Association between Tissue Plasminogen Activator (PLAT) and/or Plasminogen Activator Inhibitor Type 1 (SERPINE1) and Warfarin Responses

Abstract

OBJECTIVES The initial aim of this study was to elucidate the contribution of warfarin on the balance of tPA and PAI-1 levels using rats. The second aim was to evaluate the effects of polymorphisms of PLAT and SERPINE1 which are tPA and PAI-1 level regulating genes, respectively, on the stable warfarin dose in Korean patients with prosthetic mechanical heart valves because warfarin therapy is inevitable for patients with mechanical heart valve prosthesis. METHODS The rats were divided into four groups in order to measure the differences between values of before and after the drug treatment on international normalized ratio (INR), PAI-1 and tPA. Group 1-4 were orally administered with normal saline (control group), low-dose warfarin (0.1 mg/kg, LD-group), and adjusted-dose warfarin (target INR 2.0-3.0, 0.2 mg/kg once a day, AD-5 group) for 5 days and adjusted-dose warfarin (target INR 2.0-3.0, 0.2 mg/kg once a day, AD-10 group) for 10 days, respectively. For the clinical experiment, a hundred ninety one patients with MHV who were on anticoagulation therapy with warfarin and maintained INR of 2.0-3.0 for three consecutive times were retrospectively followed. In order to investigate the influences of genetic polymorphisms on the inter-individual variability of daily warfarin dose requirements, 15 single nucleotide polymorphisms (SNPs) were genotyped; VKORC1 (rs9934438), CYP2C9 (rs1057910), CYP4F2 (rs2108622), GGCX (rs699664), CALU (rs2290228), ACE (rs4341), SERPINE1 (rs7242, rs1050955, rs2227672), and PLAT (rs8178893, rs2299609, rs4581040, rs4736829, rs2070713 , rs879293). RESULTS The drug response (INR) in the LD group was not different from the control group and those in the AD groups expectedly reached to the therapeutic range of 2.0-3.0. The differences in tPA and PAI-1 levels between before and after the treatment of low dose warfarin revealed compensating mechanisms with the decreased level of tPA and the increased level of PAI-1. In the AD groups, their PAI-1 levels were similar but tPA level was only significantly increased in the AD-10 group (<0.05). For the clinical experiment, among the several predictor variables, VKORC1, CYP2C9, and age at the operation were significantly associated with the stable warfarin dose (P<0.05). The other factors including GGCX and PLAT rs8178893 were marginally significant (P<0.1). The influence of factors on warfarin maintenance dose could be expressed as follows: Warfarin maintenance dose (mg) =11.08 - 2.34 x (number of VKORC1 T allele) - 1.76 x (number of CYP2C9 C allele) - 0.03 x (age at the operation) + 0.33 x (number of GGCX A allele) + 