et enfants atteints de cancer. La survie à 30

jours était de 96% en cas d’overdose, vs. 16% dans une cohorte historique d’overdose sans

traitement [224] [225]. Un total de 38% des patients traités ont repris leur chimiothérapie

dans les 30 jours (temps moyen de 19.6 jours) [224], ce qui indique une rapide récupération

après intoxication.

Les effets indésirables les plus communs sont des troubles digestifs (diarrhées chez 3.5% des

patients, nausées chez 4.6%, et vomissements chez 8.1[224]. Un patient a présenté des

nausées et vomissement de grade 3 [223].

Concernant les interactions médicamenteuses possibles, l'uridine triacétate est un faible

substrat de la P-gp [223].

Une étude de cas présentait deux patients DPD déficients ayant reçu de l'uridine triacétate

pour des cures à des doses supérieures aux posologies standard (1400mg/m²). Ils ont

présenté des thrombopénie et rash de grade III pour l'un, résolutifs après arrêt du 5-FU et

traitement symptomatique, et thrombopénie grade IV avec coagulopathie grade III et

toxicité neurologique de grade III avec évolution fatale pour le second. Le délai de survenue

Page 44: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

43

était d'une moyenne de 3 semaines et demi, ce qui indiquait que Vistogard était capable de

retarder la survenue des effets indésirables, et avait diminué chez l'un d'eux la gravité de

l'évolution [226].

L'antidote a également été administré 86h après sa cure à un patient de 73 ans en raison de

toxicité hématologique sévère. Le patient a survécu sans séquelles [227]. Après

administration de l'antidote, sur 6 patients adultes ayant fait une tentative de suicide et 3

enfants ayant pris accidentellement de la capécitabine, tous ont survécu sans séquelles

[228].

Page 45: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

44

PARTIE B : Travail personnel

Page 46: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

45

Dans la seconde partie de ce manuscrit, nous allons d’abord présenter une vue d’ensemble

du profil de tolérance du 5-FU en France, à travers une étude de pharmacovigilance sur une

période de 10 ans à partir de la base nationale de pharmacovigilance, en lien avec le centre

régional de pharmacovigilance de Marseille. Cette étude témoigne de l’importance du

problème de la toxicité du 5-FU.

Nous avons également implémenté une technique de typage prospectif avec réduction des

doses de 5-FU à partir du ratio UH2/U et donc de la déficience en DPD.

La performance de cette technique simple et peu coûteuse a été évaluée dans deux

indications emblématiques : les cancers digestif et ORL.

Ce travail a également permis la mise au point et l'optimisation de techniques de dosage du

5-FU en chromatographie liquide haute performance couplée à un détecteur ultra-violet à

l’APHM et l’HEGP, et par kit d’immunoanalyse.

Enfin, au-delà de la première approche d'adaptation de posologie à partir du ratio UH2/U,

nous avons lancé un programme de recherche clinique visant à développer un modèle

pharmacocinétique/pharmacodynamique/pharmacogénétique dévolu à une adaptation plus

fine des doses de 5-FU en fonction de concentrations précoces en 5-FU au cours de

perfusions continues.

Page 47: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

46

I. Profil de tolérance du 5-FU en France, enquête à partir de la

base nationale de pharmacovigilance (Article 1)

Les évènements indésirables de grade 3 ou 4 sont rapportés pour environ 15 à 50% des

patients traités par 5-FU. Les plus fréquents sont notamment des neutropénies, parfois

fébriles, des leucopénies, et des troubles digestifs de type nausées et diarrhées. Des décès

sont encore référencés en France sous 5-FU. Une patiente de 63 ans [166], est en effet

décédée en 2015 à Grenoble suite à une hypertension intracrânienne due à un large

hématome intracrânien, 17 jours après la première administration du protocole FOLFOX, soit

une administration standard de 5-FU 2400 mg/m², Leucovorin 200 mg/m² et Oxaliplatin 85

mg/m². La patiente présentait une déficience totale en DPD, dépistée après l’administration.

Le comité technique de Pharmacovigilance du 18 mars 2013 a traité du sujet et a proposé

l’actualisation du RCP des spécialités à base de 5-FU en mettant à jour les données

concernant la fréquence du DPD deficiency syndrome (à 0,1% au lieu de 0,01%). Il proposait

aussi une communication sur le risque lié à ce déficit et la mise en place d’un groupe de

travail constitué de personnels de l’ANSM et de l’INCa et de spécialistes des disciplines

concernées.

Malgré l'expérience d'une soixantaine d'années sur l'utilisation du 5-FU, les données sur la

toxicité du 5-FU sont pauvres, et notamment en France. La majorité des données françaises

publiées sont constituées de cas cliniques isolés, comme ceux publiés par l’équipe du centre

Paul Papin à Angers [229]. Aussi, nous souhaitions la mise en place d'une étude afin de

recenser de façon exhaustive les évènements indésirables déclarés sous 5-FU au cours des

dix dernières années.

Il s’agissait d’une étude rétrospective analysant les notifications spontanées issues de la base

nationale de pharmacovigilance du 1er janvier 2005 au 31 décembre 2015. Les effets

indésirables graves avec le 5-FU comme médicament suspect seront recensés.

Les données démographiques concernant les patients ont été décrites (notamment l’âge, et

le sex ratio). Concernant la molécule d’intérêt, l’indication, la posologie et les médicaments

concomitants ont également été décrits.

Page 48: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

47

Les évènements indésirables ont ensuite été recensés, notamment les termes MedDRA, la

gravité (hospitalisation, séquelles, invalidité, médicalement significatif, engageant le

pronostic vital, décès), et le délai d’apparition (moyen, minimum, maximum).

Des regroupements par classe d'organes ont été faits pour décrire les différents types

d'effets indésirables.

Au total, 1505 cas ont été rapportés, pour 2816 effets indésirables. Les patients avaient une

moyenne d'âge de 61.2±11.9 ans, et 53.5% étaient des femmes. Les patients de plus de 70

ans représentaient 25.3% des cas, et le décès n’était pas plus fréquent chez eux que dans la

population générale. L’impact du sexe mais pas de l’âge avait déjà été rapporté [67].

Un total de 133 décès est noté, et 169 menaces du pronostic vital. Le critère de gravité le

plus souvent rapporté était une hospitalisation ou une prolongation d'hospitalisation.

Sur la période de 2005 à 2010, le nombre de notification augmente, avant de se stabiliser.

L'indication du traitement était principalement un cancer colorectal (42%), du sein (26%) et

de la sphère ORL (9%).

La posologie moyenne était 3487±5335mg (range 120-9173). La dose était décrite en

fonction de la surface corporelle dans 174 cas, et pour 68% des cas elle était dans l'intervalle

recommandé de 300-600mg/m².

Les principaux anticancéreux co-suspects étaient des platines (44% des cas), des anticorps

monoclonaux (25%) et des anthracyclines (23%). Le 5-FU était le seul médicament suspect

dans 14% des cas.

Les effets indésirables les plus fréquents étaient hématologiques (20.4%), digestifs (12.8%),

et cutanés (11.6%). De nombreux effets indésirables cardiaques ont également été décrits

(9.3%).

L’émergence de deux effets indésirables non recensés dans le RCP sont à noter : l’apparition

de leucémie myéloïde aigue a en effet été rapporté dans 4.8% des cas (5ème effet indésirable

le plus commun, tous types de critères de gravité confondus) et d’insuffisance rénale aiguë

rapportée dans 4.4% des cas (6ème plus commun).

Page 49: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

48

Le statut DPD n'est que très faiblement rapporté (50 cas, soit 3.4%), et un déficit est

rapporté dans la moitié des cas.

Page 50: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

49

Page 51: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

50

Article en cours, dernières corrections avant soumission à Drug Safety :

Safety profile of 5-Fluorouracil: a 10-year retrospective study using the French Pharmacovigilance

database

ABSTRACT:

Introduction: Severe and fatal toxicities involving 5-fluorouracile (5-FU) are described in

clinical trials and case reports. However, the safety profile of 5-FU in real life setting and the

involvement of dihydro-pyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency in the onset of 5-FU

toxicity have never been explored within pharmacovigilance data.

Methods: This study aims to determine the safety profile of 5-FU in real life setting over a

ten-year-period through the analysis of spontaneous reports recorded in the French

Pharmacovigilance Database (FPVD) while considering the impact of DPD deficiency.

Results/Discussion: From 2005 to 2015, a total of 1505 serious ADR reports were retrieved in

the FPVD. The average age was 61.2; patients were mostly female. Main indications of 5-FU

were colorectal, breast and head and neck cancer. ADR were life threatening for 169 patients

and fatal in 133 reports. 5-FU was the only suspected drug in 13.6% of the reports. Blood

disorders (20%), gastro-intestinal disorders (13%), skin disorders (12%) but also cardiac

disorders (9%) were the most reported. Acute myeloid leukemia and acute kidney failure were

among the most reported ADR though not listed in the summary of product characteristics.

Main concomitant suspected cancer drugs were platins, monoclonal antibodies and

anthracyclins. DPD deficiency investigation was documented in 50 reports; half of these

patients had a DPD deficiency.

Page 52: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

51

Conclusion: In addition to unexpected ADRs such as acute myeloid leukemia and acute

kidney failure, fatal and life-threatening ADR are not uncommon. Pre-treatment checking for

DPD status is well-known to prevent from toxicities and should be encouraged.

250 words

INTRODUCTION:

5-Fluorouracile (5-FU) is a fluoropyrimidine nucleoside analog. Fluoropyrimidine drugs are a

mainstay in the treatment of numerous solid tumors (digestive, head and neck, breast cancers).

In the U.S., 275 000 new patients are expected to receive a 5-FU-based therapy each year [1].

5-FU usually claims 15-35% of severe toxicities [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] and 0.5-3% of toxic

deaths, depending on the setting and the regimen [9]. The major hematologic toxicity is

neutropenia, ranging from 10% to 45% [10]. Febrile neutropenia usually leads to

hospitalization. Major (grade III/IV) non-hematologic toxicities include diarrhea and

mucositis [11]. In a recent study performed in our centre, a total of 28 out of 218 patients

(12.8%) displayed severe toxicities, including 7 patients with grade-4 toxicities (3.2%).

Severe toxicities were digestive (i.e. mucitis, nausea, diarrhea) and haematological

(thrombopenia, neutropenia and anemia) [12]. Adverse events during 5-FU intake are

extensively described in case reports and clinical trials but published pharmacovigilance data

about 5-FU use are scarce. Indeed, patients are most of the time included according to strict

inclusion criteria in clinical trials and these data might not perfectly match real life settings.

Moreover, other suspected concomitant drugs might not considered in the assessment of

causality both in clinical trials and case reports.

In 2012, Kadoyama and colleagues studied the adverse event profiles of 5-FU and

capecitabine based on data mining of the public version of the FDA adverse event reporting

system on a 5-year period. Diarrhea, vomiting and nausea were the adverse events the most

Page 53: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

52

frequently associated with the use of 5-FU [13]. To our knowledge, there is no other country-

scaled pharmacovigilance data available while several factors influencing 5-FU toxicity such

as ethnicity or gender were reported to be risk factors in a real life setting [14].

Pharmacokinetic variability can also widely influence the toxicity of 5-FU in real life setting

[8]. The majority of the administered 5-FU is rapidly catabolized by Dihydro-Pyrimidine

Dehydrogenase (DPD), leading to small amount of 5-FU in its active cytotoxic form

compared to administered doses. A "DPD deficiency" can lead to a partial or total impairment

of the detoxification pattern of 5-FU. Single nucleotide polymorphisms resulting in altered

enzyme activity [15] is responsible for this deficiency and displays a variable frequency (from

rare to 30%) among the general population [9]. This deficiency is responsible for most reports

of life-threatening 5-FU toxicities occurring in patients to whom the drug has been

administered with standard dosing. This relationship between DPD deficiency status and

toxicity was widely described using case reports but to our knowledge it was never explored

within pharmacovigilance data.

Considering this variability in 5-FU metabolism, a better understanding of the safety profile

of 5-FU in real life setting as well as the involvement of DPD deficiency in the occurrence of

5-FU toxicity could improve knowledge in terms of management of fluoropyrimidine based

chemotherapy.

This study aims to determine the safety profile of 5-FluoroUracile while considering the

impact of DPD deficiency in real life setting in France over a ten-year-period using

spontaneous reports recorded in the French Pharmacovigilance Database.

MATERIAL & METHODS

This retrospective study was performed among reports registered in the French

Pharmacovigilance database (FPVD). The French pharmacovigilance network consists in 31

Page 54: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

53

Regional Pharmacovigilance Centres (RPVC) that collect and analyse spontaneous reports of

ADRs (Adverse Drug Reactions). Reporting of serious and/or unexpected ADRs has been

compulsory for physicians, dentists and midwifes since 1984 and for pharmacists since 1995.

Also, nurses (since 1995) and patients, families and associations (since 2011) can contribute

on a voluntary basis. ADR reports received at a RPVC are thoroughly assessed for causality,

expectedness and seriousness of the ADR. Each spontaneous report submitted to a given PVC

undergoes a pharmacological, clinical and biological assessment process by a trained assessor

of the PVC and is then recorded in the FPVD and transmitted to the national agency of

medicines via the FPVD, a common computerized database using Medical Dictionary for

Regulatory Activities (MedDRA) terminology for ADRs coding [16].

All serious reports registered, between 1st January 2005 and 31 December 2015 involving 5-

FU as a suspected or an interacting drug, were extracted from the FPVD. General information

concerning the type of reporter and patients’ characteristics (gender, height, weight, BMI,

medical history) were collected. According to the recommendations of the International

Committee on Harmonization, serious ADRs were defined as a fatal or life-threatening ADR,

an ADR requiring hospitalization or prolongation of ongoing hospitalization, resulting in

persistent or significant disability, other medically important conditions or congenital

abnormality or birth defect [17].

5-FU indication, dose and route of administration as well as co-suspected drugs including

anticancer drugs and non-anticancer drugs were also analysed according to Anatomical

Therapeutic Chemical (ATC) classification system.

The type of ADRs were analysed according to System Organ Class (SOC) and Preferred

terms (PT) levels according to MedDRA classification. When available, history of digestive

disease and cardiovascular risks was collected. Information about DPD deficiency status

Page 55: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

54

(deficiency or non-deficiency) analysed through phenotype or genotype was collected when

available using a word systematic search in narrative of ADR reports for each report.

Statistical analysis

Data description was performed using Excel 2016 for Windows (Microsoft Corporation,

Redmond, WA, USA) and R version 3.1.3 (R Core Team (2015). R: A language and

environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna,

Austria). P value <0.05 was considered for statistical difference. Fisher exact test or chi-

square tests were used for the comparison of qualitative variables.

RESULTS

General Characteristics of ADR reports

From 2005 to 2015, a total of 1505 serious reports were retrieved in the FPVD representing

2816 ADRs. The mean age was 61.2 and patients were mostly female (53.5%). A total of 381

out of the 1505 reports (25.3%) concerned patients over 70 years (mean age 74.9 years). Most

frequent ADRs were hematologic, digestive, cutaneous and cardiac disorders. Characteristics

of the reports are given in table 1.

The most frequent seriousness criterion was hospitalization or prolonged hospitalization with

more than 60% of the reports. Life threatening ADR were reported in 11.2% of the reports

and ADR leading to death were reported in 8.8% of the reports reports. Causality score was

"plausible" in 63 death reports (47.4%) and "likely" in 4 death reports (3.0%).

Table 1: General information concerning 5-FU ADR reported between 2005 and 2015.

n = 1505 reports

Patients characteristics

Male

Female

Not reported

Age

694 (46.1%)

805 (53.5%)

6 (0.4%)

61.2±11.9

Page 56: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

55

Height

Weight

166.5±13.3

67.1±16.4

Seriousness criterions

Death

Life-Threatening (LT)

Hospitalization (initial or prolonged)

Disability

Other medically important conditions

133 (8.8%)

169 (11.2%)

954 (63.4%)

112 (7.4%)

274 (18.2%)

Type of reported ADR

Adverse drug reaction

Medical errors/overdoses

Drug interaction

Exposition during pregnancy

Other

Unknown

1460 (97%)

24 (1.6%)

5 (0.3%)

12 (0.8%)

3 (0.2%)

1

Type of reporter

General practitioner

Medical specialist

Pharmacist

Other health professional

Non-health professional

Unknown

24 (1.6%)

1076 (71.5%)

381 (25.3%)

6 (0.4%)

2 (0.1%)

16 (1.1%)

As shown on Figure 1, the number of reports increased during the 2005-2010 period then

stabilized. Gender repartition was significantly different over the years (p=0.0171), with an

overall predominance of females.

Figure 1: Trends over time in the number of ADR reports with 5-FU as suspected drug

Page 57: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

56

5-FU regimen description, and indication of treatment:

Mean 5-FU doses were 3487±5335mg (range 120-9173) among reports with available

information. Doses were described according to body surface in 174 reports and the dose was

in the recommended range of 300-600 mg/m² in 68% of the reports.

5-FU was the only suspected drug in 13.6% of the reports (n=205). Main other suspected

cancer drugs were platins (43.7%), monoclonal antibodies (24.6%) and anthracyclins (22.5%)

(See Table 2).

Table 2: Concomitant cancer drugs

Concomitant cancer drugs n = Molecules

Platins 657 (43.7%) Carboplatin, Cisplatin,

Oxaliplatin,

Tetrahydrochlorure platin

Monoclonal antibodies 370 (24.6%) Bevacizumab, Cetuximab,

Panitumumab, Rituximab,

Trastuzumab

Anthracyclins 338 (22.5%)

Doxycyclin, Epirubicin,

Farmorubicin, Piparubicin,

Doxorubicin, mitoxantrone

Topoisomerase I inhibitors 280 (18.6%) Irinotecan

Taxane 272 (18.0%) Docetaxel, paclitaxel

Alkylators 185 (12.3%) Cyclophosphamid,

Mitomycin,

Anti-estrogens 19 (1.3%) Tamoxifen, fulvestrant

Vinca-alkaloid 18 (1.2%) Vinblastin, Vincristin,

Vindesin, Vinorelbin

Other pyrimidine analogues 15 (1.0%) Capecitabine, gemcitabine

Other 54(3.4%) Anastrazole (27),

Streptozotocin (2),

exemestane (4), dexrazoxane

(6), dacarbazin (2), letrozole

(9), methotrexate (2),

regorafenib (1),

streptozocine (1)

The most frequently reported co-suspected non-cancer drugs were anti-emetic drugs

(ondansetron (n=74), aprepitant (n=33), primperan (n=13), granisetron (n=6), domperidone

(n=1)), cortoïds (methylprednisolone (n=49), prednisolone (n=10), dexamethasone (n=6)),

painkillers (morphinic (n=11), paracetamol (n=2)), antibiotics and antiviral agents (n=19).

Page 58: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

57

Indications of 5-FU were reported in 671 reports (44.6%) (See Table 3) and main indications

were colorectal cancer (42%), breast cancer (26%), and head and neck cancer (9%).

