Межиндивидуальная изменчивость в ответ на какое-либо ЛС в одинаковых дозах является наследственной характеристикой как взрослого, так и детского контингента. В фармакогенетике, изучающей роль генетических факторов в распределении ЛС и фармакологический ответ, известно много примеров того, как генетический полиморфизм может влиять на межиндивидуальные фармакокинетические различия и индивидуальную реакцию на конкретный ЛП. Фармакогенетическая изменчивость обуславливает широкий спектр реакций на медикаменты, наблюдаемый у детей любого возраста (в том числе на стадии внутриутробного развития).
Таким образом, ожидается оптимизация терапии у детей, если будет достигнута цель персонализированной медицины — найти подходящий ЛП для конкретного больного (рис. 1). Однако педиатры прекрасно понимают, что дети — это не маленькие взрослые. Многочисленные процессы биологического созревания организма охватывают период от момента рождения до конца подросткового возраста, так что при использовании информации, полученной в результате реализации проекта «Геном человека» и связанных с ним инициатив для оптимизации фармакотерапии в педиатрической практике, необходимо учитывать изменяющийся характер экспрессии генов, происходящий в ходе индивидуального развития организма.
Рисунок 1. Перспективы геномной медицины по осуществлению контроля за состоянием организма человека. Целью персонализированной медицины является выявление подгрупп пациентов с положительной ответной реакцией на конкретный лекарственный препарат и минимальным риском развития побочных эффектов, а также пациентов с отсутствием ответной реакции или с клиническими проявлениями чрезмерной токсичности при стандартном режиме дозирования. Еще одним преимуществом фармакогеномики является возможность выбора наиболее подходящего альтернативного лекарственного препарата для пациентов, у которых лечение обычными лекарственными препаратами в стандартных дозах не дает положительного эффекта
а) Терминология. Термины фармакогеномика и фармакогенетика, как правило, используются взаимозаменяемо, и зачастую трудно найти им точные смысловые определения. Классическое определение фармакогенетики исходит из клинического генетического тестирования или исследований генетической изменчивости, которые обуславливают индивидуальную реакцию на ЛС. Примером фармакогенетических особенностей являются специфические побочные реакции на лечение, такие как длительный паралич дыхательных мышц, вызванный приемом сукцинилхолина, гемолиз под воздействием противомалярийных ЛП и нейротоксическое действие изониазида, которые, как было установлено, являются следствием наследственных изменений энзиматической активности.
Роль фармакогенетических различий стала более ощутимой, и это подтверждается тем, что периоды полувыведения некоторых ЛП максимально идентичны у монозиготных близнецов, чем у дизиготных. Однако важно отметить, что, помимо фармакогенетических различий, на изменение процессов метаболизма и интенсивности ответной реакции организма на ЛС влияют факторы окружающей среды (диета, приверженность к курению, одновременное лекарственное или токсическое воздействие), физиологические характеристики (возраст, пол, сопутствующие заболевание, беременность), а также приверженность пациента к ЗОЖ. Кроме того, этническая принадлежность является еще одним потенциальным генетическим фактором, определяющим фармакодинамику используемых ЛС.
У всех пациентов китайского происхождения с положительным тестом на HLA-B*1502, отмечается повышенный риск развития синдрома Стивенса-Джонсона, вызванного карбамазепином; пациенты — представители белой расы с HLA-B*5701 имеют повышенный риск развития реакции гиперчувствительности на абакавир (табл. 1).
Фармакогеномика, объединяя фармакологию и геномику, ставит своей основной задачей обеспечение более широкого применения общегеномных технологий и стратегий для выявления как патологических процессов, ставших приоритетными целями для разработки ЛС, так и прогностических факторов эффективности лечения и риска развития побочных реакций.
Фармакокинетика описывает воздействие организма на ЛП. Часто изучается параллельно с фармакодинамикой, которая исследует действие ЛП на организм. Фармакокинетические свойства ЛС определяются генами, которые контролируют путь лекарства в организме (абсорбция, распределение, метаболизм, экскреция). Особенно важную роль в этом процессе играют ферменты, метаболизирующие ЛС, а также транспортеры ЛС (табл. 2). Более того, функциональные последствия полиморфизма ферментов метаболизма ЛС были описаны среди представителей как схожих, так и разных этнических групп. Наиболее распространенным клиническим проявлением фармакогенетической изменчивости метаболизма ЛС является повышенный риск дозозависимой токсичности ЛП, вследствие сниженного клиренса и последующей кумуляции ЛП.
Однако не менее важным проявлением этой изменчивости является недостаточная эффективность, связанная с вариабельностью метаболизма пролекарств, которые для превращения в свою фармакологически активную форму должны подвергнуться биотрансформации.
Можно также ожидать, что фармакогенетика рецепторов ЛС и др. белков-мишеней, участвующих в трансдукции сигнала или патогенезе заболевания, в значительной степени способствует межиндивидуальной изменчивости фармакокинетических параметров и фармакологического ответа.
Программы по терапевтическому лекарственному мониторингу (ТЛМ) признают, что каждый пациент уникален и что данные о зависимости концентрации ЛП в плазме крови от времени по каждому отдельному пациенту теоретически можно использовать для оптимизации фармакотерапии. Программы по ТЛМ являлись самой ранней разработкой персонализированной медицины; тем не менее рутинная практика ТЛМ не во всех ситуациях приводит к улучшению состояния пациента.
Концепция персонализированной медицины основана на предположении, что информационный взрыв, сопровождающий применение геномных технологий для решения проблем пациента, позволит (1) стратифицировать пациентов на группы в соответствии с их реакцией на назначенный ЛП (напр., недостаточная эффективность или чрезмерная токсичность) и (2) стратифицировать болезни на определенные подтипы, которые классифицируются в соответствии с геномными критериями и ответной реакцией на отдельный ЛП. Персонализированная медицина постепенно уступает место индивидуализированной медицине, которая, располагая огромным количеством информации, полученной от каждого индивидуального пациента, способствует принятию обоснованных решений, касающихся его лечения.
Прецизионная медицина (точная медицина) — это новый подход к лечению и профилактике заболеваний, который учитывает индивидуальные для каждого человека, изменчивость генов, приспособляемость организма к окружающей среде и образ жизни; способствует прогрессу в предоставлении МП, возможности реализации более точной диагностики и разработке индивидуального лечения для множества пациентов.
По мере увеличения базы данных, специфичных для каждого пациента, как напр.: геномные данные, электронные медицинские карты, прецизионная медицина условно м.б. подразделена на точную диагностическую и точную терапевтическую; изучение фармакокинетики, фармакодинамики и фармакогеномики является необходимым вспомогательным средством для внедрения точной педиатрической терапии.
Разные генетические варианты (генный полиморфизм) возникают, когда копии определенного гена, присутствующего в популяции, не имеют идентичных нуклеотидных последовательностей. Термин аллель относится к одной из двух или более альтернативных последовательностей ДНК для определенного гена. В человеческом геноме обычно имеется по две копии каждого гена. Генотип индивида для конкретного гена определяется комбинацией аллелей, которыми обладает данный индивид. Наиболее распространенная форма генетической изменчивости — единичное изменение в конкретной точке основной структуры, называется однонуклеотидным полиморфизмом (SNP; single nucleotide polymorphism). На другом конце спектра находятся вариации числа копий (CNVs), которые относятся к утрате (делециям) или встраиваниям (инсерциям) идентичных или почти идентичных последовательностей ДНК, размер которых может составлять от тысяч до миллионов пар оснований. CNVs встречаются реже, чем SNPs, но могут занимать ок. 0,5-1% генома человека и, т.о., способствовать в значительной мере формированию фенотипических вариантов.
Гаплотипы — это группы однонуклеотидных полиморфизмов и др., расположенных близко друг к другу, аллельных вариаций; при наследовании они пополняют каталог гаплотипов «НарМар». Если аллели в определенном локусе гена в обеих хромосомах идентичны, считается, что они находятся в гомозиготном состоянии, тогда как термин гетерозиготный относится к наличию неодинаковых аллелей в одном и том же локусе гена. Термин генотип относится к генетической конституции человека, в то время как наблюдаемые особенности или внешнесредовые проявления составляют фенотип, существование которого является чистым следствием генетического и экологического воздействия.
Предметом изучения фармакогенетики выступают фенотипические последствия аллельной изменчивости в отдельных генах. Фармакогенетические полиморфизмы — это моногенные признаки, которые функционально связаны с фармакокинетическими параметрами и фармакологическим действием ЛС и обусловлены наличием (в пределах одной популяции) более чем 1 аллеля (в одном и том же генном локусе) и более чем 1 фенотипа в отношении воздействие ЛС на организм человека. Основными характеристиками фармакогенетических полиморфизмов являются наследуемость, участие одного генного локуса, функциональная значимость и тот факт, что разл. фенотипы наблюдаются в популяции только после введения ЛП.
