Фармакогенетика, основные положения

Несмотря на значительные достижения современной медицины и фармакологии, повышение эффективности и безопасности лекарственной терапии остаются актуальными вопросами клинической фармакологии и врачебной практики. В настоящее время активно разрабатываются методики, позволяющие индивидуализировать выбор лекарств и режимов их дозирования и прогнозировать их эффективность и безопасность до начала их применения. Этот подход получил название «персонализированная медицина» и основывается на данных фармакогенетики и фармакогеномики.

Что такое фармакогенетика?

Фармакогенетика ─ это раздел медицинской генетики, изучающий наследственные основы вариабельности эффектов лекарственных средств и позволяющий предсказывать степень проявления возможных побочных эффектов действия лекарства в случае каждого пациента. Вариабельность фармакологического ответа на лекарственное средство может быть связано с генетическими особенностями пациента, и быть результатом однонуклеотидных полиморфизмов, делеций, вставок, дупликаций или любых других изменений в определенных генах, ответственных за метаболизм и транспорт лекарственных препаратов.

Что такое фармакогеномика?

Фармакогеномика фокусируется на идентификации вариантов генома, которые влияют на эффекты лекарственного препарата посредством изменений в фармакокинетике* или посредством модуляции фармакодинамики**, например через влияние на функционирование фармакологической мишени, что изменяет чувствительность к фармакологическому действию и реакцию на лекарственный препарат.

Таким образом, и фармакогенетика и фармакогеномика изучают как генетические факторы влияют на реакцию организма при приеме лекарственных средств, но различаются по масштабу: фармакогенетика фокусируется на отдельных генах или их вариациях, а фармакогеномика исследует влияние всего генома. Иными словами, фармакогеномика является более широким подходом, который использует данные всего генома для предсказания реакции на препараты, в то время как фармакогенетика работает с более узким набором генетических данных.

*Фармакокинетика – раздел фармакологии, изучающий процессы, происходящие с фармакологически активными веществами в организме, такие как абсорбция, распределение, метаболизм, экскреция. Фармакокинетические исследования позволяют судить о том, что происходит с веществом с момента его поступления до момента полного выведения из организма.

**Фармакодинамика – раздел фармакологии, изучающий локализацию, механизм действия и фармакологические эффекты лекарственных средств, силу и длительность их воздействия.

Таким образом, фармакокинетика изучает воздействие организма на лекарственное средство, а фармакодинамика — его влияние на организм. Вместе они обуславливают дозировку лекарственного препарата, его терапевтический эффект и нежелательные явления.

Что такое генетические полиморфизмы?

Предметом изучения фармакогенетики являются генетические полиморфизмы в генах, ответственных за транспорт и метаболизм лекарственных средств. В популяции один и тот же ген может быть представлен в виде различных аллельных вариантов или полиморфизмов, определяющие различную активность и структуру кодируемого белка.

Большинство генов человека, за исключением митохондриальных, существует в виде двух копий (аллелей) материнского и отцовского происхождения. Аллели пронумерованы в основном в соответствии с порядком обнаружения, при этом аллель *1 обычно обозначают как дикий тип (wild-type). Пациент, имеющий копию одного и того же аллеля на обоих хромосомах (*1/*1), будет называться гомозиготным по аллелю дикого типа. И наоборот, гетерозиготный пациент имеет два разных аллеля гена.

Полиморфизмы каких генов влияют на чувствительность к лекарственным средствам?

Наиболее часто изменяют фармакокинетику и фармакодинамику лекарственных средств (ЛС) и повышают риск развития нежелательных реакций, аллели генов, кодирующих:

• ферменты, метаболизирующие ЛС,

• переносчики (транспортеры) ЛС,

• рецепторы-мишени ЛС

• гены системы HLA

Каковы этапы биотрансформации лекарственных средств в организме?

Выделяют следующие фазы биотрансформации ЛС в организме:

I фаза — реакция окисления/восстановления, которая осуществляется главным образом изоферментами цитохрома Р-450 (CYP), в процессе которой ЛС переходят в более гидрофильные соединения за счет присоединения или освобождения активных функциональных групп (например, -ОН, -NH2, -SH). К изоферментам цитохрома Р-450 относятся CYP2A6, CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4 и др.