Table 3: Indications of 5-FU (n=671) reports and medical history

Type of Cancer n %

Colorectal 280 41.7

Breast 171 25.5

Head and Neck 60 8.9

Pancreas 29 4.3

Stomach 28 4.2

Esophagus 27 4.0

Adenocarcinoma 17 2.5

Liver 17 2.5

Squamous cell carcinoma 15 2.2

Carcinoma 9 1.3

Peritoneum 5 0.7

Uterus 3 0.4

Other 10 1.5

Type of ADRs reported:

A total of 2816 ADRs are reported within 1505 reports representing 1.87 ADR/report (range 1

– 12).

Blood and lymphatic systems disorders (20.4%), gastro-intestinal disorders (12.8%), skin and

subcutaneous tissue disorders (11.6%) were the most frequent ADRs (Figure 3). Cardiac

disorders are recorded in 9.3% of the reports. Blood abnormalities were most frequent than

digestive or cardiac disorders in patients over 70 (p=0.002, p=0.0009). A similar occurrence

was observed for digestive disorders (73 ADRs) and cardiac disorders (70 ADRs) (p=0.8602).

Page 59: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

58

Figure 2: Distribution of 5-FU ADRs according to system organ class

As reported in Table 4, the most frequent serious ADRs were diarrhoea (8.4%), alopecia

(8.3%) and blood abnormalities such as thrombocytopenia (5.9%), neutropenia (5.4%),

anaemia (2.5%) and pancytopenia (2.7%). Acute myeloid leukemia and acute kidney failure

were also recorded as fifth and sixth most common ADR and respectively first and third most

common life-threatening ADR.

Table 4: Most reported PT according to seriousness criterion

Seriousness criterion Most frequently reported

ADRs

n

All seriousness criterion

(n=1505) Diarrhea

Alopecia

Thrombocytopenia

Neutropenia

Acute myeloid leukemia

Acute kidney failure

Vomiting

Fever

Pancytopenia

127 (8.4%)

125 (8.3%)

89 (5.9%)

81 (5.4%)

72 (4.8%)

66 (4.4%)

56 (3.7%)

47 (3.1%)

40 (2.7%)

0

100

200

300

400

500

600

Page 60: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

59

Anemia 38 (2.5%)

Fatal outcome (n=133) Septic shock

Bone marrow failure

Acute kidney failure

Cardiac arrest

Thrombocytopenia

Diarrhoea

Leukopenia

Interstitial lung disease

Cardiogenic shock

Agranulocytosis

9 (6.8%)

7 (5.3%)

7 (5.3%)

5 (3.8%)

5 (3.8%)

5 (3.8%)

4 (3.0%)

4 (3.0%)

4 (3.0%)

4 (3.0%)

Life-threatening ADRs

(n=169)

Acute myeloid leukemia

Diarrhea

Acute kidney failure

Pancytopenia

Respiratory distress

Septic shock

Chest pain

Kidney failure

Acute lymphoblastic

leukemia

Neutropenia

Interstitial Lung Disease

Thrombocytopenia

Vomiting

23 (13.6%)

8 (4.7%)

7 (4.1%)

7 (4.1%)

6 (3.5%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

4 (2.4%)

Blood and lymphatic system disorders:

A total of 574 reports reported blood disorders (20.4%) with a median time to onset after 38

days of treatment, mostly consisted in thrombocytopenia (n=89), neutropenia (n=81) and

acute myeloid leukemia (n=72). The average duration of the ADR was 54 days. Outcome was

unknown in 50 reports and complete recovery was observed in more than half of the reports

(n=294, 51.2%). Death was observed in 7.4% of the reports (n=43), due to agranulocytosis

(n=4), anemia (n=5), aplasia (n=3), disseminated intravascular coagulation (n=1), bone

marrow failure (n=7), hemorrhage (n=4), acute myeloid leukemia (n=3), leucopenia (n=4),

lymphopenia (n=1), neutropenia (n=4), decreased haemoglobin (n=1), coagulopathy (n=1)

and thrombocytopenia (n=5). Patients did not recover from their ADR in 80 reports and

Page 61: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

60

recovery was still ongoing in 44 reports. A DPD deficiency was reported in 5 of these reports

including 3 reports with a fatal outcome.

Gastro-intestinal disorders:

Gastro-intestinal ADRs were observed in 360 reports (12.8%), with a median time to onset

after 63 days of treatment. The average duration of the ADR was 13 days. The main reported

gastro-intestinal ADRs were diarrhea (n=127), vomiting (n=56) and nausea (n=36). Complete

recovery was observed in most of the reports (n=238, 66%) and a fatal outcome was observed

in 15 reports (4.2%), due to diarrhea (n=5), vomiting (n=2), abdominal pain, hemorrhagic

enterocolitis, ischemic bowel disease, nausea, intestinal obstruction, duodenal perforation,

mouth ulcers, and bowel fistula. Outcome was unknown in 13 reports, not recovered in 25

reports and recovery ongoing in 27 reports. A DPD deficiency was reported in 3 of these

reports including a grade 6-mucositis observed in a DPD deficient 60-year-old patient leading

to the realization of a prosthesis. A digestive disease history (i.e. gastralgia, ulcer,

gastroesophageal reflux disease, gastritis, and esophagitis) was reported in 23 reports (1.3%).

Only one patient with a medical history of gastroesophageal reflux disease experienced

digestive ADR (diarrhoea). No statistical test was performed.

Skin and subcutaneous tissue disorders:

Skin disorders were observed in 326 reports (11.6%) with a median time to onset after 47

days of treatment. The average duration of the ADR was 37 days. The main reported skin

ADRs were alopecia (n=125), hand-foot syndrome (n=24), erythema (n=23), rash (n=21) and

prutitus (n=15). In most of the reports (n=155, 47.5%), adverse event was not recovered, and

complete recovery was observed in 124 reports (38%). A fatal outcome was observed in a

patients with cutaneous necrosis and intestinal fistula observed after FOLFIRI (5-FU +

irinotacan)/bevacizumab first cycle. A 57-year-old male patient experienced maculopapulous

Page 62: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

61

rash with Nikolsky positive sign for 80% of total body surface area, neutropenia, kidney

failure and thrombocytopenia a couple days after FOLFOX (5-FU + oxaliplatin) cycle.

Couple of weeks later, multiple organ failure (respiratory injury, kidney failure, hemodynamic

instability, mucous injury, severe coagulopathy) was observed. Patient died with cardiac

failure. DPD deficiency was identified after the onset of the ADR.

Cardiac disorders:

Cardiac disorders were observed in 261 reports (9.3%) with a median onset after 34 days of

treatment. The average duration of the ADR was 20 days. The main cardiac ADRs were

coronary arteriospasm (n=27), decrease ventricular ejection fraction (n=27), heart failure

(n=25) and myocardial infarction (n=20). Complete recovery was observed in most of the

reports (n=118, 45.2%) and 15 deaths were observed due to cardiac arrest (n=5), cardiogenic

shock (n=4), cardiorespiratory arrest (n=2), arythmia, myocardial necrosis, coronary

arteriospasm and heart failure. Cardiovascular risk factors (age and sex excluded) i.e. arterial

hypertension, dyslipidemia, diabetes (diabetes related to pregnancy excepted), tobacco or

alcohol use, obesity, sedentarity, metabolic syndrome, atherosclerosis, arrhythmia,

thrombophlebitis, stroke, angina pectoris and Marfan syndrome were reported as medical

history in 430 (28.6%) of the overall reports. A total of 85 of these patients experienced

cardiac ADR. No significant difference was observed between the occurrence of cardiac ADR

according to cardiovascular risk factor (p=0.0846). No DPD deficiency syndrome was

observed among patients who experienced cardiac disorders.

DPD deficiency investigation:

DPD deficiency investigation was documented in 50 reports (3.4%) and a deficiency was

identified in 22 patients (Table 5). Details of patients who experienced an ADR while having

a DPD deficiency are described in Table 6.

Page 63: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

62

Table 5: DPD deficiency investigation results according to seriousness criterion (n=50)

DPD deficiency

results

n

=

Seriousness criterion

Death Life-

threatening

Hospitalization

(initial or

prolonged)

Disability

Other

medically

important

conditions

Total DPD

deficiency

3 2

1

Severe DPD

deficiency

3 1

1 1

Partial DPD

deficiency

8 4

4

Deficiency with

unspecified

intensity

8 1 5 1 1

Result not

reported

3 1

2

No DPD

deficiency

25 1

4 17 1 3

Table 6: DPD Deficient patient reports

Age Sex DPD deficiency Co-suspected

drugs

Adverse event Causality

10 M Unspecified

intensity

None Hypersensibility,

angioedema

Likely

55 M Unspecified

intensity

Oxaliplatin Optic neuritis,

blindness

Plausible

58 F Unspecified

intensity

folinate, oxaliplatin Diarrhea, Vomiting Plausible

57 M Unspecified

intensity

Oxaliplatin Generalized rash, bone

marrow failure,

multiple organ failure,

bacterial sepsis

Doubtful

39 M Unspecified

intensity

None Agranulocytosis Plausible

72 F Unspecified

intensity

None Tongue edema Plausible

75 F Unspecified

intensity

None Neutropenia Plausible

72 M Unspecified

intensity

Cetuximab,

irinotecan

Decreased oxygen

saturation, thrills

Plausible

NA F Partial None Inflammation of the

mucosa, vomiting,

diarrhea

Plausible

NA F Partial Cisplatin,

docetaxel

Alopecia, Diarrhea,

Nausea

Plausible

Page 64: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

63

51 F Partial Cisplatin Alopecia, Diarrhea, oral

mucosa erosion, febrile

aplasia, vomiting,

Plausible

60 M Partial Cisplatin Encephalitis, epileptic

seizure, confusional

state, Horner's

syndrome, Aphasia,

Sensitive and motor

disorders, dysphagia,

hyperammoniemia,

Plausible

78 F Partial Cisplatin Agranulocytosis,

inflammation of the

mucosa,

thrombocytopenia,

kidney failure

Plausible

46 M Partial Morphine, calcium

folinate,

oxaliplatin,

cisplantin,

zopiclone

Coma, dyspnea, shock,

miosis

Doubtful

69 M Partial None Bone marrow failure,

anemia,

thrombocytopenia,

agranulocytosis

Plausible

89 F Partial None Agranulocytosis Plausible

NA F Severe None Inflammation of the

mucosa,

agranulocytosis,

thrombocytopenia,

diarrhea, coagulopathy

Plausible

55 M Severe None Stomatitis,

hepatocellular damage,

febrile neutropenia,

decreased weight

Plausible

55 M Severe None Stomatitis, bone

marrow failure, acute

kidney failure,

depressed level of

consciousness,

encephalopathy,

hypertonia

Plausible

65 F Total None Inflammation of the

mucosa, aplasia, septic

shock

Plausible

75 M Total None Diarrhea, mucositis,

hypovolemia, aplasia,

septic shock

Plausible

60 F Total None Thrombocytopenia,

anemia,

agranulocytosis,

Likely

Page 65: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

64

pancytopenia, lockjaw,

dysphagia, septic

shock, inflammation of

the mucosa

DISCUSSION:

To our knowledge, we provide a country-wide unique overview of PV reports related to the

use of 5-Fluorouracil over a 10 year period. A total of 1505 reports were recorded in the

FPVD between 2005 and 2015 with 2816 adverse drug reactions. Patients were mostly

women, which may confirm that women are more prone than men to severe toxic effects

when treated with fluorouracil as previously described in the literature [18] [19] [14] [20].

Almost half of 5-FU prescriptions were related to colorectal cancers (42%). Main other

indications were breast (25%) and head and neck cancer (9%) and these data were in line with

the main indications of 5-FU intake.

Elderly patients over 70 years represented 25.3% of the reports. According to Sargent et al.,

ADRs did not seem to be more frequent in the elderly (age over 70 years), excepted for severe

leukopenia [21]. Only one leukopenia was observed in our study for patients over 70 years,

but blood abnormalities were most frequent than digestive or cardiac disorders. Death in

elderly patients was not more frequent (4.7% of the reports with the outcome "death due to

the effect" for the elderly vs 3.1% for patients under 70), an observation consistent with

previous reports showing that 5-FU clearance is not influenced by age [22]. Even if the

benefit of fluoropyrimidin-based adjuvant chemotherapy in those patients is still an issue

because patients enrolled in clinical trials are highly selected [23], this study tends to show

that 5-FU regimen administered to elderly patients in the real life setting does not lead to a

higher mortality than patients under 70.

Main reported ADR were in line with the Summary of Product Characteristics and the

literature and included hematologic and lymphatic systems disorders, gastro-intestinal

Page 66: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

65

disorders, and skin and subcutaneous tissue disorders. Median time to appearance was in line

with the study of Soveri et al. [7] for neutropenia (i.e. 42 days in our study vs 2 months), for

mucositis (74 days vs 1 month), for nausea/vomiting (72 days vs 1 month), hand-foot

syndrome (104 days vs 2 months) and diarrhea (61 days vs 2 months). The most frequent

ADR associated with the use of 5-FU were also in accordance with a similar study performed

on the FDA database between 2004 and 2009 [13]. However, our study highlights other

adverse events such as acute myeloid leukemia, acute kidney failure and alopecia. Indeed,

therapy-related acute myeloid leukemia (t-AML) following 5-FU chemotherapy was observed

in 4.8% of the reports. This is the fifth most frequent adverse event observed in this study and

the most frequently reported life-threatening ADR. Although it had been already described in

reports with times to onset in line with the one in our study (median time to onset of 39

months) [24] [25] [26] [27], t-AML is not listed in the summary of product characteristics of

5-FluoroUracil [2] and oncologists should be aware of this ADR. Acute kidney failure was the

sixth most common adverse event observed in this study (4.4% of the reports). Although

platins were the most common other cancer drug suspected (observed in almost 44% of the

reports of kidney failure), platins were involved in 83% of acute kidney failure reports which

support the idea that kidney failure is a 5-FU related ADR. Indeed, mechanism underlying 5-

FU induced renal toxicity is not fully clear but Rashid et al. suggested oxidative stress and

apoptosis as the plausible mechanism behind 5-FU renal toxicity [34]. Acute kidney failure is

not listed in the summary of product characteristics of 5-FluoroUracil and physicians should

be aware of this ADR [2].

Cardiac toxicity was also frequent in our study (9.3% of the reports). In the literature,

incidence of cardiac toxicity related to 5-FU ranges from 1% to 18%, with a mortality rate

between 2 and 13% [28] [29]. No significant difference was observed between the occurrence

of cardiac ADR according to cardiovascular risk factor, which was consistent with the study

Page 67: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

66

of Tsibiribi et al., where 1350 patients experienced cardiotoxicity of 5-FU with no prior

history of heart disease [30]. Lamberti et al. showed in 2014 that 5-FU could induce

cardiocyte damage by oxidative stress [31]. Montastruc et al. reported in a case/non-case

study that 5FU was indeed associated with dilated cardiomyopathy (ROR was 10.9) [32]. A

recent review about cardiotoxicity in cancer patient [33] identified chest pain, palpitations,

dyspnea and hypotension as most common symptoms. In our study, palpitation was observed

in only 4 patients. In MedDRA, chest pain (n=36) was recorded in the SOC "General

disorders and administration site conditions", dyspnea (n=27) is recorded in the SOC

"Respiratory thoracic and mediastinal disorders", and hypotension (n=17) in the SOC

"Vascular disorders" which may have underestimated the number of cardiovascular

ADR.Similarly, ADR defined as abnormal electrocardiogram (ECG), ST-segment elevation

on ECG or electrocardiographic signs of myocardial ischemia (n=7) were recorded as SOC

"Investigations" and were not taken into account. The variability in incidence rates could also

be influenced by the use of concurrent anthracyclines. Anthracyclines are well-known to be

cardiotoxic, with incidence rate ranging from 1 to 26% [34]. In our study, concurrent

anthracyclines was reported in 34 reports of cardiac disorders (i.e 11.4% of all cardiac ADRs).

Method of 5-FU administration seems also to influence cardiotoxicity occurrence [35] [33]

but this factor could not be investigated in our study.

A total of 133 deaths were reported between 2005 and 2015. Most frequently reported ADRs

with fatal outcome were septic shock, bone marrow failure, acute kidney failure, cardiac

arrest, thrombopenia and diarrhea. DPD deficiency was observed for 8 reports with a fatal

outcome. However, it is hard to know if DPD deficiency was investigated and not reported to

the regional centre of Pharmacovigilance or if it was not investigated at all. Despite countless

reports ranging from single case-reports to large meta-analysis showing that pre-treatment

checking for DPD status is well-known to prevent from life-threatening toxicities upon 5-FU

Page 68: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

67

intake, no official recommendation for preliminary testing has been undertaken by health

agencies, neither in Europe nor in the U.S [9]. Implementing DPD screening before 5-FU

administration could help to reduce the risk of 5-FU-induced toxicities and death by adjusting

5-FU posology [8].

Conclusion:

Most frequent 5-FU-induced ADR reported in France are blood disorders, gastro-intestinal

disorders, skin disorders but also include cardiac disorders (i.e. coronary arteriospasm,

decrease ventricular ejection fraction, heart failure and myocardial infarction). Our study

based on pharmacovigilance data enabled to highlight unexpected ADRs related to 5-FU such

as acute myeloid leukemia and acute kidney failure. Oncologist should be aware of these

potential adverse events. In France, death or life-threatening ADR is still occurring among

patients receiving 5-FU-based regimen. Pre-treatment checking for DPD status should be

performed more frequently to prevent life-threatening toxicity in patients receiving 5-FU and

DPD status should also be reported to pharmacovigilance authorities systematically when

patients experience 5-FU related toxicity in order to improve knowledge concerning the safety

profile of 5-FU in real life setting.

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Page 76: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

75

II. Etat des connaissances actuelles sur la déficience en DPD

(Article 2)

Il semblait intéressant, pour mieux comprendre le sujet de cette thèse, de faire un point sur

l'état des connaissances actuelles concernant la déficience en DihydroPyrimidine

Déshydrogénase (DPD).

Utilisé dans le traitement de nombreux cancers solides, le 5-FluoroUracile est une des

molécules les plus prescrites au monde en oncologie.

Environ 85% de la dose administrée est rapidement catabolisée par la DihydroPyrimidine

Déshydrogénase (DPD), ce qui laisse une faible proportion de la dose disponible pour les

activités cytotoxiques. Ce rapide catabolisme explique sa demi-vie extrêmement courte

(inférieure à 20 minutes) et par conséquent le recours aux perfusions continues pour son

administration. Le métabolisme du 5-FU a été largement étudié. Un syndrome

pharmacogénétique, connu sous le nom de "DPD deficiency" (déficience en DPD), résulte

dans la perte totale ou partielle de cette capacité à détoxifier le 5-FU dans le foie, ce qui

implique des cas de toxicités importantes à posologies standards chez 20-35% des patients

et 3% de décès toxiques.

L'étude du statut DPD est totalement validée par la FDA et l'EMA, qui contre-indique

l'utilisation de fluoropyrimidines (5-FU, capecitabine, et tegafur) chez les patients ayant une

déficience en DPD connue. Cependant, il n’existe aucune recommandation officielle.