б) Педиатрическая фармакогенетика и фармакогеномика. Наше современное понимание фармакогенетических принципов подразумевает действие ферментов, ответственных за биотрансформацию ЛС. Соответственно, индивиды м.б. классифицированы как «сверхактивные», «активные» (экстенсивные) метаболизаторы на одном конце и «медленные» (слабые) на др. конце континуума. Кроме того, в зависимости от конкретного фермента, сюда можно включить так называемую «промежуточную» группу метаболизаторов. Что касается процессов биотрансформации, у детей они имеют более сложный механизм, чем у взрослых; эмбрионы и новорожденные из-за стадии своего развития м.б. фенотипически «медленными» или «слабыми» метаболизаторами по отдельным путям метаболизма ЛС, а также могут приобретать фенотип, соответствующий их генотипу позднее, в какой-то момент, по мере развития и взросления. Примерами путей метаболизма ЛС, на которые в значительной степени влияет онтогенез, могут служить глюкуронирование и некоторые функции CYP.
Также очевидно, что не все дети приобретают одну и ту же активность биотрансформации ЛС одновременно, что является результатом взаимодействия генетических факторов пациента с факторами окружающей среды.
Межиндивидуальная изменчивость в траектории (т.е., скорости и степени) приобретенной способности биотрансформации ЛС может рассматриваться как эволюционный фенотип (рис. 2). Это помогает объяснить значительную изменчивость некоторых видов активности CYP, наблюдаемых сразу после рождения.
Рисунок 2. Фенотипы в зависимости от стадии развития. Разновидности возрастных изменений экспрессии генов и функциональной активности ферментов накладываются на фармакогенетические детерминанты. Вверху, профиль развития модели фермента метаболизма лекарственных средств в течение 25 лет у 20 человек. Внизу, в зрелом возрасте (у взрослых) аллельная изменчивость в кодирующей области гена приводит к проявлению 2 разл. фенотипов: высокая активность — 92% населения («Экстенсивные» (активные) метаболизаторы»; красные круги) и низкая активность — 8% населения («медленные метаболизаторы»; желтые кружки). Однако, существует также индивидуальная изменчивость в скорости, с которой функциональная активность приобретается после рождения. Напр., 2 фенотипа м.б. трудно различимы у новорожденных сразу после рождения. Кроме того, период детства включает в себя отдельные стадии, когда отношения генотип-фенотип могут отличаться от наблюдаемых у взрослых (напр., стадии развития, когда активность ферментов у детей оказывается выше, чем у взрослых)
В отличие от фармакогенетических исследований, которые, как правило, направлены на изучение отдельных генов, фармакогеномные анализы имеют более широкий охват и сосредоточены на сложных и высоко изменчивых лекарство-зависимых фенотипах, таргетированных на многие гены. Технологии полногеномного генотипирования и массово-параллельные платформы секвенирования нового поколения для геномного анализа продолжают совершенствоваться и позволяют оценить генетическую изменчивость в более чем 1 млн точек по всему геному для анализов SNP и CNV. Полногеномные поиски ассоциаций (GWAS; англ, genome-wide association studies) были проведены в нескольких педиатрических учреждениях, отчасти для выявления новых, потенциально вовлеченных в патогенез заболеваний генов, которые могут служить новыми терапевтическим мишенями. GWAS также применяется для выявления генетических ассоциаций с реакцией на ЛС, такие как варфарин и клопидогрел, и риском токсичности, вызванной ЛС, включая статин-индуцированную миопатию и гепатотоксичность флуклоксациллина. Такая форма представления данных для GWAS исследований как «Манхэттенский график», все чаще используется многими медицинскими изданиями (рис. 3).
Рисунок 3. Представление фармакогеномных данных. (а) Манхэттенский график из полногеномного поиска ассоциаций получил свое название из-за большого сходства с силуэтом Манхэттена. Манхэттенский график отображает полногеномные данные нескольких сотен тысяч однонуклеотидных полиморфизмов, распределенных по всему геному с интересующим признаком или фенотипом. В этом примере каждый однонуклеотидный полиморфизм, включенный в «чип», наносится на график вдоль оси х в соответствии с его хромосомной координатой, причем каждый цвет представляет отдельную хромосому от хромосомы 1 до X хромосомы. Ось у представляет обратный -log 10 значения Р для ассоциации: чем больше значение на оси у, тем меньше значение Р. Значение «15» соответствует значению Р 10-15. SNP, превышающие определенный порог, подлежат дальнейшей проверке и валидации. (6) «Тепловая карта», построенная по данным экспрессии генов. На тепловой карте уровень экспрессии многих генов, полученный из анализа микрочипов, представлен в виде двумерной матрицы значений. Каждый столбец представляет отдельного пациента, а каждая строка представляет собой индивидуальный транскрипт рибонуклеиновой кислоты, обозначенный названием гена. Уровень экспрессии гена обозначается цветом каждого прямоугольника в составе континуума от высокой экспрессии (красный) до низкой (зеленый). В данном примере пациенты с острым лимфобластным лейкозом группируются по их реакции на метотрексат; пациенты, отвечающие на лечение метотрексатом, имеют заметно отличающиеся картины экспрессии генов по сравнению с пациентами, не отвечающими на лечение этим лекарственным препаратом. Одна из целей персонализированной медицины состоит в том, чтобы, используя геномную информацию, например данные микрочипов, для идентификации сигнатуры фармакологического ответа (или риска лекарственной токсичности), выбрать наиболее подходящий лекарственный препарат среди доступных вариантов для каждого отдельного пациента
Полногеномное и экзомное секвенирование были использованы в диагностической установке для выявления генетических вариаций, вызывающих заболевания, обычно в контексте редких, невыявленных заболеваний, которые в противном случае для постановки окончательного диагноза потребовали бы многолетней «диагностической одиссеи» (тем самым откладывая терапевтическое вмешательство). В этой последовательности генома содержится фармакогеном, тогда как область, представляющая наибольший интерес — разработка инструментов биоинформатики для определения генотипов пациентов, ассоциированных с метаболизмом ЛС и фармакологическим ответом из данных о полногеномной последовательности.
Изучение дифференциальной экспрессии генов до и после воздействия ЛС открывает возможности для корреляции экспрессии генов, связанной с вариабельностью фармакологического ответа и выявления механизмов тканеспецифической лекарственной токсичности. Такие исследования используют технологию микрочипов для мониторинга глобальных изменений в экспрессии тысяч генов (транскриптомов) одновременно. Технологии геномного секвенирования могут также применяться к РНК (секвенирование РНК, англ. RNA-seq) и обеспечивать более полную и количественную оценку транскрип-тома. Данные профилирования экспрессии генов, полученные с помощью микрочипирования секвенирования РНК, обычно используются в онкологии для более точной классификации заболеваний и стратификации риска. Этот подход широко используется для устранения резистентности к терапии острого лимфобластного лейкоза и обеспечивает клинически значимое понимание механистической основы лекарственной устойчивости и геномной основы межиндивидуальной вариабельности фармакологического ответа.
Подмножества транскриптов или экспрессии генов «сигнатуры» исследуются в качестве потенциальных прогностических показателей для выявления пациентов с риском неэффективного лечения (см. рис. 3).
1. Фармакопротеомические и метаболические инструменты. Существует много разл. методов протеомных исследований для обнаружения, количественного определения и идентификации белков в образце (протеомическая экспрессия), а также для того, чтобы охарактеризовать функцию белка с точки зрения активности и взаимодействия с др. белками и нуклеиновыми кислотами (функциональная протеомика). Анализы на основе масс-спектрометрии способны предоставить информацию о количественном содержании белка. Нескольким таким исследованиям были подвержены образцы ткани печени, взятые у педиатрических пациентов, напр., для создания более точных эволюционных траекторий для некоторых метаболизирующих ЛС ферментов и транспортеров.
Метаболомика и метабономика используют сложные аналитические платформы, такие как спектроскопия ядерного магнитного резонанса, жидкостная или газовая хроматография с масс-спектральным детектированием, для измерения концентраций малых молекул, находящихся в образце. Метаболология — наука, позволяющая определить полный набор низкомолекулярных молекул (метаболитов), присутствующих в живой системе (в кл., ткани, органе или организме) на определенной фазе развития (или патологического процесса). В свою очередь метабономика изучает изменения метаболического профиля биологических систем, вызванные патофизиологическими факторами, токсическим воздействием или диетическими изменениями. Фармакометабономика занимается прогнозированием результата, эффективности или токсичности медикаментозного или ксенобиотического вмешательства у каждого отдельного пациента на основе математической модели сигнатуры метаболитов перед началом лечения.
