КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОГЕНЕТИКА

Фармакогенетика — раздел фармакологии, изучающий роль генетических факторов в формировании фармакологического ответа организма человека на лекарственные средства. Предмет фармакогенетики — наследственные различия, выражающиеся в определённом фармакологическом ответе на JIC. Фармакогенетика возникла на стыке фармакологии и генетики. Роль наследственности в формировании индивидуального ответа на J1C была известна давно, однако понимание механизмов влияния генетических факторов на эффективность и безопасность фармакотерапии стало возможным лишь в связи с развитием методов молекулярной биологии и реализацией международной программы «Геном человека». Любые спонтанные изменения (мутации) в генах, контролирующих синтез белков, участвующих в процессах фармакокинетики и/или фармакодинамики ЛС, приводят к изменению фармакологического ответа. Подобные мутации могут, передаваясь из поколения в поколение, распространяться в популяции. Существование в популяции различных аллельных вариантов одного и того же гена называют генетическим полиморфизмом, а гены, для которых известен множественный аллелизм, — полиморфными маркёрами. В последние два десятилетия методами ПЦР стало возможно выявление и диагностирование полиморфных маркёров у пациентов (генотипирование). Методы генотипирования позволяют прогнозировать фармакологический ответ на ЛС, следовательно повысить эффективность и безопасность его применения, так как при выявлении соответствующего аллельного варианта необходима коррекция режима дозирования препарата, пути введения или его замена. В настоящее время в развитых странах разрабатывают и внедряют генетические микрочипы, позволяющие выявлять одновременно целые серии мутантных аллелей, ответственных за изменение фармакологического ответа. Разработка и внедрение подобных методов — основная задача нового направления клинической фармакологии — фармакогеномики. В связи с тем, что отдельные полиморфные маркёры одновременно ассоциированы как с изменением фармакокинетики и фармакодинамики ЛС, так и с рядом заболеваний (например, онкологическими, болезнью Паркинсона, атеросклерозом), фармакогенетические исследования способствуют более полному пониманию их этиологии и патогенеза.

Генетические факторы, влияющие на фармакокинетику

Генетические факторы оказывают влияние на все этапы фармакокинетики ЛС. Наибольшее клиническое значение имеет генетический полиморфизм ферментов метаболизма ЛС, характерный для ферментов как фазы I (например, изоферментов цитохрома Р450, дигидропиримидиндигидрогеназы, бутирилхолинэстеразы), так и фазы II (N-ацетилтрансферазы, тиопурин-S-метилтрансферазы, эпоксидгидролазы и др.) метаболизма ЛС. Он обусловлен мутациями в генах ферментов, метаболизирующих ЛС, что приводит к синтезу ферментов с изменённой активностью. В результате скорость метаболизма ЛС уменьшается или увеличивается. В зависимости от скорости метаболизма ЛС в популяции населения выделяют следующие группы.

· Активные метаболизаторы — люди, у которых активность ферментов, участвующих в метаболизме ЛС, не изменена (большинство населения).

· «Медленные» метаболизаторы — носители мутаций гена того или иного фермента метаболизма ЛС, приводящих либо к синтезу «дефектного» (с низкой активностью) фермента, либо полному прекращению его синтеза. Это приводит к кумуляции ЛС в организме, поэтому пациентам этой группы ЛС следует назначать в меньшей дозе.

· Сверхактивные или «быстрые» метаболизаторы — носители мутаций гена того или иного фермента метаболизма, приводящих к синтезу фермента с высокой активностью, что приводит к более выраженному снижению концентрации ЛС в крови. Следовательно, для пациентов этой группы назначаемая доза ЛС должна быть выше среднетерапевтической.

Распространённость «медленных» и «быстрых» метаболизаторов в зависимости от ферментов метаболизма ЛС представлена в табл. 1.

Таблица 1. Распространённость «медленных» и «быстрых» метаболизаторов в зависимости от ферментов метаболизма
J
1
C

в различных популяциях.