Il n'existe pas de méthode standard pour le dépistage de la déficience en DPD. Le

génotypage (Real-Time PCR, Next Generation Sequencing, High Resolution Melting, etc)

permet de donner une réponse rapide, relativement peu coûteuse et univoque. Ces

techniques sont supportées par de larges cohortes. Cependant, malgré une spécificité

acceptable, la sensibilité est faible en raison de la faible incidence de patients mutés dans la

population générale. Selon cette approche, seuls les single nucleotide polymorphisms

connus peuvent être recherchés. A l'inverse, le phénotypage (ratio dihydrouracile/uracile,

marqueur de l'activité de la DPD dans le plasma, le plus communément utilisé en HPLC-UV),

est chronophage, et les méthodes peuvent difficilement être automatisées. Le niveau de

Page 77: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

76

preuve est plus faible, puisque les résultats publiés actuellement sont issus d'études

monocentriques ou rétrospectives, mais les sensibilités et spécificités sont correctes.

Des études coût-efficacité ont été menées récemment. L’équipe de Deenen a publié en 2016

une étude sur 2038 patients cancéreux une comparaison du coût entre l’adaptation

posologique à partir du génotypage de DPYD*2A et une cohorte historique de mutants

DPYD*2A traités par des posologies standards. Il a été observé que le coût attendu par

patient avec le traitement optimisé par le génotypage était de 2772€ contre 2817€ sans la

stratégie de dépistage, ce qui résultait en une économie de 44€ (74-331€) par patients selon

des simulations de Monte-Carlo [148].

Eviter les toxicités devient un enjeu majeur, au-delà de la qualité de vie et du risque de

décès, car notamment la neutropénie conduit à :

1. Interrompre les traitements avec effets délétères sur la survie

2. Implique l’introduction d’antibiotiques à large spectre qui perturbent le microbiote

intestinal nécessaire à une bonne réponse immunitaire antitumorale

3. D’autre part, Les neutrophiles sont impliqués dans la réponse immune au cancer.

Page 78: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

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Page 79: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

78

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Clinical Cancer Drugs, 2017, 4, 000-000 1

[1]

REVIEW ARTICLE

Upfront DPD Deficiency Detection to Secure 5-FU Administration: Part 1 – Where Do We Stand? Manon Launay

1,2,3, Joseph Ciccolini

1,3,*, Anne Rodallec

3, Claire Fournel

4, Florence Duffaud

4,

Sébastien Salas4

and Bruno Lacarelle1,3

1Laboratoire de Pharmacocinétique Clinique, La Timone University hospital of Marseille, APHM Marseille France;

2Laboratoire de Pharmacologie, European Hospital Georges Pompidou, APHP Paris France;

3SMARTc Unit, Inserm

S_911 CRO2, Aix Marseille Univ, Marseille France; 4Medical Oncology unit, La Timone University hospital of Mar-

seille, APHM Marseille France

Abstract: 5-Fluoro-Uracil (5-FU) ranks among the most widely prescribed anticancer agents world-

wide. Fluoropyrimidines are a mainstay in the treatment of numerous solid tumors, mostly used in

combination with other cytotoxics, targeted therapies or biologics. Because most of the administered

5-FU dose will undergo extensive catabolism driven by dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD), a

liver enzyme that converts 5-FU into inactive metabolite, drug dosing is particularly high in some set-

A R T I C L E H I S T O R Y

Received: December 28, 2016

Revised: April 11, 2017

Accepted: April 14, 2017

DOI:

10.2174/2212697X04666170531080625

tings such as digestive or head-and-neck cancers. Variations in fluoropyrimidine disposition are a ma-

jor cause for the erratic pharmacokinetics profile observed in cancer patients. Because of the elevated

doses administered, DPD-deficient patients are likely to experience life-threatening toxicities and

those are now a rising issue regarding pre-emptive strategies to be undertaken to improve safety. Nu-

merous clinical reports and meta-analysis have investigated on possible strategies to forecast DPD de-

ficiency, thus opening the way to preventive adaptive dosing strategies with 5-FU or oral capecit-

abine. To date, defining the best upfront method to sort patients on their DPD status remains a chal-

lenging issue because genotyping approaches show a low sensitivity with respect to the actual number

of 5-FU-related toxicity reported cases, and that phenotyping approaches have several technical limi-

tations. This Part-1 aims at covering the achievements, limits and perspectives of current strategies to

detect DPD deficiency at the bedside.

Keywords: 5-FluoroUracil, fluoropyrimidine, dihydropyrimidine dehydrogenase, personalized medicine, DPD deficiency,

pharmacogenetics, toxicity.

1. PHARMACODYNAMICS: 5-FU, AN UNDERESTI-

MATED MULTI-TARGET PRODRUG

As all other drugs acting as antimetabolites, 5-FU is a

prodrug that must be activated to the nucleotide or deoxynu-

cleotide levels to exert its cytotoxic activity: 5-FUTP incor-

poration into RNA leads to profound effects on the synthesis,

stability, processing and methylation of RNA; 5-FdUTP into

DNA leads to the inhibition of DNA elongation and to DNA

fragmentation and the most important anti-tumour effect is

due to the inhibition of thymidylate synthase by FdUMP.

This enzyme is essential for the de novo synthesis of

thymidylate used for the synthesis of DNA [1] (see Fig. 1:

Metabolism and anabolism of 5-FluoroUracil). Although

initially developed and presented as an anti-TS agent, 5-FU

*Address correspondence to this author at the SMARTc, Laboratoire de

Pharmacocinétique Clinique, CHU Timone, 265 rue St Pierre, 13385 Mar- seille cedex 05, France; Tel: +33 491 835 509; Fax: +33 491 835 667;

E-mail: [email protected]

proved to achieve antiproliferative activity through a variety

of alternate mechanisms of action such as interfering with

RNA or inducing single-strand breaks in tumor DNA [2], the

balance between the different mechanisms depending on the

underlying status of activating enzymes (e.g., thymidine

kinase, thymidine phosphorylase, orotate phosphoribosyl

transferase) within tumor cells.

Fluoropyrimidine drugs are a mainstay in the treatment

of numerous solid tumors frequently found in adults (i.e.

digestive, head and neck, breast cancers) but can be given

as well in countless indications. In the U.S., 275 000 new

patients are expected to receive a 5-FU-based therapy each

year [3] Variations in fluoropyrimidine disposition are a

major cause for the erratic pharmacokinetic (PK) profile

observed in most cancer patients with possible outburst of

severe, and sometimes life-threatening or lethal toxicities

[4]. Standard dosing with 5-FU usually claims 15-35% of

severe toxicities and 0.5-3% of toxic deaths, depending on

the setting and the regimen.

2212-697X/17 $58.00+.00 ©2017 Bentham Science Publishers

Page 80: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

79

Fig. (1). Metabolism and anabolism of 5-FluoroUracil.

2. 5-FU PHARMACOKINETICS AND THE PIVOTAL

ROLE OF DPD

About 85% of the administered 5-FU is rapidly catabo-

lized by Dihydro-Pyrimidine Dehydrogenase (DPD), which

makes only a small part of the initial drug dosing available

for cytotoxic activity eventually (i.e., TS inhibition, DNA

and/or RNA targeting). This extensive catabolism explains

the extremely short plasma half-life (<20 min) of 5-FU and

the need for performing long-lasting infusions using elevated

doses in patients so as to ensure sustained drug levels. The

catabolic pathway of 5-FU has been extensively studied,

both on the bench and at the bedside, for decades now. A

pharmacogenetic syndrome, known as DPD deficiency, re-

sults in partial or total loss of ability to metabolize 5-FU in

the liver [4]. By partially or totally impairing the detoxifica-

tion pattern of 5-FU, DPD deficiency is responsible for most

cases of life-threatening toxicities upon 5-FU intake in pa-

tients to whom the drug has been administered with standard

dosing. Depending on the regimen, administration of stan-

dard 5-FU usually leads to severe toxicities in one third of

the patients, and up to 3% of toxic deaths have been already

reported in fragile patients such as the elderly [5, 6]. Ethnic-

ity (e.g., afro-american) and gender (e.g., women) could be

additional risk factors [7]. Major non-hematologic toxicities

(grade 3-4) include diarrhea in 10% to 20% and mucositis in

10% to 25% of patients. The major hematologic toxicity is

neutropenia, ranging from 10% to 45% with possible sepsis

[6]. Checking for DPD status helps to reduce incidence and

severity of side effects by allowing adaptive dosing strate-

gies. DPD-deficiency is fully acknowledged and the US-

FDA and EMA European Public Assessment Report (EPAR)

both state now that 5-FU, capecitabine and tegafur are con-

traindicated in patients with known DPD deficiency. DPD is

encoded by the gene DPYD, which consists of 23 exons

spanning 950 kb on chromosome 1p22. More than 160 single

nucleotide polymorphisms have been described, some result-

ing in altered or near-complete loss of enzyme activity [8]. In

a study including 2594 patients, three DPYD variants

(DPYD*2A, D949V and I560S) were associated to increased

5-FU toxicity. Statistically significant associations were

found between DPYD variants (i.e., DPYD*2A and D949V)

and increased incidence of grade 3 or greater 5FU-induced

adverse events (AEs) in patients treated with adjuvant 5-FU-

based combination chemotherapy. A statistically significant

association could not be demonstrated with I560S because of

its low frequency [9]. In a retrospective study encompassing

568 patients with colorectal cancer, Deenen and colleagues

demonstrated that DPYD*2A and D949V were also signifi-

cantly associated with capecitabine-induced grade 3 to 4

toxicities and toxicity-driven dose reductions [10]. The most

well-studied variant is a splice-site mutation, IVS14+1G>A,

also known as DPYD*2A, located on exon 14-flanking re-

gion and causing skipping of 165 base pairs involved in

more than 50% of the cases in Western populations. Associa-

tion between severe toxicity and DPD variants DPYD*2A,

D949V, I560S and HapB3 has been studied and totally con-

firmed by several meta-analyses [11-13]. However, HapB3

was not significantly associated with grade-3 AEs in a study

including 1953 stage III colon cancer patients [14]. Recently,

the c.496A>G polymorphism was the DPYD gene variant

which was exclusively seen in patients with KRAS wild type

colorectal cancer in a clinical study in Norway. The authors

suggested that this genetic profile could define a new patient

group requiring alternative combined therapeutic approaches

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80

[15]. Overall, it has to be noted that even after encapsulating

the most frequently reported SNPs on DPYD, the number of

patients bearing a mutated allele is still far below the number

of patients developing severe toxicities, thus raising ques-

tions about the sensitivity of genotyping DPYD to detect the

majority of patients at risk. In addition, only approximatively

50-80% of heterozygote carriers of a low-activity allele de-

velop severe fluoropyrimidine related toxicity according to

several studies. This may indicate allelic regulation of DPYD

or compensation by another DPYD variant on the second

allele [16], thus suggesting that specificity could be

improved too.

In addition to genetic mutations, the importance of ge-

netic and epigenetic regulations of the DPYD gene may be

critical, although not yet fully elucidated. Strong correlations

have been reported between DPD activity and mRNA levels,

suggesting that transcriptional regulation should be an im-

portant mechanism leading to marked variation in DPD ac-

tivity [17]. SP1 and SP3 proteins have been identified as

transcription activators of the DPYD gene. These proteins

could thus be used as a marker for DPD expression [18].

Conflicting data related to the association between methyla-

tion of the DPYD promoter region with severe toxicity to 5-

FU have also been reported [19, 20]. Thus, the exact mecha-

nisms associating methylation with DPD down-regulation is

still unclear and still under intense investigations.

DPD activity follows a profound circadian rhythm [21,

22] and a Normal or Gaussian distribution. Various studies

have been undertaken to identify clinical and paraclinical

covariates associated with 5-FU PK variability: the influ-

ences of age, gender, ethnicity, dose and route of administra-

tion [23-28]. A wide interindividual variability has been ob-

served in pharmacokinetics, and DPD deficiency accounts

for the most significant changes in PK parameters. For in-

stance, 5-FU clearance fell from 65 down to less than 1 L.h-

1.m-2, with a subsequent half-life increased from 0.7 to more

than 5 hours in a subset of patients displaying profound al-

terations in DPD function [29]. Patients with DPD defi-

ciency exhibited 5-FU plasma levels up to 15 times higher

than those normally expected, with subsequent life-

threatening toxicities. A loss in DPD activity could be de-

tected in 39 to 75% of the patients with unexpected early

severe 5-FU toxicity [1, 30]. By inhibiting the detoxification

of 5-FU, DPD deficiency is thus responsible for most cases

of life-threatening toxicities upon 5-FU intake in patients to

whom the drug has been administered at standard dosages.

Of note, based upon DPYD genotyping partial or total DPD

deficiency are described for 3 to 5% and 0.2% of the pa-

tients, respectively [31]. But in other studies DPD deficiency

assessed by functional testing was found in 15% of the head

and neck cancer patients [32], or in 23% of patients with

digestive cancer [33], thus illustrating how the incidence of

the deficiency could depend on the very method used to de-

tect it.

3. SCREENING FOR DPD DEFICIENCY: THE

NEVER-ENDING STORY

No approach to sort patients on their DPD status stands

yet as a standard, due to a wide range of biases, technical

limitations, or inadequacies with routine clinical practice

requiring simple, rapid and inexpensive detection methods

with great sensitivity and specificity. Overall, genotyping

DPYD provides rapid, relatively cheap and univocal infor-

mation – using techniques that can be automated and made

widely available in the era of genomics. Sorting patients on

their genotype is usually considered to have an acceptable

specificity but is hampered by poor sensitivity, due to the

low incidence of mutated patients in the general population.

However, despite these drawbacks the level of evidence with

genotyping DPYD is supported by large cohort studies and

several meta-analysis. Conversely, phenotyping DPD re-

quires time-consuming and tricky methods that can be hardly

automated – with a weaker level of evidence because most

clinical reports published thus far are monocentric or retro-

spective studies. In addition, specificity and sensitivity of

phenotyping DPD as a mean to detect toxic patients remains

to be correctly evaluated.

3.1. Genotyping Approaches

These methods are based upon a wide range of tech-

niques, ranging from Real-Time PCR methods to more com-

plex denaturating High Performance Liquid Chromatography

(HPLC) techniques but only a priori known single nucleotide

polymorphisms (SNPs) can be found using such approaches

[10]. Whole genome sequencing is capable of revealing rare

pharmacogenomics markers that could otherwise go unde-

tected, if conventional a priori genetic screening methods

were employed. This is the rationale for applying next gen-

eration sequencing (NGS) in order to detect rare variants [34,

35], but because a relatively small number of relevant SNPs

have already been clearly identified with DPYD, this ap-

proach is not considered as providing an extra-value over

classic PCR-based methods. As of today, High Resolution

Melting (HRM) analysis is routinely performed because of

its simplicity and rapidity [36]. More complicated with

longer run times, denaturing HPLC is capable of detecting all

known mutations and identifying unknown variations in

sequence plus promoter hypermethylations [19, 37]. Other

methods have been described in a recent review, as pyrose-

quencing, Restriction fragment-length polymorphism

(RFLP) and Single-Strand Conformation Polymorphism

SSCP [38].

Today, a rising number of clinical reports have tenta-

tively associated allelic variants with increased risk of devel-

oping severe toxicities with 5-FU or oral capecitabine. Prin-

cipal DPYD mutations are given on (Table 1). For instance,

genetic testing for the three most described variants (i.e.,

DPYD*2A, D949V and I560S) in 2886 stage III colon can-

cer patients resulted in grade≥3 5-FU-related adverse events

prediction specificity of 99.4%. However, low sensitivity

(5.3%) and negative predictive value (68.0%) were also ob-

served [9]. The Pharmacogenetics Working Group of the

Royal Dutch Association published recently guidelines about

therapeutic adjustment according to pharmacogenetic profile

[39]. According to their study of 3733 subjects, selection for

alternative treatment modality is required for homozygous

carriers of a non-functional allele on DPYD gene. Of note,

Tegafur is not a suitable alternative for 5-FU or Capecitabine

because it is also metabolized by DPD and the oncologist has

thus to switch to a non-fluoropyrimidine drug. For heterozy-

gous carriers of a non- functional allele, a dose reduction of

Page 82: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

81

Table 1. Main DPYD mutations and resulting consequences on DPD activity.

Mutation Frequency Effect on DPD Activity

Rs3918290 or

IVS14+1G>A or DPYD*2A

<0.005 - 3.5%

Rare in Asian or African

American subjects

DPYD*2A catalytically

inactive Low DPD activity

(<12.5% activity),

fluoropyrimidine toxicity

Rs67376798 or 2846A > T

or D949V

0,56%

Low DPD activity (>25%

activity) and

fluoropyrimidine toxicity

Rs55886062A>C or I560S

or DPYD*13

Rare (0.07%)

Low DPD activity (12.5 –

25% activity) and

fluoropyrimidine toxicity

Rs42549303C>del or

DPYD*3

rare

Probable Reduced-

function /

decreased activity

Rs1801159T>C or

1627A>G or DPYD*5

7 (in Finnish subjects) –

30 %

Contradictory results

Rs1801160C>T or

2194G>A or DPYD*6

0.7 – 9 %

Contradictory results

Rs1801265A>G or 85T>C

or DPYD*9A

2.9 – 13.7 %

Contradictory results

DPYD*4 - Contradictory results

Y186C

26 % in population with

African ancestry

associated with reduced

DPD activity [12]

46% reduction

Del TCAT295-298 or

DPYD*7

-

Nun-functional enzyme

1156 G > T or E386Ter - Nun-functional enzyme

2657G > A or R886H or

DPYD*9B

-

25% DPD activity

G2983 or V995F or

DPYD*10

- Potential interference with

electron flux

1590T > C on the DPYD

gene promoter

-

Lower DPYD expression

50% is advised for 5-FU or Capecitabine. Recently,

Meulendijks and colleagues published a systematic review

on 7365 subjects from 8 studies. DPYD c.1679T>G,

DPYD*2A, c.1236G>A/HapB3 and c.2846A>T were sig-

nificantly associated with severe fluoropyrimidine-associated

toxicities, whereas c.1601G>A was not found to be a risk

factor. For c.1679T>G, only eleven patients with this muta-

tion had been described and the risk of global severe toxicity

was four times increased with this variant. The decrease in

DPD activity is expected to result in a 50-100% increase in

tissue exposure to fluorouracil, thus leading to recommend-

ing a dose reduction of 50% in patients with c.1679T>G. For

c.1236G>A/HapB3, Meulendiiks and colleagues observed a

half reduction in DPD activity compared with DPYD*2A,

and thus recommended a dose reduction of 25% in heterozy-

gous patients. Although the risks of severe gastrointestinal

and haematological toxicities were increased in c.1679T>G

and c.1236G>A/HapB3 carriers, the risk of hand foot syn-

drome was not, suggesting a weaker association between

DPYD variants and occurrence of hand-foot syndrome oc-

curring after several cycles of fluoropyrimidine treatments

[13]. This illustrated how DPYD genetic polymorphism is

more associated with early severe toxicities, and less with

cumulative ones. Li and colleagues analyzed in a meta-

analysis in 2014 seven studies including 946 CRC patients.

