FUNDAMENTO: Variantes funcionais do gene da enzima conversora da angiotensina (ECA) podem estar associados com a resposta à terapia em portadores de insuficiência cardíaca (IC). OBJETIVO: Testar a hipótese de diferenças na avaliação ecocardiográfica seqüencial da fração de ejeção do ventrículo esquerdo de pacientes com IC em tratamento farmacológico, inclusive com inibidores da ECA, em relação ao polimorfismo de inserção (I) e deleção (D) do gene da ECA. MÉTODOS: Estudamos 168 pacientes (média de idade 43,3±10,1 anos), 128 (76,2%) dos quais homens, com IC e ecocardiogramas seqüenciais. O polimorfismo I/D foi determinado por reação em cadeia da polimerase. A fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) foi analisada comparativamente aos genótipos. Mais de 90% dos pacientes estavam tomando inibidores da ECA. RESULTADOS: Houve um aumento significantemente maior na FEVE média em pacientes com o alelo D, em comparação com pacientes com genótipo II (p = 0,01) após um seguimento médio de 38,9 meses. O alelo D foi associado com aumento de 8,8% na FEVE média no mesmo período. Além disso, observou-se uma tendência para um efeito do "número de cópias" do alelo D sobre o aumento da FEVE média com o tempo: uma diferença de 3,5% na variação da FEVE entre os pacientes com genótipos II e ID (p = 0,03) e de 5% entre os pacientes com genótipos II e DD (p = 0,02). CONCLUSÃO: O polimorfismo de deleção do gene da ECA pode estar associado com a resposta ao tratamento farmacológico com inibidores da ECA em portadores de IC. Outros estudos controlados poderão contribuir para uma melhor compreensão das influências genéticas sobre a resposta à terapia.
Polimorfismo genético, terapia farmacológica e função cardíaca seqüencial em pacientes com insuficiência cardíaca
Instituto do Coração (InCor), Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, SP - Brasil
O polimorfismo de inserção (I) e deleção (D) do gene da enzima conversora da angiotensina (ECA) pode estar associado com a resposta do paciente ao tratamento farmacológico. A regressão da hipertrofia ventricular esquerda em pacientes com hipertensão arterial tratados com enalapril foi maior em indivíduos homozigotos para o alelo D1. Portadores de insuficiência cardíaca e disfunção sistólica com o alelo D que não foram tratados com betabloqueadores apresentaram pior sobrevida livre de transplante2. Os benefícios do tratamento com doses elevadas de inibidores da enzima conversora da angiotensina associados com betabloqueadores foram maiores em pacientes DD3. Além disso, apenas portadores de insuficiência cardíaca com genótipos ID e II demonstraram melhora na função sistólica ventricular esquerda após tratamento com espironolactona4. Portanto, observações diferentes em pacientes com insuficiência cardíaca indicam que o polimorfismo de inserção/deleção do gene da enzima conversora da angiotensina desempenha um papel significativo na resposta ao tratamento.
Esses achados podem estar associados ao fato de a variabilidade da atividade da enzima conversora da angiotensina ser parcialmente modulada pelas variantes funcionais determinadas por esse polimorfismo bialélico localizado no
Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a variação na fração de ejeção do ventrículo esquerdo, estimada por exames ecocardiográficos seqüenciais, de portadores de insuficiência cardíaca em tratamento farmacológico, inclusive com inibidores da enzima conversora da angiotensina, encaminhados pelo ambulatório geral de um hospital universitário de referência em cardiologia, em relação às variantes funcionais do gene da ECA.
Entre 1995 e 2001, pacientes de uma coorte inicial em andamento de portadores de insuficiência cardíaca foram genotipados quanto às variantes funcionais do gene da enzima conversora da angiotensina e submetidos a uma avaliação ecocardiográfica seqüencial.
Cento e sessenta e oito pacientes foram estudados no Ambulatório Geral do Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo. Os pacientes tinham entre 19 e 64 anos (média 43,3; desvio-padrão 10,1), sendo que 128 (76,2%) eram homens e 40 (23,8%) eram mulheres. O diagnóstico de insuficiência cardíaca foi estabelecido de acordo com critérios publicados anteriormente9. A classificação da etiologia da insuficiência cardíaca seguiu recomendações prévias10,11.
