Современные задачи клинической фармакологии: разработка методологии оценки активности изоферментов цитохромов Р-450 с целью персонализации фармакотерапии

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ

СОВРЕМЕННЫЕ ЗАДАЧИ КЛИНИЧЕСКОЙ ФАРМАКОЛОГИИ: РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ АКТИВНОСТИ ИЗОФЕРМЕНТОВ ЦИТОХРОМОВ Р-450 С ЦЕЛЬЮ ПЕРСОНАЛИЗАЦИИ ФАРМАКОТЕРАПИИ

В.Г. Кукес

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научный центр экспертизы средств медицинского применения» Минздравсоцразвития России, Москва

Резюме: Статья посвящена роли технологий персонализированной медицины для проведения максимально эффективной и безопасной фармакотерапии. При этом наиболее перспективным направлением является оценка индивидуальной активности изоферментов цитохрома Р-450, участвующих в биотрансформации лекарственных средств (ЛС). Система цитохрома Р-450 является ключевым звеном фармакокинетических процессов, активность которой объясняет вариабельность концентраций ЛС в плазме крови, определяя вариабельность параметров эффективности и безопасности ЛС. Разработка доступных методик оценки активности изоферментов цитохрома Р-450 позволит персонализированно подойти к выбору ЛС и их доз, что должно осуществляться в специально организованных центрах персонализированной медицины.

Ключевые слова: изоферменты цитохрома Р-450, лекарственные средства, персонализированная медицина.

MODERN TASKS OF CLINICAL PHARMACOLOGY: DEVELOPMENT OF METHODOLOGY OF EVALUATING THE ACTIVITY OF CYTOCHROME P-450 ISOENZYMES FOR THE PURPOSE OF PERSONALIZATION OF PHARMACOTHERAPY

V.G. Kukes

Abstract: The following article is dedicated to the role of technologies of personalized medicine for safe and effective pharmacotherapy. The most prospective line of development is evaluation of the individual activity of izoenzymes of Cytochrome P-450, involved in the biotransformation of medicines. Cytochrome P-450 system is a key element of pharmacokinetic processes, the activity of which explains the variability of concentrations of drugs in blood plasma, determining the variability of efficacy and safety parameters of drugs. Development of the methods allowing to assess the activity of Cytochrome P-450 izoenzymes will provide personalized approach for choosing medicines and dosage, which should be performed in specially organized centers of personalized medicine.

Key words: Cytochrome P-450 izoenzymes, medicines, personolised medicine.

В начале XXI века многие врачи возлагали большие надежды на новые группы лекарств. Несмотря на то что применение лекарственных средств (ЛС) основывается на принципах доказательной медицины, по данным ВОЗ, в среднем эффективность фармакотерапии составляла 60% [8]. Кроме того, растет частота нежелательных лекарственных реакций (НЛР) вплоть до смертельных исходов [6]. Следует отметить, что в

Рис. 1. Цикл «движения» ЛС в организме человека [1]

исследованиях ряда клиницистов было установлено, что при назначении стандартной дозы многих ЛС в соответствии с инструкциями по их медицинскому применению у части больных концентрация многих лекарственных препаратов в крови была высокой — развивались НЛР, у других концентрация была низкой, и лечение оказывалось неэффективным. Учитывая эти факты, мы попытались ответить на 3 вопроса:

• почему эффективность современной фармакотерапии, несмотря на существование доказательной медицины, не превышает 60%?

• почему растет число НЛР?

• почему при стандартной дозировке концентрация некоторых ЛС колеблется у больных в широких пределах?

Для того чтобы ответить на эти вопросы, обратимся к циклу движения ЛС в организме человека (рис. 1).

Известно, что центральную роль биотрансформации ЛС занимает именно система цитохрома Р-450, о которой известно следующее (рис. 2) [5]:

• более 40% ЛС, зарегистрированных в РФ, метабо-лизируются с участием изоферментов СУР450;

• 8% ЛС — пролекарства, а «лекарствами» являются их активные метаболиты;

• цитохром Р-450 — общее название ферментов семейства Р-450;

• семейство Р-450 входит в класс гемопротеинов, относится к цитохромам типа Ь;

• у человека выявлено 57 генов и более 59 псевдогенов системы цитохрома Р-450;

• изоферменты цитохрома Р-450 объединены в 18 семейств и 43 подсемейства.