IVS14+1G>A, 464T>A and 2194G>A polymorphisms were

significantly correlated with a higher incidence of bone mar-

row suppression, the occurrence of gastrointestinal reactions

and hand-foot syndrome in CRC patients [40]. In 2015, Le-

ung et al. assessed the association between DPYD polymor-

Page 83: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

82

phisms and the occurrence of severe toxicity in 764 Asian

patients. A total of 41 polymorphisms were evaluated in 5

studies and 19 were formally associated with grade 3 or 4

toxicities but details for each SNP were not provided in this

study [41] (see Table 2).

3.2. Functional Testing

Because of its ubiquitous localization, evaluating DPD

activity in easily available surrogate tissues (such as lym-

phocytes or fibroblasts) can be used as a marker for the ac-

tual liver function, despite mixed correlations between ac-

tivities. Admittedly, peripheral blood mononuclear cell DPD

levels below 150 pmol/min/mg protein are associated with a

partial deficiency and DPD levels below 50 pmol/min/mg

protein are associated with total deficiency [42-45]. Enzy-

matic activity is mainly assessed using costly radio-HPLC

method measuring radio-labelled 5-FU conversion but alter-

native HPLC methods not requiring radio-labelled substrates

have been proposed [46, 47]. The most common method

used to determine DPD status now is using a surrogate phe-

notyping test based upon the monitoring of the endogenous

dihydrouracil (UH2) to uracil (U) (UH2/U) ratio in plasma

after standard liquid–liquid or solid-liquid extractions using

a simple and time-effective High Performance Liquid Chro-

matography with UltraViolet detector (HPLC-UV) method

[30, 32]. Mass spec analysis can alternatively be used to

measure both U and UH2 in plasma. Although indirect, this

method is faster and cheaper than the direct assay for DPD

activity in Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) that

requires multi-step sample preparation procedure, plus costly

handling of radiolabelled material and radioactive waste.

Because U is metabolized into UH2 by DPD (see Fig. 1),

monitoring (UH2/U) ratio and comparing the value of a

given patient with standard values recorded in a reference

population (ideally, patients with no severe toxicities after

being treated with 5-FU), should allow the detection of pa-

tients at risk of impaired DPD activity and therefore drug-

related side effects. Calculation of such a ratio permits the

determination of DPD status as a continuous variable. A ret-

rospective french study fluoropyrimidines, 80 of whom

(13%) displaying severe toxicities. Simplified ratio determi-

nation in plasma was retrospectively performed in these pa-

tients, as a surrogate marker of DPD activity. Comparison of

the U/UH2 ratios with a reference, population without toxic-

ity, showed abnormal values suggesting impaired DPD activ-

ity in 71 % of the patients with toxicity, and in 4 out of 5

patients (80%) with fatal outcomes [30]. The same group

used this ratio strategy prospectively to customize dosing in

head and neck [32] and digestive [33] cancer patients.

Whereas mean dosing in 5-FU was cut by average 30% in

patients with abnormal ratios, no loss in efficacy was ob-

served as compared with patients treated with standard dos-

ing, and the incidence of early severe toxicities was found to

be markedly lower than usually published in these settings.

Such ratio determination strategy was associated with sensi-

tivity and specificity around 80% in another study performed

on 252 patients [48]. Van Staveren and colleagues have stud-

ied orally administered uracil as a possible tool for screening

of DPD deficiency. After the administration of 500 mg/m²

uracil, the pharmacokinetics of uracil, including AUC and

Cmax, displays significant difference according to the DPD

status [49]. More recently, several alternate functional testing

have been developed to detect patients at risk of severe tox-

Table 2. Recent meta-analysis on DPYD genotype as predictive marker for toxicities.

Authors and Years Patients Included Clinical Studies Included SNPs Studied Correlation with Toxicities

Meulendijks et al. 2015 7365 8 c.1679T>G

c.1601G>A

c.1236G>A/HapB3

DPYD*2A

c.2846A>T

Significant

Non significant

Significant

Significant

Significant

Li et al. 2014 946 (CRC patients) 7 IVS14+1G>A

464T>A

2194G>A

85T>C

496A>G

1896T>C

1627A>G

Significant

Significant

Significant

Non significant

Non significant

Non significant

Non significant

Leung et al. 2015 764 5 41 assessed polymorphisms and

19 formally associated with grade

3 or 4 toxicity

-

Rosmarin et al. 2014 4855 17 36 assessed polymorphisms and

only 4 associated with grade 3 or

4 toxicity (TYMS 5’VNTR

2R/3R, TYMS 3’UTR 6bpins-

del, DPYD 2846TA, and

DPYD*2A)

-

Page 84: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

83

icities because of impaired elimination pattern. Using an oral

250 mg dose of thymine, and not uracil, was studied by

Duley and colleagues. Urinary excretion of thymine factored

by dihydrothymine excretion (i.e. urine thymine/dihy-

drothymine ratio) was predictive of the Cmax for thymine,

possibly mimicking the PK of 5-FU [52]. Pretherapeutic

uracil and dihydrouracil levels were also studied in saliva of

73 colorectal cancer patients. UH2/U saliva ratio was

significantly lower in patients needing drug dose reduction

during treatment due to toxicity [53]. Such salivary test had

85.7% sensitivity and 76.9% specificity to predict severe

toxicity in another study on 60 CRC patients and performed

better than standard plasma UH2/U ratio (71% sensitivity

and 76% specificity) [54], thus opening the way for novel

and simple approaches for functional testing of DPD using

surrogate tissues.

3.3. PK-guided Dosing

Rather than focusing on DPD status, preliminary evalua-

tion of 5-FU PK parameters is a appealing strategy to iden-

tify patients at risk, providing that it is realized in non-toxic

conditions, i.e. using low doses. Pharmacokinetic parameters

after administration of a test dose of 250mg/m² 5-FU were

compared to DPD status in peripheral blood mononuclear

cells on 188 gastrointestinal cancer patients. A significant

correlation between 5-FU AUC and 5-FDHU AUC was

found. PBMC DPD activity was weakly but significantly

correlated with both 5-FDHU AUC (r=0.328, P=0 .0121)

and 5-FDHU Cmax (r =0.369, P=0.0044), suggesting that 5-

FDHU plasma levels may indicate normal DPD activity [29].

In a multicenter randomized trial with 208 metastatic colo-

rectal cancer patients, standard dose regimen was compared

to adjusted 5-FU dose regimen. Adjustment was calculated

according to the results of weekly plasma concentration

measurements, following a FU dose-adjustment algorithm. A

33% overall objective response was observed with adjusted

doses, which was significantly higher than the 18% response

with standard ones. Toxicity was significantly reduced in the

PK-guided group as compared with standard Body Surface

Area (BSA) dosing, regardless of the time of treatment [51].

4. COST EFFECTIVENESS ANALYSIS

First evidences that upfront DPD testing could signifi-

cantly save costs in terms of management of treatment-

related toxicities (e.g., antibiotherapy, parenteral nutrition,

extra-stays in hospital, including in Intensive Care units)

have been first shown in the late 2000’s from single-institute,

retrospective cost-analysis studies [55]. In a thorough study

published in 2016 and performed on 2,038 cancer patients,

Deenen and colleagues compared DPYD*2A genotype-

guided dosing to historical controls with DPYD*2A variant

genotype previously treated with standard-dose fluoro-

pyrimidine-based chemotherapy. It was observed that the

expected total cost per patient with a screening strategy be-

fore fluoropyrimidine treatment was €2,772 ($3,767) com-

pared with €2,817 ($3,828) in the non screening strategy.

Probabilistic sensitivity analysis using 1,000 Monte Carlo

simulations resulted in an average cost savings of €44 (range

€74 to €331) per patient [56]. Although not directly based

upon DPD deficiency detection but on PK-driven dosing,

adjusting chemotherapy based on pharmacokinetics (PK)

instead of body surface area has been studied in metastatic

colorectal cancer patients with FOLFOX regimen. PK-

dosing and BSA-dosing arms were based on phase II studies

with a total of 317 patients. Using Markov modeling, Gold-

stein and colleagues demonstrated how PK-guided FOLFOX

provided 2.03 Quality Adjusted Life-Year (QALYs) at a cost

of $50,205 whereas BSA-guided FOLFOX provided 1.46

QALYs at a cost of $37.173. The incremental cost-

effectiveness ratio was $22,695 per QALY [57].

DISCUSSION-CONCLUSION

5-FU is the backbone of numerous regimens to treat solid

tumors in adults. Managing the efficacy-toxicity balance of

this drug is still challenging, decades after that the deleteri-

ous impact of DPD deficiency can have on safety has been

first evidenced in the mid-80’s. Since then, and despite

countless reports ranging from single case-reports to large

meta-analyses, all showing that DPD status does matter, no

official recommendation for preliminary testing has been

undertaken by health agencies, either in Europe or in the

U.S. Recently, the ESMO panel has issued its latest recom-

mendations for the management of metastatic colorectal can-

cer [58]. Although the fact that DPD deficiency was recog-

nized as an issue indeed, the ESMO has finally decided to

not recommend upfront detection, because of the lack of

clear and univocal technique to achieve adequate screening.

As underlined here, the diversity of techniques likely to be

used to determine DPD status in patients lack of consensus

regarding the best way to identify DPD-deficient patients is

much probably at the origin of this position that has triggered

several reactions [59, 60]. Of note, the low sensitivity of

genotype-based strategies is an issue indeed because the total

number of patients bearing relevant DPYD allelic variant

(i.e., less than 10%) does not match the number of patients

experiencing severe, life threatening or lethal toxicities after

5-FU administration (i.e.;, 15-30%). However, constant ef-

forts to make DPYD genotyping a reliable tool at bedside are

made [61], including as part of composite nomograms to

adjust dosing [62]. Regarding functional approaches, sensi-

tivity is probably higher but most studies are retrospective or

prospective but carried out on a relatively limited number of

patients from a single institute, thus affecting the level of

evidence expected by regulatory agencies [63]. However,

when performed, upfront screening for DPD deficiency, re-

gardless of the technology used to achieve this goal, has

proven its utility in terms of improving the efficacy-toxicity

balance of 5-FU. The Part-2 of this joint article (refer to

“Upfront DPD Deficiency Detection To Secure 5-Fu Ad-

ministration: Part 2- Application To Head And Neck Cancer

Patients” elsewhere in this issue) demonstrates how a simple

and cost-effective functional testing can help to detect defi-

cient patients requiring cut in 5-FU dosing, thus avoiding

major toxicities to show eventually.

CONSENT FOR PUBLICATION

Not applicable.

CONFLICT OF INTEREST

The authors declare no conflict of interest, financial or

otherwise.

Page 85: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

84

ACKNOWLEDGEMENTS

Declared none.

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III. Performance du typage UH2/U dans le cancer colo-rectal

(Article 3)

Nous avons implanté le phénotypage prospectif de la DPD en pratique clinique de routine

hebdomadaire, sur une base phénotypique (mesure du ratio UH2/U plasmatique). La valeur

du ratio sert à une classification fonctionnelle du patient sur son statut (voir plus haut),

permettant au médecin prescripteur le cas échéant de réduire la posologie en cas de déficit

objectivé. L’objectif de cette étude était de mesurer la performance de cette stratégie en

termes de réduction des toxicités chimio-induites et d’efficacité dans le service d'oncologie

digestive de l'hôpital de la Timone à Marseille.

Dans cette étude étaient inclus 59 patients atteints d’un cancer colorectal, 34 hommes et 25

femmes, avec une moyenne d'âge de 63.3 ans, pour lesquels un traitement contenant du 5-

FU avait été décidé. Un échantillon de sang de 3mL est recueilli pour chaque patient une

semaine avant la cure afin d'évaluer le statut DPD (phénotypage selon le ratio UH2/U). Les

patients étaient ensuite catégorisés en fonction de ce ratio en patients déficients ou "Poor

Metabolizers" (PM, ratio < 4) ou non déficients ou "Extensive Metabolizers" (EM, ratio > 4).

Les PM étaient ensuite sous-catégorisés en déficients léger (ratio compris entre 2 et 4),

intermédiaire (ratio entre 1 et 2), profond (ratio <1) et total (ratio<0.5 ou UH2 non

détectable selon la technique HPLC-UV). La posologie était alors adaptée avant la cure avec

une réduction de 15% en cas de déficience légère, de 30% en cas de déficience

intermédiaire, de 50% en cas de déficience profonde et de 100% (5-FU contre-indiqué) en

cas de déficience totale. Ainsi, 15 patients présentaient un profil PM, avec 8 déficients

légers, 6 déficients intermédiaires et 1 déficient profond. Aucune différence significative n'a

été notée en terme d'âge (69.3 ± 9.8 vs. 61.4 ± 13.6 ans), ou de genre (9 M/6F vs. 25 M/19F)

entre les groupes PM et EM.

Les posologies 15 à 50% réduites chez les patients PM donnaient une posologie moyenne

significativement plus faible (2390 ± 1225 mg) que chez les patients non déficients (3653 ±

1371 mg) (p = 0.003, t-test).

Pourtant, les toxicités et efficacités étaient comparables dans les deux groupes.

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British Journal of Clinical Pharmacology

Beating the odds: efficacy and toxicity of dihydropyrimidine dehydrogenase-driven adaptive dosing of 5-FU in patients with digestive cancer

Manon Launay,1 Laetitia Dahan,2 Manon Duval,1 Anne

Rodallec,1 Gérard Milano,3 Muriel Duluc,2 Bruno Lacarelle,1,4

Joseph Ciccolini1,4 & Jean-Francois Seitz2

1Laboratoire de Pharmacocinétique La Timone University Hospital of Marseille, Marseille, 2Digestive

Oncology Unit, La Timone University Hospital of Marseille, Marseille, 3Oncopharmacology Unit, Centre

Antoine Lacassagne, Nice and 4SMARTc Unit, U911 Cro2 Aix-Marseille Univ., Marseille, France

DOI:10.1111/bcp.12790

Correspondence Dr Joseph Ciccolini, SMARTc, Laboratoire de Pharmacocinétique Clinique, CHU Timone, 305 rue St Pierre, 13385 Marseille cedex 05, France. Tel.: +33 491 835 509

Fax: +33 491 835 667 E-mail: [email protected]

----------------------------------------------------

† Principal investigator ----------------------------------------------------

Keywords 5-FU, adaptive dosing, digestive oncology, DPD deficency, efficacy, toxicity ----------------------------------------------------

Received 13 July 2015

Accepted 20 September 2015

Accepted Article Published Online 22 September 2015

WHAT IS ALREADY KNOWN ABOUT THIS SUBJECT • 5-FU is the most-widely prescribed

anticancer drug. • Standard 5-FU dosing claims 15–30% of

severe toxicities and 1% of toxic death. • Dihydropyrymidine dehydrogenase (DPD)

deficiency is a pharmacogenetic polymorphism responsible for most cases of severe/lethal toxicities because it affects the liver disposition of 5-FU.

AIMS 5-FU is the backbone of most regimens in digestive oncology. Administration of standard 5-FU leads to 15–30% of severe side effects, and lethal toxicities are regularly reported with fluoropyrimidine drugs. Dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency is a pharmacogenetic syndrome responsible for most cases of life-threatening toxicities upon 5-FU intake, and pre-treatment checking for DPD status should help to reduce both incidence and severity of side effects through adaptive dosing strategies.

METHODS We have used a simple method for rapidly establishing the DPD phenotype of patients with cancer and used it prospectively in 59 routine patients treated with 5-FU-based therapy for digestive cancers. No patient with total DPD deficiency was found but 23% of patients exhibited poor metabolizer phenotype, and one patient was phenotyped as profoundly deficient. Consequently, 5-FU doses in poor metabolizer patients were cut by an average 35% as compared with non deficient patients (2390 ± 1225 mg vs.

3653 ± 1371 mg, P < 0.003, t-test).

RESULTS Despite this marked reduction in 5-FU dosing, similar efficacy was achieved in the two subsets (clinical benefit: 40 vs. 43%, stable disease: 40 vs. 37%, progressive disease: 20% in both subsets, P = 0.893, Pearson’s chi-square). No difference in toxicities was observed (P = 0.104, Fisher’s exact test). Overall, only 3% of early severe toxicities were recorded, a value markedly lower than the ones usually reported with 5-FU.

CONCLUSIONS This feasibility study shows how simplified DPD-based adaptive dosing of 5-FU can reduce sharply the incidence of treatment-related severe toxicities while maintaining efficacy as part of routine clinical practice in digestive oncology.

© 2015 The British Pharmacological Society Br J Clin Pharmacol / n/a–n/a / 1

WHAT THIS STUDY ADDS

• We have implemented a simple and rapid method to establish DPD status on a phenotypic basis in patients with digestive cancers.

• This method was next used to tailor 5-FU dosing according to DPD phenotype in routine cancer patients.

• Reducing 5-FU dosing in DPD deficient patients did not affect drug efficacy while it prevented severe toxicities.

• The efficacy-toxicity balance of 5-FU could be improved at low cost using this strategy.

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Introduction

5-FU is administered for treating a variety of solid tumours in adults, including digestive cancers. In patients with cancer of the lower digestive tract, 5-FU is associated with other cytoxics such as irinotecan (a.k.a. Folfiri regimen) or oxaliplatin (a.k.a. Folfox), and can be further combined with the latest available targeted therapies such as anti- VEGF or anti-EGFR1 monoclonal antibodies, making this drug the backbone of most treatments in digestive oncology [1]. Owing to the number of patients treated worldwide, limiting the occurrence of severe 5-FU-related side effects is a major issue, and it is known that patients with dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency, a pharmacogenetic syndrome resulting in partial or total loss of ability to detoxify 5-FU in the liver (Figure 1), will experience severe/lethal toxicities [2]. Depending on the regimen, administration of standard 5-FU usually leads to 15–30% of severe toxicities, and about 1% of toxic deaths have been regularly reported in the literature [3]. Historically, direct measurement of DPD enzymatic activity in lymphocytes with radiolabelled substrates has been first proposed to establish the DPD status in patients. However, it is now considered as a time-consuming, costly and potentially biased method which can fail in predicting both the 5-FU pharmacokinetic profile and pharmacodynamic endpoints [4], and a vari- ety of surrogate methods have been tested for years [5] Upfront screening for DPD deficiency should help to improve the efficacy/toxicity balance of 5-FU through adaptive dosing strategies. Various approaches have been proposed to address the issue of securing 5-FU

dosing, with noticeable results in improving clinical outcome [6]. However, most of them require heavy phar- macokinetics and/or expensive phenotyping-genotyping combined strategies with multiple sampling, that may not always meet the bedside requirements of implementation as a routine practice next [7, 8]. We have therefore developed a cost-effective and rapid surrogate method to establish, on a phenotypic basis using a single blood sam- ple and standard h.p.l.c. equipment, the DPD status in pa- tients scheduled for a 5-FU-based regimen [9] and to tailor dosing accordingly. Here, we present the clinical results of this rapid DPD-driven adaptive dosing strategy over 1 year of routine clinical practice in the digestive oncology unit of our institute.