в) Биотрансформация лекарственных средств - применение в педиатрической терапии. Основным результатом фармакогенетических полиморфизмов ферментов, метаболизирующих ЛС, является токсичность, зависящая от концентрации и вызванная нарушением клиренса ЛП. В некоторых случаях снижение конверсии пролекарства в терапевтически активные соединения также имеет клиническое значение (см. табл. 2). Хим. модификация ЛС путем реакций биотрансформации обычно приводит к прекращению биологической активности за счет снижения сродства к рецепторам или др. клеткам-мишеням, а также более быстрого выведения из организма. Процесс биотрансформации ЛС м.б. очень сложным, но он характеризуется 3 важными особенностями:
1) концепция широкой субстратной специфичности, при которой один изофермент может метаболизировать множество разнородных хим. соединений;
2) в биотрансформации одного ЛП могут участвовать много разнообразных ферментов (множественность форм ферментов);
3) определенный ЛП может подвергаться нескольким реакциям разл. типа.
Одним из примеров такой множественности продуктов является рацемический варфарин, чьи, как минимум, 7 разнообразных гидроксилированных метаболитов продуцируются при участии разл. изоформ CYP.
Реакции биотрансформации ЛС принято классифицировать на 2 основные фазы, последовательно сменяющие друг друга и служащие для прекращения биологической активности и ускорения элиминации. В ходе реакций 1-й фазы (окисление, восстановление или гидролиз) к молекуле субстрата ЛС либо присоединяется функциональная группа, либо осуществляется экспрессия группы, находящейся в субстрате в скрытой форме. В обоих случаях функциональная группа служит участком для реакции 2-й фазы (так называемой фазы конъюгации). Реакции 2-й фазы включают конъюгацию с эндогенными субстратами, такими как ацетат, глюкуроновая кислота, глутатион, глицин и сульфат. Эти реакции еще более увеличивают полярность промежуточного метаболита, повышают растворимость соединения в воде и тем самым усиливают его почечную экскрецию. Межиндивидуальные различия в скорости биотрансформации ЛС (как для 1-й, так и для 2-й фазы) являются следствием сложной взаимосвязи между генетическими (генотип, пол, раса или этническое происхождение) и внешнесредовыми (диета, текущие заболевания, сопутствующее лечение, воздействия ксенобиотиков) факторами.
Путь и скорость биотрансформации какого-либо конкретного соединения являются функцией уникального фенотипа каждого отдельного индивидуума относительно форм и количеств экспрессируемых ферментов, метаболизирующих ЛС.
В количественном отношении ферменты CYP (CYPs) являются наиболее важными ферментами 1-й фазы. Эти гемсодержащие белки катализируют метаболизм многих эндогенных липофильных в-в (стероиды, жирные кислоты, жирорастворимые витамины, простагландины, лейкотриены, тромбоксаны), а также экзогенных соединений, в том числе множества ЛС и токсинов окружающей среды. Номенклатура CYP основана на эволюционных теориях и использует корневой символ CYP для обозначения цитохрома Р450. CYPs, имеющие как минимум 40% гомологичной последовательности ДНК, сгруппированы в семейства, обозначенные арабскими цифрами после корня CYP. Подсемейства, имеющие буквенное обозначение, представляют собой кластеры тесно связанных генов. Представители семейства CYP2 у человека, напр., имеют >67% гомологичной аминокислотной последовательности. Каждый отдельный Р450 в подсемействе нумеруется последовательно (напр., CYP3A4, CYP3A5). CYPs, которые были признаны важными для метаболизма ЛП в организме человека, были найдены преимущественно в генных семействах CYP1, CYP2 и CYP3. Важно отметить, что активность фермента может индуцироваться или ингибироваться различными агентами (см. табл. 2).
К группе ферментов 2-й фазы биотрансформации относятся ариламин-N-ацетилтрансферазы (NAT1, NAT2), уридин-дифосфо-глюкуронозилтрансферазы (UGT), эпоксидгидролаза, глутатион-3-трансферазы (GST), сульфотрансферазы (SULT) и метилтрансферазы (катехол О-метилтрансфераза, тиопурин S-метилтрансфераза, несколько N-метилтрансфераз). Как и в случае с CYP, UGT, SULT и GST представляют собой генные семейства с множеством отдельных изоформ, каждая из которых предпочитает определенные субстраты, имеет свой собственный способ регуляции и тканеспецифичный характер экспрессии.
Для большинства CYPs, на связь между генотипом и фенотипом влияет развитие в том смысле, что экспрессия плода ограничена (за исключением CYP3A7), а функциональная активность приобретается постнатально в специфических образцах изоформ. Принято полагать, что клиренс некоторых ЛП, у детей выше, чем у взрослых, и корреляция между генотипом и фенотипом с младенчества до подросткового возраста м.б. скрытой.
1. CYP2D6. Локус гена CYP2D6 является высокополиморфным, и на сегодняшний день идентифицировано >110 аллельных вариантов (см. табл. 2). Отдельные аллели обозначаются названием гена (CYP2D6), за которым следует звездочка и арабский номер. Условно, CYP2D6*1 обозначает полностью функциональный аллель дикого типа. Аллельные варианты являются следствием точечных мутаций, делеций или инсерций одиночных пар оснований, перегруппировки генов или делеции всего гена, что приводит к снижению или полной потере активности. Наследование 2 рецессивных, нефункциональных или «нулевых» аллелей приводит к формированию фенотипа слабого метаболизатора, который обнаруживается у 5-10% представителей белой расы и у 1-2% азиатской. У представителей белой расы аллели *3, *4, *5 и *6 являются наиболее распространенными аллелями с потерей функции и составляют 98% фенотипа слабых метаболизаторов.
Напротив, активность CYP2D6 на популяционной основе имеет тенденцию к снижению в азиатских и афроамериканских популяциях из-за более низкой частоты нефункциональных аллелей (*3, *4, *5 и *6) и относительно высокой частоты популяционно-селективных аллелей, связанной со сниженной активностью (аллели со «сниженной функцией») по сравнению с аллелем CYP2D6*1 дикого типа. Аллель CYP2D6G0 встречается с частотой ок. 50% у представителей азиатской расы, тогда как CYP2D6*17 и CYP2D6*29 — с относительно высокой частотой у лиц негроидной расы африканского происхождения.
Помимо нефункциональных и частично функциональных аллелей, случаи дупликации и мультипликации гена (>3 копий гена CYP2D6 в тандеме на одной хромосоме) еще более усложняет прогнозирование фенотипа по генотипу. Концепция «показателя активности» была разработана для упрощения перевода генотипической информации CYP2D6 в прогнозируемую фенотипическую активность CYP2D6 для конкретного пациента. Полнофункциональным аллелям (*1, *2, *35 и т.д.) присваивается значение «1», аллелям с пониженной функцией (*9, *10, *17, *29) — значение «0,5» и нефункциональным аллелям (*3, *6 и т.д.) — значение «О»; в случаях дублирования/мультипликации оценка аллеля умножается на количество обнаруженных копий (*10x2=0,5х2="1"). Показатель активности для отдельного человека представляет собой сумму показателей для каждой хромосомы, причем слабые метаболизаторы (PMs; poor metabolizer) обозначаются отметкой «0», тогда как отметка «0,5» указывает на фенотип промежуточного метаболизатора (IM; англ. intermediate-metabolizer), и отметка, превышающая 2 балла, указывает на фенотип ультрабыстрых метаболизаторов (UM; англ. ultrarapid-metabolizer); баллы 1-2 присваиваются экстенсивным метаболизаторам (ЕМ; англ. extensive metabolizer).
Система классификации показателей активности была принята Консорциумом по внедрению клинической фармакогенетики (CPIC; англ. Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium; см. ниже). В прошлом индивидуумы с баллом активности «1» назывались «IМ», и любая ссылка на IM-статус в литературе до 2012 г., по всей вероятности, относится к генотипу с эквивалентом 1 функционального аллеля, в отличие от нынешнего обозначения (0,5).
CYP2D6 участвует в биотрансформации более чем 40 терапевтических агентов, в том числе нескольких антагонистов β-рецепторов, антиаритмических ЛС, антидепрессантов, антипсихотиков и производных морфина (см. табл. 2). Наиболее часто назначаемые в педиатрической практике субстраты CYP2D6 включают СИОЗС (флуоксетин, пароксетин), рисперидон, атомоксетин, прометазин, трамадол и кодеин. Кроме того, безрецептурные средства от простуды (декстрометорфан, дифенгидрамин, хлорфенирамин) также являются субстратами CYP2D6. Анализ онтогенеза CYP2D6 in vitro, в котором использовалось сравнительно большое количество образцов, показал, что белок и активность CYP2D6 остаются относительно постоянными в возрасте от 1 нед до 18 лет. Точно так же результаты исследования продольного фенотипи-рования in vivo, в котором участвовали >100 детей >1 года жизни продемонстрировали значительную межиндивидуальную изменчивость активности CYP2D6, но никакой связи между активностью CYP2D6 и постнатальным возрастом (с 3-4 нед до 12 мес) выявлено не было.