Фермент метаболизма	Фенотип	Популяция (этническая группа)		Частота, %
1	2	3		4
CYP2D6	«Медленные» метаболизаторы	Белое население США		6
		Афроамериканцы		2
		Коренное население Северной Америки		1-4
		Арабы		1
		Китайцы		0,7-1
		Европейцы		5-10
		Словаки		4
		Японцы		0
		Ганийцы		0-7,1
		Нигерийцы		0-8,1
		Египтяне		1,4
		Гренландцы		3,2%
		Жители Гонконга		20
	«Быстрые» метаболизаторы	Европейцы		10
		Испанцы		7
		Скандинавы		1,5
CYP2C9	«Медленные» метаболизаторы	Белое население США		0,06
		Афроамериканцы		0,05
		Китайцы		0,026
		Европейцы		1-3
CYP2C19	«Медленные» метаболизаторы	Белое население США		4
		Коренное население Северной Америки		23
		Европейцы		2-5
		Азиатское население		15-20
Дигидропиримидиндегидрогеназа	«Медленные» метаболизаторы	Японцы		0,01
N-ацетилтрансфераза	«Медленные» метаболизаторы	Белое население США		60
		Афроамериканцы		60
		Коренное население Северной Америки		20
		Европейцы	50-58,6
		Монголоиды	10-15
		Эскимосы	10,5
		Японцы	12
		Китайцы	22
		Индусы	59
		Московская популяция	46
		Египтяне	90
Тиопурин S-ме- тил трансфераза	«Медленные» метаболизаторы	Афроамериканцы	4,6
		Европейцы	3,7

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2D6 (CYP2D6)

CYP2D6 участвует в метаболизме нейролептиков, антидепрессантов, Р-адреноблокаторов и других ЛС.

С генетически обусловленной разной степенью активности этого изофермента связаны различия в выраженности эффектов (как желательных, так и побочных) лекарственных пре­паратов.

· У «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 чаще развиваются побочные эффекты препаратов, метаболизируемых этим изоферментом. Вследствие повышения концентрации метопролола в крови чаще развивается бронхоспазм (исчезает кардиоселективность); пропафенона — проявляется b-адреноблокирующая активность 5-гидроксипропафенона (промежуточного метаболита), кодеина — ослабляется анальгетическое действие (уменьшается образование морфина из-за замедления О-деметилирования кодеина), имипрамина — повышается вероятность развития артериальной гипотензии, седативного действия, тремора, кардиотоксичности (происходит накопление в крови активных метаболитов дезипрамина и нортриптилина, метаболизируемых путём 4-гидроксилирования до неактивных метаболитов с участием CYP2D6). Поэтому «медленным» метаболизаторам по CYP2D6 для предупреждения нежелательных лекарственных реакций и интоксикации, как правило, следует назначать меньшие дозы JIC — субстратов этого изофермента.

· Однако, если при участии CYP2D6 образуются активные метаболиты, у «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 нежелательные лекарственные реакции, обусловленные этими метаболитами, возникают реже, чем у «быстрых» метаболизаторов, например при длительном применении прокаинамида реже отмечают развитие волчаночноподобного синдрома (уменьшение образования N-гидроксипрокаинамида, предположительно ответственного за это по­бочное действие).

  • «Медленные» метаболизаторы по CYP2D6 являются носителями мутантных аллелей гена этого изофермента. В результате мутаций возможно прекращение синтеза изофермента или синтез дефектного изофермента со сниженной активностью. 95% «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 — носители трёх мутантных аллелей: CYP2D6*3A, CYP2D6MA, CYP2D6*5 (табл. 2). Эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Отмечено, что у «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 повышена вероятность развития рака лёгких, что предположительно связано с нарушением метаболизма никотина.

  • «Быстрые» метаболизаторы — носители мутантного аллеля, пред­ставляющего собой дубликацию гена цитохрома 2D6. Мутации также наследуются по аутосомно-рецессивному типу. У «быстрых» метаболизаторов по CYP2D6 при применении JIC — субстратов этого изофермента — отмечено снижение их терапевтической эффективности, поэтому J1C им следует назначать в дозах, превышающих средние терапевтические.

Таблица 2. Наиболее распространённые клинически значимые мутантные аллели изоферментов цитохрома Р450

Мутантный аллель	Изменение нуклео- тидной последовательности гена	Изменение аминокислотной последовательности белка	Результат мутации
CYP2D6*3A	«Выпадение» адени- лового нуклеотида в 2549-м положении	Отсутствие синтеза белка	Отсутствие активности цитохрома 2D6
CYP2D6MA	Замена цитидилово- го нуклеотида нати- мидиловый в 100-м положении	Замена пролина на цистеин в 34-м положении	Снижение активности цитохрома 2D6
CYP2D6*5	«Выпадение» гена	Отсутствие синтеза белка	Отсутствие активности цитохрома 2D6
CYP2C9*2	Замена цитидилово- го нуклеотида на ти- мидиловый в 430-м положении	Замена аргинина на цистеин в 144-м положении	Снижение активности цитохрома 2С9
CYP2C9*3	Замена аденилово- го нуклеотида на ци- тидиловый в 1075-м положении	Замена изолейцина на лейцин в 359-м положении	Снижение активности цитохрома 2С9
CYP2A6*2	Замена тимидило- вого нуклеотида на адениловый в 1075-м положении	Замена лейцина на гистидин в 160-м положении	Снижение активности цитохрома 2А6