Pacientes com insuficiência cardíaca sintomática de diferentes etiologias e fração de ejeção ventricular esquerda
Pacientes com valvopatia que seriam candidatos a tratamento cirúrgico convencional, como reparo ou substituição valvar, bem como pacientes com cardiomiopatia hipertrófica, doença pulmonar obstrutiva crônica, infarto agudo do miocárdio, angina instável, grave disfunção renal ou hepática, grave doença arterial periférica, doença cerebrovascular, infecção ativa, neoplasma coexistente e úlcera péptica ativa, foram excluídos do estudo12.
A insuficiêncnia cardíaca foi atribuída à cardiomiopatia dilatada idiopática em 61 (36,3%), cardiomiopatia isquêmica em 36 (21,4%), cardiomiopatia hipertensiva em 25 (14,9%), doença de Chagas em 21 (12,5%), cardiomiopatia alcoólica em 10 (6%), valvopatia em 10 (6%) e cardiomiopatia periparto em 5 (2,9%) pacientes.
A fração de ejeção ventricular esquerda seqüencial foi determinada por ecocardiograma unidimensional. Em alguns pacientes, foi empregado o método bidimensional, utilizando-se a regra de Simpson. A função ventricular esquerda foi avaliada por ecocardiografistas que desconheciam os genótipos dos pacientes e de acordo com recomendações publicadas anteriormente13.
O DNA genômico foi extraído de leucócitos separados do sangue total por meio de um método convencional14. O polimorfismo I/D foi detectado pela técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) com
O teste de qui-quadrado foi usado para avaliar associações entre o polimorfismo I/D e as variáveis discretas. O teste
A relação entre o polimorfismo I/D e a evolução dos pacientes com insuficiência cardíaca foi analisada levando-se em conta o padrão de herança genética conferida ao alelo D16. Dessa maneira, considerando-se um modelo codominante para o alelo D, os três genótipos foram analisados separadamente (DD
As análises estatísticas foram feitas com auxílio do programa SAS17. Valores de p < de 0,05 foram considerados estatisticamente significantes.
O protocolo de estudo foi aprovado pelo Conselho de Ética em Pesquisas Médicas envolvendo Seres Humanos do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo. Todos os participantes assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido.
A freqüência genotípica do gene da enzima conversora da angiotensina foi de 32,5% para o genótipo DD, 49,7% para o genótipo ID e 17,8 para o genótipo II. As freqüências genotípicas estavam de acordo com o equilíbrio de Hardy-Weinberg. Não foi possível determinar o genótipo de apenas um dos pacientes, em virtude de problemas técnicos.
A comparação entre as características clínicas e demográficas dos pacientes no início do estudo não revelou diferenças estatisticamente significantes entre os grupos (
Em relação à etiologia da insuficiência cardíaca, não foi observada diferença estatisticamente significante entre os pacientes com genótipos DD, ID ou II.
Houve uma diferença estatisticamente significante na variação da fração de ejeção do ventrículo esquerdo com o tempo. Houve também um aumento significante na fração de ejeção média dos pacientes com o genótipo DD, comparado com os pacientes com genótipos ID e II (
Considerando-se o alelo D em um modelo dominante, observamos um aumento estatisticamente significante no valor médio da fração de ejeção do ventrículo esquerdo com o tempo em pacientes com o alelo D, em relação aos pacientes homozigotos para o alelo I (p = 0,01). A presença de pelo menos um alelo D foi associada com um aumento de 8,8% na fração de ejeção após um seguimento médio de 38,9 meses (desvio-padrão de 24), comparado com uma redução de 1,73% nos pacientes com o genótipo II após um seguimento médio de 43 meses (desvio-padrão de 26,6).
