г. Москва * Ленинский проспект 62/1 * +7 (499) 347-09-39 * info@labreunis.ru

ФАРМАген

Нужное лекарство в правильной дозировке!

 

Межиндивидуумнаявариабельность реакций на лекарственное средство – Не всегда одно и то же лекарство одинаково эффективно и безопасно для всех!

Известно, что одни и те же лекарственные препараты и их дозы могут оказывать разное влияние на больных - те лекарства, что являются спасением для одного, могут стать бесполезными для другого, а для третьего и вовсе оказаться смертельными.Относительно недавно было установлено, что во многом эти отличия определяются генетическими факторами, детерминирующими процессы метаболизма, рецепции, иммунного ответа и т.д.
Доказано что отдельно взятый пациент либо даже группа людей совершенно по-разному реагируют на одну и ту же дозировку лекарственного препарата.
Этому есть ряд причин, среди  которых помимо возраста, пола, и диеты, выделяются так называемые полиморфизмы генов.

Геном человека содержит более трех миллионов нуклеотид (A , C, T и G). Ген состоящий в среднем из 3000 нуклеотид, имеющих много вариаций в своих размерах. Общее число генов оценивается как равное 25000-30000. До сих пор, несмотря на огромные усилия, функция более 50% их все еще неизвестна
 Почти все (99,9%) нуклеотиды точно идентичны у всех индивидуумов, но геном человека, содержит, по крайней мере, 1,42 миллиона отдельных нуклеотидных полиморфизмов (SNPs)*.
SNPs – это естественно возникающие варианты в структуре генов, которые могут оказывать значимое влияние на метаболизм, клиническую эффективность и профиль побочных эффектов препаратов, в зависимости от нуклеотидных изменений последовательности аминокислот кодированного протеина.

*SNP (однонуклеотидные полиморфизмы генов) генетическая вариация с 2 аллелями и которые встречаются в популяции с частотой не менее > 1%

Большая частьэтихполиморфизмов вызванаточечными мутациями (замена одного нуклеотида другим) которые называются SNP – мутацией.

Функциональная значимость полиморфизмов связана с тем, что они расположены в кодирующих и регуляторных регионах ДНК.

Несмотря на то,что многие SNP не влияют на функционирование клеток, ученые убеждены, что именно они определяют унаследованные от природы реакции на препарат.

Можно с уверенностью сказать, что любой ген, участвующий в метаболизме лекарственных средств является полиморфным, что приводит к различной ферментативной активности с колебанием от 1 до 200% (различия в эффективности препаратов). В результате, каждый индивидуум может быть классифицирован как имеющий сверхбыстрый, повышенный, нормальный или недостаточный метаболизм.

 

Вариабельность генов человека и клиническая вариабельность реакции на препараты

 

Основной целью научных исследований Фармакогенетики является «помощь врачам скорректировать дозы препаратов к уникальной генетической структуре человека». Этот новый принцип должен сделать препараты более безопасными и более эффективными для каждого конкретного больного.
Фармакогенетика и прогресс в области геномики даст лучшее понимание SNPs и гаплотипов, которые изменяют реакции на препарат. Эти открытия позволят «нацеливание» лекарственных препаратов и персонализацию стратегий лечения, в соответствии с генетическим профилем больных.
Наследственные факторы, определяющие необычные реакции на лекарственные средства, в основном являются биохимическими. Чаще всего это недостаточность ферментов, катализирующих биотрансформацию препаратов.

Процесс детоксикации

Восприимчивость организма к действию повреждающих агентов лекарственных веществ  зависит от процесса детоксикации, который протекает в печени человека и обычно включает две последовательные фазы.

Сначала поступающие в организм чужеродные соединения (канцерогены, лекарства, промышленныя яды и пр.) активируются с помощью ферментов семейства цитохромовР450, образуя короткоживущие промежуточные электрофильные метаболиты, которые обладают генотоксическими свойствами (фаза 1).

Затем эти промежуточные метаболиты с помощью ферментов семейств глутатионтрансферазы (GSTM), УДФ-глюкуронсульфотрансфераз (UDP), N-ацетилтрансфераз (NAT) превращаются в водорастворимые нетоксические продукты и выводятся из организма (фаза 2).

 

 

Возможные последствия вариации в структуре ферментов взависимости от  генетических  полиморфизмов

 

  • Повышенная активность ферментов  фазы 1 ведет к увеличению токсичных метаболитов;
  • Сниженная активностьферментов фазы 1 ведет к кумуляции лекарственного препарата;
  • Сниженная  активность ферментов фазы 2 ведет к отложению токсичных промежуточныхпродуктов;
  • Повышеннаяактивность ферментов фазы2 ведет к быстрому выводу метаболитов;

 

Реакция на препарат во многом зависит от особенностей метаболизма, обусловленного генетически. Полиморфизмы семьи цитохрома P 450 являются типичными образцами SNPs отражающими реакцию на многие препараты, метаболизирующиеся либо в активную структуру, либо инактивированные этим метаболическим направлением.