II фаза — реакции конъюгации (соединения) ЛС и/или их метаболитов с эндогенными веществами посредством реакций глюкуронирования, ацетилирования, S-метилирования, сульфатирования, водной конъюгации или конъюгации с глутатионом в результате чего образуются гидрофильные конъюгаты. К ферментам II фазы биотрансформации относятся N-ацетилтрансфераза (NAT), UDP-глюкуро­нилтрансфераза (UGT1A1), тиопурин-S-метилтрансфераза (ТРМТ), глутатион-S-трансфераза (GST) и др. Большинство конъюгированных метаболитов фармакологически неактивны, но есть примеры конъюгированных метаболитов, которые, напротив, являются биологически активными, в частности метаболит морфина — морфин-6-глюкуронид.

III фаза биотрансформации осуществляется посредством транспортеров ЛС, которые играют существенную роль не только в выведении ЛС, но и в других фармакокинетических процессах — всасывании и распределении ЛС в организме. Среди наиболее важных транспортеров ЛС выделяют Р-гликопротеин (P-gp или MDR-1), кодируемый геном АВСВ1, белки BCRP, MRP1, MRP2, MRP3, MRP4, транспортеры олигопептидов PEPT1, PEPT2, транспортеры органических анионов OATP-A, OATP-B, OATP-C, OAT1, OAT2, OAT3 и транспортеры органических катионов OCT. OAT, OATP и OСТ — трансмембранные белки, ответственные за перенос через мембрану большого числа соединений, включая эндогенные субстраты (гормоны, нутриенты, метаболиты), клинически значимые ЛС и их метаболиты в печени, почках, головном мозге и кишечнике. Они играют важную роль во всасывании, распределении и, самое главное, выведении ЛС из организма. OСТ и OAT участвуют в активной секреции гидрофильных ЛС в мочу в проксимальных почечных канальцах, а OATP — в секреции ЛС из гепатоцитов в желчь. Полиморфизм генов, кодирующих транспортеры ЛС, может существенно влиять на фармакокинетику ЛС, изменяя фармакодинамику и, в конечном счете, эффективность и безопасность ЛС.

Что такое нормальные, быстрые и медленные метаболизаторы?

Причиной существенных межиндивидуальных различий генов, кодирующих ферменты I и II фазы биотрансформации, могут быть генетические полиморфизмы, то есть носительство определенных клинически значимых аллелей и генотипов, обладающих разной функциональной активностью. Фенотипы могут варьировать в следующих пределах:

• «Высокий» или «Ультравысокий» уровень активности фермента (ultra-rapid metabolizer, UM)

• «Нормальный» уровень активности фермента (normal metabolizer, NM, или extensive metabolizer, EM)

• «Сниженный » уровень активности фермента (intermediate metabolizer, IM)

• «Низкий» уровень активности фермента (poor metabolizer, PM).

Межиндивидуальные различия в скорости метаболизма ЛС оценивают по отношению концентрации ЛС-субстрата к концентрации его метаболита в плазме крови или в моче (так называемое метаболическое отношение).

«Нормальные» метаболизаторы («Нормальный» уровень активности фермента) имеют нормальную скорость метаболизма ЛС и, как правило, гомозиготны по дикому аллелю гена соответствующего фермента, к ним принадлежит бóльшая часть населения.

«Медленные» метаболизаторы («Низкий» уровень активности фермента) имеют сниженную скорость метаболизма. В результате у них регистрируются более высокие значения метаболического отношения, а ЛС накапливается в организме.

«Быстрые» метаболизаторы («Высокий» или «Ультравысокий» уровень активности фермента) имеют повышенную скорость метаболизма. У них регистрируют низкие значения отношения концентрации ЛС к концентрации его метаболита.

Нужно отметить, что влияние полиморфизмов на эффективность проводимого лечения и развитие побочных эффектов зависит от ЛС.