Более того, перекрестное исследование с участием 586 детей показало, что распределение частоты фенотипов CYP2D6 у детей сопоставимо с наблюдаемым у взрослых, по крайней мере, к 10 годам. Т.о., доступные данные, полученные в исследованиях in vitro и in vivo (хотя и базирующиеся на фенотипических данных, а не на информации о клиренсе ЛС из фармакокинетических исследований) указывают на то, что генетические вариации более важны, чем факторы развития, в качестве детерминанта вариабельности CYP2D6 у детей.
Одним из последствий развития фармакогенетики м.б. синдром раздражительности, тахипноэ, тремор, дрожание, повышение мышечного тонуса и нестабильность ТТ у новорожденных, рожденных от матерей, получающих СИОЗС во время беременности. Существует противоречивое мнение относительно того, отражают ли эти симптомы неонатальное абстинентное (гипосеротонергическое) состояние или представляют собой симптомы серотониновой интоксикации, аналогичные таковым при гиперсеротонергическом состоянии, связанном с СИОЗС-индуцированным серотониновым синдромом у взрослых. Задержка экспрессии CYP2D6 (и CYP3A4) в первые недели жизни соотносится с гиперсеротонергическим состоянием, вызванным отсроченным клиренсом пароксетина и флуоксетина (CYP2D6) или сертралина (CYP3A4) у новорожденных, подвергшихся воздействию этих ЛП во в/ утробном периоде. К тому же снижения концентрации СИОЗС в плазме и разрешения симптомов можно ожидать с увеличением постнатального возраста и формированием этих механизмов.
Учитывая, что лечение синдрома «отмены» может включать в себя назначение СИОЗС, существует высокая вероятность интоксикации пораженных новорожденных. Решение вопроса о том, вызваны ли симптомы синдромом отмены или гиперсеротонергическим состоянием, необходимо для надлежащего лечения СИОЗС-индуцированного синдрома адаптации новорожденных.
До тех пор, пока не будут получены дополнительные данные, целесообразно рассматривать новорожденных и младенцев в возрасте до 28 дней как слабых метаболизаторов CYP2D6.
У детей более старшего возраста, точно так же, как и у взрослых пациентов, имеющих генотип слабых метаболизаторов CYP2D6, из-за значительного риска заболеваемости и смертности следует учитывать возможность кумуляции ЛС и возникающую в связи с этим опасность их токсического действия. Несмотря на сообщение о смерти 9-летнего ребенка с генотипом слабого метаболизатора CYP2D6, напрямую связанной с приемом флуоксетина, опыт применения пароксетина указывает на то, что риск накопления ЛС при определенных условиях может также возникать у лиц, находящихся на противоположным конце спектра активности. Напр., длительный прием пароксетина может привести к большей, чем ожидалось ранее кумуляции ЛП у детей, классифицированных как экстенсивные метаболизаторы CYP2D6. Фактически самое большое снижение клиренса пароксетина, отмечаемое при возрастающих дозах, наблюдается у пациентов, которые имеют наибольший клиренс на начальном уровне дозы 10 мг/сут и по прогнозам имеют наибольшую активность CYP2D6 согласно генотипу CYP2D6.
Этот, казалось бы, парадоксальный эффект, по-видимому, объясняется окислением пароксетина в активном центре CYP2D6 с образованием реакционноспособного промежуточного соединения, которое связано с необратимой модификацией белка CYP2D6 в активном центре (или рядом с ним) и потерей активности фермента. Как следствие, активность CYP2D6 постепенно снижается, так что со временем может происходить накопление ЛС, в результате чего у пациентов с генотипом экстенсивного метаболизатора CYP2D6 также повышается риск интоксикации, вызванной повышением концентрации ЛП в крови.
Теоретически у детей младшего возраста может наблюдаться снижение эффективности или отсутствие терапевтического эффекта при приеме таких ЛС, как кодеин и трамадол, чье превращение в фармакологически активные формы зависит от функциональной активности CYP2D6. CYP2D6 катализирует реакции О-деметилирования, необходимого для превращения кодеина в морфин. Младенцы и дети, по всей видимости, обладают способностью преобразовывать кодеин в морфин и достигать соотношения морфина и кодеина, сравнимого с таковым у взрослых.
Однако в одном исследовании морфин и его метаболиты не были обнаружены у 36% детей, принимающих кодеин, что подтверждает ненадежность обезболивающего эффекта кодеина в изученной педиатрической популяции. Любопытно, что уровни концентраций морфина и его метаболитов не были связаны с фенотипом CYP2D6. Наконец, ультрабыстрый метаболизм кодеина CYP2D6 может привести к опиатной интоксикации, в том числе сверхбыстрый метаболизм кодеина у матери, который может привести к высоким концентрациям морфина в сыворотке и грудном молоке и может оказать неблагоприятное воздействие на новорожденного, вскармливаемого грудью.
Быстрый метаболизм и клиренс субстратов CYP2D6 могут также способствовать слабому терапевтическому ответу из-за невозможности достижения адекватных концентраций в плазме, даже когда ЛС дозируются на уровне утвержденной максД. Инструкция ЛП атомоксетина указывает на то, что РМ (медленный метаболизатор) по CYP2D6 подвергается системному воздействию ЛП (напр., количество ЛП в организме с течением времени, определяемое площадью под кривой «плазменная концентрация-время») в 10 раз больше, чем у обычных людей [быстрый метаболизатор (ЕМ)], и все же одинаковая начальная доза 0,5 мг/кг рекомендуется для всех пациентов. Фармакокинетическое исследование атомоксетина у детей и подростков с СДВГ, стратифицированных по генотипу, подтвердило 11-14-кратное различие в среднем системном воздействии между группами РМ и ЕМ. Тем не менее наиболее информативным открытием стала 50-кратная разница в силе действия (30-кратная, если сила действия скорректирована с учетом фактически введенной дозы в мг) между участником РМ с наибольшей интенсивностью воздействия и участником UM (сверхбыстрый метаболизатор) (3 функциональных аллеля) с наименьшей интенсивностью воздействия.
Использование результатов этого исследования однократной дозы для моделирования воздействия атомоксетина в условиях устойчивого состояния для каждого участника исследования показало, что даже при рекомендуемой максД атомоксетина воздействие, вероятно, будет субтерапевтическим для большинства пациентов с >1 функциональными аллелями CYP2D6.
Возможность избежать неэффективности терапии на одном конце спектра и чрезмерной токсичности на другом является потенциальным преимуществом использования геномной информации для индивидуализации доз ЛС, зависящих от варианта полиморфизма влияющего на клиренс, такого как CYP2D6. Международный Консорциум по внедрению фармакогенетики в клиническую практику (CPIC) разработал некоторые рекомендации, в том числе для субстратов CYP2D6: руководство CPIC для кодеина, СИОЗС и трициклических антидепрессантов? Хотя данных о педиатрических пациентах имеется немного, эти ссылки служат ценным источником информации о влиянии генотипа на соотношение доза-воздействие для нескольких субстратов CYP2D6.
2. CYP2C9. Хотя некоторые клинически полезные соединения являются субстратами для CYP2C9 (см. табл. 2), эффекты аллельной изменчивости наиболее выражены для ЛС с узким терапевтическим индексом, таких как фенитоин, варфарин и толбутамид. Исследования in vitro показывают прогрессивное увеличение экспрессии CYP2C9 с 1-2% зрелых уровней в I триместре до 30% в срок. Существенная изменчивость экспрессии (в 35 раз) проявляется в течение первых 5 мес жизни, причем ок. 1/2 исследованных образцов демонстрируют значения, эквивалентные таковым у взрослых. Возможная интерпретация этих данных заключается в том, что существует широкая межиндивидуальная изменчивость скорости, с которой экспрессия CYP2C9 приобретается после рождения, а в целом онтогенез активности CYP2C9 in vivo, как следует из фармакокинетических исследований фенитоина у новорожденных, согласуется с результатами in vitro.
Кажущийся период полураспада фенитоина продлен до 75 ч у недоношенных детей, но уменьшается до 20 ч у доношенных новорожденных. К возрасту 2 нед период полураспада еще более сокращается до 8 ч. Начало насыщаемого (т.е. зависящего от концентрации) процесса метаболизма фенитоина, отражающего приобретение CYP2C9 функциональной активности, не проявляется до -10-дневного возраста. Сообщается, что максимальная скорость метаболизма фенитоина снижается со среднего показателя в 14 мг/кг/сут у детей до 8 мг/кг/сут у подростков, что может отражать изменения в соотношении массы печени к общей МТ, наблюдаемые в течение этого периода развития, как это наблюдалось для варфарина.