ФАРМАген позволяет проводить подбор оптимально эффективной дозы лекарственного препаратадля отдельно взятогопациента. (см. таблицы ниже)

 

Рис. 1 Метаболизм лекарственных веществ в организме

Метаболические процессы с участием ферментов обычно классифицируются как реакции Фазы I или Фазы II.

Реакции Фазы I (функционализация) обычно вызывают относительно незначительные структурные изменения родительского вещества путем окисления, восстановления или гидролиза с целью образования более водоустойчивых метаболитов. Реакции Фазы часто создают "мостик" для дальнейших модификаций реакций следующей Фазы II. Реакции Фазы I вызваны, главным образом, суперсемейством чрезвычайно разнообразных ферментов, обозначаемых собирательным термином цитохром Р450, хотя также могут участвовать ферменты других суперсемейств.

Реакции Фазы II связаны со спариванием водорастворимой эндогенной молекулы с химическим веществом (химическое вещество-родитель или метаболит Фазы II) с целью облегчения экскреции. Реакции Фазы II часто называют реакциями конъюгации или дериватизации. Суперсемейства ферментов, катализирующих реакции Фазы II, обычно называют в соответствии с эндогенными конъюгирующими половинками, например: ацетилизация с участием N-ацетилтрансфераз, сульфатирование под воздействием сульфотрансферазы, конъюгация глютатиона под воздействием глютатион-трансферазы, и глюкоронизация с участием UDP-глюкуронозилтрансферазы.

Следует отметить, что интенсивность метаболизма лекарственных веществ зависит от генетических особенностей организма, возраста и некоторых заболеваний — особенно тех, при которых отмечается нарушение функции печени.

 

 

Рис. 2 Характеристики 4 групп пациентов с различными фенотипами:
PM – пациенты с пониженной метаболизацией; IM – пациенты со средней метаболизацией; EM – пациенты с повышенной метаболизацией; UM – пациенты с со сверхбыстрой метаболизацией;
(А) Для достижения оптимального терапевтического  эффекта ЕМ необходимо 100% стандартно установленной дозировки препарата. Для того же эффекта  PM необходимо около 50%, а UM потребуется 200% того же препарата;
(В) Схематическоеизображениегенотипов по фенотипам PM, IM, EM, UM;
(C) Одинаковая дозировка для 4 групп пациентов отражена в графике время/концентрация (темно голубая линия); Неэффективно для UM, риск возникновения побочных эффектов для PM. Только индивидуально подобранная, в соответствии с генотипом пациента, дозировка приведет к сопоставимой концентрации воздействия медицинского препарата (черная линия).
                                                  
Проблемы лекарственной терапии


Низкая эффективность
(Отсутствие ответа на воздействие препарата)

Побочные эффекты
(Обратные реакции на препарат)

 

Сердечно – Сосудистые препараты и Антидепрессанты

ACE Inhibitors 10-30%
Beta Blockers 15-35%
Statines 10-60%
Antidepressants 10-25%
Tricyclic Antidepressant
20-50%

 

Случаи госпитализации в США (Larazou et al, 1998)

- 6,7 % (2.2 Mio) Тяжелые побочные эффекты
- 0,3 % (100.000) Побочные эффекты с летальным исходом
- 4 Смертельных случая
(после CVD, Рака, Инсульта)
- 16.000 смертей в год в Германии

Фармакогенетика и индивидуализированная лекарственная терапия

 

Стандартный подход

 

С учетом Фармакогенетики

Решение о назначении лекарственной терапии

Стандартный препарат и дозировка
Корректировка дозировки препарата в соответствии с эффективностью и наличием обратного эффекта

Решение о назначении лекарственной терапии

Подбор правильного препарата и дозировки в соответствии с генотипом
Последующая корректировка дозировки в соответствии с эффективностью препарата

 

ПолиморфизмыферментовФазы 1
Цитохром P450 (CYP2D6)
Важные полиморфизмы (CYP2D6*3; CYP2D6*4; CYP2D6*6; CYP2D6*7; CYP2D6*8; CYP2D6*2X)
*6; CYP2D6*7; CYP2D6*8; CYP2D6*2X]]

Известно более 50 видов лекарственныхпрепаратов, широко используемых в медицинской практике и метаболизируемых изоферментом CYP2D6.К общеизвестным субстратамможно отнести:антиаритмические препараты, транквилизаторы, антидепрессанты, блокаторы бета-адренергических рецепторов, серотонин (5 – HT3), амфетамины, опиаты.