Таким образом, если генотип пациента известен, то можно прогнозировать его фенотип, а также отсутствие надлежащего терапевтического ответа или повышенный риск развития нежелательных реакций. Ассоциации между носительством аллельных вариантов генов, влияющих на фармакокинетику и фармакодинамику ЛС, представлены в таблице 1.

Генетические факторы, влияющие на фармакодинамику

Причиной изменения фармакодинамики ЛС могут быть полиморфизмы генов белков, являющихся фармакологическими мишенями для ЛС (рецепторы, ферменты, ионные каналы и др.), например генов RYR1, CACNA1S, MT-RNR1, VKORC1 а также других белков, тем или иным образом связанных с фармакодинамикой ЛС.

Фермент VKORC1 превращает неактивный предшественник витамина K в активный витамин K, который необходим для синтеза нескольких факторов свертывания крови, включая VII, IX и X. Замена NM_024006.4:c.-1639G>A (rs9923231)) снижает активность гена VKORC1 и экспрессию белка VKORC1. Пациенты с генотипом с.-1639 A/A имеют более высокий риск развития нежелательных реакций (кровотечения), ассоциированных с приемом варфарина, и им следует назначать более низкие поддерживающие дозы препарата. Особенно это касается пациентов со сниженной ферментативной активностью CYP2C9 (носители аллелей *2 и *3).

Большинство провоспалительных эффектов брадикинина реализуются через В2-брадикининовые рецепторы. Генетический полиморфизм в промоторной области NM_001379692.1:c.-58G>A (rs1249945892) гена, кодирующего В2-брадикининовые рецепторы, может влиять на развитие сухого кашля, индуцированного применением ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента (ИАПФ).

Изменение фармакодинамики ЛС может также происходить вследствие полиморфизма гена глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, который ответственен за защиту от окисления сульфгидрильных групп белков клеточных мембран. У носителей подобных полиморфизмов из-за недостаточной активности данного фермента возникает гемолиз эритроцитов (гемолитическая анемия) при применении ряда ЛС, таких как дапсон, фуразолидон, нитрофуран, нитрофурантоин, сульфаметоксазол, сульфаниламид, сульфапиприд, сульфасалазин, хинидин, налидиксовая кислота, стрептоцид.

Еще один вариант изменения фармакодинамики является причиной возникновения такого жизнеугрожающего состояния, как злокачественная гипертермия. В основе его патогенеза лежит увеличение концентрации внутриклеточного кальция, возникающее при применении местных анестетиков, средств для ингаляционного наркоза и сукцинилхолина. Возникновение злокачественной гипертермии связывают с носительством ряда аллельных вариантов гена RYR1, кодирующего рианодиновые рецепторы RyR1, которые отвечают за высвобождение кальция из саркоплазматического ретикулума в клетку, в связи с чем обсуждается вопрос о целесообразности идентификации этих вариантов перед применением указанных ЛС.

Генетические факторы, способствующие развитию реакций гиперчувствительности замедленного типа

HLA (human leukocyte antigen) — человеческий лейкоцитарный антиген, комплекс белков на поверхности клеток, который помогает иммунной системе человека отличать «свои» клетки от «чужих». Система HLA играет ключевую роль в иммунном ответе на инфекции, раковые клетки и трансплантаты. Основная функция HLA — распознавать чужеродные молекулы и передавать информацию эффекторным клеткам иммунной системы (Т-киллеры, Т-хелперы, система комплемента). Существуют три основных класса этих антигенов: HLA класса I (HLA-A, HLA-B и HLA-C), HLA класса II (HLA-DR, HLA-DQ и HLA-DP) и HLA класса III.

Результаты нескольких фармакогенетических исследований продемонстрировали важную роль генов HLA в развитии ряда нежелательных реакций, которые ранее рассматривали как идиосинкразические реакции на ЛС. Серьезными нежелательными реакциями, связанными с полиморфизмом гена HLA, являются реакции гиперчувствительности замедленного или отсроченного типа.

