Значение полиморфизмов генов"транспортеров органических анионов для индивидуализации фармакотерапии

Значение полиморфизмов генов-транспортеров органических анионов для индивидуализации фармакотерапии

В.Г. Кукес, Д.А. Сычев, Р.Е. Казаков, А.В. Семенов, И.В. Игнатьев,

Г.В. Раменская, В.Н. Каркищенко

Институт клинической фармакологии ФГУ НЦЭСМП, Москва Научный центр биомедицинских технологий РАМН, Москва Институт новых технологий РАМН, Москва

Данный обзор содержит анализ литературы последних лет, посвященной исследованиям влияния полиморфизма транспортеров органических анионов на эффективность фармакотерапии. Установлено, что некоторые аллели транспортера ОАТР-С связаны со снижением вывода из организма статинов. Анализ аллельных вариантов других транспортеров органических анионов также может иметь прикладное значение.

Ключевые слова: транспортёры органических анионов, индивидулизация фармакотерапии.

Транспортеры органических анионов принимают участие в метаболизме большого числа соединений, включая широко применяемые лекарственные средства (ЛС). Являясь частью системы, элиминирующей ксенобиотики из организма, транспортеры органических анионов способствуют выведению ряда ЛС через почки в мочу и через печень в желчь.

В последние годы пристальное внимание исследователей привлекает изучение влияния полиморфизмов генов, ответственных за фармакокинетику ЛС, на процессы биотрансформации и выведения ЛС. Полученные данные могут иметь большое значение при разработке индивидуальных режимов дозирования ЛС на основе генотипа пациента, что будет способствовать более эффективной и безопасной фармакотерапии.

Транспортеры органических анионов -ОАТи ОАТР

Транспортеры органических анионов представляют собой трансмембранные белки, ответственные за перенос через мембрану эндогенных веществ и ксеноби-

отиков с различными химическими свойствами. Они участвуют в абсорбции, распределении и выведении из организма лекарственных препаратов, функционируя в тесной связи с ферментами биотрансформации. Функцию выведения ксенобиотиков выполняют также, наряду с транспортерами органических анионов, и другие транспортные системы, например Р~ гликопротеин и транспортеры органических катионов.

В настоящее время установлено, что группа соединений, в транспорте которых участвуют транспортеры органических анионов, не ограничивается исключительно органическими анионами: также возможен транспорт через мембрану катионов, цвиттерионов и даже неионизирован-ных молекул |8|. Субстратами могут служить соединения разной химической природы. главными «опознавательными признаками» для переноса через мембрану являются заряд и степень гидрофобности молекулы.

Транспортеры органических анионов представлены двумя семействами: ОАТ (organic anion-transporters) и ОАТР (organic anion-transporting polypeptides).

ОАТР экс пресс ируются в печени, почках, головном мозге и кишечнике, играя важную роль в регуляции биодоступности и распределения ЛС в организме [8]. Их субстратами являются многие органические вещества, включая стероидные конъюгаты, тиреоидные гормоны, пептиды и ксенобиотики. ОАТР отвечают за фармакокинетику ряда ЛС (правастатин, рифам-пин. фексофеналдин и др.).

ОАТ-транспортеры структурно отличаются от ОАТР, многие из них играют важную роль в функционировании почек. Различаются оба семейства субстратами: ОАТР переносят органические анионы с более крупными и более гидрофобными молекулами, тогда как ОАТ — более мелкие и гидрофильные. Среди веществ, выводимых из организма транспортерами семейства ОАТ, ряд важных анионных ЛС, включая р-лактамные антибиотики, диуретики. нестероидные противовоспалительные, противовирусные и противоопухолевые препараты |8].

Представители семейства ОАТР, участвующие в процессах фармакокинетики и фармакодинамики ЛС

В последние годы согласно новой классификации, отражающей особенности первичной структуры, изменились названия представителей семейства ОАТР. Но, тем не менее, старые названия, наряду с новыми, до сих пор часто употребляются в научной литературе.

