Een nieuwe roeping voor disulfiram?

Almaar vaker wordt gedacht aan een herpositionering van bestaande geneesmiddelen. De belangrijkste reden is dat als een geneesmiddel door de regelgevende overheden is goedgekeurd in een bepaalde indicatie, er meteen fase 3-studies mee kunnen worden uitgevoerd in een andere indicatie. Dat spaart enorm veel geld en tijd uit.Over het algemeen verlopen er immers meer dan tien jaar tussen het ontwerpen van een geneesmiddel en het verlenen van de vergunning voor het in de handel brengen. Voor kankermedicijnen duurt dat nog ongeveer 25% langer.Repositionering van een geneesmiddel is vaak een gevolg van het toeval. Denken we bijvoorbeeld maar aan sildenafil (Viagra®), dat aanvankelijk was ontworpen voor de behandeling van angina pectoris. Even toevallig heeft de wetenschappelijke wereld in de jaren 2000 ontdekt dat disulfiram antitumorale eigenschappen heeft. Disulfiram (handelsnaam Antabuse®) wordt vooral gebruikt om van een alcoholverslaving af te geraken. Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan die antitumorale werking, was echter nog niet duidelijk.Ook het effect van disulfiram op alcohol werd toevallig ontdekt. "In fabrieken waar disulfiram werd gebruikt in industriële processen van vulkanisering van rubber, werd vastgesteld dat alcoholverslaafde arbeiders na het werk last kregen van nausea, hoofdpijn, ...", vertelt professor Raphaël Frédérick, samen met professor Didier Lambert, hoofd van de Medicinal Chemistry Research Group in het Louvain Drug Research Institute van de Université catholique de Louvain (UCLouvain).Die vreemde en onaangename ervaring is als volgt te verklaren. De ethanol in alcoholhoudende dranken wordt door het enzym alcoholdehydrogenase (ADH) omgezet in acetaldehyde en vervolgens door het enzym aldehydedehydrogenase in het onschadelijke azijnzuur. Disulfiram remt het aldehydedehydrogenase, waardoor er zich acetaldehyde ophoopt. Eigenlijk is acetaldehyde de stof die verantwoordelijk is voor de 'kater'. De arbeiders die disulfiram inademden tijdens de vulkanisering van rubber, kregen daardoor dus een 'houten kop'. "Antabuse® geneest het alcoholisme niet, maar veroorzaakt een afkeer voor alcohol en helpt zo bij de ontwenning", zegt Raphaël Frédérick. En hij voegt er nog aan toe: "Eigenlijk is het een zeer slecht geneesmiddel. Het is immers veel gemakkelijker om de inname van disulfiram stop te zetten dan die van alcohol."Historisch interesseerde de Medicinal Chemistry Research Group van de UC Louvain zich eerst voor stoffen die zich binden aan het endocannabinoïdsysteem, en voerden ze studies uit die te maken hadden met drugs en ontstekingsprocessen. Een van die stoffen was disulfiram, dat volgens de vorsers mogelijk enzymen van het cannabinoïdsysteem en vooral het monoacylglycerollipase remt. Het laboratorium heeft dan disulfiramanalogen ontwikkeld en uitgetest. Ze hebben daar enkele wetenschappelijke artikels over gepubliceerd, maar de klinische toepassingen bleven achterwege. "Ons laboratorium heeft een groot aantal kleine moleculen gesynthetiseerd en beschikt dan ook over een zeer uitgebreide 'chemische bibliotheek'. Als we aan een therapeutische target werken, kunnen we er stoffen uit halen die interessant zouden kunnen zijn", zegt professor Frédérick.Zijn groep van scheikundigen synthetiseert en onderzoekt vooral kleine stoffen voor de behandeling van kanker. Bij het triëren van moleculen die invloed zouden kunnen hebben op het tumormetabolisme en die meer specifiek het fosfoglyceraatdehydrogenase (PHGDH) remmen, een enzym dat