Реакция гиперчувствительности отсроченного типа (типа II) зависит от Т-клеток иммунной системы и варьируется от легкой кожной сыпи до очень тяжелого синдрома гиперчувствительности, причем могут развиваться серьезные поражения кожи, в том числе синдром Стивенса-Джонсона.

Генотип HLA-B*57:01 ассоциирован с развитием реакции гиперчувствительности на абакавир (противовирусный препарат, используемый для терапии ВИЧ/СПИД). Генотип HLA-B*58:01 ассоциирован с развитием реакций гиперчувствительности замедленного типа на аллопуринол (препарат для лечения гиперурикемии и подагры).         

Рекомендации CPIC, DPWG и FDA

В 2009 г. был создан Консорциум по внедрению клинической фармакогенетики (CPIC), который объединил членов исследовательской сети фармакогеномики (Pharmacogenomics Research Network, PGRN), сотрудников базы данных по фармакогеномике (Pharmacogenomics Knowledgebase, PharmGKB), экспертов в области фармакогенетики, фармакогеномики и лабораторной медицины.

На сайте CPIC помимо прочих материалов представлены:

• Ассоциации ген-лекарство из опубликованных клинических рекомендаций

• Клинические рекомендации CPIC

Группой экспертов CPIC на сегодняшний день опубликовано 29 клинических рекомендаций по дозированию некоторых ЛС на основе фармакогенетических тестов. В таблице (размещена на сайте журнала «Безопасность и риск фармакотерапии» в качестве приложения к статье [2]) переведены на русский язык и обобщены рекомендации CPIC по применению ЛС, для которых развитие нежелательных реакций ассоциировано с различными генетическими вариациями.

Голландская рабочая группа по фармакогенетике (DPWG) была основана в 2005 г. Голландской Королевской Ассоциацией фармакологов (KNMP). Он играет ведущую роль по разработке клинических рекомендаций в области фармакогенетики в Европе. На сайте DPWG можно найти:

• Список клинических рекомендаций DPWG

• Информацию по отдельным генам

На сайте FDA (Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США) представлены три категории фармакогенетических ассоциаций:

Раздел 1: Фармакогенетические ассоциации, по которым подтверждены рекомендации по терапевтическому применению

Раздел 2: Фармакогенетические ассоциации, данные по которым указывают на потенциальное влияние на безопасность или эффективность

Раздел 3: Фармакогенетические ассоциации, данные по которым демонстрируют потенциальное влияние только на фармакокинетические свойства

Другие статьи по фармакогенетике

Фармакогенетика в кардиологии

Фармакогенетика в психиатрии и неврологии

Фармакогенетика в онкологии

Фармакогенетика антиретровирусной терапии (терапия ВИЧ/СПИД)