При этом на активность изоферментов цитохрома Р-450 ЛС влияют следующие факторы, определяющие индивидуальный фармакологический ответ [1]:

• генетический полиморфизм;

• сопутствующие заболевания печени, почек, кишечника, сердечно-сосудистой и респираторной систем;

• совместное применение ЛС-ингибиторов/ин-дукторов изоферментов цитохрома Р-450;

• характер пищевого рациона (например, некоторые фруктовые соки), компоненты которого могут быть ингибиторами/индукторами изоферментов цитохрома Р-450.

При этом особое внимание необходимо уделять ЛС, которые имеют активные метаболиты, образующиеся в процессе биотрансформации. Так, под влиянием СУР3А4 и СУР1А2 верапамил превращается в норверапамил, который обладает 20% активности от собственно верапамила. Кроме того, существуют и ЛС, изначально не активные, и лишь в результате биотрансформации из них образуются активные метаболиты, определяющие фармакодинамические эффекты ЛС (рис. 3) [7].

Генетический фактор может также существенно влиять на процессы биотрансформации ЛС. Эти факторы представляют собой полиморфизмы в генах изоферментов цитохрома Р-450, причем их частота может значительно варьировать в различных этнических группах и популяциях, определяя этническую чувствительность к ЛС. Так, нами были изучены частоты медленных аллелей генов изоферментов цитохрома Р-450, наиболее значимых для биотрансформации ЛС (рис. 4) [3]. Эти частоты были сопоставимы с другими европейскими группами, при этом следует обратить внимание, что все эти носители медленных аллелей являются группами риска развития НЛР при применении Л С-субстратов данных изоферментов цитохрома Р-450.

Следует также отметить, что знание активности изоферментов цитохрома Р-450 в организме пациента имеет большое клиническое значение, так как они принимают участие также в деградации некоторых эндогенных соединений: гормонов, витаминов, про-станоидов и т.д. [1]. Так, СУР3А4 — основной фермент биотрансформации альдостерона. По нашим данным,

74,1%

90% ЛС метаболизруется данными изоферментами

18,8%

15,8%

8,3%

8,2%

Л

СУР3А4 CYP2D6 СУР2С9 СУР1А2 СУР2С19

Рис. 2. Вклад различных изоферментов цитохрома Р-450 в биотрансформации ЛС [1]

Спиронолактон

Клопидогрел

СУР3А4

СУР2С19

Канренон

2-оксокло-

пидогрел

Эналаприл

Карбокси-

эстераза

Эналаприлат

Азатиоприн

Ксантин-

оксидаза

Меркапто-

пурин

Примидон

СУР3А4

Тамоксифен

СУР 2D6

Фено-

барбитал

Эндоксифен

Лозартан СУР 2С9

Е-3174

Рис. 3. Примеры пролекарств, активные метаболиты которых образуются с участием ферментов биотрансформации [7]

Рис. 4. Распределение носителей медленных аллелей изоферментов цитохрома Р-450[3]

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ

Повышение активности CYP

Снижение активности CYP

Снижение концентрации ЛС и повышение концентрации метаболита

Повышение концентрации ЛС и снижение концентрации метаболита

Недостаточная эффективность ЛС

Неблагоприятные побочные реакции

Рис. 5. Принципы изучения активности изоферментов цитохрома Р-450у пациентов [1]

чем ниже активность CYP3A4, тем выше концентрация альдостерона [1]. Кроме того, CYP3A4 — основной фермент биотрансформации спиронолактона, под влиянием изоферментов которого спиронолак-тон превращается в активный метаболит — канренон. При этом, по нашим данным, чем выше активность CYP3A4 у пациентов с хронической сердечной недостаточностью, тем выше концентрации канренона при применении спиронолактона [1].

И действительно, проблема НЛР в клинической практике была актуальна всегда. Так, еще немецкий философ E.C. Lambert в XIX веке писал: «Есть больные, которым нельзя помочь, но нет таких больных, которым нельзя навредить». Приведем пример клинического значения генетического полиморфизма изоферментов цитохрома Р-450.