Methods

• Patients Any new adult patients admitted in the Digestive Oncology Unit of the La Timone University Hospital of Marseille, France and scheduled for any 5-FU-based regimen were considered. A total of 59 adult patients (34M/25F, mean age 63.3 , range 24–83 years old, 92.6% Caucasian, 5.7% northern African, 1.7% African) were hospitalized over 1 year of routine clinical practice in the unit. All patients were scheduled for a 5-FU-containing regimen for treating digestive cancer (e.g. colorectal, rectal, other) and none had received a fluoropyrimidine drug before. Signed informed consent was obtained prior to sampling the patients for DPD genetic status determination. Patients were scheduled

Figure 1 Dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) rapidly catabolizes more than 80% of the administered dose of 5-FU to inactive metabolites. The remaining 5-FU

is distributed throughout the body and converted into nucleosides or deoxunucleosides then nucleotides or deoxynucleotides, including FdUMP, FdUTP and

FUTP which display cytotoxic properties against TS, DNA and RNA respectively. DPD deficiency will increase the conversion of 5-FU into active metabolites, thus triggering exposure of both healthy and tumor tissues

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for Folfox-4 (36%), FolFiri (20%), LV-5-FU + CDDP (19%), LV-5-FU2 (15%) and other fluoropyrimidine-containing chemotherapy combinations (10%).

• Pre-therapeutic screening for DPD One 3 ml blood sample was withdrawn about 1 week before starting the treatment for DPD status evaluation. DPD defi- ciency was screened using a surrogate phenotyping test based upon the monitoring of the endogenous UH2 to U (UH2 : U) ratio in plasma after standard liquid–liquid extrac- tion using a simple and time-effective h.p.l.c.-u.v. method, adapted from the method previously described [9, 10]. Calculation of such a ratio permits the determination of DPD status as a continuous variable. Because no mathema- tical model was yet available, here we categorized patients depending on their UH2 : U ratio values. Patients were con-

sidered as not extensive metabolizers (EM) when the UH2 : U

ratio was >4, and poor metabolizers (PM) when the UH2 : U

ratio was <4 (i.e. mildly DPD deficient when the UH2 : U ratio was comprised between 2 and 4, intermediary DPD deficient when the U : UH2 ratio was comprised between 1 and 2, and

profoundly DPD deficient when the UH2 : UH ratio was <1). Complete deficiency was defined as UH2 : U below 0.5 or when UH2 was not detectable at all upon h.p.l.c. analysis. Ad- ditional search for the canonical DPYD*2A allelic variant (IVS14

+ 1G > A) was scheduled only in patients for whom profound or severe deficiency was evidenced, using HRM technology as described previously [9]. To this end, a standardized personal informed consent form for germline genetic investigations was obtained following the French Biomedicine Agency guidelines.

• DPD-based adaptive dosing Doses were tailored prospectively according to the re- corded DPD status (Figure 2). 5-FU was be precluded in

patients displaying total DPD deficiency (i.e. UH2 : U < 0.5) due to previous observations of elevated risk of toxic death in those individuals [7]. The geometric scale for dose tailoring was indicative, and could be further ad- justed based upon the clinical experience of the team [10]. Frail patients (e.g. elderly patients, poor perfor- mance status or patients presenting with several comor- bidities) could have their 5-FU dose further reduced, regardless of their DPD status, as part of the routine clin- ical practice of the unit. Comparison in dosing between DPD deficient and non-DPD deficient subsets was per- formed using a standard t-test (Sigma Stat 2.03, SPSS Inc, Germany). Toxicity was monitored using standard CTC 2.0 grading. Special attention was paid to early toxicities (i.e. showing af- ter the first and the second course of 5-FU) because they are more likely to be attributed to inherited impaired DPD function. Delayed or cumulative toxicities (i.e. showing after the 3 day course) were monitored as well as part of routine care, despite being less likely to be attributed to a genetic polymorphism. Efficacy was evaluated at 3 months using the standard RECIST 1.1. criteria in digestive oncology. Clinical benefit was determined as the combined complete + partial responses. Comparisons between groups were performed using Pearson’s chi-square test or Fisher’s exact test depending on data distribution (Sigma Stat 2.03, SPSS Inc, Germany).

Results

• DPD-phenotype screening UH2 : U ratios among our patients were not distributed

following a normal law (P > 0.05, Kolmogorov Smirnov testing) and normal Kernel analysis confirmed indeed a

Figure 2 Geometric scale for tailoring 5-FU dosing depending on the extent of DPD deficiency in PM patients. Because no mathematical model has yet been made available, DPD status established from UH2 : U ratio measurement in plasma was transformed as a discrete value and dose reduction was proposed using a linear geometric scale

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multi-modal distribution (data not shown). Fifteen out of 59 patients (i.e. 25%) were found to be PM and displayed mild (eight patients, i.e. 13.6%), intermediary (six pa- tients, i.e. 10.2%) and profound (one patient, i.e. 1.7%) DPD deficiency. No patient with total DPD deficiency was found. Accordingly, no patient bearing the IVS14 + 1G

> A polymorphism was found (data not shown). No difference in age (69.3 ± 9.8 vs.

61.4 ± 13.6 years), gender (9 M/6F vs. 25 M/19F) or ethnic- ity was observed between PM patients and EM patients.

• DPD-based dose tailoring In the subset of DPD deficient patients (subset 1), 5-FU dosage was cut by 15–50%. Consequently, mean 5-FU total doses were 2390 ± 1225 mg in DPD deficient patients (subset 1, n = 15) and 3653 ± 1371 mg in patients with no DPD deficiency (subset 2, n = 44), i.e. an average 35% reduction in dosing (P = 0.003, t-test). Table 1 encapsulates both toxicity and efficacy figures in

the two subsets. No early severe toxicities (i.e. > grade 3) were observed in the subset of PM pa- tients with tailored dosage, whereas two EM patients (i.e. 5% of subset 2 representing 3% of the all patients) treated with standard Folfiri and LV-5-FU + CDDP regi- mens showed grade 3 diarrhoea after the first and second course of treatment. Severe delayed/cumulative toxicities showed after the third course (i.e. more than 42 days after the first 5-FU administration) in three EM patients (one grade 3 nausea/vomiting, one grade 3 diarrhoea and one grade 3 neutropenia) and in one PM patient with reduced dosing (grade 3 neutropenia). Because of zero values in the early severe toxicities category in subset 1, it was not possible to run a chi-square test. Fisher’s exact test was performed instead and found no statistical differ- ence in toxicities between the subsets (P = 0.104). For subsets 1 and 2, the clinical benefit (CR + PR) was 40% and 43%, stable disease 40% and 37% respectively and progressive disease 20% in both subsets. No statistical difference in response was found between the groups (P = 0.893, Pearson’s chi-square test).

Discussion

Standard 5-FU admittedly leads to 10–30% of severe tox- icities, including 0.5 up to 4% of toxic-deaths, depending on the regimen [3, 9]. DPD deficiency is a pharmacoge- netic syndrome associated with increased risk of devel- oping life-threatening toxicities in patients receiving a 5-FU-containing regimen. Admittedly, 30 to 80% of the severe toxicities recorded after 5-FU intake could be at- tributable to impaired DPD activity in the liver [2, 11] and DPD deficiency is an issue in patients undergoing oral capecitabine as well [9, 12]. In this respect, develop- ing strategies to anticipate treatment-related toxicities by the pre-identification of DPD deficient patients and subsequent dose tailoring should improve the efficacy– toxicity balance of this widely prescribed anticancer drug [7]. Defining the best strategy to evaluate the actual DPD status is a controversial issue, and the utility of

screening patients on the DPYD genotype remains widely

debated today [2, 13]. Several variants (i.e. IVS14 + 1G > A,

464 T > A, 1679C > T, 2846 T > A and 2194G > A to name but a few) have been proposed as genetic determinants to anticipate 5-FU-induced toxicities [14] and novel mutations are regularly reported [15, 16]. Of note, a growing number of meta-analyses are now published but do not systemati- cally identify the same DPYD variants [17–19]. Here, DPD status was primarily evaluated on a phenotype ba- sis. Because this work was taken from the actual routine practice of the Digestive Oncology Unit of our institute, it encapsulates a wide range of 5-FU based regimens (up to four main regimens: FolFox, FolFiri, LV-5FU2, LV-5FU + CDDP), so as to present our strategy in the actual diversity of real-life clinical settings. Here, simple functional testing for DPD activity requiring a single pre-treatment blood sample and a standard h.p.l.c. pro- cedure proved to be sufficient to identify PM patients on a phenotypic basis and to propose next a simple geo- metric dose reduction strategy. Of note, we identified 25% of patients at risk of impaired detoxification, a figure markedly higher than the incidence of DPD deficiency

Table 1 Comparison of 5-FU dosing, clinical response and drug-related toxicities between subset 1 and subset 2. Despite a marked reduction in dosing in subset 1, no difference in clinical outcome was observed between the groups

Subset 1 (n = 15) PM patients Tailored 5-FU Subset 2 (n = 44) EM patients Standard 5-FU

5-FU total dose (mg) 2390 +/- 1225 3653+/- 1371 P = 0003 (t-test)

Clinical benefit (CR + PR) 40% 43% P = 0893 (Pearson’s chi-square)

Stable disease 40% 37%

Progressive disease 20% 20%

Early severe toxicities 0% 5% P = 0104 Fisher’s exact test

Early G1-G2 toxicities 80% 86%

No early toxicities 20% 9%

Delayed severe toxicities 7% 7%

CR complete response; PR partial response.

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usually reported from DPYD gene-candidate studies, but in line with our previous functional study in head and neck patients [10]. Although most of these PM patients

(eight out of 15, i.e. >50% of the cases) were identified with mild impairment only and that no complete DPD de- ficiency was observed. This apparent discrepancy with the literature illustrates how the actual incidence of DPD impairment all depends on the technique used to screen it, and is probably higher actually than what gene-candidate studies have suggested thus far. Indeed, most genetic studies based upon the search of the canonical DPYD*2A allelic variant or the combo c.1905

+ 1G > A, c.1679 T > G, c.2846A > T polymorphisms [19–21] may fail in identifying all the PM individuals [2], not to mention the ones subjected to exogenous causes for impaired DPD such as drug–drug interactions, for ex- ample with DPD-inhibiting antivirals [22]. Importantly, and despite the fact that this clinical practice was per- formed in a single unit on a small number of patients which should prompt us to interpret the findings cautiously, this observational study strongly suggests that a rapid, simple and technically easily affordable pre-therapeutic screening for DPD deficiency can sharply reduce the risk of drug-related toxicities, through subsequent cuts in dosing. Here, only two out of 59 patients (i.e. 3%) showed early severe toxicities, none among those with PM phenotype, whereas 15% of grade 3–4 toxicities and 0.9% of toxic deaths had been previ- ously reported in our institute upon the first administra- tion of standard 5-FU [9]. Of note, only 5% of severe toxicities were recorded in the subset of EM patients who were administered standard 5-FU, despite the pres- ence of elderly patients up to 83 years old. This suggests that most of the 15–30% of patients who usually display severe side effects upon 5-FU intake as reported in the li- terature are probably the PM individuals administered with standard dosage of the drug when no preliminary screening for DPD deficiency is undertaken. Importantly, and despite the average 35% lower doses administered to patients with DPD deficiency, no loss in efficacy was observed, most probably because the cut in dosing was balanced by the reduced liver clearance of 5-FU in these very patients. Despite its small sample size and the heterogeneity of the treatment modalities, this study advocates for the pre-therapeutic screening for DPD status in patients scheduled for 5-FU-based regimen. Here, our data suggest that no additional expensive DPYD genotype support was needed for sharply redu- cing the risk of 5-FU-induced severe toxicities. The rele- vance of UH2 : U monitoring as a surrogate for DPD deficiency testing remains widely debated, when not openly questioned [23], and alternative and promising approaches such as exogenous oral uracil intake [24] or a saliva test [25] have been recently proposed, among the variety of genotypic and phenotypic strategies pub- lished thus far to address the issue of upfront detection

of DPD deficiency [6]. Regardless of the functional test chosen eventually, and owing to the complexity of picturing DPYD genetic and epigenetic regulations, es- tablishing DPD phenotype remains a quick, cost-effective and convenient method to secure the administration of fluoropyrimidine drugs. Beside 5-FU, this approach could be extended to oral capecitabine, because life-threatening toxicities have been already reported in DPD deficient patients upon capecitabine intake [25, 26]. Additionally, because 5-FU exposure levels have been repeatedly associated with clinical outcome [7, 27], the issue of ultra- metabolizer patients prone to suboptimal dosing and detected with a phenotypic approach is a rising concern with 5-FU [7]. Here, six out of the 59 patients (i.e. 11%) displayed abnormally high UH2 : U values, thus suggesting a particularly elevated conversion rate of 5-FU towards inactive dihydro-5-FU. Of note, two of them (33%) had progressive disease, although the number of observations was too small to draw any conclusion regarding the relevance of increasing 5-FU dosing so as to achieve higher efficacy in the future. Finally, beyond its small size one of the weaknesses of this study was the geometric scale used to customize dosing which was highly empirical and relied mostly upon the past clinical expertise of our laboratory and our medical team in the field of DPD deficiency. Because phenotyping DPD generates a continuous variable, developing a dedicated PK/PD model integrating DPD status as a covariate to calculate precisely the individual dosing should achieve better results in terms of reduc- tion of toxicities and clinical efficacy in the future, pro- vided that PK-population studies are performed. Several models for describing 5-FU pharmacokinetics in DPD deficient patients have already been proposed [28–30]. When combined with DPD status used as a covariate, and because 5-FU is always administered as long-lasting infusions (i.e. 24 up to 96 h), such PK-pop models could be further used to tailor in real-time 5-FU dosing, based upon a priori DPD status informa- tion, population parameters and early blood samples collected as soon as 5-FU reaches its steady-state. In conclusion we have implemented in routine clinical practice a simple method to detect patients with DPD PM status so as to tailor dosing of 5-FU. Although adaptive dosing was performed on an empirical and intuitive geo- metric basis (the lower the UH2 : U ratio, the deeper the reduction), clinical monitoring in 59 patients with diges- tive cancers showed that reducing dosing by an average 35% in PM individuals did not affect efficacy. Of note, only 3% of severe toxicities were recorded, a value mark- edly lower than the 15–30% of treatment-related toxic- ities described with 5-FU. Overall, and although to be considered as a feasibility study, this work demonstrates that basic DPD-based adaptive dosing of 5-FU achieves better efficacy–

toxicity balance in patients with digestive cancer and can be implemented in routine clinical prac- tice. Developing a proper PK/PD/PGx model should help

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93

in the future to tailor more precisely 5-FU dosing, so as to achieve a better optimization of the efficacy–toxicity balance of 5-FU.

Competing Interests

All authors have completed the Unified Competing Inter- est form at http://www.icmje.org/coi_disclosure.pdf (available on request from the corresponding author) and declare no support from any organization for the submitted work, no financial relationships with any orga- nizations that might have an interest in the submitted work in the previous 3 years and no other relationships or activities that could appear to have influenced the submitted work.

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23 Sistonen J, Büchel B, Froehlich TK, Kummer D, Fontana S, Joerger M, van Kuilenburg AB, Largiadèr CR. Predicting 5- fluorouracil toxicity: DPD genotype and 5,6-dihydrouracil: uracil ratio. Pharmacogenomics 2014; 15: 1653–66.

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25 Carlsson G, Odin E, Gustavsson B, Wettergren Y. Pretherapeutic uracil and dihydrouracil levels in saliva of colorectal cancer patients are associated with toxicity during adjuvant 5-fluorouracil-based chemotherapy. Cancer

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26 Ciccolini J, Mercier C, Dahan L, Evrard A, Boyer JC, Richard K, Dales JP, Durand A, Milano G, Seitz JF, Lacarelle B. Toxic death-case after capecitabine + oxaliplatin (XELOX) administration: probable implication of dihydropyrimidine deshydrogenase deficiency. Cancer Chemother Pharmacol 2006; 58: 272–5.

27 Mercier C, Ciccolini J. Severe or lethal toxicities upon capecitabine intake: is DPYD genetic polymorphism the ideal culprit? Trends Pharmacol Sci 2007; 28:597–8.

28 Di Paolo A, Lencioni M, Amatori F, Di Donato S, Bocci G, Orlandini C, Lastella M, Federici F, Iannopollo M, Falcone A, Ricci S, Del Tacca M, Danesi R. 5-fluorouracil pharmacokinetics predicts disease-free survival in patients administered adjuvant chemotherapy for colorectal cancer. Clin Cancer Res 2008; 14: 2749–55.

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IV. Performance du typage UH2/U dans le cancer ORL (Article 4)

Le phénotypage de la DPD est également utilisé en routine dans le service d'oncologie

médicale de l'hôpital de la Timone à Marseille. Dans cette étude, et comme pour l’étude

précédente, il s'agissait d'évaluer l'efficacité et la tolérance du 5-FU par rapport aux doses

réduites données aux patients déficients en DPD dans les cancers ORL.

Pour cette étude, nous avons suivi 240 patients (61 femmes, 179 hommes) traités selon les

procédures standard de l'hôpital pour un cancer ORL. Nous avons donc recueilli le statut

DPD de chacun des patients, issu de notre technique de phénotypage du ratio UH2/U par

HPLC-UV. Pour 19 patients, le statut DPD n'était pas disponible, et ce notamment pour des

raisons d'interférences analytiques, une absence de prescription du test, ou des échantillons

égarés. Les patients étaient ensuite catégorisés en fonction de ce ratio en patients déficients

ou "Poor Metabolizers" (PM, ratio < 3) ou non déficients ou "Extensive Metabolizers" (EM,

ratio > 4).

Sur les 221 patients avec un ratio UH2/U interprétable, 20 (9%) présentaient une déficience

(PM), légère pour 17 patients et intermédiaire pour 3 patients. Aucun ne présentait de

déficience sévère ou totale. Une différence significative a été observée sur le genre des

patients entre les groupes EM et PM (157M/44Fvs. 10M/10F, p=0.01, Pearson's Chi-squared

test), mais il n'y avait pas de différence notée sur l'âge des patients (60.9±10.0 vs. 61.3±10.5

ans, p=0.8639, t-test).

Concernant les adaptations de posologie, 40 patients EM (soit 19.9% des patients EM)

présentaient des réductions par rapport aux posologies standard en raison de suspicion de

possible toxicité sans lien avec la DPD, notamment, pour 75% d'entre eux, en supprimant le

bolus initial. La posologie moyenne pour le groupe EM était de 2577 ±353mg/m². Dans le

groupe PM, deux patients ont été exclus parce que les adaptations de dose n'étaient pas

disponibles. La réduction moyenne était de 20.5% par rapport aux doses standards (de -18%

à -51%). Ainsi, la posologie moyenne dans le groupe PM était 2102 ± 254 mg/m², soit une

différence significative de -20% par rapport aux patients EM (p<0.0001, t-test).

A posologies significativement réduites, les patients PM présentaient tout de même une

efficacité (p=0.2774, Pearson’s chi-square test) et une tolérance (p = 0.7875) comparables

Page 97: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

96

aux patients EM. Les principales toxicités étaient des mucites, anémies, nausées, et

thrombopénies. En terme de toxicité précoce, il existait une différence significative (p =

0.0357) entre les deux groupes, et les 11 patients ayant présenté une toxicité précoce sévère

étaient tous des patients EM, donc non déficients. Avec 40% vs 56% de bénéfice clinique, 5%

vs 11% de maladie stable et 43% vs 22% de progression de la maladie dans les groupes EM vs

PM, l'efficacité était donc similaire.