Около 5 – 10% белокожих обладают пониженной метаболизацией (PM). По сравнению с представителями с повышенной метаболизацией, побочные эффекты и обратное действия лекарственного препарата ведут к серьезным последствиям.

В то же время,  2 – 3% белокожих относятся к группе с повышенной метаболизацией (UM). Фенотип UM вызван генетической амплификацией аллелей изофермента CYP2D6. Как правило, для достижения терапевтического эффекта фенотипу UM требуется более высокая  доза препарата,  чем фенотипуEM. 

Изофермент CYP2D6 особенно интересен тем, что вовлекает в метаболизм около 25% всех прописываемых препаратов.

В случае активных метаболитов фенотипуPM требуется более низкая доза препарата, чем EM фенотипу.

PM фенотип имеет склонность к повышенному рискувозникновения побочных эффектов при применении лекарственных препаратов.

В случае же если форма препарата неактивна,PM не получит вообще никакого терапевтического эффекта.

 

Рис. 3 Метаболизм кодеина посредством изофермента CYP2D6

(A) Примеры субстратов изофермента CYP2D6;
(B) Кодеин является неактивной формой лекарства и путем деметилирования переходит в морфин;
(C) Изменения толерантности к боли различных генетических вариаций в связи с приемомкодеина. Фенотип PM – голубая полоска, фенотип EM – красная полоска;
(D)У фенотипа PM по сравнению сфенотипом EMпрактически отсутствует морфин в плазме;

Цитохром P450 (CYP2C9)

Важные полиморфизмы (CYP2C9*2; CYP2C9*3)

CYP2C9 – полиморфный индуцируемый фермент.
CYP2C9 является главным ферментом метаболизма ряда лекарственных препаратов, таких как нестероидные противовоспалительные средства, противосудорожные, пероральные антидиабетические препараты , непрямые антикоагулянты (антагонисты Витамина К – АВК.).

«Медленные» метаболизаторы являются носителями «медленных» аллелей CYP2C9*2 и CYP2C9*3. Кроме того, эти аллели определяют чувствительность к лекарственным препаратам, используемым в антикоагулянтной терапии

Частота встречаемости «медленных» метаболизаторов среди европейской популяции (белокожие) составляет около 1%.

Исследования последних лет показали, что существуют генетические факторы, влияющие на чувствительность больных к антикоагулянтам антагониста витамина К (АВК). В частности, полиморфизмы генов, контролирующих цитохром P-450 CYP2C9 (участвующий в метаболизме АВК) и молекулу – мишень АВК – генетическая вариация эпоксид-редуктазы VКORС1, оказывают влияние на чувствительность пациента к препарату. Более того, оказалось, что распространенность перечисленных полиморфизмов в европейской популяции встречается довольно часто.

Для более подробной информации по Международному Нормализованному Отношению (INR)  Витамина К смотрите брошюру «Коагуляция».

Ген CYP2C19 кодирует изоферменты альтернативного метаболического пути CYP2D6;

Оба генотипа CPYP2C19*2, CYP2C19*3 представляют собой  неактивную форму фермента.
«медленные» метаболизаторы PM являются носителями «медленных» аллелей CYP2C9*2 и CYP2C9*3.

ФАРМАгенпозволяет установить генетические полиморфизмы в метаболизме лекарственныхпрепаратов.

Рис. 4. Метаболизм субстратов CYP2C9
(А) Субстраты CYP2C9;
(В) Концентрация Толбутамида в плазме;
Содержание Толбутамида дольше у фенотипа PM (…) или (---) чем у EM.
Для получения терапевтического ответа, PM требуется более низкая дозировка, чем EM.

 

Основные характеристики ФАРМАген!

 

ФАРМАген позволяет  врачам скорректировать дозы препаратов к уникальным группам пациентов.
Этот новый принцип должен сделать препараты более безопасными и более эффективными для каждого конкретного больного.
SNPэто однонуклеотидные позиции, распределенные по всей структуре геномнойДНК

Теперь SNP  может быть локализовано на любом участке генома, внутри или снаружи гена. 