Observou-se uma tendência, embora não significante, para um efeito do "número de cópias" do alelo D sobre a progressão da fração de ejeção: uma diferença de 3,5% entre a progressão da fração de ejeção de pacientes com genótipos II e ID (p = 0,03) e de 5% entre pacientes com genótipos II e DD (p = 0,02) (
No presente estudo, observamos que os pacientes com insuficiência cardíaca e alelo D tratados com inibidores da enzima conversora da angiotensina apresentaram uma melhora considerável na fração de ejeção do ventrículo esquerdo, avaliada por ecocardiogramas seqüenciais, em comparação com os pacientes com o genótipo II.
Esse achado reforça a hipótese da influência das variantes funcionais do gene da ECA sobre a resposta ao tratamento farmacológico para insuficiência cardíaca. Nosso estudo revelou a mesma tendência de estudos publicados anteriormente. Por exemplo, foram observadas maior regressão induzida por enalapril da hipertrofia ventricular esquerda e melhora no enchimento diastólico ventricular esquerdo em pacientes hipertensos com genótipo DD, comparativamente aos pacientes com o alelo I1. Em outro estudo, a sobrevida livre de transplante foi ligeiramente menor, sobretudo em pacientes com alelo D e disfunção sistólica ventricular esquerda que não receberam betabloqueadores2. Mais recentemente, um estudo analisou pacientes com disfunção sistólica ventricular esquerda e demonstrou que os benefícios proporcionados pela administração de betabloqueadores e altas doses de inibidores da enzima conversora da angiotensina eram maiores para os pacientes DD3. Esses dados indicam que o alelo D pode ser um marcador de resposta farmacológica aos inibidores da enzima conversora da angiotensina e betabloqueadores. Portanto, a determinação do polimorfismo de inserção/deleção pode ajudar a orientar a terapia de pacientes com insuficiência cardíaca.
Vale ressaltar que, em um estudo realizado com portadores de insuficiência cardíaca designados aleatoriamente para receber espironolactona, apenas os pacientes que não tinham genótipo DD apresentaram melhora significante na função ventricular esquerda4. Os resultados divergentes observados nesses estudos devem-se, em parte, às diferenças genéticas das populações analisadas, ao número de pacientes estudados e às diferentes classes de medicamentos avaliados, com sítios e mecanismos de ação distintos.
Neste estudo, mais de 90% dos pacientes estavam em uso de inibidores da enzima conversora da angiotensina, mas apenas os que tinham o alelo D apresentaram melhora significante na fração de ejeção do ventrículo esquerdo ao longo do tempo. Esse achado pode estar relacionado com uma melhor resposta aos inibidores da enzima conversora da angiotensina em indivíduos com maior atividade neurormonal. Na verdade, indivíduos com o genótipo DD apresentam níveis plasmáticos e teciduais mais elevados da enzima conversora da angiotensina18, e podem ter níveis mais altos de angiotensina II. De acordo com essa observação, um estudo publicado anteriormente mostrou uma maior resposta pressora à infusão de angiotensina I em homens normotensos com genótipo DD, provavelmente em conseqüência da elevação dos níveis de angiotensina II em indivíduos homozigotos para o alelo D19. É interessante notar que os mesmos autores demonstraram, mais tarde, que o efeito do enalaprilato intravenoso era significantemente maior e durava mais tempo em homens normotensos com genótipo II20.
A tendência para o efeito do número de cópias do alelo D sobre o aumento da fração de ejeção do ventrículo esquerdo com o tempo poderia ser analisada como a expressão genética e molecular da melhora da função ventricular esquerda observada em pacientes com insuficiência cardíaca em tratamento com inibidores da enzima conversora da angiotensina. De fato, como foi demonstrado em estudos anteriores, os benefícios da inibição da ECA foram mais pronunciados em pacientes com concentrações plasmáticas neurormonais elevadas21-23. Além disso, aparentemente o maior benefício em termos de sobrevida é obtido por pacientes com genótipo DD e aumento crescente da inibição neurormonal3. Em nosso estudo, observou-se uma tendência para uma progressão linear da função ventricular esquerda a partir de pacientes com o genótipo II, e provavelmente menor atividade da enzima conversora da angiotensina, para pacientes homozigotos para o alelo D, e provavelmente maior atividade da enzima conversora da angiotensina, que podem ter maior propensão a uma melhor resposta aos inibidores da ECA.