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Clinical Cancer Drugs, 2017, 4, 000-000 1

RESEARCH ARTICLE

Upfront DPD Deficiency Detection to Secure 5-FU Administration: Part 2- Application to Head-and-Neck Cancer Patients Manon Launay

1,2,3, Joseph Ciccolini

1,3,*, Claire Fournel

4, Charlotte Dupuis

4, Nicolas Fakhry

5, Flor-

ence Duffaud4, Sébastien Salas

4 and Bruno Lacarelle

1,3

1Laboratoire de Pharmacocinétique Clinique, La Timone University Hospital of Marseille, APHM Marseille France;

2Laboratoire de Pharmacologie, European Hospital Georges Pompidou, APHP Paris France;

3SMARTc Unit, Inserm

S_911 CRO2, Aix Marseille Univ, Marseille France; 4Medical Oncology Unit, La Timone University hospital of Mar-

seille, APHM Marseille France; 5Head-and-Neck Surgery Unit, La Conception University Hospital of Marseille, Mar-

seille France

A R T I C L E H I S T O R Y

Abstract: Pre-emptive screening for dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD) deficiency in patients

scheduled for 5-FU-containing regimens should help to reduce the risk of treatment-related toxicities by

upfront adaptive dosing. Our group has developed a simple functional testing that allows categorizing

patients upon their DPD status, i.e. extensive metabolizer (EM) or poor metabolizer (PM) patients, using

UH2/U ratio measurement in plasma as a surrogate for DPD activity. 5-FU dosing can be next tailored

according to the level of suspected DPD deficiency. We present here an observational study of this strat-

egy implemented in routine clinical practice when treating head-and-neck cancer patients. A total of 218

evaluable adult patients were treated with a 5-FU-regimen, with prospective search for DPD deficiency

and adaptive dosing strategy. Among them, 20 (9%) were identified as PM and received subsequently a

20-50% reduced dosing of 5-FU as compared with EM patients (2102 ± 254 mg VS. 2577 ±353mg, Received: December 28, 2016

Revised: July 07, 2017

Accepted: July 10, 2017

DOI:

10.2174/2212697X04666170817123425

p<0.001 t-test). Gender (Female) was associated with higher risk for being PM (p=0.01, Pearson's Chi-

squared test), whereas age was not. Overall, early severe toxicities (i.e; showing only after the first or the

second course) were seen only in 5% of patients, all being EM with standard dosing. This figure is mark-

edly lower than the one usually reported with 5-FU-based regimen in head and neck cancer patients.

Similarly, overall severe toxicities (i.e; including the delayed or cumulative ones) were observed in

12.8% of patients only. No statistical difference was evidenced in overall toxicities between PM patients

with adapted dosing (10%) and EM patients with standard dosing (13%, p=0.7014, chi-square test). As

for early toxicities, the incidence of global toxicities was found to be lower than the one usually de-

scribed with 5-FU in this setting. Finally, despite an average -20% reduction in 5-FU dosing between PM

and EM patients, clinical efficacy was not statistically different between the two groups (CR+PR: 56%

VS. 40%, SD: 11% VS. 5%, PD: 22% VS. 43%, p = 0.2774, chi-square test). In conclusion, this study

shows that treatment-related toxicities can be avoided by the upfront detection of DPD deficient patients

with simple adaptive dosing strategies. Of note, reducing 5-FU dosing in PM patients did not affect

treatment efficacy while limiting the incidence of treatment-related toxicities.

Keywords: 5-FluoroUracil, head and neck cancer, dihydropyrimidine dehydrogenase, adaptive dosing, DPD deficiency, effi -

cacy, toxicity.

1. INTRODUCTION

5-fluorouracil (5-FU) remains the backbone of several

regimens to treat head-and-neck cancer patients – a disease

with specifically fragile patients often presenting with sev-

eral co-morbidities impacting on drug disposition such as

impaired liver or kidney functions. 5-FU itself is a drug

whose handling is potentially hazardous because of

a

*Address correspondence to this author at the SMARTc, Laboratoire de Pharmacocinétique Clinique, CHU Timone, 265 rue St Pierre, 13385 Mar- seille cedex 05, France; Tel: +33 491 835 509; Fax: +33 491 835 667; E-mail: [email protected]

pharmacogenetic syndrome (a.k.a. dihydropyrimidine dehy- drogenase (DPD) deficiency) leading to decreased ability to detoxify the drug in the liver (see “Upfront DPD Deficiency

Detection to Secure 5-Fu Administration: Part 1- Where Do We Stand?” elsewhere in this issue). Several strategies can be undertaken to fix this problem, i.e. by upfront genotyping of the DPYD gene and search for relevant allelic variants predic- tive of severe toxicities, by performing functional testing of the DPD enzyme or by PK-guided dosing [1, 2]. Regardless of the chosen option, preemptive

checking for DPD status allows next to custom dosing of 5-FU, by cutting the dose according to the level of DPD deficiency. We have developed and im- plemented in routine clinical practice such DPD-based adap-

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tive dosing of 5-FU at the University Hospital of Marseille. We present here the clinical data of such strategy in heavily treated routine head-and-neck cancer patients, both in terms of efficacy and safety, in a real-life clinical setting.

2. MATERIALS AND METHOD

2.1. Patients and Treatments

All head-and-neck cancer patients admitted in the Medi-

cal Oncology Unit of the La Timone University Hospital of

Marseille, France, between January 2014 and July 2016, and

scheduled for any 5-FU-based regimen, were considered. A

total of 240 patients (61 F/179 M, mean age 60.7±9.9, range

30-84 years old) were first considered. All patients were

treated following standard procedures of La Timone Univer-

sity Hospital of Marseille for treating head and neck cancers,

including systematic pre-treatment screening for DPD defi-

ciency using a phenotyping test. Cancer was localized on

larynx, hypopharynx, oropharynx, nasopharynx, oral cavity

or on other localizations (see Table 1).

Table 1. Cancer localizations for the 240 patients.

Cancer Localisation

n

%

Larynx 46 19.2

Hypopharynx 27 11.3

Oropharynx 22 9.2

Nasopharynx 28 11.7

Oral cavity 86 35.9

Other localization 30 12.5

Larynx/Hypopharynx/Oropharynx/Nasopharynx 1 0.4

Among the 240 patients, 38 underwent previous surgery

(15.8%), 11 had received radiotherapy (4.6%), and 30 pa-

tients had radiochemotherapy (12.4%). Fourteen patients

(5.8%) had chemotherapy only (5-FU (n=1; 0.4%), Cisplatin

(n=6; 2.5%), Cetuximab (n=1; 0.4%), 5-FU+Cisplatin (n=2;

0.8%), 5-FU +Cisplatin +Carboplatin +Cetuximab (n=1;

0.4%), Cisplatin + other chemotherapy (n=1; 0.4%), Car-

boplatin +Taxol (n=1; 0.4%), and Carboplatin + Other che-

motherapy (n=1; 0.4%)). During the observation period, 137

out of 240 patients (57.1%) had associated radiotherapy. 5-

FU was combined mostly with cisplatin-based regimen

(79.2% of the patients). Full list of the concomitant treat-

ments is given in (Table 2).

2.2. DPD Status Determination

DPD status was determined solely on a phenotyping ba-

sis. One 3 mL blood sample was withdrawn about 1 week

before starting the treatment for DPD status evaluation as

part of routine care in the Medical Oncology Unit of our

institute. DPD deficiency was screened using a classic surro-

gate phenotyping test based upon the monitoring of the en-

dogenous UH2 to U (UH2/U) ratio in plasma after standard

solid–solid extraction using a simple and time-effective

HPLC-UV method, adapted from the method previously

described [3]. Calculation of such a ratio permits the deter-

mination of DPD status as a continuous variable. As for a

previous study in digestive cancer patients [4], because no

mathematical model was yet available, individuals were

categorized as extensive metabolizers (EM, UH2/U>4) or

poor metabolizers (PM, UH2/U<4) patients, this latter group

being further divided in different subsets (i.e. simple reduced

activity, mildly DPD deficient, intermediary DPD deficient,

profoundly DPD deficient and completely DPD deficient,

depending on their respective UH2/U ratio values).

2.3. 5-FU Adaptive Dosing

Doses were tailored prospectively according to the re-

corded DPD status with 15% to 100% dose reductions, using

a simple and empirical geometric scale for cutting the dosing

(the deeper the deficiency, the smaller the dose) already pub-

lished [4]. Of note, further dose tailoring (e.g., skipping the

bolus) could be performed by the oncologist, regardless of

the DPD status, depending on other clinical or paraclinical

considerations such as comorbidities, age, gender, co-

medications, or any suspicion of a frail patient (See Table 3).

2.4. Pharmacodynamic Endpoints

Toxicities (e.g., anemia, neutropenia, thrombopenia, mu-

cositis, neuropathy, diarrhea, nausea) were monitored using

standard Common Terminology Criteria for Adverse Events

(CTCAE) grading. Toxicities were evaluated as overall tox-

icities (i.e. mixing toxicities showing after the first courses

and the delayed ones) and early severe toxicities (i.e., show-

ing only after the first or the second course and more likely

to be attributed to a pharmacogenetic syndrome). Efficacy

was evaluated using the standard RECIST criteria.

2.5. Statistical Analysis

Comparisons between groups were performed by running

t-test and Pearson’s Chi-square test or Fisher’s exact test,

depending on data distribution (R, version 3.1.3).

3. RESULTS

3.1. DPD Determination and Subsequent Adaptive Dos-

ing

A total of 19 DPD phenotypes were not available, either

because sample loss during routine care, absence of request

for DPD screening during routine care or due to chroma-

tographic interferences rendering the determination of the

UH2/U ratio not robust enough to categorize precisely

enough the patients to adapt 5-FU dosing next. Conse-

quently, only 221 patients had DPD status evaluated. UH2/U

ratios among those patients were not distributed following a

normal law (p < 0.0001, Kolmogorov Smirnov testing).

Twenty (i.e., 9%) out of the remaining 221 patients were

categorized strictly as PM (Poor Metabolizers) requiring

dose reduction and displayed mild (17 patients, i.e. 7.7%) or

intermediary (3 patients, i.e. 1.4%) levels of DPD deficiency.

No patient with profound or total deficiency was found. In

addition, 34 patients (16%) presented with a reduced DPD

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100

Table 2. Concomitant treatment administered with 5-FU.

Associated Treatment n %

Cetuximab + Cisplatin 34 14.2

Cetuximab + Carboplatin 17 7.1

Cisplatin 106 44.2

Cisplatin + Taxol 50 20.8

Carboplatin 26 10.8

Other regimen (Gemcitabine, Dacarbazine, Cetuximab, Cisplatin, Carboplatin) 6 2.5

Not reported 1 0.4

Table 3. DPD status category according to UH2/U ratio value and subsequent dose tailoring.

DPD Status UH/U Ratio Theoretical Adaptative Dosing

Extensive metabolizers (EM) > 4 Standard 5-FU dosing

Poor metabolizers (PM)

Grey-zone patients

[3 – 4] Alert for reduced activity, with-

out systematic dose reduction

mildly DPD deficient ]2 – 3[ 20% dose reduction

intermediary DPD deficient ]1 – 2] 30% dose reduction

profoundly DPD deficient ]0.5 – 1] 50% dose reduction

completely DPD deficient < 0.5 or UH2 not detectable upon

HPLC analysis

5-FU precluded

activity (i.e., UH2/U comprised between 3 and 4) but this

status does not lead to an automatic recommendation for

dose tailoring in our institution. In this respect, they were not

counted as PM patients here. Consequently, 201 patients

were considered as EM. A difference in gender was observed

between EM and PM patients (157M/44F vs. 10M/10F,

p=0.01, Pearson's Chi-squared test) but no difference was

observed in age (60.9±10.0 vs. 61.3±10.5 years, p=0.8639, t-

test). As per French legislation, ethnicity could not be re-

corded in routine patients and therefore this parameter was

not tested.

Forty EM patients out of 201 (i.e., 19.9%) had cut in dos-

ing on 5-FU because of non-DPD-related suspicion of possi-

ble toxicities (e.g., frail patients, co-morbidities), 75% of

them (n=30) through suppression of the initial bolus infu-

sion. In the subset of EM patients, mean 5-FU total doses

were 2577 ±353mg/m². In the PM subset (DPD deficient

patients), 2 patients were excluded because whether or not

dose adaptation occurred was not fully confirmed. Therefore,

PM patients with reduced dosing were n= 18 and statistical

testing was performed on 218 patients eventually. Mean re-

duction in dosing in PM patients was a 21% cut from stan-

dard dosing (range: -18% to -51%). Consequently, mean 5-

FU total doses were 2102 ± 254 mg/m², i.e. -19% lower than

EM patients. A statistical difference in dosing was evidenced

between the two groups (p<0.0001, t-test).

3.2. Overall and Early Severe Toxicities

Overall toxicity was not properly evaluated for one EM

patient, therefore data from only 200 EM patients were

available for studying this endpoint. A total of 28 out of 218

patients (12.8%) displayed severe toxicities, including 7 pa-

tients with grade-4 toxicities (3.2%). Severe toxicities were

observed in 2 out of 18 PM patients (11%): one grade-3 nau-

sea and one grade-3 mucitis. In the EM group, 26 out of 200

patients (12.6%) displayed severe toxicities: mucitis (12 pa-

tients, including one grade-4), anemia (5 patients, including

3 grade-4), nausea (6 patients, including one grade-4),

thrombopenia (one patient), neutropenia (4 patients, includ-

ing 2 grade-4) and diarrhea (one patient). One patient experi-

enced 2 severe toxicities (anemia and mucitis) and one pa-

tient experienced 3 severe toxicities (neutropenia, throm-

bopenia and nausea). In terms of overall severe toxicities,

Pearson’s chi-square testing found no statistical difference

between the two subsets (p = 0.7875) (See Table 4).

Regarding early severe toxicities, a total of 11 out of 218

patients (5%) displayed severe adverse-events after the first

or the second administration of 5-FU, all of them being EM

patients: anemia (3 patients, including 2 grade-4), neutro-

penia (3 patients, including 2 grade-4), mucitis (3 patients),

diarrhea (1 patient) and nausea (1 patient). No PM patient

with reduced dosing experienced early severe toxicities.

Pearson’s chi-square testing found a statistical difference in

Page 102: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

101

Table 4. Toxicities in the EM and PM subsets (*: 1 patient had report on toxicity not available, **: 2 patients were excluded be-

cause dose adaptation was not confirmed).

EM (200 Patients*) PM (18 Patients**)

p-value

n % n %

No toxicity 62 31 7 39

p =0.7875 (Pearson’s chi-square test) G1-G2 toxicities 112 56 9 50

Severe toxicities 26 13 2 11

the incidence of severe toxicities between EM and PM pa-

tients (p = 0.0357) (See Table 5).

3.3. Treatment Efficacy

Patients with clinical benefit (CR + PR), stable disease

and progressive disease in the EM subset were 40%, 5% and

43% respectively. Patients with clinical benefit (CR + PR),

stable disease and progressive disease in the PM subset were

56%, 11%, and 22% respectively. No statistical difference in

response was found between the groups in terms of efficacy

(p = 0.2774, Pearson’s chi-square test) (See Table 6).

4. DISCUSSION

Patients with DPD deficiency are prone to experiencing

severe and sometimes deadly toxicities when treated with

standard doses of 5-FU [2] or oral capecitabine [5]. Our group

has developed a simplified method to establish, on a pheno-

typing basis, the DPD status prior to administrate fluoro-

pyrimidine drugs. Upfront detection allows preventive cut in

dosing, so as to prevent severe toxicities to show [6].

Determining the best strategy to sort patients on their DPD

status is a long and still ongoing story (refer to “Upfront DPD

Deficiency Detection to secure 5-FU Administration: Part 1-

Where Do We Stand?” elsewhere in this issue). In our insti-

tute, we have adapted and implemented in routine clinical

practice a functional approach allowing next DPD-based adap-

tive dosing to be performed, using a simplified geometric

scale to tailor 5-FU dosing. We previously showed in diges-

tive oncology that implementing this strategy led to improving

the efficacy/toxicity balance in patients treated with any 5-FU

containing regimen [4]. Previously, we had published a case-

control study with head-and-neck cancer patients showing that

incidence of severe toxicities was sharply reduced from 22 to

9% by upfront DPD testing and subsequent adaptive dosing

[3]. Here, we present the performance of the same strategy in

routine clinical setting in head-and-neck cancer patients. As a

real-life observational study, all head and neck patients treated

in the Medical Oncology unit of La Timone University Hospi-

tal of Marseille France were considered, provided that they

were scheduled for any 5-FU-based regimen, regardless of

tumor localization, staging, previous lines, or associated

treatments. The resulting variety of settings could be seen as

major confounding factors. However, we deliberately chose to

not to sub-categorize the patients (e.g., analyzing separately

chemotherapy and chemotherapy + radiotherapy patients), to

evaluate the global performance of our strategy in the most

harsh conditions. Almost 10% of the patients were catego-

rized as PM, i.e. showing signs for impaired DPD activity

per UH2/U ratio measurement: 3 patients (1.4%) with inter-

mediary deficiency (UH2/U comprised between 1 and 2) and

17 patients (7.7%) with mild deficiency (UH2/U comprised

between 2 and 3). Here, no patients with profound or total

DPD deficiency (i.e., UH2/U values below 1) were identified

over the observation period. In addition, 16% of patients

were identified with signs for reduced DPD activity

(3<UH2/U<4), but this grey-zone category is considered in

our institute as in-between patients for whom we cannot rec-

ommend systematically a reduction in 5-FU dosing. Of note,

no genotyping for DPYD allelic variants (i.e., DPYD*2A)

was performed. Overall, we observed therefore a total of

25% of patients with some kind of abnormality on DPD

function, even if only 35% of them (i.e., 9% in total) led to

recommending an actual cut in dosing – a value consistent

with the previous figures we reported using phenotyping

testing [3, 4]. This value is markedly higher than the inci-

dence of DPD deficiency usually detected by genotyping

DPYD [1], but this difference in the incidence of DPD-

deficiency depending on the screening method has been al-

ready reported before [3, 4]. Of note, gender (F) was associ-

ated with reduced DPD activity, an observation fully in line

with previous studies published in other settings showing

that women were more at risk than men indeed to experience

5-FU-related toxicities [7-11]. Conversely, age was not asso-

ciated with PM status because of the 15 patients of 75 years

old or above, only one was PM, an observation consistent

again with previous reports showing that 5-FU clearance is

not influenced by age [7]. An average 21% cut in 5-FU dos-

ing was performed in the PM patients, using the geometric

scale previously published [4]. Consequently, mean doses

administered in PM patients were 19% lower than mean doses

in EM patients. Of note, this difference was slightly smaller

than the initial reduction (21%) from standard dose because

several EM patients had a cut in dosing as well, i.e. bolus was

not administered. Because of the real-life setting, empirical

dose adjustments were frequent indeed due to a variety of

clinical considerations and thus had to be taken into account in

this study, to test the robustness of our strategy. Overall,

12.8% of severe toxicities were registered, a value markedly

lower than previously published data regarding the safety of

5-FU-based therapy with or without radiotherapy in head-

and-neck cancer, i.e. 25%-50%, including frequent cases of

febrile neutropenia [12-14]. Of note, it is not possible to

attribute the 12.8% remaining toxic events to a specific

drug, including 5-FU, because patients were all treated

with multiple therapies associating mostly platinum

Page 103: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

102

Table 5. Early toxicities in the EM and PM subsets (*: 3 patients had report on early toxicity not available, **: 2 patients were ex-

cluded because dose adaptation was not confirmed).