ОАТР-А (ОАТР1А2 по новой классификации) экспрессируется в мозге и почках, незначительная экспрессия наблюдается также в печени. Он участвует в выведении через почки многих эндогенных соединений и ксенобиотиков, включая бромосуль-фофталеин. желчные кислоты, стероидные сульфаты, тиреоидные гормоны, опиоид-ные пептиды, фексофенадин [5].

В настоящее время описано порядка 20 полиморфизмов гена SLC01A2, кодирую-

щего ОАТР-А, но из них только одна нуклеотидная замена, A5I6C, приводит к замещению аминокислоты Glu на Asp в положении 172, что вызывает снижение транспортной активности |6].

Транспортер ОАТР-С (ОАТР1В1) экспрессируется исключительно в базолатеральной мембране гепатоцитов. Также как ОАТР-А, ОАТР-С обладает широкой субстратной специфичностью и участвует в выведении из организма желчных кислот, сульфатных и глюкуроновых конъюгатов, тиреоидных гормонов, пептидов. ЛС (правастатин, метотрексат, рифампин). Полиморфизм гена SLC01B1, кодирующего ОАТР-С, влияет на фармакокинегику препаратов, метаболизируемых в печени. Скринингом кодирующей области гена было идентифицировано более 20 нуклеотидных замен, причем ряд аллельных вариантов сопровождается снижением транспортной активности ОАТР-С (табл. 1).

ОАТР8 (ОАТР! ВЗ) по первичной структуре сходен с ОАТР-С: также экспрессируется преимущественно в печени [2], но при этом принимает участие в выведении дигоксина и холецистокинина-8. Обнаружены 4 замены в гене, кодирующем ОАТР8, не влияющие на транспортную активность белка [7]. Также не выявлено влияния на транспортную функцию полиморфизмов генов, кодирующих менее изученные транспортеры ОАТР-D. ОАТР-Е, OATP-F, ОАТР-Н. ОАТР-I и OATP-J.

Представители семейства ОАТ, участвующие в процессах фармакокинетики и фармакодинамики

Все представители семейства ОАТ экспрессируются на мембране клеток почек, но в меньшем количестве их мРНК обнаруживается в других органах: в печени, скелетных мышцах, плаценте, мозге и т.д. ОАТ2 у человека в большей степени является печеночным транспортером, хотя также экспрессируется в почках [15].

Таблица 1

Полиморфизмы гена 81С01В1, кодирующего транспортер органических анионов ОАТР1В1

Положение замены нуклеотида Замена аминокислоты Влияние на транспортную активность ОАТР-С

1 217 Т>С Phe 73 Leu Снижение транспортной активности

2 245 Т>С Val 82 Ala Снижение транспортной активности

3 388 A>G Asn 130 Asp Снижение транспорта рифампина, правастатина

4 411 G>A Нет замены Без изменений

5 452 A>G Asn 151 Ser Без изменений

6 455 G>A Arg 152Lys Без изменений

7 463 C>A Pro 155 Tre Без изменений

8 467 A>G Glu 156 Gly Снижение транспортной активности

9 521 T>C Val 174 Ala Снижение транспорта правастатина

10 571 T>C Нет замены Без изменений

11 578 T>G Leu 193 Arg Отсутствие транспортной активности

12 597 C>T Нет замены Без изменений

13 721 G>A Asp 241 Asn Без изменений

14 1007 C>G Pro 336 Arg Снижение транспортной активности

15 1058 T>C lie 353 Tre Снижение транспортной активности

16 1294 A>G Asn 432 Asp Снижение транспорта рифампина

17 1385 A>G Asp 462 Gly Без изменений

18 1454 G>T Cys 485 Phe Без изменений

19 1463 G>C Gly 488 Ala Снижение транспортной активности

20 1964 A>G Asp 655 Gly Снижение транспортной активности

21 2000 A>G Glu 667 Gly Снижение транспортной активности

22 2040 C>A Нет замены Без изменений

Идентифицировано 4 переносчика семейства OAT (ОАТ1-ОАТ4), встречающиеся у многих организмов. Структурно они представляют собой белки длиной 526-568 аминокислотных остатка, и содержат 12 трансмембранных доменов. Кроме того, транспортеры имеют гликозилированный участок между трансмембранными доменами 1 и 2 (на наружной стороне мембраны), а также сайты фосфорилирования между трансмембранными доменами 6 и 7, а также после 12-го домена (на внутренней стороне мембраны). Фосфорилирование соответствующих сайтов может играть важную роль в регуляции активности ОАТ 111].