Женщина, 67 лет, страдает раком молочной железы. Назначена химиотерапия с тамоксифеном, при этом длительность ремиссии составила всего 3 мес. Почему? Дело в том, что противоопухолевый препарат тамоксифен является пролекарством, а его активный метаболит эндоксифен образуется с участием CYP2D6. У медленных метаболизаторов по CYP2D6 (носителей аллеля CYP2D6*4) снижается скорость образования эндоксифена, что приводит к низкой

эффективности лечения в целом. В данном случае необходимо было назначить другие ЛС, метаболизм которых не зависит от генетически детерминированной активности СУР2Б6.

Итак, на наш взгляд, повышение эффективности фармакотерапии может быть достигнуто двумя путями.

Первый путь. Усовершенствовать метод индивидуального выбора «старых» ЛС и режим их дозирования, основываясь на состоянии их метаболизма и транспортных систем (персонализированная медицина) [2, 4].

Второй путь. Создание новых ЛС. Но это не исключает того, что это могут быть пролекарства или ЛС, метаболизирующиеся в организме, в том числе и до активных метаболитов. Разработка ЛС на Западе стоит сотни миллионов долларов и занимает 10—15 лет.

А вот совершенствовать фармакотерапию уже применяющимися ЛС можно с помощью технологий персонализации выбора ЛС и их доз, и прежде всего путем создания методик определения активности изоферментов цитохрома Р-450 и транспортеров у пациентов [4]. Именно эти методики являются реальными инструментами персонализированной медицины, которая представляет собой инновационный метод медикаментозного лечения на основе знания индивидуальных генетических и функциональных особенностей пациента [2].

Что тормозит внедрение модели персонализированной медицины в практическое здравоохранение РФ?

До настоящего времени не разработаны методы определения активности изоферментов цитохрома Р-450, однако эту ситуацию можно быстро изменить. Есть подтвержденные данные, что большинство изоферментов участвуют в метаболизме многих ферментов, гормонов и малотоксичных ЛС, следовательно, определив концентрации этих ЛС и их метаболитов по их соотношению, возможно говорить об активности изофермента. Учитывая, что факторов, влияющих на активность изоферментов цитохрома Р-450

МАРКЕРНЫЕ СУБСТРАТЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ АКТИВНОСТИ ИЗОФЕРМЕНТОВ ЦИТОХРОМА Р-450

Изоферменты цитохрома Р-450 Лекарствнные средства — субстраты изоферметов Оценка активности изоферментов

CYP3A Блокаторы МКК, статины, блокаторы Н1-гистаминовых рецепторов, цитостатики Определение концентрации 5-гидроксихолестерола в плазме крови Определение соотношения концентраций кортизола к 6-бетагидроксикортизолу в моче

CYP2D6 Р-Адреноблокаторы, антидепрессанты, антипсихотические средства Определение концентрации пинолина и его метаболита 6-гидрокси-1,2,3,4-тетрагидро-бета-карболину в моче

CYP2C9 Оральные антикоагулянты, НПВС, противодиабетические средства Определение концентраций лозартрана и его метаболита Е-3174 в моче

CYP2C19 Ингибиторы протонного насоса, клопидогрел, противосудорожные средства Определение концентраций 6-гидроксиомепразола и его метаболита в крови

Примечание. НПВС — нестероидные противовоспалительные средства.

множество, назрела необходимость оценивать их активность как перед назначением ЛС, так и в процессе их применения для персонализации режимов дозирования (рис. 5).

Для научных целей мы разработали методики оценки активности изоферментов цитохрома Р-450 СУР3А4,

СУР2С9, CYP2D6 по концентрациям маркерных субстратов и их метаболитов (см. таблицу). Однако наши методики требуют дорогостоящей аппаратуры, поэтому мы работаем в двух направлениях для того, чтобы тесты стали более пригодными для клинической практики:

• создание ИФА-тестов для определения эндогенных соединений и метаболитов, образующихся с участием изоферментов цитохрома Р-450;

• электрохимическая детекция эндогенных соединений и их метаболитов.