Известны несколько аллельных вариантов CYP2C9, хотя функциональные последствия некоторых из них еще не установлены. Аллель CYP2C9*2 связан с 5,5-кратным снижением внутреннего клиренса S-варфарина в сравнении с ферментом дикого типа. Аллельные вариации, приводящие к аминокислотным изменениям в активном центре фермента, такие как аллели CYP2C9*3, CYP2C9*4 и CYP2C9*5, связаны с функциональной активностью, составляющей -5% белка дикого типа. Приблизительно 1/3 белой популяции несет вариантный аллель CYP2C9 (обычно *2 и *3 аллели), тогда как аллели *2 и *3 практически отсутствуют в афроамериканской, китайской, японской или корейской популяциях. Напротив, аллель *5 был обнаружен у представителей негроидной расы, но не у белой. Риск осложнений кровотечения у пациентов, получавших варфарин и развития зависимой от концентрации токсичности, у пациентов, получавших фенитоин, наиболее выражен для лиц с генотипом CYP2C9*3/*3.
Хотя связь между генотипом CYP2C9, дозировкой варфарина и фармакокинетикой не была так интенсивно исследована у детей, можно предположить, что последствия аллельной изменчивости аналогичны тем, которые наблюдаются у взрослых. У взрослых генотип CYP2C9 и VKORC1, а также возраст, пол и вес пациента могут составлять 50-60% вариативности потребности к дозе варфарина. Большая часть вариаций до сих пор неизвестна, но м.б., по крайней мере, частично приписана взаимодействию с др. ЛС и продуктами питания.
3. CYP2C19. Белок CYP2C19 и его каталитическая активность м.б. обнаружены in vitro на уровнях, представляющих 12-15% зрелых уровней к 8 нед беременности, и остаются практически неизменными на протяжении всей беременности и при рождении. В течение первых 5 мес постнатального возраста активность CYP2C19 возрастает линейно. Но несмотря на то что вариативность экспрессии составляет ~21-кратную разницу между 5 и 10 годами, взрослые уровни достигаются к 10 годам. Основной источник этой изменчивости имеет, по всей вероятности, фармакогенети-ческий характер. Фенотип CYP2C19 РМ, также известный как дефицит CYP2C19 (мефенитоингидроксилазы) присутствует у 3-5% белой популяции и у 20-25% азиатской. Хотя до настоящего времени сообщалось о 25 вариантных аллелях, 2 наиболее распространенных вариантных аллеля, CYP2C19*2 и CYP2C19*3 являются результатом одноосновных замен, которые вводят преждевременные стоп-кодоны, и, следовательно, укороченные полипептидные цепи, которые не обладают функциональной активностью.
Несмотря на постоянное увеличение активности CYP2C19, наблюдаемое in vitro в течение первых 5 мес жизни, результаты исследования фенотипирования in vivo на фоне приема омепразола у мексиканских детей выявили широкий спектр активности и показали, что 17% младенцев в возрасте до 4 мес м.б. классифицированы как РМ (за пределами этого возраста РМ не были обнаружены). Напротив, 20% детей в возрасте 3-9 мес были классифицированы как UM по сравнению с 6% детей 1-3 мес. Для омепразола фармакокинетические параметры, сопоставимые с таковыми у взрослых, достигаются к возрасту 2 лет.
CYP2C19 также играет важную роль в метаболизме лансопразола. У взрослых японцев, получавших лансопразол, амоксициллин и кларитромицин против инфекции Helicobacter pylori, частота эрадикации для РМ CYP2C19 (97,8%) и гетерозиготных ЕМ (1 функциональный аллель CYP2C19; 92,1%) была значительно выше, чем у гомозиготных ЕМ (72,7%). Первоначальное лечение не уничтожило Н. pylori у 35 пациентов, 34 из которых имели по крайней мере 1 функциональный аллель CYP2C19. Эрадикация м.б. достигнута при более высоких дозах лансопразола почти во всех случаях. Учитывая, что частота носительства функционального аллеля CYP2C19*1 значительно выше у представителей белой расы [0,84 (84%)], чем у японцев [0,55 (55%)], можно ожидать, что неэффективность эрадикации будет происходить чаще у представителей белой расы.
Поскольку ИПП широко используются у детей, фармакогенетические, а также эволюционные достижения должны определять педиатрические стратегии дозирования.
4. CYP3A4, CYP3A5 и CYP3A7. У человека подсемейство CYP3A включает 4 изофермента: CYPs ЗА4, ЗА5, ЗА7 и 3A43, являясь количественно наиболее важной группой CYP с точки зрения биотрансформации ЛП в печени человека. Эти изоформы катализируют окисление многих различных терапевтических элементов, некоторые из которых имеют потенциальное значение для педиатрической практики (см. табл. 2). CYP3A7 является преобладающей изоформой CYP в печени плода и м.б. обнаружен в эмбриональной печени уже через 50-60 дней беременности. CYP3A4, основная изоформа CYP3A у взрослых, почти отсутствует в печени плода, но постепенно накапливается в течение всего детства. В течение первых 6 мес жизни экспрессия CYP3A7 превышает экспрессию CYP3A4, хотя его каталитическая активность в отношении большинства субстратов CYP3A довольно ограничена по сравнению с CYP3A4. CYP3A4 также широко экспрессируется в кишечнике, где он играет значительную роль в метаболизме («эффект первого прохождения») пероральных ЛП, которые являются субстратами (напр., мидазолам). CYP3A5 полиморфно экспрессируется и присутствует в -25% образцов печени, взятых у взрослых и исследованных in vitro.
Было предложено несколько методов для измерения активности CYP3A. Сообщалось, что при использовании этих различных фенотипирующих зондов активность CYP3A4 широко варьировала (до 50 раз) среди индивидов, но распределение активности в популяции, по существу, унимодально, и доказательств полиморфной активности обнаружено не было. Несмотря на то что было идентифицировано 20 аллельных вариантов, большинство из них встречаются относительно редко и, по-видимому, не имеют клинического значения. Интерес для педиатрии представляет аллель CYP3A4*1B, присутствующий в области промотора CYP3A4. Клиническое значение этого аллельного варианта представляется ограниченным в отношении активности биотрансформации ЛС, несмотря на то что анализы in vitro демонстрируют двукратное повышение активности по сравнению с аллелем CYP3A4*1 дикого типа.
Хотя связи между аллелем CYP3A4*1B и возрастом менархе, по-видимому, не существует, имеется значительная взаимосвязь между количеством аллелей CYP3A4*1B и возрастом наступления половой зрелости, как это определено по степени развития молочных желез (шкала Таннера). В одном исследовании 90% девятилетних девочек с генотипом CYP3A4*1B/*1B имели показатель >2 по Таннеру против 56% гетерозиготных носителей CYP3A4*1A/*1B и 40% девочек, гомозиготных по аллелю CYP3A4*1A. Поскольку CYP3A4 играет важную роль в катаболизме тестостерона, было предложено, что соотношение эстрадиола к тестостерону м.б. смещено в сторону более высоких значений в присутствии аллеля CYP3A4*1B и может вызвать гормональный каскад, сопровождающий половое созревание. Кишечная активность CYP3A4 ингибируется соком грейпфрута и может привести к повышению уровня многих ЛС, метаболизируемых этим ферментом; очень большие количества грейпфрутового сока могут также подавлять печеночный CYP3A4.
Полиморфная экспрессия CYP3A5 в значительной степени вызвана SNP в интроне 3, который создает скрытый сайт сплайсинга и приводит к вариантам сплайсинга информационной РНК, которые сохраняют часть интрона 3 с преждевременным стоп-кодоном. Усеченные транскрипты мРНК, связанные с этим аллелем, CYP3A5*3, не могут транслироваться в функциональный белок. Лица, по крайней мере, с одним аллелем CYP3A5*1 дикого типа экспрессируют функциональный белок CYP3A5, тогда как гомозиготные по CYP3A5*3 (CYP3A5*3/*3) не экспрессируют заметное количество функционального белка. Приблизительно 60% афроамериканцев проявляют функциональную активность CYP3A5 в печени по сравнению только с 33% евроамериканцев.
Клинически важные последствия изменения аллеля CYP3A5 были зарегистрированы у детей. У педиатрических реципиентов трансплантированного сердца с генотипом CYP3A5*1/*3 концентрации такролимуса составляла 25% от наблюдаемых у пациентов с генотипом CYP3A5*3/*3 при корректировке дозы в наиболее уязвимом периоде сразу после трансплантации (<2 нед) и на 50% меньше через 3, 6 и 12 мес после трансплантации. Т.о., для достижения сопоставимых плазменных уровней и минимизации риска отторжения, пациентам с функциональным белком CYP3A5 требуются большие дозы такролимуса. Вызывает беспокойство то, что в непосредственном посттрансплантационном периоде <15% концентраций такролимуса находились в пределах терапевтического целевого диапазона, что подчеркивает необходимость проспективных высокоточных испытаний такролимуса в педиатрии. Помимо лиц с генотипом экспрессоров CYP3A5, младший возраст был также связан с более низкими концентрациями такролимуса.