Функциональный механизм ОАТ состоит в обмене а-кетоглутарата на орга-

нические анионы через мембрану, что осуществляется за счет непрямого сцепления с градиентом натрия, поддерживаемым Na-K-АТФэзой [14].

0АТ1 участвует в выведении через почки в мочу многих ЛС: противовирусных препаратов (ацикловир, ганцикловир, зи-довудин, адефовир, цидофовир, тенофо-вир), нестероидных противовоспалительных средств, р-лактамных антибиотиков, диуретиков, противоопухолевых ЛС 115].

Обнаружено значительное количество замен нуклеотидов в генах транспортеров: 17 у 0АТ1, 16 у ОАТЗ, но при этом не выявлено изменений общей транспортной активности в опытах in vitro. Но не исключено, что такие различия могут иметь ме-

сто избирательно для узкого круга соединений, в том числе лекарственных средств - субстратов ОАТ. Действительно, недавно были получены предварительные данные, что замена у OATI в положении 50 аргинина на гистидин повышает сродство транспортера к цидофовиру и адефовиру [14], а также по влиянию полиморфизма ОАТЗ на фармакокинетику' правастатина |10|. Поэтому необходимы дальнейшие расширенные исследования влияния аллельных вариантов генов, кодирующих ОАТ, на фармакокинетику и фармакодинамику JTC. являющихся субстратами ОАТ.

ОАТ2 печени и почек выводит небольшие гидрофильные анионы, среди которых индометацин и салицилат. Полиморфизм гена, кодирующего ОАТ2, малоизучен.

ОАТЗ участвует в транспорте сульфата эстрона, эстрадиола, простагландинов, нестероидных противовоспалительных средств, метотрексата, циметидина. многих противовирусных препаратов, желчных кислот и правастатина 112).

ОАТ4 находится в почках, значительный уровень экспрессии поддерживается также в плаценте. Транспортирует сульфаты стероидов, охратоксин А, зидовудин, метотрексат. Полиморфизм гена, кодирующего ОАТ4 малоизучен.

Роль ОАТ и ОАТР в фармакогенегике статинов

Применение стати нов, ингибиторов 3-гид-рокси 3-метилглутарил-К.оА редуктазы (ГМГ-КоА-редуктазы), занимает важное место в лечении пациентов с ишемической болезнью сердца. В ряде случаев применение лекарства сопряжено с нежелательными лекарственными реакциями (НЛР), либо с отсутствием должного эффекта, что связано с применением несоответствующей дозы препарата. В 50% случаев за НЛР ответственны генетические факторы [1|. Причины отрицательного ответа организма на прием статинов

можно выявить методами генетической диагностики и использовать полученные данные дчя индивидуального подбора режима дозирования и типа ЛС.

Гены, полиморфизм которых может влиять на фармакологический ответ пациента на статины, составляют три группы:

1. Гены белков, ответственных за фармакокинетику статинов (изоформы цитохрома Р-450, Р-гликопротеин. ОАТР-

С, ОАТЗ).

2. Гены белков, ответственных за механизм действия статинов (ГМГ-КоА-редуктаза. холестерин-этерифицирую-щий трансферный протеин).