Очевидно, что применение этих методик в клинической практике потребует выстраивания целой системы, которая могла бы быть реализована в так называемых Центрах персонализированной медицины (рис. 6), работающих на практическое здравоохранение, а не только в рамках академической науки.

Как же может работать этот Центр персонализированной медицины?

1. Лечащий врач предоставляет информацию о пациенте, формулируя вопросы, и отправляет ее эксперту в центр (региональный или федеральный) на электронный адрес.

2. При необходимости в Центр отправляется образец биологической жидкости (кровь, моча, волосы, слюна и другие биологические материалы) по почте для выполнения молекулярно-генетических исследований.

3. По результатам исследований эксперт вместе с лечащим врачом осуществляет индивидуальный выбор лекарств и их режим дозирования.

При этом Центр может работать по следующим клиническим направлениям:

• кардиология;

• онкология;

• психиатрия;

• фтизиатрия;

• аллергология.

ЛИТЕРАТУРА

Сектор 1 Сектор 2 Сектор 3

Кардиология Пульмонология Эндокринология

U Н U

Центральный сервер

Эксперт-

координатор

Кровь

Лаборатории:

фармакокинетики,

фармакогенетики

При неясном диагнозе

Экспертная функциональная диагностика

Рис. 6. Принципы функционирования Центра персонализированной медицины

Что же нужно для создания Центра персонализированной медицины?

• квалифицированные кадры;

• укомплектованные оборудованием лаборатории фармакогенетики и фармакокинетики;

• формирование компетенций у организаторов здравоохранения.

Данные Центры, к которым могут быть прикреплены определенные регионы, могли бы сочетать методологии доказательной и персонализированной медицины, что расширяет возможности врача по обеспечению максимально эффективного и безопасного лечения. При этом следует помнить, что технология персонализированной медицины не противоречит необходимости внедрения стандартов, напротив, оценка активности изоферментов Р-450 позволит врачу выбрать ЛС и их дозы для конкретного пациента в рамках стандарта.

Таким образом, чтобы зарегистрированные в РФ ЛС применялись правильно с позиций персонализированной медицины, необходима разработка доступных методов оценки активности изоферментов цитохрома Р-450. Подобный подход позволит совершенствовать применение уже зарегистрированных ЛС вместо создания новых ЛС, на разработку и внедрение которых может быть потрачено много средств (до 1 млрд долларов на 1 препарат). Предлагаемый подход является инновационным и экономически оправдан для внедрения. Наш коллектив работает над поиском ЛС ингибиторов/индукторов изоферментов цитохрома Р-450, что позволит изменять судьбу ЛС в организме пациента, что также является элементом персонализации лечения.

1. Кукес В.Г, Грачев С.В., Сычев Д.А., Раменская ГВ. Метаболизм лекарственных средств: научные основы персонализированной медицины. // М.: ГЭОТАР-Медиа. 2008. 304 с. 2. Кукес В.Г, Сычев Д.А. Персонализированная медицина: новые возможности для повышения безопасности фармакотерапии // Ремедиум. 2010. №1. С. 38-40. 3. Сычев Д.А., Раменская ГВ., Игнатьев И.В., Кукес В.Г. Клиническая фармакогенетика / Под ред. Кукеса В.Г., Бочкова Н. П. - М.: ГЭОТАР-Медиа. 2007. - 248 с. 4. Cohen N. Pharmacogenomics and Personalized Medicine Nadine // Humana Press, 2010, 528 p. 5. Conner K.P, Woods C.M., Atkins WM. Pharmekgenomics. // Biochem. Biophys. 2011. Mar 1; 507(1): 56-65. 6. Frew A. // Br. J. Clin. Pharmacol. 2011. May; 71(5): 642-6. 7. Huttunen K.M., Mahonen N., Raunio H., Rau-tio J .// Curr. Med. Chem. 2008; 15(23): 2346-65. 8. Yanai H., Hanauer S.B. // Am. J. Gastroenterol. 2011. Apr; 106(4):685-98.

КЛИНИЧЕСКАЯ ФАРМАКОЛОГИЯ