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2С9 (CYP2C9)

CYP2C9 участвует в метаболизме многих веществ: НПВС, фенитоина, пе- роральных гипогликемических средств (производных сульфонилмо- чевины), варфарина и других. При применении ЛС, субстратов этого изофермента цитохрома, у «медленных» метаболизаторов снижен клиренс этих препаратов и, соответственно, у них чаще отмечают нежелательные лекарственные реакции, например гипогликемию при применении толбутамида и глипизида, кровоизлияния при приёме варфарина, поэтому ЛС, особенно с малой терапевтической широтой, им следует назначать в более низких дозах, например начальная доза варфарина у них равна 1,0—1,5 мг (рекомендуемая начальная доза 5—10 мг).

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2С19 (CYP2C19)

CYP2C19 участвует в метаболизме имипрамина, диазепама, барбитуратов, вальпроевой кислоты, противомалярийных препаратов (см. главу «Клиническая фармакокинетика»). «Медленные» метаболизаторы по CYP2C19 являются носителями более 10 мутантных аллелей. Применение у этих лиц ЛС — субстратов CYP2C19 приводит к более частому возникновение нежелательных лекарственных реакций, особенно при применении препаратов с малой терапевтической широтой, или резкому снижению эффективности, например, противомалярийного препарата гидроксихлорохина, так как он превращается в активную форму при участии CYP2C19.

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2А6 (CYP2A6)

CYP2A6 метаболизирует небольшое количество ЛС, например, участвует в превращении никотина в кетинин, 7-гидроксилировании циклофосфамида и ифосфамида, а также в метаболизме ритонавира. «Медленные» метаболизаторы по CYP2A6 — носители мутантного аллеля CYP2A6*2. Гомозиготы по аллелю CYP2A6*2 не гидроксилируют кумарин, следовательно, в стандартных дозах он может вызвать тяжёлые геморрагические осложнения.

Генетический полиморфизм дигидропиримидиндигидрогеназы (ДПДГ)

Физиологическая функция ДПДГ — восстановление урацила и тимидина до ^-аланина (т.е. первая реакция трёхэтапного метаболизма этих соединений). ДПДГ — основной фермент, метаболизирующий фторурацил, широко применяемый в составе комбинированной химиотерапии злокачественных новообразований. При низкой активности ДПДГ (наследуется по аутосомно-рецессивному типу) увеличивается Т_1/2 фторурацила с 8—22 мин (нормальные значения) до 160 мин. Чем ниже активность ДПДГ, тем тяжелее побочные эффекты фторурацила (нейротоксичность, кардиотоксичность). Наиболее распространённые мутации гена ДПДГ, ответственные за снижение активности этого фермента, — делеция в положении 165, замена гуанилового нуклеотида на адениловый в положении 14 и сочетание двух этих мутаций. Повышенную чувствительность к фторурацилу выявляют не только у гомозигот, но и у гетерозигот по мутантным аллелям гена ДПДГ. Внедрение методов фенотипирования и генотипирования ДПДГ в клиническую практику позволит повысить безопасность химиотерапии фторурацилом.

Генетический полиморфизм бутирилхолинэстеразы (псевдохолинэстеразы)

Физиологическая функция бутирилхолинэстеразы — гидролиз ацетилхолина. Этот фермент катализирует гидролиз деполяризующего миорелаксанта суксаметония хлорида. В начале 50-х годов прошлого века появились сообщения о повышенной чувствительности к суксаметонию хлориду, обусловленной снижением активности бутирилхолинэстеразы (такую бутирилхолинэстеразу называют также атипичной псевдохолинэстеразой), проявляющейся длительным (2ч и более) апноэ.

  Наиболее распространённая мутация, приводящая к синтезу бутирилхолинэстеразы со сниженной активностью — замена в нуклеотидной последовательности в 209-м положении аденилового нуклеотида на гуаниловый. В результате синтезируется фермент, у которого в 70-м положении аспарагин заменён на глицин (атипичная бутирилхолинэстераза). Гомозиготы по этой мутантной аллели проявляют повышенную чувствительность к суксаметонию.