3. Гены белков, участвующих в патогенезе атеросклероза (АТФ-связывающий «кассетный» транспортер 05/08, изофермент цитохрома Р-450 7А1) |3, 4]. При применении различных статинов,

в зависимости от механизмов их действия и путей выведения, участвуют продукты разных генов. Часть статинов уже изначально являются лекарствами и для их активации не нужно протекания химических реакций внутри организма (аторвастатин, правастатин, флувастатин, розувастатин). Другие статины являются пролекарствами и превращаются в активный метаболит под действием карбоксиэстераз печени, образуя р-гидроксикислоты (ловастатин, сим-вастатин). Помимо метаболизма, осуществляемого различными изоформами цитохрома Р-450, статины активно выводятся из организма. Так, аторвостатин и (}-гидрокс и кислоты ловастатина секретирует-ся в желчь с помощью Р-гликопротеина [2].

Среди полиморфизмов гена МОЯ]. кодирующего Р-гликопротеин, наибольшее клиническое значение имеет С3435Т, связанный с изменением уровня экпрессии. Также клиническое значение имеют некоторые полиморфизмы ОАТР-С. В табл. 1 представлены данные о влиянии известных нуклеотидных замен гена, кодирующего ОАТР-С. на транспортную функцию транспортера.

Было обнаружено, что у носителей аллельного варианта ОАТР-С* 15 (две замены аминокислоты: AsnBOAsp и Val174Ala) наблюдается снижение транспортной активности ОАТР-С. У таких пациентов замедляется поступление статинов из крови в гепатоциты, что приводит к снижению концентрации статинов в гепатоци-тах и к ее повышению в плазме крови. Следствием этого является уменьшение гиполипидемического действия статинов и повышение риска возникновения HJIP со стороны поперечно-полосатой мускулатуры [2].

Было показано, что лица, являющиеся носителями аллельного варианта ОАТР-С* 15, имеют достоверные отличия фармакокинетики правастатина по сравнению с гомозиготами по «дикому» типу (7]. У них на фоне терапии статинами (правастатин, аторвастатин. симвастатин) снижение уровня липопротеинов низкой плотности происходило в меньшей степени, чем у лиц, не имеющих данной аллели [12].

Также на фармакокинетику статинов влияет нуклеотидная замена A388G (аллель ОАТР-С* lh): у лиц, несущих данный аллельный вариант, достоверно выше площадь под фармакокинетической кривой (AUC) правастатина |9].

Наряду с процессом поступления статинов из крови в печень, в котором участвуют транспортеры ОАТР. они также могут выводиться из организма через почки с помощью ОАТ. В выведении правастатина, как уже было сказано, участвует ОАТЗ.

В скелетной мускулатуре экспрессируются ОАТ1 и ОАТЗ. Из них только ОАТЗ ответственен за проникновение правастатина внутрь мышечных клеток у человека, тогда как у крыс в фармакокинетике правастатина участвуют оба транспортера. С другой стороны, флувастатин и симвастатин дозозависимо ингибируют ОАТ1, снижая транспорт их субстратов в миоци-

ты 113]. Дальнейшее исследование взаимодействия статинов с ОАТ, возможно, позволит вскрыть механизмы возникновения таких HJ1P, как миопатии.

Заключение

Современная фармакогенетика открывает новые возможности определения причин неблагоприятного фармакологического ответа, проявляющегося в отсутствии должного эффекта или появлении НИР Выявление аллельных вариантов генов транспортеров органических анионов, наряду с генотипированием нуклеотидных замен в других генах (ферменты биотрансформации I и II фазы), отвечающих за фармакокинетику', механизм действия или патогенез, является персепективным подходом, способствующим индивидуализации фармакотерапии.

Фармакогенетика является сравнительно молодой, бурно развивающейся областью молекулярной медицины. Очевидно, что уже в недалеком будущем генетический анализ аллельных вариантов прочно войдет в число рутинных процедур.

Литература

1. Кукес В.Г. Ктаническая фармакология. М.: Геотармед, 2004, С. 154-168.

2. Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты. М.: Реафарм, 2004, С. 18-27; 55-65.