Nosso estudo tem limitações. O número de pacientes analisados foi relativamente pequeno diante da heterogeneidade das etiologias. No entanto, se levarmos em consideração que a insuficiência cardíaca é a fase final de uma série de condições patológicas, essa heterogeneidade etiológica enriqueceria a nossa observação, uma vez que nos permite avaliar a insuficiência cardíaca e os antecedentes genéticos à luz de diferentes características patogênicas. Outra possível limitação pode estar relacionada com o pequeno número de pacientes que estavam em uso de betabloqueadores no início do estudo. Esse fato impede uma maior análise da interação dessa terapia com as variantes genéticas da enzima conversora da angiotensina, como foi demonstrado previamente2,3.
Neste estudo, os níveis plasmáticos da enzima conversora da angiotensina não foram determinados porque mais de 90% dos pacientes estavam recebendo terapia com inibidores da ECA. Entretanto, como afirmado anteriormente, os níveis plasmáticos hormonais não revelam por si só a atividade da ativação neurormonal e, portanto, é possível que o efeito tecidual e a sensibilidade do receptor possam desempenhar um papel23.
Este foi um estudo não-randomizado, e apenas pacientes com exames ecocardiográficos seqüenciais foram avaliados. Essas características podem ter levado a um viés de seleção. É possível que pacientes com doença mais avançada e maior incidência de mortalidade não apresentem a mesma associação farmacogenética descrita aqui.
Outra possível limitação reside no fato de que a dose do inibidor da enzima conversora da angiotensina não foi determinada no presente estudo. Pacientes com genótipo DD e insuficiência cardíaca obtêm os maiores benefícios em termos de desfecho com uma dose elevada de inibidores da enzima conversora da angiotensina, como foi publicado recentemente3.
Por fim, a avaliação da função ventricular esquerda pela ecocardiografia, apesar de prática, também pode deixar a desejar. Portanto, são necessários outros estudos para avaliar a fração de ejeção do ventrículo esquerdo por meio da ventriculografia radioisotópica.
Os achados do nosso estudo contribuem para a compreensão da modulação do polimorfismo do gene da enzima conversora da angiotensina na resposta clínica de pacientes com insuficiência cardíaca em tratamento com inibidores da ECA. É necessário que sejam feitos outros estudos para demonstrar se as variantes genéticas da enzima conversora da angiotensina podem ajudar a identificar os pacientes com insuficiência cardíaca mais propensos a apresentar uma maior resposta aos inibidores da ECA e, conseqüentemente, uma melhor evolução clínica.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de doutorado de Marco Antonio Romeo Cuoco pela Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.
Correspondência: Marco Antonio Romeo Cuoco Av. Enéas de Carvalho, 44 05403-000 - São Paulo, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 20/03/2007; revisado recebido em 10/09/2007; aceito em 30/11/2007.
BACKGROUND: Functional variants of angiotensin-converting enzyme (ACE) gene may be associated with response to therapy in patients with heart failure (HF). OBJECTIVE: To test the hypothesis of differences in sequential echocardiographic evaluations of left ventricular ejection fraction in patients with HF on medical therapy, including ACE inhibitors in relation to insertion (I) / deletion (D) polymorphism of the ACE gene. METHODS: We studied 168 patients (mean age 43.3±10.1 years), 128 (76.2%) men, with HF and sequential echocardiograms. The I/D polymorphism was determined by polymerase chain reaction. Left ventricular ejection fraction (LVEF) was analyzed comparatively to genotypes. More than 90% of patients were on ACE inhibitors. RESULTS: There was a significantly greater increase in mean LVEF in patients with the D allele compared to patients with the II genotype (p=0.01) after a mean follow-up of 38.9 months. The D allele was associated with an increase of 8.8% in mean LVEF over the same period. Furthermore, there was a tendency toward a D allele "copy number" effect on the increase of mean LVEF over time: a 3.5% difference in LVEF variation between patients with the II and the ID genotypes (p = 0.03) and a 5% difference between patients with the II and DD genotypes (p=0.02). CONCLUSION: ACE gene deletion polymorphism may be operative in response to medical treatment that included ACE inhibitors in patients with HF. Further controlled studies may contribute to better understanding of genetic influences on response to therapy.