EM (198 patients*) PM (18 patients**)

p-value

n % n %

No toxicity 63 32 11 61

p = 0.0357 (Pearson’s chi-square test) G1-G2 toxicities 124 63 7 39

Severe toxicities 11 6 0 0

Table 6. Clinical responses in the EM and PM subsets (**2 patients excluded because dose adaptation was not confirmed).

EM (201 patients) PM (18 patients**) p-value

n % n %

Stable disease 10 5 2 11

p = 0.2774 (Pearson’s chi-square test)

Clinical benefit 80 40 10 56

Progressive disease 86 43 4 22

NA 25 12 2 11

derivatives, or paclitaxel, with possible combined effects in

terms of cumulative toxicities. Here, all toxicities, i.e. in-

cluding delayed or cumulative side-effects, were recorded,

and not only the early ones showing after the first or the sec-

ond course of chemotherapy as with most studies investigat-

ing on DPYD genetic polymorphisms. However, no differ-

ence in severe toxicities was found between PM and EM

patient, thus demonstrating that DPD deficiency is not any-

more a major risk of triggering life-threatening toxicities,

provided that preventive dose reduction is undertaken. Seven

EM patients treated with standard 5-FU displayed grade-4

hematological toxicities, however no sepsis was observed.

No particular co-morbidities or specific covariate (age, gen-

der, weight, BSA) could be identified as culprit for these

cases (data not shown). When focusing on early toxicities

only (i.e., those showing after the first of the second course

of 5-FU administration), only 5% of such severe side effects

were recorded, a value close to the one we previously pub-

lished in a case-control study [3]. As for overall toxicities,

this figure is markedly lower than the ones usually recorded

with 5-FU-based regimen in patients with head and neck

cancer. Interestingly, not loss in efficacy was observed in

PM patients with reduced dosing. Despite the lack of thera-

peutic drug monitoring, we can hypothesize that specifically

cutting 5-FU dose in patients with impaired DPD ensures

non-toxic drug levels to be sustained, as for standard dosing

administered in patients with no DPD deficiency. In this re-

spect, it is not surprising that efficacy was not hindered by

our tailored dosing, whereas tolerance was improved. The

strategy we have implemented in routine is certainly not op-

timal, since it relies on a fairly complicated HPLC-UV

analysis because UH2 is best quantified at 210 nm, a non-

specific wavelength. Consequently, UH2/U ratio determina-

tion can be uneasy and in this study, 19 samples (7.8%)

could not be analyzed, partly because of chromatographic

interferences. Also, the fact that our patients were all under-

going combinational therapies prevents us to associate une-

quivocally our pharmacodynamic endpoints with 5-FU only.

Furthermore, unlike genotyping DPYD, there is little data

made available to assess the sensitivity and the specificity of

DPD functional testing as a mean to detect patients at risk of

severe toxicities upon fluoropyrimidines administration.

Consequently, most groups advocate for implementing geno-

typing DPYD as the primary strategy to avoid 5-FU-related

toxicities [15-17], rather than phenotyping as we did. How-

ever, sensitivity of DPYD genotyping is admittedly too low

to prevent the majority of drug-induced toxicity. In a previ-

ous retrospective study, we showed that screening for the

DPYD*2A genotype was unable to detect patients with early

severe toxicities upon fluoropyrimidine administration. Con-

versely, ratio determination permitted to detect 70% of the

severe toxicities and 80% of the toxic death in patients

treated with either 5-FU or capecitabine, but this study was

not designed to evaluate specificity and its retrospective na-

ture failed to meet appropriate levels of evidence. Despite

this, and based upon several clinical reports or case-reports

in our institute, it has been decided to implement this tech-

nique in routine, and real-life data suggest today that the

efficacy/toxicity balance of 5-FU can be improved indeed,

including in heavily treated head-and-neck cancer patients

with several co-morbidities and no limit in age. Of note, 15

patients were 75 years or older (i.e., 14 EM, 1 PM), includ-

ing 4 older than 80 years and none of them displayed severe

toxicities. Despite the previously mentioned drawbacks,

functional testing remains an active field of investigation and

improved methods are regularly published [18, 19]. Of note,

the ESMO has recently issued its recommendations for treat-

ing colorectal cancer, and this panel has chosen to not rec-

Page 104: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

103

ommend upfront DPD screening, because of the

poor sensi- tivity of genotyping approaches, and

the lack of consensus on functional testing [20].

This recent position has fueled several harsh

controversies among specialists [21, 22]. Of note,

very recently two independent groups have

demon- strated retrospectively that functional

testing based upon the simple measurement of

uracil plasma level could help to identify patients

experiencing severe toxicities with 5-FU or

capecitabine. Remarkably, and although

performed using slightly different techniques in

different settings and using different statistical

methodologies, both groups have identi- fied the

same threshold (i.e., >16 ng/ml) associated with

se- vere toxicities. Here, our prospective clinical

study based on phenotyping DPD fully confirms

indeed that 5-FU-induced toxicities are not a

fatality, even in deficient patients, pro- vided that

adequate dose tailoring is performed.

CONCLUSION

This observational study performed on 218

fully evalu- able patients with head–and-neck

cancer shows that it is pos- sible to implement

upfront DPD screening in routine clinical practice

to reduce the risk of 5-FU-induced toxicities. Our

clinical observation show that the global incidence

of severe adverse events (12.8%) and that of early

toxicities (5%) are both markedly lower than the

figures usually published in head and neck cancer

patients, and that reducing 5-FU dos- ing in PM

patients does not affect treatment efficacy. Despite

the limitations related to its monocentric nature

and the ab- sence of control arm, this

observational study advocates for pursuing current

efforts to systematize pre-emptive DPD screening

for securing 5-FU-based regimen in oncology.

ETHICS APPROVAL AND CONSENT TO

PARTICI- PATE

Not applicable.

HUMAN AND ANIMAL RIGHTS

No Animals/Humans were used for studies

that are base of this research.

CONSENT FOR PUBLICATION

Not applicable.

CONFLICT OF INTEREST

The authors declare no conflict of interest,

financial or otherwise.

ACKNOWLEDGEMENTS

Declared none.

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Page 106: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

105

V. Mise en place de la méthode de dosage du 5-FU à l'Hôpital de

la Timone

Afin de programmer les dosages issus d'un essai détaillé plus bas, nous souhaitions effectuer

une revue complète de la procédure de dosage du 5-FU en HPLC-UV, et valider la méthode

de dosage My-FU de Saladax sur l'Integra 401.

1. Revue complète de la procédure de dosage de 5-FU en HPLC-UV

Il s'agissait d'une extraction liquide-liquide. L'étalon interne était le 5-Bromo-Uracile. La

gamme d'étalonnage allait de 5 à 100 ng/mL, avec 3 CQ (20 ng/mL, 75 ng/mL et 375 ng/mL).

La colonne était une X-TERRA RP18 3,5µm.

Avec une prise d'essai de 500 µL, et 50µL d'EI en milieu acide phosphorique, nous ajoutions

un mélange n-propranol/diéthyléther 10/90. L'agitation au vortex automatique du

laboratoire de pharmacocinétique de la Timone donnait des rendements différents selon la

position des tubes sur le vortex et selon la vitesse et le temps de rotation. Il fut donc

nécessaire d'allonger le temps au vortex automatique à 30 minutes, en permutant à mi-

temps les tubes du milieu et à l'extérieur. D'autre part, un dégagement gazeux faisant sauter

les bouchons des tubes, du parafilm fut ajouté aux bouchons pour fermement obturer les

tubes.

Après ces 30 minutes de mélange, les tubes étaient centrifugés à 3000 tours/minute et à

4°C. La phase organique était alors évaporée à chaud sous azote, avant de reprendre le

résidu sec par 150µL de tampon KH2PO4.

Les échantillons étaient ensuite injectés sur le système DAD du laboratoire (voir procédure

de dosage).

Afin d'évaluer les performances de cette méthode, la répétabilité, la fidélité intermédiaire, la

justesse, la LOQ, le rendement d'extraction, la linéarité, l'incertitude et l'effet dilution ont

été testés et validés conformes aux recommandations de l'EMA 2012 (voir dossier de

validation de la méthode de décembre 2013 à mars 2014).

2. Validation de la méthode My-FU de Saladax sur l'Integra 401

Page 107: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

106

a mis au point un kit de dosage par immunoagglutination de

nanoparticules. Il s'agit d'une courbe de calibration en 6 points, de 0 à 1800 ng/mL, et 3 CQ à

225, 450 et 900 ng/mL. Si un échantillon sort en dehors de la gamme, il peut être effectué

une dilution au 1/5 dans du calibrant 0 à raison de 200µL de cal 0 + 50µL d’échantillon. Cette

dilution a été validée le 18 décembre 2013 avec un CV de 3.26% et une justesse de -9.66%.

Des dilutions au-delà de 1/5 ne sont pas nécessaires, dans le sens où un surdosage supérieur

à 9000ng/mL serait déjà mortel, des concentrations au-dessus seraient inenvisageables.

Une étude de répétabilité des 3 CQ a été réalisée avec des résultats acceptables.

REPETABILITE CQ1 CQ2 CQ3

Concentration 225 450 900

1 286 447 940

2 241 487 913

3 217 458 926

4 233 443 929

5 219 451 928

6 244 441 945

M 240,000 454,500 930,167

SD 25,108 17,038 11,268

CV 10,46 3,75 1,21

Justesse 6,67 1,00 3,35

Une contamination inter-échantillon a été réalisée en faisant passer 3 CQ hauts puis 3 CQ

bas. Les résultats, donnés dans le tableau suivant, sont acceptables :

Page 108: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

107

CONTAMINATION

DATE 17/12/2013 900 225

lot reactif 12-212 950 257

lot cq 12-138 904 253

lot calibrant 12-131 896 257

Moyenne 916,667 255,667

Ecart type 29,143 2,309

CV 3,18 0,90

% contamination 0,00

La Limite Of Quantification (LOQ) annoncée par Saladax est à 85ng/mL. Elle a été validée,

comme montré dans le tableau suivant :

LOQ CONC

DATE 17/12/2013 85

lot reactif 12-212 1 82

lot cq 12-138 2 64

lot calibrant 12-131 3 68

4 64

5 81

6

m 71,800

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108

sd 9,011

cv 12,55 < 20%

justesse -15,53 < 20%

La limite de détection étant annoncée à 52 ng/mL, deux tentatives pour abaisser la limite de

quantification à 60 ng/mL puis à 75 ng/mL furent testées sans succès.

Cette LOQ étant très élevée, la cross-validation initialement prévue avec la technique HPLC

n'a pas été réalisée car le kit n'aurait pas permis la détermination de concentrations basses,

et donc les points après arrêt de la perfusion (demi-vie très courte), pour la détermination

de l'AUC. Une forte corrélation entre My5-FU et l'HPLC-UV ou LC-MS/MS avait cependant

été montrée dans un rapport du National Instute for Health Research (NHS) mais la

variabilité était marquée[230].

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120

VI. Mise en place de la méthode de dosage du 5-FU à l'Hôpital

Européen Georges Pompidou

Le protocole initial de dosage du 5-FU à l'HEGP datait de 2009. Il s'agissait du dosage

plasmatique HPLC-UV après extraction liquide-liquide. Le range de concentration ne

convenait pas puisque la gamme en 7 points allait jusqu'à 5000 ng/mL, avec une LOQ à 75

ng/mL. Il y avait alors 3CQ : à 75 ng/mL, 750 ng/mL et 2000 ng/mL. Le 5-FU ayant une demi-

vie très courte, il était nécessaire de diminuer la LOQ afin de pouvoir quantifier les points

tardifs. D'autre part, les concentrations hautes ne sont pas pertinentes dans le suivi

thérapeutique puisqu'à l'état d'équilibre, on attend plutôt des concentrations de l'ordre de

300-600 ng/mL. D'autre part, le protocole initial n'utilisait pas d'étalon interne.

Le travail consistait donc essentiellement à diminuer la LOQ et donc à gagner en sensibilité.

La non-disponibilité de certains solvants (n-propranol) ne permettait pas de transposer la

méthode validée à Marseille. La solution trouvée a été inspirée par les travaux d'Ananda

Lima Sanson [231], qui suggéraient une double extraction. Ainsi, à une prise d'essai de 500

µL et 25µL d'étalon interne (5-BromoUracile), on ajoutait 5 mL d'acétate d'éthyle, avant

d'agiter 30 minutes sur agitateur rotatif à vitesse élevée (cf amélioration du rendement

d'extraction en augmentant le temps et la vitesse de rotation à Marseille). Après

centrifugation, la phase organique était récupérée et évaporée sous azote à froid dans un

tube en verre. Le culot était repris à nouveau par 5mL d'acétate d'éthyle (double extraction).

Les 5mL de phase organique étaient récupérés dans les mêmes tubes avant d'être évaporés

sous azote à froid.

La double extraction a permis de multiplier le rendement d'extraction par 2 et abaisser la

LOQ de 60 ng/mL à 10 ng/mL. La LOQ a été validée sur 6 mesures avec un CV à 4.4%, ce qui

est conforme aux recommandations EMA 2012.

La gamme a été validée en 7 points de 10 à 500 ng/mL. La linéarité était correcte, avec des

CV de 1.97% à 11.68% et des justesses de -5.16% à 13.22%. La dilution au 1/5 a été validée

avec un CV à 3.29% et une justesse à 1.36%. Les 4 CQ (20, 75, 150, et 400 ng/mL) ont été

validés avec des CV et justesse appropriés.

Cette technique a pu être utilisée pour le dosage des patients de l'essai APPROCHE ORL.

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VII. Mise en place de l'essai clinique TDM-5FU à Marseille

Dans le cadre de ce travail, un projet de recherche intitulé " Développement d’un modèle de

ciblage posologique du 5-FU chez le patient atteint de cancer ORL et recevant une

chimiothérapie à base de TPF" a été présenté à la délégation à la recherche clinique et à

l'innovation de Marseille Promotion 2013 (numéro EUCRACT : NCT02484677).

Nous nous proposions, au cours de ce projet de recherche, de développer une double stratégie

de typage DPD et de suivi thérapeutique pharmacologique (STP) du 5-FU chez le patient atteint

de cancer ORL et traité par le protocole TPF (docetaxel, cisplatine, 5-FU), afin de mettre au point

un modèle original de recadrage des posologies du 5-FU dans sa zone thérapeutique (AUC cible =

30 ng/ml/j). Il s’agissait d’un essai pauci-centrique (Nîmes, Nice, La Timone), portant sur 100

patients adultes devant recevoir une administration de 5-FU dans le cadre d’un protocole TPF

pour la prise en charge de leur cancer ORL.

Le cancer ORL est le 4ème cancer le plus fréquent en France, avec plus de 14 000 nouveaux cas. Il

est plus fréquent chez l'homme, avec un pic entre 50 et 64 ans [232]. Le tabac, par une action

cancérigène directe (benzopyrènes) et par brûlure chronique, est un facteur de risque reconnu.

L’excès de risque que sa consommation engendre est lié à la dose journalière absorbée et à la

durée de l’intoxication. L’alcool agirait comme co-carcinogène en renforçant l’activité

carcinogène du tabac[233]. Son action comme carcinogène direct n’a jamais été démontrée

dans les cancers des VADS. Il existe d'autres facteurs dont le rôle est fortement suspecté mais

n’a jamais été totalement démontré : mauvaise hygiène buccodentaire, malnutrition, facteurs

génétiques, exposition professionnelle (Hydrocarbures polycycliques, chrome, nickel).

Les patients devaient faire l’objet d’un prélèvement avant l’initiation de leur traitement afin

d’établir leur statut DPD, puis d’un prélèvement à l’état d’équilibre (24H après le début de

l’administration) à chacune des cures de chimiothérapies afin de mesurer la concentration

plasmatique en 5-FU. La dose en 5-FU de la cure suivante devait être adaptée par une

méthode bayésienne sur la base de l’information individuelle obtenue et une matrice de

population cinétique implantée dans un modèle original (Kinetic Pro), afin d’atteindre chez

le patient une AUC cible de 30 mg.h/L.

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131

Figure 10 : Principe de l’étude clinique

L’objectif principal était d’évaluer la tolérance de ce protocole TPF adapté, y compris chez le

patient âgé. Les objectifs secondaires étaient d'évaluer l’efficacité de ce protocole TPF

adapté en termes de réponse, et de valider le modèle pharmacocinétique d’ajustement des

posologies. Ce projet clinique devait, en cas de succès, autoriser la mise en place en pratique

clinique de routine d’une nouvelle stratégie de ciblage posologique du 5-FU afin d’en

améliorer la balance efficacité/toxicités, sécurisant ainsi son administration chez le patient

atteint de cancer, et permettant l'extension de son utilisation au sujet âgé de plus de 65 ans.

Nous avons donc rédigé un dossier présentant le projet de recherche, ainsi que les lettres

d'information et de consentement pour les patients.

Porté en 2013, ce projet a été validé par la délégation à la recherche clinique et à

l'innovation de Marseille. Cependant, alors que le recrutement était à 12 patients, l’essai

clinique a été clos.

Nous avons tout de même dosé les cinétiques des 3 premiers patients, et calculé les AUC par

la méthode des trapèzes sur excel. Les graphiques et tests statistiques ont été réalisés sur R

(version 3.1.3). Les AUC ont été évaluées avec tous les points, en enlevant les points

Page 133: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

132

aberrants* et une troisième fois en considérant que la perfusion continue impose un plateau

et que seule la concentration à T24h est obtenue.

Les concentrations sont données en ng/mL et les AUC en µg/mL.h. Les résultats sont donnés

dans le tableau ci-dessous :

Tableau 1 : Données des 3 premiers patients de l’essai TDM-5FU

Patients T0 T20h T24h T44h Tfin de

perf

Tfin +15

Tfin +30

Tfin +60

AUC calculée

avec tous points

AUC calculée

sans aberrants

AUC calculée en considérant

que seul T24h est

utilisé

1 0 16* 138 95 97 137 135 82 7,91 9,10 11,73

2 0 167 198 17,4* 257 32 NA NA 11,72 18,82 14,20

3 NA 66,4 40,6 45,4 94,2 27,2 27,11 NA 5,39 5,39 3,45

Les trois AUC obtenues sont inférieures aux valeurs attendues de 22-28 µg/mL.h.

Figure 11 : Concentration de 5-FU en fonction du temps chez les 3 premiers patients du protocole TDM-5FU

Page 134: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

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Figure 12 : Concentration de 5-FU en fonction du temps chez les 3 premiers patients du protocole TDM-5FU sans les valeurs aberrantes

La figure 10 montre la très grande hétérogénéité des résultats, déjà bien visible sur les 3

premiers patients.

A ce jour, 5 autres patients ont été prélevés, mais n’ont pas pu faire l’objet de cinétiques

complètes.