Такая же взаимосвязь возраста и генотипа наблюдается при трансплантации почки. И наоборот, аналогичное лечение с учетом возраста и генотипа осложнено у реципиентов трансплантированной печени за исключением случаев, когда донор CYP3A5 известен. У педиатрических реципиентов трансплантированной печени генотип экспрессора CYP3A5 не был связан с концентрацией и дозировкой такролимуса. Это означает, что метаболизм в печени, судя по донорской печени и статусу генотипа, оказывает гораздо большее влияние на концентрации такролимуса, чем кишечный метаболизм или статус генотипа CYP3A5 реципиента. В совокупности эти отдельные данные о применении такролимуса в педиатрии позволили CPIC рекомендовать увеличение дозы такролимуса в 1,5-2 раза с последующим тщательным мониторингом плазменных концентраций ЛП у детей и подростков с хотя бы одним аллелем CYP3A5*1.
4. Глюкуронозилтрансферазы. Суперсемейство генов UGT катализирует конъюгацию (с глюкуроновой кислотой) нескольких ЛП, используемых клинически в педиатрии, в том числе морфина, парацетамола («Ацетаминофена»), НПВС и бензодиазепинов. Влияние стадии развития организма на способность к глюкуронидации было описано и проиллюстрировано у пациентов с гипербилирубинемией, синдромом серого ребенка (сердечно-сосудистый коллапс, связанный с высокими дозами хлорамфеникола у новорожденных) и у недоношенных новорожденных, в возрасте 24-39 нед после зачатия, с 3,5-кратным увеличением клиренса морфина. Как и в случае с CYP, существует множество изоформ UGT, и приобретение функциональной активности UGT, по-видимому, зависит от изоформы и субстрата.
UGT1A1 является основным продуктом гена UGT, ответственным за глюкуронидирование билирубина; было зарегистрировано >100 генетических изменений, большинство из них редки и более правильно считать их мутациями, а не полиморфизмами генов. Наследование 2 дефектных аллелей связано со снижением активности конъюгирования билирубина, и приводит к возникновению клинических состояний, таких как синдромы Криглера-Найяра и Гилберта. Повтор динуклеотида (ТА) в атипичной коробке ТАТА промотора UGT1A1 один из наиболее часто встречающихся полиморфизмов. Аллель UGT1A1*1 дикого типа имеет бповторов (ТА6) и варианты ТА5 (UGT1A1*33), ТА7 (UGT1A1*28) и ТА8 (UGT1A1*34) связаны со сниженной активностью. UGT1A1*28 является наиболее распространенным вариантом и важным фактором, способствующим длительной желтухе новорожденных. Этот вариант также связан с нарушением глюкуронидации и, следовательно, токсичностью активного метаболита SN-38 XT-агента иринотекана.
Аллельные вариации в UGT1A7 и UGT1A9 также были связаны с токсичностью иринотекана у взрослых с колоректальным раком.
Последствия аллельной изменчивости в семействе UGT2B менее определенны. Наиболее важные пути элиминации морфина включают биотрансформацию в фармакологически активный 6-глюкуронид (M6G) и неактивный 3-глюкуронид (M3G). Реакция образования M6G почти исключительно катализируется GT2B7, тогда как несколько UGT в подсемействе UGT1A и UGT2B7, способствуют образованию M3G. Повышенное соотношение M6G : морфин было зарегистрировано у гомозиготных носителей SNP, составляющих аллель UGT2B7*2. Хотя индивидуумы генотипированные как UGT2B7*2/*2, могут давать более высокие, чем ожидалось концентрации фармакологически активного морфина и его метаболитов, проспективные исследования, посвященные корреляциям фенотип-генотип и последствиям анальгезии морфина, дали противоречивые результаты.
5. Тиопурин S-метилтрансфераза. Тиопурин-5-метилтрансфераза (ТРМТ) представляет собой цитозольный фермент, который катализирует S-метилирование ароматических и гетероциклических серосодержащих соединений, такие как 6-меркаптопурин (6МР; англ. 6-mercaptopurine), азатиоприн и 6-тиогуанин, используемый в лечении острого лимфобластного лейкоза (ОЛЛ), ВЗК и ЮИА и профилактики отторжения почечного аллотрансплантата. Чтобы проявить свои цитотоксические свойства 6МР должен подвергнуться многоэтапному метаболизму до нуклеотидов тиогуанина, инициированного гипоксантингуанинфосфорибозилтрансферазой. ТРМТ предотвращает синтез тиогуаниновых нуклеотидов путем метилирования 6МР (рис. 4). Активность ТРМТ обычно измеряют в эритроцитах, причем активность эритроцитов отражает то, что обнаружено в др. тканях, включая гепатобласты и лейкозные бласты.
Рисунок 4. Полиморфизм тиопурин-S-метилтрансферазы. (а) Чтобы проявить свою цитотоксическую активность 6-меркаптопурин подвергается метаболизму до тиогуаниновых нуклеотидов. Тиопурин-S-метилтрансфераза и ксантиноксидаза уменьшают количество 6-меркаптопурина, доступного для биоактивации до тиогуаниновых нуклеотидов. Тиопурин-S-метилтрансфераза также может метилировать б-тиоинозин-5'-монофосфат с образованием метилированного соединения, способного ингибировать синтез пурина de novo. (б) Распределение активности ТРМТ у человека. 89% населения имеют высокую активность, тогда как 11% имеют промежуточную активность. Приблизительно 1 из 300 человек, гомозиготных по 2 аллелям с потерей функции, обладает очень низкой активностью. (в) Корреляция между генотипом тиопурин-Sметилтрансферазы и в/кл концентрациями тиогуаниновых нуклеотидов. У слабых метаболизаторов тиопурин-5-метилтрансферазы большее количество 6-меркаптопурина оказывается доступным для прохождения пути биоактивации с образованием тиогуаниновых нуклеотидов. Эта ситуация связана с повышенным риском миелосупрессии. (г) Наиболее распространенный вариант аллеля тиопурин-5-метилтрансферазы является результатом двух мутаций, которые приводят к образованию нестабильного белкового продукта, который подвергается протеолитической деградации. 6TU — 6-тиоуровая кислота; МеМР — 6-метилмеркаптопурин; HPRT — 6тиометилинозин-5-монофосфат; MeTIMP — гипоксантин-гуанин-фосфорибозилтрансфераза; wt — дикий тип; mut — мутант
Хотя 89% представителей белой и негроидной рас имеют высокую активность ТРМТ и 11% имеют промежуточную активность, 1 из 300 человек наследует дефицит ТРМТ как АуР признак (рис. 4). У новорожденных активность ТРМТ в периферической крови на 50% выше, чем у сопоставимых по расе взрослых, и демонстрирует распределение активности в соответствии с полиморфизмом, характерным для взрослых. В настоящее время нет данных, указывающих, как долго сохраняется эта более высокая активность, хотя уровень активности ТРМТ был сопоставим со взрослым уровнем, ранее сообщенным для популяции корейских школьников в возрасте 7-9 лет. У пациентов с промежуточной или низкой активностью большая часть ЛП устремляется на производство цитотоксических тиогуаниновых нуклеотидов. ТРМТ также может метилировать б-тиоинозин-5’-монофосфат, чтобы генерировать метилированный метаболит, способный ингибировать синтез пурина de novo (рис. 4).
Множественные варианты SNP были идентифицированы в гене ТРМТ, кроме того, GWAS из 2 независимых педиатрических когорт ОЛЛ подтвердил, что активность ТРМТ является моногенной фармакогенетической характеристикой; 3 варианта (ТРМТ*2, *3А, *3С) имеются у 98% представителей белой расы с низкой активностью и обладают высокой прогностической способностью к фенотипу ТРМТ. ТРМТ*3А является наиболее распространенным и характеризуется 2-мя мутациями нуклеотидного перехода, G460A и A719G, которые приводят к 2-м аминокислотным заменам, Alal54Thr и Tyr240Cys (см. рис. 4). Наиболее часто носительство аллельного варианта ТРМТ*3А регистрируется у представителей белой расы (9,5%) и у латиноамериканской этнической группы (7,0%), и оно отсутствует у представителей негроидной расы. Напротив, ТРМТ*3С, по результатам исследований, является преобладающим аллельным вариантом у представителей негроидной расы (12,2%) и очень редко наблюдается у представителей белой расы или латиноамериканской этнической группы; в целом, у представителей негроидной расы активность ТРМТ ниже, чем у представителей не негроидной.