Heart Institute (InCor), University of São Paulo Medical School, São Paulo - Brazil
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Insertion (I)/deletion (D) polymorphism of the angiotensin-converting enzyme gene may be associated with response to medical therapy. Regression of left ventricular hypertrophy in patients with arterial hypertension treated with enalapril was greater in homozygotes for the D allele1. Poorer transplant-free survival was observed in patients with heart failure and systolic dysfunction with the D allele not treated with beta-blockers2. Furthermore, the benefits of high-dose angiotensin-converting enzyme inhibitors associated with beta-blockers appeared maximal for DD patients3. Moreover, only patients with heart failure and ID or II genotypes demonstrated improvement in left ventricular systolic function after treatment with spironolactone4. Thus, different observations in patients with heart failure suggest a significant role for the insertion/deletion polymorphism of the angiotensin-converting enzyme gene in response to therapy.
Such findings may be associated with the fact that the variability of angiotensin-converting enzyme activity is partly modulated by functional variants determined by this biallelic polymorphism located at intron 16 of the angiotensin-converting enzyme gene. The difference between the two alleles lies in the presence or absence of a 287-base pair sequence and determines the I (insertion) or D (deletion) allele. The D allele was associated with higher plasma levels and activity of the angiotensin-converting enzime5,6 and has been associated with adverse outcomes in patients with heart failure2,3,7,8. Hence, we hypothesized that there may be differences in the sequential echocardiographic evaluation of left ventricular ejection fraction in follow-up of patients with heart failure on medical therapy including angiotensin-converting enzyme inhibitors in relation to functional variants of the angiotensin-converting enzyme gene.
Thus, the objective of the present study was to evaluate the variation in left ventricular ejection fraction, estimated by sequential echocardiographic assessment, of heart failure patients on medical therapy including angiotensin-converting enzyme inhibitors in relation to the functional variants of the angiotensin-converting enzyme gene. These patients were referred from a general outpatient clinic of a referral university cardiology hospital.
The relation between the I/D polymorphism and evolution of patients with heart failure was analyzed in the light of the pattern of genetic inheritance conferred to the D allele16. In this way, assuming a codominant model for the D allele, the three genotypes were analyzed separately (DD
Statistical analyses were performed with SAS software17. A p value < 0.05 was considered significant.
The frequency of the angiotensin-converting enzyme gene genotypes was 32.5% for the DD, 49.7% for the ID and 17.8% for the II genotype. Genotype frequencies were in accordance with the Hardy-Weinberg equilibrium. It was not possible to determine the genotype of only one of the patients due to technical problems.
The comparison of baseline demographic and clinical characteristics did not reveal a statistically significant difference between the study groups (
In relation to the etiology of heart failure there was no statistically significant difference among patients with the DD, ID or II genotypes.
There was a statistically significant difference in the variation of left ventricular ejection fraction over time. There was a significant increase in the mean value of left ventricular ejection fraction in patients with the DD genotype comparatively to patients with the ID and II genotypes (
Considering the D allele in a dominant mode, we observed that there was a statistically significant increase in the mean value of left ventricular ejection fraction with time in patients with the D allele when compared to patients homozygous for the I allele (p = 0.01). The presence of at least one D allele was associated with an ejection fraction increase of 8.8% after a mean follow-up of 38.9 (standard deviation 24) months compared to 1.73% decrease in patients with the II genotype, mean follow-up 43 (standard deviation 26.6) months.
There was a tendency, although not significant, toward a D allele "copy number" effect on ejection fraction progression: a 3.5% difference between ejection fraction progression of patients with the II versus ID genotypes (p = 0.03) and a 5% difference between patients with the II versus DD genotypes (p = 0.02) (
We observed in the present series that patients with heart failure and the D allele treated with angiotensin-converting enzyme inhibitors had a significant improvement in left ventricular ejection fraction assessed by sequential echocardiograms compared to patients with the II genotype.