Вторая мутация, приводящая к синтезу бутирилхолинэстеразы с резко сниженной активностью — «вставка» в 117-м положении нуклеотидной последовательности. В результате синтезируется фермент («тихая» бутирилхолинэстераза) с «длиной», равной 22% «длины» нормальной бутирилхолинэстеразы. Гомозиготы по этой мутантной аллели также проявляют повышенную чувствительность к суксаметонию.

Третья мутация, приводящая к синтезу фермента со сниженной активностью — замена в 243-м положении треонина на метионин. В результате синтезируется бутирилхолинэстераза, называемая фторрезистентной бутирилхолинэстеразой-1. Гомозиготы по этой мутантной аллели также проявляют повышенную чувствительность к суксаметонию, однако период апноэ у них короче (приблизительно 30 мин).

Частота гетерозигот и гомозигот по всем мутантным аллелям, определяющим сниженную активность фермента, среди европейского населения составляет 2—4% и 1:2500 соответственно. Фенотипирование бутирилхолинэстеразы для определения её сниженной активности осуществляют с помощью «дибукаинового теста», основанного на торможении активности фермента дибукаином в стандартных условиях. Результат теста представляют в виде «дибукаинового числа», равного степени подавления фермента, выраженной в процентах. При нормальной активности бутирилхолинэстеразы, дибукаиновое число равно 80%; у гомозигот по мутантным аллелям, определяющим сниженную активность фермента, оно составляет 20%; у гетерозигот по этим аллелям — 60%. Таким образом, дибукаиновый тест позволяет не только выявлять лиц с повышенной чувствительностью к суксаметонию, но и гетерозигот, что важно для профилактики осложнений при применении суксаметония у их потомства. Внедрение этого метода в клинику позволит более точно выявлять лиц с повышенной чувствительностью к суксаметонию и обеспечить высокую безопасность применения суксаметония хлорида.

Генетический полиморфизм параоксоназы (ароматической эстеразы)

Параоксоназа — фермент из группы арилэстераз. Название фермента определяется его способностью метаболизировать параоксон — антихолинэстеразный препарат, применяемый местно для лечения глаукомы. Параоксоназа также участвует в эфирном гидролизе фос- форорганических соединений, карбаматов, эфиров уксусной кислоты. Соединения перечисленных классов широко применяют в сельском хозяйстве и промышленности, в качестве лекарственных препаратов, а некоторые из них являются боевыми отравляющими веществами (зарин, заман). Доказан генетический полиморфизм параоксоназы. Наиболее распространённая мутация, обусловливающая изменение активности фермента — мутация, в результате которой в положении 192 глутамин заменён на аргинин (мутация GLN192ARG). Эта мутация наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Носители мутации параоксоназы GLN192ARG, особенно гомозиготы, более чувствительны к действию фосфорорганических соединений. Эта мутация наиболее распространена у японцев (41,4%), что обусловило большое количество жертв при применении зарина при террористическом акте в Токийском метро в марте 1995 г.

Генетический полиморфизм N-ацетилтрансферазы

N-ацетилтрансфераза катализирует реакцию ацетилирования ряда ЛС, в том числе изониазида, сульфаниламидов, прокаинамида, гидралазина. Выделено два изофермента N-ацетилтрансферазы: N-ацетилтрансфераза-1 (NAT1) и N-ацетилтрансфераза-2 (NAT2). Изофермент NAT1 ацетилирует небольшое количество ариламинов и не обладает генетическим полиморфизмом. Основной фермент ацетилирования — изофермент NAT2.

В I960 г. были выявлены «медленные» и «быстрые» ацетиляторы изониазида: у первых Т_1/2 изониазида равен 3ч, у вторых — 1,5ч . В связи с более медленной биотрансформацией препарата у «медленных» ацетиляторов чаще развиваются полиневриты, связанные с торможением изониазидом превращения пиридоксина в активный кофермент дипиридоксальфосфат, необходимый для синтеза миелина. Индивидуальная скорость ацетилирования существенно не влияет на режимы дозирования изониазида при ежедневном приёме, но может уменьшить эффективность терапии при его прерывистом применении. «Медленные» ацетиляторы — гомозиготы по «медленной» аллели NAT2, а «быстрые» — гомо- либо гетерозиготы по «быстрой» аллели NAT2.

Полиморфизм ацетилирования характерен и для гидралазина, сульфаниламидов и многих других ЛC. Применение прокаинамида и гидралазина у «медленных» ацетиляторов чаще приводит к поражению печени.