meespeelt bij de productie van serine, hebben de wetenschappers hun oog laten vallen op disulfiram. Ze zijn dan gaan samenwerken met de groep van professor Olivier Feron van het Institut de recherche expérimentale et clinique van de UC Louvain en professor Johan Wouters van het Namur Medicine and Drug Innovation Center (NaMEDIC) van de Universiteit van Namen. Samen hebben ze dan het mechanisme ontdekt via hetwelk disulfiram inwerkt op een tumor. Die ontdekking werd in maart 2019 gepubliceerd1 in het onlinetijdschrift Scientific Reports, dat verbonden is aan de Nature-groep.Om zich te vermenigvuldigen, hebben de cellen eiwitten nodig. Eiwitten bestaan uit een sequentie van aminozuren. Kankercellen hebben het aminozuur serine nodig om zich te kunnen vermenigvuldigen. In de perifere zones van de tumor krijgen de kankercellen nog genoeg bloed en beschikken ze dus over voldoende zuurstof en voedingsstoffen. Kankercellen en normale cellen hebben serine nodig. Gewoonlijk krijgen ze voldoende serine via de voeding. Maar in het centrum van de tumor is de situatie heel anders (hypoxie, acidose, ...). Daar brengen de tumorcellen bij gebrek aan toevoer van buitenaf een signalisatieweg, de serineweg, tot expressie om toch maar over voldoende serine te kunnen beschikken.Hoe verloopt dat? "De oxidatieve cellen, de cellen in de periferie van de tumor, beschikken over zuurstof en suiker en zouden hun energie dus kunnen verkrijgen via aerobe glycolyse, maar dat blijkt niet zo te zijn", legt Raphaël Frédérick uit. "Ze laten de glucose diep in de tumor diffunderen om die ter beschikking te stellen van de glycolytische tumorcellen. Die vormen dan via glycolyse pyruvaat, dat wordt omgezet in lactaat. Lactaat wordt dan naar de oxidatieve cellen gevoerd, die het gaan gebruiken als energiebron en er afhankelijk van worden."Hier kan een link worden gelegd met de serineweg. De serineweg zet 3-fosfoglyceraat (3PG), een intermediaire stof in het glycolyseproces, om in serine. Die omzetting wordt gekatalyseerd door drie enzymen: achtereenvolgens fosfoglyceraatdehydrogenase (PHGDH), fosfoserineaminotransferase (PSAT) en fosfoserinefosfatase (PSPH).De tumorcellen zijn verslaafd aan de serineweg. De laatste jaren is dan ook veel onderzoek verricht om die weg te blokken. Studies, die werden gepubliceerd in Nature, hebben aangetoond dat shRNA's tegen PHGDH een zeer krachtig antitumoraal effect hebben. De vorsers van de Universiteit van Louvain-la-Neuve en van Namen waren er dan ook van overtuigd dat PHGDH-remmers de vermenigvuldiging van kankercellen zouden blokkeren. "Het had waarschijnlijk meer zin de aandacht te vestigen op PHGDH dan op PSAT en PSPH, aangezien PHGDH vroeger in het proces actief is. We weten bovendien dat de serineweg in vroege stadia oncogenen voortbrengt, die tumorprogressie in de hand werken", onderstreept professor Frédérick.De vorsers zijn dan op verschillende manieren te werk gegaan. Zo hebben ze zich onder meer gewend tot de chemische bibliotheek van de Medicinal Chemistry Research Group. Meerdere van die stoffen bleken het PHGDH te remmen. Een aantal ervan werd in vivo onderzocht bij proefdieren, met veelbelovende resultaten. Eén van de 'goede leerlingen' was disulfiram. Aangezien disulfiram volgens literatuurgegevens antitumorale eigenschappen heeft en al in de handel te verkrijgen is, leek disulfiram zeker de moeite waard. De vorsers zijn dan onderzoek gaan uitvoeren om het werkingsmechanisme van disulfiram te ontrafelen. Disulfiram blijkt niet de actieve plaats van het PHGDH te remmen. In tegenstelling