0.42 x (number of PLAT rs8178893 G allele) CONCLUSIONS This study confirmed that warfarin and the fibrionolytic markers affect in reciprocal ways. The long-term treatment of adjusted dose warfarin increased tPA levels and the tPA regulating gene, PLAT, seemed to be an another covariate for dose determination of warfarin with marginal significance (P<0.1) along with the strong predictor variables of VKORC1 and CYP2C9.;연구 목표 본 연구는 항응고제제인 warfarin이 섬유소용해의 효소원인 플라스미노겐 활성화인자와 이의 생리적 저해인자인 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 균형에 미치는 영향 및 이 두 효소원의 발현을 조절하는 유전자, PLAT과 SERPINE1의 다형성이 한국인 인공심장판막치환환자에서의 warfarin 유지용량에 미치는 영향을 평가하였다. 대상 및 방법 Warfarin의 반응성 지표인 INR 수치와 플라스미노겐 활성화인자 및 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 warfarin 투여 전과 후 농도 변화를 측정하기 위하여 대조군을 포함한 네 군으로 나누어 동물실험을 하였다. 첫번째 시험군은 저용량 warfarin(0.1 mg/kg)이 5일간 투여되었으며, 두번째와 세번째 시험군은 INR 값이 치료역인 2-3에 들도록 설정된 적정용량 (0.2mg/kg)이 동시에 투여된 반면, 투여일이 5일과 10일로 상이하도록 설정하였다. 임상실험으로는, 인공판막치환술을 시행받은 후 warfarin을 투여중인 191 명의 환자를 대상으로 의무기록을 후향적으로 검토하였고, warfarin의 유지용량은 INR 값이 2 - 3 으로 3 회 이상 반복적으로 유지되는 기간의 warfarin 평균 복용 용량으로 정의하였다. 섬유소용해 관련 유전자의 다형성이 warfarin의 유지용량에 미치는 영향을 평가하기 위하여 채집한 혈액으로부터 15 종류의 단일염기다형성 (SNP, single nucleotide polymorphism)을 분석하였다. 분석에 포함된 유전자들은 VKORC1 (rs9934438), CYP2C9 (rs1057910), CYP4F2 (rs2108622), GGCX (rs699664), CALU (rs2290228), ACE (rs4341), SERPINE1 (rs7242, rs1050955, rs2227672) 그리고 PLAT (rs8178893, rs2299609, rs4581040, rs4736829, rs2070713, rs879293) 이었다. 결과 동물 실험에서 약물 투여 전과 후의 INR값을 비교해 보았을 때, 저용량의 warfarin 투여군은 대조군의 INR변화와 차이가 없었으며, 적정용량의 warfarin을 투여한 두 군에서는 INR이 약물 투여 전보다 모두 유의성있게 증가하였다. 섬유소용해의 효소원인 플라스미노겐 활성화인자와 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 약물 투여 전과 후의 농도를 비교하였을 때에는, 저용량 warfarin 투여군에서는 플라스미노겐 활성화인자가 낮아지자 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 농도가 증가하는 보상기전이 관찰되었다. 적정용량의 warfairn을 투여한 두 군에서는 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 농도 차이는 없었지만, 10일간 약물이 투여된 군에서 플라스미노겐 활성화인자가 유의성있게 증가하였다 (P<0.05). 인공판막치환술을 시행받은 후 warfarin을 투여중인 191 명의 환자를 대상으로 15 종류의 단일염기다형성 유전형을 분석한 결과, VKORC1, CYP2C9 그리고 수술시행 당시의 나이가 warfarin 유지용량에 현저한 영향을 미치는 것으로 나타났다 (P<0.05). 이 외에도 GGCX와 PLAT (rs8178893)이 warfarin 유지용량에 대해 유의성을 보였다 (P<0.1). 다중선형회귀분석에서 VKORC1, CYP2C9, 수술시행 당시의 나이, GGCX 그리고 PLAT (rs8178893)이 warfarin 유지용량에 유의적인 영향을 미치는 것으로 나타났다: Warfarin 일일 유지용량 (mg/day) = 11.08 &#8211; 2.34 ⅹ (VKORC1 T allele 의 수) &#8211; 1.76 ⅹ (CYP2C9*3 C allele 의 수) &#8211; 0.03 ⅹ (수술시행 당시의 나이) + 0.33 ⅹ (GGCX의 A allele 의 수) + 0.42 x (PLAT rs8178893의 G allele의 수). 결론 Warfarin과 두 혈액 인자는 상호 연관성이 있는 것으로 나타났다. Warfain의 복용은 섬유소용해 효소원인 플라스미노겐 활성화인자 및 플라스미노겐 활성화인자 억제제-1의 농도 변화에 영향을 미치는 것으로 나타났고, 한국인 인공심장판막치환 환자에서 VKORC1, CYP2C9 뿐만 아니라, 플라스미노겐 활성화인자의 발현을 조절하는 유전자인 PLAT 의 유전적 다형성 또한 warfarin 유지용량의 개체간 차이를 설명하는 예측인자임을 확인 할 수 있었다.