La problématique majeure soulevée par ces résultats est l’état d’équilibre du 5-FU, très

fluctuant, et rendant l’identification des paramètres PK très bruitée. Pourtant, certains

centres, comme celui de Dijon, proposent une estimation de l’AUC en fonction de la valeur

de la concentration à T24h. Bien qu’il n’y ait que 3 patients, les valeurs des AUC calculées et

estimées à partir du T24h ne sont pas statistiquement différentes (Test de Wilcoxon,

p=0.75).

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134

Page 136: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

135

Discussion

Synthétisé depuis les années 1950, le 5-FU (5-fluoro-1H-pyrimidine-2,4-dione) est l’analogue

5-fluoré de l’uracile, pyrimidine-2,4-dione, base azotée pyrimidique.

En France, le 5-FU est utilisé dans le traitement des adénocarcinomes digestifs avancés ou

pour les cancers colorectaux après résection en situation adjuvante, des adénocarcinomes

mammaires après traitement locorégional ou lors des rechutes, des adénocarcinomes

ovariens et dans les carcinomes épidermoïdes des voies aérodigestives supérieures et

œsophagiennes, le plus souvent en association avec d’autres cytotoxiques et /ou thérapies

ciblées.

Bien qu'ancien, le 5-FU est largement utilisé puisqu'environ 2 millions de patients

recevraient du 5-FU chaque année dans le monde [234] et plus de 300000 patients par an

aux Etats-Unis reçoivent du 5-FU ou de la capecitabine [223].

Administré par voie intra-veineuse, il subit un intense et rapide métabolisme hépatique. On

estime qu'entre 80 et 85% de la dose initiale est métabolisée par la DPD (DihydroPyrimidine

Déshydrogénase). Il existe également une voie d’élimination urinaire pour environ 10%. Le

reste de la dose initiale est impliquée dans l'anabolisme. Il exerce des effets cytotoxiques en

inhibant des enzymes clés de la synthèse des acides nucléiques ou par incorporation

frauduleuse dans les séquences d’ADN et d’ARN entraînant ainsi la rupture ou l’arrêt

prématuré de la synthèse.

Il existe une importante variation inter-individuelle dans l'activité de la DPD. On parle de

"DPD deficiency syndrome", syndrome pharmacogénétique dont le degré semble

proportionnel à la survenue de toxicités sévères. Un déficit en DPD peut être dépisté par

génotypage, avec les recherches des principales mutations connues, ou par phénotypage. Il

n'y a pas de technique de référence pour le dépistage d'un déficit en DPD, et cette

problématique est largement débattue dans l'article de Clinical Cancer Drugs "Where do we

stand?".

Page 137: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

136

L'administration de doses standard de 5-FU conduit à 10 à 50% de toxicités sévères et 0.5 à

4% de décès toxiques, en fonction des protocoles [6] [123]. Entre 30 et 80% des toxicités

sévères enregistrées après administration de 5-FU peuvent être attribuées à une activité

diminuée de la DPD dans le foie [235] [55]. La survenue des toxicités dépend également des

protocoles, et donc des posologies, comme démontré avec l'irinotecan [236]. Gross et al. A

montré que le SNP c.496A>G était prédictif des toxicités sous 5-FU dans le cancer gastro-

intestinal et dans le cancer du sein, mais pas pour les tumeurs colorectales [237].

Notre tour d’horizon de la pharmacovigilance française a permis de noter que les principaux

effets indésirables recensés en lien avec l’administration de 5-FU étaient d’ordre

hématologique pour 20.4% des cas (notamment thrombopénies, neutropénies, et plus

étonnement leucémie myéloïde aiguë), gastro-intestinale pour 12.8% des cas (diarrhées,

vomissements, nausées), cutané pour 11.6% des cas (avec surtout des alopécies, mais aussi

syndrome acral), et enfin cardiaque pour 9.3% des cas (artériospasme coronaire, diminution

du volume d’éjection ventriculaire, insuffisance cardiaque et infarctus du myocarde). Les

patients âgés ne présentaient pas plus de mortalité que la population générale. Par contre,

les cas rapportés concernaient plus souvent le sexe féminin. Deux effets indésirables sont

ressortis comme faisant partie des 10 plus fréquents alors qu’ils ne sont pas listés sur le

RCP : les leucémies aigues myéloïdes et l’insuffisance rénale aigue. Des études portant sur

ces effets seraient intéressantes pour décrire les mécanismes et alerter les oncologues.

Les toxicités chimio-induites ont plusieurs enjeux. Sur le plan éthique, il parait difficilement

envisageable d’administrer un traitement à un patient, tout en sachant qu’à posologie

standard, ce traitement en lui-même impliquerait jusqu’à 4% de décès toxique. Sur le plan

scientifique, il est admis que les variations génétiques du gène DPYD sont responsables

d’une large partie de toxicités sévères. Or, il existe des techniques qui permettent une

exploration de ces variations génétiques. Sur un plan économique, il a été démontré que la

réduction des posologies, et par là même des toxicités, permettait une économie non-

négligeable pour les établissements de soins (de près de 70% selon Saif et al. [238]). Enfin,

les neutropénies induites entrainent l’introduction d’antibiotiques à large spectre qui

perturbent le microbiote intestinal nécessaire à une bonne réponse immunitaire

antitumorale.

Page 138: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

137

Le développement de stratégies de dépistage pré-thérapeutique de déficience en DPD et

l'adaptation posologique en fonction de ce résultat permet d'anticiper les toxicités induites

par les fluoropyrimidines [239]. Un arbre décisionnel avait par exemple été publié par

l'équipe de Gamelin, et se basait sur la présence de mutations définies et sur la valeur de

l’uracilémie (> ou < à 15 μg/L) et/ou de l’UH2/U (> ou < à 6) [128]. Un récent essai portant

sur 1142 patients, concluait à la réduction de l'incidence de toxicités sévères associées au 5-

FU dans le bras dépisté [240]. Il s’agissait d’un kit commercial, un algorithme inconnu, et un

critère composite constitué de ratio, uracilémie et de recherche de SNPs. Cependant, le

Groupe de Pharmacologie Clinique Oncologique, dans sa lettre numéro 3 d'avril 2017

émettait quelques réserves sur cette publication, notamment parce que l'essai ne compare

pas les différentes approches testées, qui pourtant auraient constitué une information

capitale pour affiner une stratégie consensuelle de dépistage du déficit en DPD, parce qu'il

ne montre pas les relations entre génotype et phénotype et parce qu'il met surtout l’accent

sur la comparaison du nombre d’incidents toxiques alors que ces comparaisons sont

pertinentes sur le nombre de patients concernés, et que les deux groupes n’étaient pas

comparables [241].

A Marseille, la technique de dépistage du déficit en DPD consiste en la mesure du ratio entre

le dihydrouracile et l'uracile, ce qui revient à quantifier l'activité de la DPD. Il s’agit donc

d’une technique HPLC simple, ne nécessitant qu’un prélèvement sanguin, et peu onéreuse

puisqu’il est codifié BHN150 soit 40,50€. D’autre part, l’arbre décisionnel est d’autant plus

interessant qu’il est transparent. Une réduction de posologie pour les cures de 5-FU est alors

proposée au clinicien. Si le ratio est supérieur à 4, les patients sont des métaboliseurs

extensifs, et une posologie standard peut être adoptée. S'il est compris entre 3 et 4, le

clinicien recevra une alerte quant à une activité réduite, mais sans réduction systématique

de posologie. S'il est compris entre 2 et 3, la posologie est réduite de 15 à 20 %. S'il est

compris entre 1 et 2, la posologie est réduite de 30 %. S'il est compris entre 0.5 et 1, la

posologie est réduite de 50 %. S'il est inférieur à 0.5 ou si l'UH2 n'est pas détectable par le

système chromatographique : l'utilisation du 5-FU est contre-indiquée.

Il faut cependant noter que les cut-off sont dépendants des techniques analytiques. En effet,

par exemple à Toulouse, les métaboliseurs sont considérés comme extensifs pour les ratios

supérieurs à 5, contre 4 à Marseille. Cela illustre un problème bioanalytique, conduisant à

Page 139: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

138

une surestimation de l’uracile à Marseille, où l’intégration du pic d’uracile est maximisée sur

Chemstation.

La performance du typage UH2/U a été évaluée dans la pratique clinique courante dans les

cancers colorectaux et ORL. Dans chaque cas, les réductions de posologies chez les patients

déficients donnaient une posologie significativement plus faible, avec une réduction de

posologie moyenne de 21 % en cancer ORL et de 35% en cancer digestif, pourtant l'efficacité

était conservée. Enfin, la toxicité était nettement réduite par rapport à ce qui peut être

observé dans la littérature : seulement 11% de toxicités sévères dans le cancer ORL et 5%

dans le cancer digestif pour les patients dont la posologie avait été adaptée. Ainsi, la

sécurisation des chimiothérapies à base de 5-FU peut être une réalité atteignable, pour un

coût modeste, avec une technique facilement généralisable.

Dans les deux cas, le 5-FU était utilisé au sein de nombreux protocoles différents, afin de

permettre la validation de notre outil d'individualisation des doses en conditions réelles. A

chaque fois, un quart des patients présentait une déficience en DPD. Ce chiffre est bien plus

grand que les déficiences en DPD détectées par génotypage [242], mais la différence dans

l'incidence du déficit en fonction de la méthode de dépistage est déjà été rapportée [65].

Dans l'étude dans le cancer ORL, le sexe féminin était associé à un plus fort risque d'activité

réduite de la DPD, totalement en accord avec la littérature[66] [67] [68] [71]. Dans les deux

cas, et comme pour l’étude de pharmacovigilance, l'âge n'était pas un facteur de risque, ce

qui était à nouveau cohérent avec certains auteurs qui ont montré que la clairance au 5-FU

ne soit pas influencée par l'âge [67].

Finalement, les travaux de thèse auront permis :

- De préciser l’amplitude du problème

- De démontrer la faisabilité d’un typage DPD de routine avec effet réduction des

toxicités et donc une sécurisation de la chimiothérapie

Pour entrer dans une médecine de précision, il faudra quand même développer un modèle

plus élaboré que l’abaque utilisée jusqu’à présent. Afin d’atteindre cet objectif, il conviendra

de surmonter les écueils techniques liés à des problématiques de financement des études

multicentriques sur le 5-FU, des problématiques organisationnelles (la réalisation de

Page 140: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

139

prélèvements chez des patients sous diffuseur en ambulatoire), et des problématiques

techniques (changements de débits de perfusion rendant la Css instable).

Page 141: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

140

Posters

1. Launay M, Kheloufi F, Grandvuillemin A, Bondon-Guitton E, Carlhant-Kowalski D,

Ponte J, Blin O, Default A, Micallef J. Safety profile of 5-fluorouracil: data from the

French pharmacovigilance database over a 10 year period. Congrès de la Société

Française de Pharmacologie et de Thérapeutique, Rouen, 19-21 avril 2017

2. Launay M, Gattacceca F, Lacarelle B, Salas S, Ciccolini J. Beating the odds: DPD-based

dosing of 5-FU with a PK/PD model in head and neck cancer patients. Journées du

Groupe Métabolisme Pharmacocinétique, Paris, 21-23 octobre 2015

Page 142: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

141

Page 143: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

142

Page 144: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

143

Autres travaux

I. Posters

1. Roux A, Launay M, Douvry B., Lecuyer L, Grenet D, Boussaud V, Couderc LJ,

Guillemain R, Billaud EM. Posaconazole en transplantation pulmonaire: influence de

la forme orale sur l'exposition. Congrès de la Société Francophone de

Transplantation, Liège, Belgique, 6-9 décembre 2016

2. Quemeneur C, Fave G, Constant AL, Launay M, Billaud E, Mantz J, Jullien V, Journois

D. Pharmacocinétique de la PIPERACILLINE et du CEFEPIME en hémodialyse continue

en anticoagulation régionale au citrate. Congrès de la Société Français d'Anesthésie

et de Réanimation, Paris, 22-24 septembre 2016

3. Launay M, Borentain P, Kownacki G, Vérine A, Rouby F, Solas C, Botta-Fridlund D,

Gensollen S. Myelosuppression in a patient with hepatic transplant treated by

sofosbuvir and ribavirin. 3rd world congress on controversies in the management of

viral hepatitis, Berlin, Allemagne, 1-3 mai 2014

4. Launay M, Borentain P, Kownacki G, Vérine A, Rouby F, Solas C, Botta-Fridlund D,

Gensollen S. Aplasie médullaire chez un patient VHC greffé hépatique traité par

sofosbuvir + ribavirine. 15ème congrès de la société française de pharmacie clinique,

Grenoble, 5-7 février 2014

5. Launay M, Fouliard S, Chenel M. In Vitro-In Vivo Correlation (IVIVC) based on a

population compartmental approach. Journées du Groupe Métabolisme

Pharmacocinétique, Quantitative Pharmacokinetic models, Paris, 24-25 octobre 2013

6. Launay M, Robelet A, Gégu C, Bretaudeau M, Mauillon D, Ferval F, Clerc M.

Evaluation des pratiques professionnelles sur la mise en place et le suivi d’un

traitement de substitution aux opiacés (TSO) à la maison d’arrêt d’Angers. 14ème

congrès de la société française de pharmacie Clinique, Bordeaux, 1-3 février 2012.

7. Launay M, Gegu C, Leturgez T, Cirpanli Y, Ozturk K, Erdogar N, Yerlikaya F, Bilensoy E,

Calis S, Capan Y. Comparative evaluation of in vitro parameters of tamoxifen citrate

loaded chitosan, poly(ε-caprolactone) and poly(lactide-co-glycolides) nanoparticles.

7th World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical

Technology, Valetta, Malta, 8-11 Mars 2010

Page 145: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

144

8. Yerlikaya F, Launay M, Gegu C, Leturgez T, Bilensoy E, Çalış C, Çapan Y. Analytical

method development and validation of tamoxifen citrate using normal phase high

performance liquid chromatography. 3rd BBBB-Bosphorus International Conference

on Pharmaceutical Sciences, Antalya, Turkey, 26-28 octobre 2009

II. Publications

1. Launay M, Roux A, Beaumont L, Douvry B, Lecuyer L, Douez E, Couderc LJ, Grenet D,

Jullien V, Boussaud V, Guillemain R, and Billaud EM, Posaconazole tablets: what

about exposure and drug-drug interactions in lung transplanted patients, including

cystic fibrosis? [Soumission à Antimicrobial Agents and Chemotherapy, corrections

en cours]

2. Launay M, Baudouin V, Guillemain R, Maisin A, Flodrops H, Douez E, Mavoungou S,

Jullien V and Billaud EM, Leflunomide for BKvirus: series of 7 kidney-transplanted

children [Soumission à International Journal of Organ Transplantation Medicine]

3. Launay M, Roy C, Padoin C, Sermet I and Jullien V, PK-PD of antibiotic and antifungal

therapy in cystic fibrosis, Revue de la littérature sur invitation dans Clinical

Pharmacokinetics [rédaction en cours]

4. Toussaint B, Lanternier F, Woloch C, Fournier D, Launay M, Billaud E, Dannaoui E,

Lortholary O, Jullien V. An ultra performance liquid chromatography-tandem mass

spectrometry method for the therapeutic drug monitoring of isavuconazole and

seven other antifungal compounds in plasma samples. J Chromatogr B Analyt

Technol Biomed Life Sci 2017, 1046 : 26-33

5. Cirpanli Y, Yerlikaya F, Ozturk K, Erdogar N, Launay M, Gegu C, Leturgez T, Bilensoy E,

Calis S, Capan Y. Comparative evaluation of in vitro parameters of tamoxifen citrate

loaded poly(lactide-co-glycolide), poly(ε-caprolactone) and chitosan nanoparticles.

Die Pharmazie 65 : 867-870 (2010), (PMID: 21284254)

Page 146: Développement d’une stratégie pour la sécurisation des

145

Bibliographie :

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Résumé en français :

Utilisé depuis plus de 60 ans, le 5-fluorouracile (5-FU) est un médicament qui reste un des piliers du traitement

de nombreuses tumeurs solides (cancer digestif, de la sphère oropharyngée, du sein). Administré par voie

intraveineuse, cette molécule va immédiatement subir un métabolisme hépatique intensif, si bien que seul

10% de la dose administrée est active. Ce métabolisme est issu de l'action d'une enzyme, la dihydropyrimidine

déshydrogénase (DPD), pour laquelle il existe une importante variation d'activité entre les individus. On estime

à 15 à 35 % le risque de toxicité sévère induite par le 5-FU. Les principaux effets indésirables rencontrés sont

surtout d'ordre gastro-digestif (à type de diarrhées, nausées, vomissements, mais aussi mucites parfois très

invalidantes), et hématologique (neutropénie, thrombopénie). La survenue de décès intervient dans 1 à 3 %

des cas. Souvent, un déficit en DPD est dépisté post-cure. L’objectif principal de notre travail était donc de

réduire l'incidence des toxicités sous 5-FU en relation avec le déficit en DPD, à travers une étude de

pharmacovigilance qui témoigne de l'importance du problème ; une contribution à l’implantation du typage

systématique prospectif par un test fonctionnel de la DPD avec réduction empirique des doses en fonction du

ratio UH2/U ; le suivi de la performance du phénotypage dans deux indications emblématiques (fortes doses,

toxicités associées) : les cancers colorectal et ORL ; la participation au développement bioanalytique de

méthodes de dosage du 5-FU, par kit et immunoanalyse, et par HPLC (à Marseille, et à l'Hôpital Européen

Georges Pompidou) afin de permettre le bon déroulement de l'étude clinique reposant sur du suivi

thérapeutique pharmacologique et de la pharmacocinétique en données riches ; la participation à un

programme de recherche clinique visant à développer, cette fois, un modèle PK/PD/PGx dévolu à une

adaptation plus fine des doses de FU.

Résumé en anglais:

5-Fluoro-Uracil (5-FU) ranks among the most widely prescribed anticancer agents world- wide.

Fluoropyrimidines are a mainstay in the treatment of numerous solid tumors, mostly used in combination with

other cytotoxics, targeted therapies or biologics. Because most of the administered 5-FU dose will undergo

extensive catabolism driven by dihydropyrimidine dehydrogenase (DPD), a liver enzyme that converts 5-FU into

inactive metabolite, drug dosing is particularly high in some settings such as digestive or head-and-neck

cancers. Variations in fluoropyrimidine disposition are a major cause for the erratic pharmacokinetics profile

observed in cancer patients. Because of the elevated doses administered, DPD-deficient patients are likely to

experience life-threatening toxicities and those are now a rising issue regarding pre-emptive strategies to be

undertaken to improve safety. The main objective of this work was to reduce 5-FU induced toxicities related to

DPD-deficiency syndrome with a Pharmacovigilance survey describing the phenomenon, the implementation of

a simple functional testing strategy phenotyping DPD-deficiency with empiric cut in dosing according to UH2/U

ratio, the evaluation of this method in colorectal and head and neck cancer, the analytical development of

immunoanalysis and chromatographic method in Marseille and the European Hospital Georges Pompidou, and

the participation of a clinical research program for the development of a PK/PD/PGx model for a better

individualization of the doses.