Варианты *3А и *3С приводят к потере функциональной активности за счет производства нестабильных белков, которые подвержены ускоренной протеолитической деградации.
Относительно небольшое количество пациентов с низкой или отсутствующей активностью ТРМТ (0,3%) подвержены повышенному риску тяжелой миелосупрессии при лечении обычными дозами тиопурина, в этом случае требуется снижение дозы в 10-15 раз, чтобы минимизировать этот риск. Кроме того, при неправильной дозировке пациенты могут подвергаться повышенному риску возникновения рецидивов в результате неадекватного лечения тиопуринами или его отсутствия. Учитывая расширяющееся использование 6МР и азатиоприна в педиатрии для лечения ВЗК, ЮИА и для предотвращения отторжения почечного аллотрансплантата, фармакогенетика ТРМТ не является шаблонной, и для каждого генотипа руководство CPIC предусматривает индивидуальное дозирование.1 Однако генотип ТРМТ не является единственным фактором, определяющим непереносимость тиопуринов. Многочисленные исследования также выявили генетическую изменчивость NUDT15, нуклеотиддифосфатазы, которая превращает тиогуанин трифосфат в тиогуанин монофосфат, тем самым уменьшая включение тиогуанина в ДНК; уменьшение или потеря этой активности приводит к большему, чем ожидалось, включению тиогуанина в ДНК и к увеличению цитотоксичности.
Аллели NUDT15 со сниженной функцией чаще встречаются у пациентов латиноамериканского и азиатского происхождения, а пациенты, унаследовавшие 2 аллеля со сниженной функцией, переносят дозы тиопурина, которые намного ниже (10%), чем обычно. Т.о., разумно предположить, что генотип ТРМТ и NUDT15 необходимо учитывать при индивидуальном назначении тиопурина.
г) Фармакогенетика лекарственных транспортеров. Существует несколько основных типов мембранных переносчиков, включая переносчики органических анионов, переносчики органических анионов-транспортеров (ОАТР), переносчики органических катионов (ОСТ; англ, organic cation transporters) и кассетные транспортеры, связывающие аденозинтрифосфат (АТВС; англ. adenosine triphosphate-binding cassette), такие как Р-гликопротеин (Р-gp; англ. p-glycoprotein) и MRP. Мембранные транспортеры активно участвуют в размещении ЛС и активно транспортируют субстратные ЛС между органами и тканями. Транспортеры ЛС экспрессируются при многочисленных эпителиальных барьерах, таких как кишечные эпителиальные кл., гепатоциты, кл. почечных канальцев и ГЭБ (рис. 5). Транспортеры часто также являются определяющими факторами лекарственной устойчивости, в свою очередь многие ЛС действуют, воздействуя на функцию транспортеров. Т.о., полиморфизмы в генах, кодирующих эти белки, могут оказывать значительное влияние на абсорбцию, распределение, метаболизм и выведение, а также на фармакодинамический эффект широкого спектра соединений.
Рисунок 5. Схематическое изображение важных транспортных белков и их местоположение в организме человека. Сферами представлены молекулы лекарственных препаратов
1. Семейство аденозинтрифосфат-связывающих кассетных транспортеров. АТВС относятся к самому большому известному семейству генов транспортеров и перемещают разл. субстраты, в том числе XT-агенты. Экспрессия АТВС-транспортера ЛС влияет на формирование устойчивости опухолевых кл. к противоопухолевой терапии, фармакокинетическое поведение ХТ-ЛП и токсических побочных эффектах, связанных с XT. Совсем недавно была описана генетическая гетерогенность нескольких генов АТВС-транспортеров. Помимо того, что они имеют, по меньшей мере, один АТФ-связывающий домен, эти транспортеры характеризуются сигнатурной последовательностью расположения аминокислотных остатков в домене.
В организме человека АТВС-транспортеры выполняют функцию откачивающих насосов, которые вместе с ферментами детоксикации образуют сложную интегрированную систему «химико-иммунологической защиты» от ЛС и др. посторонних хим. в-в. Множество эпителиальных барьеров, включая почки, печень и ГЭБ, имеют выраженную экспрессию АТВС-транспортеров, таких как P-gp (также известный как MDR1), MRP 1, 2 и 3. Эти транспортеры за счет энергии гидролиза АТФ выкачивают различные субстраты из соответствующей кл. и органа.
Значительная генетическая изменчивость была обнаружена в суперсемействе генов ATBC-транспортеров. Многие работы, исследовавшие взаимосвязь между АТВС B1 генотипом или гаплотипом и экспрессией P-gp, активностью P-gp, или фармакологическим ответом, давали противоречивые результаты, в основном из-за методологических ограничений. Не стоит ожидать никакой связи между генотипом и фармакокинетическим поведением ЛС или фармакологическим ответом, в случае если интересующий ЛП не является субстратом для P-gp. Тем не менее даже когда ЛП тестируются на транспортировку с помощью P-gp с использованием систем in vitro, результаты не обязательно являются окончательными, как в случае с карбамазепином. С др. стороны, связь между генотипом АТВС B1 и фармакологическим ответом наблюдалась у пациентов, принимавших антидепрессанты, являющиеся субстратами АТВС-транспортеров (напр., циталопрам, пароксетин, амитриптилин, венлафаксин), но не в случае с ЛП, не являющимися субстратами (напр., миртазапин).
Исследования, ориентированные на детей, также должны учитывать онтогенез экспрессии P-gp. Основываясь на исследованиях с использованием лимфоцитов человека, выяснилось, что активность P-gp высока при рождении, уменьшается 0-6 мес и стабилизируется между 6 мес и 2 годами. Напротив, экспрессия P-gp м.б. обнаружена в стволовых кл. человека/нервных кл.-предшественниках и снижается с дифференцировкой. Кроме того, P-gp был предложен в качестве эндотелиального маркера для развития ГЭБ, его экспрессия увеличивается в постнатальном возрасте по мере формирования ГЭБ. Протеомный анализ печеночного P-gp в период онтогенеза показал, что экспрессия P-gp увеличивается в младенчестве, достигая 50% взрослой экспрессии через 3 года и постоянного уровня в подростковом возрасте. Т.о., модели развития экспрессии P-gp, вероятно, являются тканеспецифичными, но накопленных данных по этой теме по-прежнему недостаточно. Тем не менее в юном возрасте экспрессия P-gp в кишечнике и печени, по всей вероятности, представляет собой защитный механизм, при котором эндогенные и экзогенные токсины эффективно выводятся из организма.
Тем не менее модели развития экспрессии в тканях-мишенях, таких как лимфоциты и опухоли, также могут влиять на эффективность в/кл доставки ЛС. Напр., было доказано, что генные полиморфизмы являются прогностическим фактором, определяющим способность организма компенсировать постепенную отмену ГКС после трансплантации сердца, а также восприимчивость к лечению детского ОЛЛ и его клинический исход. С др. стороны, незрелость экспрессии P-gp в определенные периоды развития ГЭБ может способствовать восприимчивости ЦНС к токсичности ЛС. Однако для большинства других ЛС, включая иммунодепрессанты и ингибиторы протеазы, исследования, изучающие влияние полиморфизмов АТВС В1 на фармакокинетическое поведение ЛС и фармакологический ответ, дали противоречивые результаты. В одном исследовании, изучающем взаимосвязь между генотипом АТВС В1 и фармакокинетикой циклоспорина, влияние генотипа на пероральную доступность было обнаружено только у детей >8 лет. Хотя эти результаты требуют дальнейшей проверки, считается, что для правильного планирования и интерпретации фармакогенетических исследований АТВС В1 в педиатрической практике требуется лучшее понимание онтогенеза транспортера.
д) Полипептиды, транспортирующие органические анионы. Полипептиды, транспортирующие органические анионы (ОАТР) в переносчике растворенных в-в органических анионов (SLCO), представляют собой семейство гликопротеиновых транспортеров с 12 трансмембранными связывающими доменами, экспрессируемыми в разл. эпителиальных кл. В организме человека обнаруживаются 11 ОАТР, некоторые из которых экспрессируются повсеместно, тогда как экспрессия остальных ограничена конкретными тканями. К обычным субстратам относятся желчные соли, гормоны и их конъюгаты, токсины и различные лекарственные в-ва. Растворенный носитель, человеческий ОАТР 1А2 (ОАТР1А2, ОАТР-А, ОАТР1 и ОАТР), высоко экспрессируется в кишечнике, почках, холангиоцитах и ГЭБ и может играть важную роль в абсорбции, распределении и выделении широкого спектра клинически важных ЛС. Растворенный носитель, человеческий ОАТР 1А2 (ОАТР1А2, ОАТР-А, ОАТР1 и ОАТР), экспрессируется в кишечнике, почках, холангиоцитах, ГЭБ и может играть важную роль в абсорбции, распределении и выделении широкого спектра клинически важных ЛС.