This finding may add further information in the hypothesis of the influence of functional variants of the angiotensin-converting enzyme gene on the response to pharmacological treatment of heart failure. Our study showed the same trend of previously published studies. For instance, a greater enalapril-induced regression of left ventricular hypertrophy and improvement in left ventricular impaired diastolic filling was observed in hypertensive patients with the DD genotype compared to patients with the I allele1. In another study, there was a significantly poorer transplant-free survival mainly in patients with the D allele and left ventricular systolic dysfunction not treated with beta-blockers2. More recently, a study analyzing patients with left ventricular systolic dysfunction showed that the benefits of beta-blockers and high doses of angiotensin-converting enzyme inhibitors appeared maximal for the DD patients3. These data suggest that the D allele may be a marker of pharmacological response to angiotensin-converting enzyme inhibitors and beta-blockers. Hence, determination of the insertion/deletion polymorphism might help target therapy for patients with heart failure.
It is noteworthy that a study with patients with heart failure randomly assigned to treatment with spironolactone showed a significant improvement in left ventricular function only in patients with a non-DD genotype4. The different results observed in these studies must be due in part to the different genetic backgrounds of the populations analyzed, the number of patients enrolled and the different classes of drug studied, with their distinct sites and mechanisms of action.
In our study, more than 90% of the patients were on angiotensin-converting enzyme inhibitors but only those with the D allele showed a significant improvement in left ventricular ejection fraction over time. This finding may be related to a better response to angiotensin-converting enzyme inhibitors in individuals with higher neurohormonal activity. In fact, individuals with the DD genotype have higher plasmatic and tissue angiotensin-converting enzyme activity18 and may present higher angiotensin II levels. In accordance with this observation, a previously published study showed an increased pressure response to infusion of angiotensin I in normotensive men with the DD genotype, probably as a consequence of the generation of increased angiotensin II levels in subjects homozygous for the D allele19. Interestingly, the same authors later showed that the effect of intravenous enalaprilat was significantly greater and lasted longer in normotensive men with the II genotype20.
The trend toward a D allele copy number effect on left ventricular ejection fraction increase over time could be analyzed as the genetic and molecular expression of improvement in left ventricular function observed in patients with heart failure on angiotensin-converting enzyme inhibitors. In fact, as demonstrated in previous studies, the benefits from angiotensin-converting enzyme inhibition were more pronounced in patients with elevated plasma neurohormonal concentrations21-23. Furthermore, it seems that the maximal survival benefit is obtained in patients with the DD genotype with increasing levels of neurohormonal inhibition3. In our study, there was a tendency to a linear progression of left ventricular function in patients with the II genotype and probably lower angiotensin-converting enzyme activity towards patients homozygous for the D allele and probably higher angiotensin-converting enzyme activity who might show a better response to angiotensin-converting enzyme inhibitors.
In our study the angiotensin-converting enzyme plasma levels were not determined because more than 90% of the patients were on therapy with angiotensin-converting enzyme inhibitors. However, as previously outlined, plasma hormone levels do not by themselves describe the activity of neurohormonal activation and it is thus possible that tissue effect and receptor sensitivity might be playing a role23.
Our study is a non-randomized analysis and only patients with sequential echocardiographic studies were evaluated. These characteristics may imply a potential selection bias. It is possible that patients with more advanced disease and an increased mortality incidence do not show the same pharmacogenetic association here described.
Another potential limitation lies in the fact that the angiotensin-converting enzyme inhibitor dose was not determined in the present study. Patients with the DD genotype and heart failure show the maximal benefits in terms of outcome on high-dose angiotensin-converting enzyme inhibitors, as recently published3.
Finally, the assessment of left ventricular function by echocardiography however practical may be also less than optimal and thus further studies that evaluate left ventricular ejection fraction by radionuclide ventriculography might be performed.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the thesis of doctoral submitted by Marco Antonio Romeo Cuoco, from