tot de meeste geneesmiddelen werkt disulfiram niet in op de enzymatische holte, in casu de holte waar de enzymatische transformatie van 3-fosfoglyceraat tot 3-fosfopyruvaat plaatsvindt in de weg die moet leiden tot de productie van serine. "We hebben vastgesteld dat PHGDH niet actief is als monomeer, maar pas actief wordt als 4 PHGDH-moleculen op elkaar liggen en een homotetrameer vormen", vertelt Raphaël Frédérick. "In een tweede fase hebben we waargenomen dat disulfiram inwerkt op de plaats waar het tetrameer wordt gevormd. Disulfiram verhindert het contact tussen PHGDH-moleculen zodat er zich geen actief tetrameer kan vormen. Doordat PHGDH inactief is, wordt de serineweg geblokkeerd."Er is niet zoveel bekend over stoffen die de tetramerisatie remmen. Het werkingsmechanisme van disulfiram is dan ook een bron van inspiratie voor de vorsers van de Medicinal Chemistry Research Group. Zij hopen dat dit hen op het spoor zal zetten van nieuwe kankermedicijnen. Volgens hen is disulfiram als dusdanig geen oplossing voor de toekomst, ook al lopen er klinische studies met disulfiram en ook al is disulfiram vrij interessant gebleken in muizenmodellen van verschillende kankers (prostaat-, borst-, colonkanker,...). "Disulfiram veroorzaakt niet alleen een gevoel van een 'kater' bij het drinken van alcohol, maar heeft nog andere toxische effecten. Het kan andere enzymen dan PHGDH remmen en kan een zekere concentratie gezonde cellen doden."De vorsers zoeken nu naar stoffen die eenzelfde werkingsmechanisme hebben als disulfiram, maar selectiever inwerken op PHGDH. En het toeval mag ook eens een handje helpen. Meerdere PHGDH-remmers in de chemische bibliotheek van de Medicinal Chemistry Research Group bleken te beantwoorden aan die criteria en hebben zelfs al met succes preklinische in-vivotests doorlopen. De resultaten werden recentelijk ingediend voor publicatie.Om een kankermedicijn te kunnen ontwikkelen, moet de groep echter nog een klip omzeilen. Er bestaat immers een alternatieve weg, de glutaminaseweg. Als de tumorcellen die weg tot expressie brengen, kunnen ze de remming van het PHGDH omzeilen. "We zijn dat nu aan het onderzoeken en we gaan na of het mogelijk is PHGDH en glutaminase tegelijkertijd te remmen", zegt Raphaël Frédérick.In 2017 heeft een internationale groep onder de leiding van professor Ji i Bártek, van de Palacký-Universiteit in Olomouc, Tsjechië, in het tijdschrift Nature een artikel gepubliceerd waarin ze aantonen dat disulfiram in aanwezigheid van koper een nieuwe chemische entiteit vormt, die een proces van eiwitafbraak remt. Dat proces is noodzakelijk voor het metabolisme van de tumorcellen. Bij remming van dat proces kunnen de cellen zich niet meer vermenigvuldigen. Professor Martin Mistrik van het Instituut voor moleculaire en translationele geneeskunde van de Palacký-Universiteit vergelijkt het als volgt: "Het is alsof het vuilnis in een stad niet meer zou worden opgehaald." En hij vervolgt: "Het geneesmiddel zorgt ervoor dat de tumorcellen hun metabole afval niet meer kwijtraken zodat het afval zich gaat ophopen. In die omstandigheden kunnen de tumorcellen niet overleven."Er lopen klinische studies met disulfiram al dan niet samen met koper. Sommige kankers beschikken immers van nature uit over een micro-omgeving die meer koper bevat, dan andere. "In tegenstelling tot het mechanisme dat in Nature werd beschreven in 2017, hangt het mechanisme dat wij hebben ontdekt, niet af van de aanwezigheid van koper. Misschien zijn beide benaderingen complementair?", concludeert professor Frédérick.