Считают, что фенотип «быстрого» ацетилирования более распрост­ранён среди светлоглазых и светловолосых людей. Известно около 15 мутантных аллелей гена NAT2, все эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Тип ацетилирования определяют методами фено- и генотипирования NAT2. В качестве маркерных субстратов ацетилирования широко используют дапсон и сульфадимезин.

— Отношение концентраций моноацетилдапсона и дапсона в плазме крови через 6ч после введения препарата менее 0,35 характерно для «медленных», а более 0,35 — для «быстрых» ацетиляторов.

— Если в качестве маркерного субстрата используют сульфадимезин, содержание его менее 25% принятой дозы в плазме через 6 ч и менее 70% в моче, собранной через 5-6ч после введения, свидетельствует о фенотипе «медленного» ацетилирования.

Генетический полиморфизм тиопурин S-метилтрансферазы (ТРМТ)

ТРМТ — фермент, катализирующий реакцию S-метилирования производных тиопурина, т.е. основного пути метаболизма цитостатиков из группы антагонистов пурина (меркаптопурина, тиогуанина, азатиоприна). Активность ТРМТ у людей различается: у 88,6% — высокая активность, у 11,1% — промежуточная и у 0,3% — очень низкая или отсутствует. У пациентов с низкой активностью фермента повышена чувствительность к перечисленным цитостатикам, проявляющаяся опасными для жизни гематотоксическими (лейкопенией, тромбоцитопенией, анемией) и гепатотоксическими эффектами. У этих пациентов биотрансформация меркаптопурина происходит по альтернативному пути, т.е. с образованием высокотоксичного 6-тиогуанин нуклеотида. Его концентрация в плазме крови тем выше (следовательно, нежелательные лекарственные эффекты меркаптопурина тем сильнее), чем ниже активность ТРМТ. Снижение активности ТРМТ наследуется по аутосомно-рецессивному типу, у гомозигот низкая активность, у гетерозигот промежуточная. Для обеспечения безопасности проводимой химиотерапии перед назначением тиопуринов следует определять активность ТРМТ в эритроцитах пациента (фенотипирование ТРМТ) или генотип пациента с помощью ПЦР (генотипирование ТРМТ). Разработана коррекция дозировок меркаптопурина в зависимости от активности ТРМТ или генотипа этого фермента (безопасные дозы для пациентов с низкой активностью ТРМТ в 10-15 раз ниже среднетерапевтических).

Генетический полиморфизм гликопротеина-Р

Гликопротеин-Р представляет собой белок-переносчик, локализованный на мембране клеток кишечника и участвующий в выведении из них в просвет кишечника некоторых ЛС (например, дигоксина, верапамила, дилтиазема, ингибиторов ВИЧ-протеазы, колхицина, циклоспорина). Идентифицировано несколько мутаций в гене гликопротеина-Р, приводящих к изменению фармакокинетики ЛС.

 Наиболее распространённый мутантный аллель гена гликопротеина-Р — замена в нуклеотидной последовательности цитидилового нуклеотида на тимидиловый в положении 3435, что приводит к синтезу гликопротеина-Р со сниженной активностью. У гомозигот по этой мутации создаются высокие концентрации дигоксина в плазме крови, и, следовательно, чаще развиваются нежелательные лекарственные реакции на препарат. Мутацию наследуют по аутосомнорецессивному типу. Распространённость гомозигот по этой мутации в европейской популяции высока (24%). Внедрение в клиническую практику генотипирования гликопротеина-Р позволит повысить эффективность и безопасность терапии дигоксином и другими JIC — субстратами гликопротеина-Р.

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОГЕНЕТИКА.. 1

Генетические факторы, влияющие на фармакокинетику. 2

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2D6 (CYP2D6). 4

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2С9 (CYP2C9). 6

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2С19 (CYP2C19). 6

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2А6 (CYP2A6). 6

Генетический полиморфизм дигидропиримидин дигидрогеназы (ДПДГ). 7

Генетический полиморфизм бутирилхолинэстеразы (псевдохолинэстеразы). 7

Генетический полиморфизм параоксоназы (ароматической эстеразы). 9

Генетический полиморфизм N-ацетилтрансферазы.. 9

Генетический полиморфизм тиопурин S-метилтрансферазы (ТРМТ). 10

Генетический полиморфизм гликопротеина-Р.. 11

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Сибирский Государственный Медицинский Университет
Кафедра клинической генетики
Фармакогенетика.

Моногенный контроль метаболизма лекарственных препаратов.
Выполнил: студент IV курса МБФ

Туманов А. А.

Проверил: к.м.н. Назаренко М. С.
Томск 2010