Несколько несинонимичных полиморфизмов были идентифицированы в гене, кодирующем ОАТР1А2, SLCO1A2 (SLC21A3), причем некоторые из этих вариантов позволяют выявить функциональные изменения в транспортировке субстратов ОАТР1А2.
ОАТР1В1 (SLCO1B1) и ОАТР1ВЗ (SLCO1B3) являются специфичными для печени транспортерами и способствуют кл. поглощению эндогенных субстратов, таких как билирубин, желчные кислоты, дегидроэпиандростеронсульфат и лейкотриен С4, а также различных ЛС, включая несколько статинов, метотрексат и эналаприл. Аллельные варианты в ОАТР1В1 (в частности, аллель SLCO1B1*5) приводят к снижению клиренса и усиленному системному воздействию некоторых статинов (аторвастатин, правастатин, симвастатин) и связаны с повышенным риском побочных эффектов со стороны костно-мышечной системы при лечении симвастатином. Экспрессия ОАТР1В1 в ткани печени ребенка не имела зависимости от возраста во всех образцах, однако такая зависимость была обнаружена в образцах, гомозиготных по эталонной последовательности SLCO1B1 (т. е. генотип SLCO1B1*1A/*1A). Следовательно, не только генотип, но также рост и развитие могут влиять на экспрессию белка ОАТР1В1 у развивающегося ребенка. На сегодняшний день было проведено только одно исследование в области педиатрии, в котором было изучено влияние генотипа SLCO1B1 на фармакокинетическое поведение статинов и выявлена взаимосвязь между генотипом и фенотипом для правастатина, которая не соответствовала таковой у взрослых.
Однако данные в отношении симвастатина, полученные у детей и подростков с дислипидемией (ЛПНП >130 мг/дл), позволяют предположить, что связи между генотипом и фенотипом, наблюдаемые у взрослых, также присутствуют в этой возрастной группе, но у педиатрических пациентов величина генетического эффекта м.б. выше.
Результаты нескольких исследований подтвердили, что 2 SNP, определяющих наиболее распространенные гаплотипы SLCO1B1 (*1а, *1Ь, *5 и *15), rs4149056 и rs2306283, связаны со сниженным клиренсом при высокой дозе метотрексата у детей с ОЛЛ. Выполнение генотипирования SLCO1B1 м.б. целесообразным при выявлении пациентов с повышенным риском токсичности в результате снижения клиренса или кумуляции метотрексата. В ходе протеомного анализа печени у детей было обнаружено, что экспрессия ОАТР1ВЗ изменяется в зависимости от возраста с трехкратной разницей между уровнями, характерными для новорожденных и взрослых. Подобно P-gp, экспрессия постоянно усиливается в детском возрасте; однако, по сравнению с P-gp, 50% уровня экспрессии взрослых достигается намного раньше (в 6 мес).
е) Транспортеры органических катионов. ОСТ подсемейства SCL22A в основном экспрессируются на базолатеральной мембране поляризованного эпителия и опосредуют почечную секрецию небольших органических катионов. Первоначально считалось, что ОСТ1 (также известный как SLC22A1) в основном экспрессируется в печени, но недавние исследования также локализовали его экспрессию на апикальной стороне проксимальных и дистальных почечных канальцев. Было обнаружено, что экспрессия печеночного ОСТ1 зависит от возраста и ее уровень у новорожденных и взрослых отличается почти в 5 раз. ОСТ2 (или SLC22A2) преимущественно экспрессируется на базолатеральной поверхности проксимальных почечных канальцев. У взрослых аллельные варианты ОСТ1 и ОСТ2 связаны с повышенным почечным клиренсом метформина. Роль генетической изменчивости ОСТ1 и ОСТ2 у детей еще не изучена, но, по всей видимости, находится под влиянием факторов развития. Новорожденные обладают весьма ограниченной способностью экскреции органических катионов, но эта функция быстро совершенствуется в течение первых нескольких месяцев жизни и при стандартизации по весу или площади поверхности тела у детей раннего возраста имеет тенденцию к превышению уровней взрослых.
ж) Полиморфизмы лекарственных рецепторов. Рецепторы являются мишенью для ЛС и эндогенных медиаторов из-за присущей им способности молекулярного узнавания. ЛС и медиаторы связываются с рецептором, чтобы произвести фармакологический эффект. Изменения рецепторного белка или ионного канала могут определять интенсивность фармакологического ответа. Полиморфизмы гена β2-адренергического рецептора (ADRB2) связаны с изменением реакции на бронхолитические ЛП.
Фармакологические ответы редко являются моногенными, поскольку множественные гены участвуют как в связывании ЛС с фармакологической мишенью, так и в последующей нисходящей передаче сигнала, который в итоге выражается в совокупности терапевтических эффектов. Хотя генотипы в каком-либо конкретном локусе могут оказывать статистически значимое влияние на желаемый результат, они могут составлять лишь относительно небольшую долю общей популяционной изменчивости для этого результата. Конкретная группа SNP в гене рецептора кортикотропин-рилизинг-гормона 1 (CRHR1) связана со статистически значимым улучшением ОФВ за 1 с (ОФВ1), но составляет только 6% от общей изменчивости в ответ на применение ингаляционных ГКС. Ряд последующих исследований позволил выявить, что аллельные вариации в нескольких генах, участвующих в метаболизме ГКС способствуют получению общего ответа на эту форму терапии.
Каталогизирование и классификация рецепторов является основной инициативой Международного союза базовой и клинической фармакологии (IUPHAR; англ. International Union of Basic and Clinical Pharmacology). Список рецепторов и потенциал-управляемых ионных каналов доступен на веб-сайте IUPHAR (http://www.iuphar-db.org). Влияние роста и развития на активность и аффинность связывания этих рецепторов, эффекторов и ионных каналов было в некоторой степени изучено у животных, однако наличие подобного взаимодействия у людей еще предстоит подтвердить.
ж) Современное и будущее значение фармакогеномики для педиатрии. Достигнутый прогресс в лечении ОЛЛ показывает, как применение фармакогеномных принципов может усовершенствовать педиатрическую лекарственную терапию. Однако, несмотря на значительно лучшее понимание генетических детерминантов лекарственной реакции, предстоит решить еще множество важных проблем. Пациенты с ОЛЛ, которые имеют 1 аллель дикого типа и промежуточную активность ТРМТ, имеют тенденцию к лучшему ответу на терапию 6МР, чем пациенты с 2 аллелями дикого типа и полной активностью. Снижение активности ТРМТ также повышает риск развития у пациентов вторичных опухолей ГМ, вызванных предшествующим облучением, и острого миелоидного лейкоза, вызванного приемом этопозида. Фармакогенетические полиморфизмы нескольких дополнительных генов, таких как NUDT15, также могут влиять на успех лечения ОЛЛ. Совокупность множественных генетических факторов и факторов, связанных с лечением, определяет принадлежность пациента к одной из подгрупп, характеризующихся различной степенью риска.
Это дает возможность реализовывать фармакогеномные подходы для определения подгрупп пациентов, которые выиграют от конкретных схем лечения и тех, кто наиболее подвержен риску краткосрочной или долгосрочной токсичности (рис. 6).
Рисунок 6. Полигенные детерминанты лекарственного ответа. Наглядное изображение вероятных эффектов 2 генетических полиморфизмов. На каждой панели представлен профиль для лиц, имеющих 2 аллеля дикого типа (WT/WT), гетерозиготных (WT/V), т. е. с одним аллелем дикого типа и одним вариантом аллеля (V), или имеющих 2 варианта аллелей (V/V) для изображенного гена. Верхние панели иллюстрируют потенциальный полиморфизм фермента, метаболизирующего лекарственные средства, где вариантные аллели приводят к снижению метаболизма и повышению воздействия препарата [о чем свидетельствует увеличение площади под кривой концентрация-время (AUC)]. Центральные панели иллюстрируют потенциальный полиморфизм специфического лекарственного рецептора и изображают варианты аллелей, ответственные за снижение чувствительности рецептора. Обратите внимание, что для каждого типа рецепторов существует 3 степени воздействия лекарственных препаратов. Нижняя таблица показывает 9 полученных комбинаций лекарственного метаболизма и генотипов лекарственного рецептора, а также соответствующие им фенотипы лекарственного ответа, рассчитанные по данным, представленным на центральных панелях. Эти фенотипы позволяют рассчитывать терапевтический индекс (то есть соотношение эффективность: токсичность; здесь он варьирует от 13 [65 :5%] до 0,1 [10:80%]), что позволяет произвести оценку индивидуальных рисков и выгод