3. Сычев Д.А., Семенов А.В., Пауков С.В., Кукес В. Г. Фармакогенетика ингибиторов ГМГ-КоА-редуктазы (статинов): возможности индивидуализации терапии на основе генотипа.

4. Kajinami К, Takekoshi N., Brousseau М.Е., Schaefer EJ. Pharmacogenetics of HMG-CoA reductase inhibitors: exploring the potential for genotype-based individualization of coronary heart disease management. Atherosclerosis -2004, 177(2), P. 219-234.

5. Konig J., Cui Y., Nie-ч A. I’, el al. A novel human organic anion transporting polypeptide localized to the basolateral hepatocyte mem-

brane. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver. Physiol. 2000, 278, P. 156-164.

6. Lee W., Smith L.H., Gervasini G., Leake B.F., Kim R.B. Identification of nonsynonomous polymorphisms of human organic anion transporting polypeptide-A (OATP-A) associated with altered transport activity. 105th Annual Meeting of the American Society for Clinical Pharmacology and Therapeutics, Florida, USA. 2004.

7. Lida A., Saito S., Sekine A. et al. Catalog of 258 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) in genes encoding three organic anion transporters, three organic anion transporting polypeptide, and three NADH: ubiquinone oxidoreductase flavoproteins../. Hum. Genet. -2001, 46. P. 668-683.

8. Marzolini C., Tirona R.G., Kim R.B. Pharma-cogenomics of the OATP and OAT families. Pharmacogenomics. 2004, 5(3), P. 273-282. Review. 15.

9. MvinyiJ., JohneA., Bauer S., Roots I., GerloffT. Evidence for inverse effects of OATP-C (SLC21A6) 5 and lb haplotypes on pravastatin kinetics. Clin. Pharmacol. Ther. 2004. 75, 5, P. 415-421.

10. Nishizato Y, Ieiri I., Suzuki //. et al.: Polymorphisms of OATP-C (SLC21A6) and OAT3 (SLC22A8) genes: consequences for pravastat in pharmacokinetics. Clin. Pharm. Ther. 2003, 73, P. 554-565.

11. Sweet D.H., Bush K T., Nigam S.K. The organic anion transporter family: from physiology to ontogeny and the clinic. Am ./ Physiol Rena! Physiol. - 2001, 281(2), P. 197-205. Review.

12. Tachibana-Iimori R., Tabara Y, Kusuhara II., et al. Effect of genetic polymorphism of OATP-C (SLC01B1) on lipid-lowering response to IIMG-CoA reductase inhibitors. Drug Metab. Pharmacokin. 2004, 19, 5, P. 375-380.

13. Takeda M., Noshiro R., Onozato M.L., et al. Evidence for a role of human organic anion transporters in the muscular side effects of IIMG-CoA reductase inhibitors. European J. of Pharmacology. 2004, 483. P. 133-138.

14. Vavricka S.R., Van Montfoort J., Ha II.R., Meier P.J., Fattinger K. Interactions of rifamycin SV and rifampicin with organic anion uptake systems of human liver. Hepatology. 2002. 36(1), P. 164-172.

15. You G. The role of organic ion transporters in drug disposition: an update. Current Drug Metab. 2004, 5, P. 55-62.

THE ROLE OF ORGANIC ANION TRANSPORTERS IN INDIVIDUAL PHARMACOTH ERAPY

V.G. Kukes, D.A. Sychev, R.E. Kazakov, A.V. Semenov, I.V. Ignatiev,

G.V. Ramenskaya, V.N.Karkischenko

Institute of Clinical Pharmacology NC ESMP, Moscow,

Research Center for Biomedical Technologies of RAMS, Moscow Institute of New Technologies of RAMS, Moscow

This review contains analysis of recent literature exploring how polymorphisms of organic anion transporters influence on efficacy of pharmacotherapy. It is known that some of single nucleotide polymorphisms of OATP-C have effect on lowering the statines outflow. Allelic analysis of other organic anion transporters genes have clinical aim possibly too.

Keywords: organic anion transporters, individual pharmacotherapy.