Фармакогенетика в общеклинической практике

Аллельные варианты генов / гены	Изменение активности фермента	Лекарственные средства	Изменение фармакологического ответа или клинические последствия
CYP2С9*2, CYP2С9*3	Снижение активности фермента CYP2С9	Непрямые антикоагулянты (варфарин)	Увеличение риска кровотечений
		Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВС)	Увеличение риска желудочно-кишечных кровотечений
		Пероральные сахароснижающие лекарственные средства	Риск развития гипогликемии
		Лозартан	Ослабление гипотензивного эффекта
		Ирбесартан	Усиление гипотензивного эффекта
		Торасемид	Увеличение экскреции калия, натрия, хлора. Угнетение экскреции мочевой кислоты
CYP2C19*17	Усиление экспрессии гена и образование изофермента с высокой ферментативной активностью	Клопидогрел	Увеличение риска кровотечения
CYP2C19	Снижение активности фермента CYP2C19	Ингибиторы протонной помпы	Желудочно-кишечные и респираторные инфекции, мальабсорбция витаминов и минералов, переломы костей, целиакия, хроническая болезнь почек
		Вориконазол	Гепатотоксичность, нейротоксичность (зрительные галлюцинации, энцефалопатия и невропатия), фотопсия, кожная сыпь, светочувствительность, нарушения зрения, периостит с гиперфторозом или без него
		Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина (СИОЗС)	Нежелательные реакции со стороны ЦНС (бессонница, головная боль), ЖКТ, ССС (вплоть до серьезных — аритмия, вызванная удлинением интервала QT), сексуальная дисфункция
		Трициклические антидепрессанты	Нежелательные реакции со стороны ЦНС, ССС, холинергические эффекты
CYP2B6	Снижение активности фермента CYP2B6	Эфавиренз	Нежелательные реакции со стороны ЦНС
CYP2D6*3, CYP2D6*4, CYP2D6*5, CYP2D6*6, CYP2D6*7, CYP2D6*8, CYP2D6*9, CYP2D6*10, CYP2D6*41	Снижение активности фермента CYP2D6	Метопролол	Бронхоспазм, гипотензия, брадикардия, атриовентрикулярная блокада
		Тимолол (капли глазные)	Системные нежелательные реакции: гипотензия, брадикардия, атриовентрикулярная блокада
		Дилтиазем	Брадикардия
		Флекаинид	Желудочковые тахиаритмии
		Пропафенон	Нейротоксичность, бронхоспазм
		Фенформин	Молочнокислый ацидоз
		Тиоридазин	Желудочковая тахикардия по типу «пируэт»
		Нортриптилин	Гипотензия, ажитация, сонливость
		Флувоксамин	Нежелательные реакции со стороны ЖКТ
		Галоперидол	Экстрапирамидные расстройства
		Симвастатин	Повышение активности трансаминаз, миалгии
		Метоклопрамид	Экстрапирамидные расстройства, гепатотоксичность
		Блокаторы Н1-рецепторов	Сонливость
Копии функциональных аллелей CYP2D6*1, CYP2D6*2, CYP2D6*1, CYP2D6*2	Повышение активности фермента CYP2D6	Миртазапин	Гипотензия
		Опиоиды	Более высокий риск развития серьезных нежелательных реакций
CYP2D6	Снижение активности фермента CYP2D6	Селективные ингибиторы обратного захвата серотонина	Нежелательные реакции со стороны ЦНС (бессонница, головная боль), ЖКТ, сексуальная дисфункция
		Трициклические антидепрессанты	Нежелательные реакции со стороны ЦНС, ССС, холинергические эффекты
NM_017460.6 :c.-290A>G (rs1800713) CYP3A4*4	Снижение активности фермента CYP3A4	Аторвастатин, симвастатин	Усиление гиполипидемического действия
CYP3A4*3		Сакролимус	Требуется сниженная доза у пациентов после пересадки почки
CYP3A4*1B		Фентанил	Токсичность
		Доцетаксель	Миелотоксичность
CYP3A5*3	Снижение активности фермента CYP3A5	Фентанил	Токсичность
		Такролимус	Требуется сниженная доза у пациентов после пересадки почки
		Кетоконазол	Удлинение интервала QT на ЭКГ
DPYD	Снижение активности фермента DPYD	5-фторурацил	Повышенный риск тяжелых или даже фатальных нежелательных реакций
TPMT, NUDT15	Снижение активности фермента TPMT	Азатиоприн, меркаптопурин	Лейкопения, нейтропения, миелосупрессия
UGT1A1 (UGT1AD28)	Снижение активности фермента UGТ	Иринотекан	Миелосупрессия
UGT1A1			Диарея
UGT1A1*1B, UGT1A1*26, UGT1A1*60			Гипербилирубинемия
UGT1A1		Атазанавир	Гипербилирубинемия и желтуха
UGT2B15*2		Лоразепам	Выраженный седативный эффект
UGT2B7	Снижение активности фермента UGТ	Морфин	Снижение концентрации метаболита морфин-6-глюкуронида
UGT1A1*6, UGT2B7*3		Карведилол	Снижение глюкуронирования карведилола
UGT1A1, UGT1A9		Фуросемид	Снижение клиренса фуросемида
NAT2*5, NAT2*6, NAT2*7, NAT2*14 и др.	Снижение активности фермента NAT2	Изониазид	Полиневриты
		Сульфасалазин	Диспепсия
		Гидралазин	Волчаночноподобный синдром
		Прокаинамид	Волчаночноподобный синдром
NAT	Увеличение активности фермента NAT	Левосимендан	У «быстрых» метаболизаторов в сравнении с «медленными» Сmax активного метаболита OR-1896 значительно выше, AUC активного метаболита OR-1896 в 3,5 раза выше
EPHX1	Снижение активности фермента EPHX1	Фенитоин	Врожденные аномалии плода у женщин, принимающих во время беременности фенитоин
GSTТ1 (нулевые аллели) или GSTМ1 (нулевые аллели)	Снижение активности фермента GSTТ1 или GSTМ1	Троглитазон	Гепатотоксичность
GSTМ1 (нулевые аллели)	Снижение активности фермента GSTМ1	Пеницилламин	Повышение эффективности терапии ревматоидного артрита
GSTР1 (GSTР1*A/*B)	Снижение активности фермента GSTР1	Доцетаксел	Миелотоксичность
ABCB1: NM_001348946.2 :c.3435T>C (p.Ile1145=, rs1045642) NM_001348946.2 :c.2677T>G (p.Ser893Ala, rs2032582) NM_001348946.2:c.2677T>A (p.Ser893Thr, rs2032582) NM_001348946.2:c.1236T>C (p.Gly412=, rs1128503)	Снижение активности Р-гликопротеина / экспрессии гена	Дигоксин	Гликозидная интоксикация
		Лоперамид	Миоз (сужение зрачка)
		Нортриптилин	Гипотензия
ABCB1: NM_001348946.2 :c.3435T>C (p.Ile1145=, rs1045642) NM_001348946.2 :c.2677T>G (p.Ser893Ala, rs2032582) NM_001348946.2:c.2677T>A (p.Ser893Thr, rs2032582) NM_001348946.2:c.1236T>C (p.Gly412=, rs1128503)	Снижение активности Р-гликопротеина / экспрессии гена	Циклоспорин	Нефротоксичность и нейротоксичность
ABCB1: NM_001348946.2 :c.3435T>C (p.Ile1145=, rs1045642) NM_001348946.2 :c.2677T>G (p.Ser893Ala, rs2032582) NM_001348946.2:c.2677T>A (p.Ser893Thr, rs2032582) NM_001348946.2:c.1236T>C (p.Gly412=, rs1128503)	Снижение активности Р-гликопротеина / экспрессии гена	Такролимус	Нейротоксичность
		Фексофенадин	Сонливость
		Блокаторы медленных кальциевых каналов	Гиперплазия десен
		Доцетаксел	Миелотоксичность
OATP-С: NM_006446.5 :c.1628T>G (Leu543Trp, rs71581988)	Снижение активности OATP	Правастатин, аторвастатин	Повышение риска развития миопатии
OATP-С: NM_006446.5 :g.-11187G>A (rs4149015)		Репаглинид	Гипогликемия
BCRP (носительство аллели А по полиморфному маркеру С421А)	Снижение активности фермента BCRP	Розувастатин	Удлинение периода полувыведения, увеличение AUC, максимальной концентрации, снижение клиренса
SLCO1B1	Снижение активности фермента SLCO1B1	Симвастатин	Миопатия, рабдомиолиз
HLA-B*57:01	–	Абакавир	Реакция гиперчувствительности
HLA-B*15:02	–	Фенитоин	Синдром Стивенса–Джонсона
		Карбамазепин	Синдром Стивенса–Джонсона, экзантема или лекарственная реакция с эозинофилией и системными симптомами
		Окскарбазепин	Синдром Стивенса–Джонсона
HLA-B*58:01	–	Аллопуринол	Тяжелые кожные нежелательные реакции
MT-RNR1	–	Аминогликозиды	Потеря слуха
RYR1 или CACNA1S	–	Летучие анестетики и сукцинилхолин	Злокачественная гипертермия
VKORC1	–	Варфарин	Увеличение риска кровотечений