 

SNP и Фармакогенетика
SNP and pharmacogenetics.
Фазы действия переносимостилекарственных средств, в зависимости от Генетических вариаций

Активация (всасывание)
В печени большая часть лекарственных средств переходит из неактивной формы в активную. Функция ферментов в этой фазе может зависеть отSNP в соответствующих генах.
Распределение
Для оптимального эффекта лекарственноесредство должно оказаться в нужном месте в нужной концентрации. Большое число ферментов  вовлечены в этот процесс.SNP может оказывать влияние на транспортную функцию этих ферментов. Если препарат в высокой концентрации попадает в неправильные ткани, возникает вероятность тяжелых последствий такого взаимодействия.
Деградация и экскреция
Большое количество ксенобиотиков должныбыть метаболизированы ферментами CYP250 перед экскрецией. Если реакция происходит слишком быстро эффект от препарата снижается, если слишком медленно, то метаболиты находятся в тканях слишком долго,следствиемчего возникает опасность обратнойреакции препарата.
Уровень белка-мишени
Если SNP локализовано в гене кодирующем мишени действия препарата, то возникаетвероятность воздействия на взаимодействие препарата и его мишени действия.
Например, ген VKORC1 кодирующий эпоксид редуктазу Витамина К, мишень действия антагонистов Витамина К.

 

Цели индивидуализированной медицины

  • Персонализированная терапия в соответствии с генотипом;
  • Подбор лекарственных средств с максимальным эффектом и наилучшей переносимостью;
  • Поможет избежатьпобочных эффектов и обратногодействия препарата;
  • Избежать титрации активных метаболитов;
  • Снизить затраты,  сократив количество лекарственныхсредств с отсутствием медицинской ответной реакции и обратного действия;

 

Полиморфизмы ферментов Фазы 2

N-ацетилтрансфераза 2  (NAT2)
Важныеполиморфизмы: NAT2*5A, NAT2*6A, NAT2*7A/B

Промежуточные метаболиты с помощью ферментов семейства  N-ацетилтрансфераз (NAT) превращаются в водорастворимые нетоксические продукты и выводятся из организма (ацетиляция).Данный процесс относится к фазы 2 биотрансформации ксенобиотиков.
Считается, что NAT2 обладает меньшей специфичностью и метаболизирует более широкий круг веществ, поэтому именно NAT2 привлекает большее внимание исследователей.
NAT2 экспрессируется преимущественно в клетках печени.
По фенотипическим проявлениям активности NAT2 людей можно разделить на «быстрые», «промежуточные» и «медленные» ацетиляторы.
В Европе 40-70% населения принадлежит к группе «медленных» ацетиляторов (рис. 5).
Полиморфизм NAT2 могут вызывать клиническиепобочные эффекты таких препаратовкак Изониазид. Воздействие определенных загрязнителей окружающей среды повышает риск возникновения рака.

N-ацетилтрансферазаявляется ферментом, которому принадлежит важная роль в метаболизме эндогенных и чужеродных соединений ариламидной природы, включая лекарственные препараты. Среди загрязнителей окружающей среды, являющихся субстратами NAT, широко распространены ариламины выхлопных газов двигателей, лакокрасочных производств, компоненты табачного дыма, компоненты пищии некоторые другие промышленные загрязнители.

Рис. 5 Фармакогенетика ацетиляции Изониазида
(А) Аллели NAT2 и их предикативная ферментная активность
(В) «Быстрые» ацетиляторы (голубой) метаболизируют Изониазид быстрее, чем «медленные» ацетиляторы (красный)
Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR)

Важные полиморфизмы:  MTHFR (C677T); MTHFR (A1298C)

Метилентетрагидрофолатредуктаза (MTHFR) играет ключевую роль в метаболизме фолиевой кислоты.
Известны два полиморфизма, которые ответственны за термолабильность (чувствительность к температуре) - MTHFR (C677T); (A1298C)

Исследование полиморфизма гена метилентетрагидрофолатредуктазы (MTHFR) имеет прогностическое значение и позволяет определить риск развития онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний, а также дефектов внутриутробного развития во время беременности из-за нарушения обмена фолиевой и кислоты и гипергомоцистеинемии, оценить вероятность патологии у потомств
Относительные клинические последствия различных гаплотипов гена  MTHFR:

 

Генотип

 

Генотип

 

Ферментная активность

 

Гомоцистеин

 

Риск возникновения тромбоза

 

Толерантность к MTX терапии

C677T

A1298C

 

 

 

 

Wt/wt

wt/wt

Нормальная

Норма

0

0

mt/wt

wt/wt

Незначительно снижена

Незначительно снижен

Незначительно повышен

Незначительно снижена

mt/mt

mt/wt

Значительно снижена

Повышен

Повышен

Понижена

mt/mt

mt/mt

Не наблюдается

--------------

----------------

-------------

wt/wt

mt/wt

Незначительно снижена

Повышен

Повышен

Незначительно снижена

wt/wt

mt/mt

Снижена

Повышен

Повышен

Повышена

mt/wt

mt/wt

Значительно снижена

Повышен

Повышен

Понижена

mt/mt

mt/mt

Незначительно снижена

Повышен

Повышен

Понижена

 

 

Тиопурин-S-метилтрансфераза (TPMT)

Важные полиморфизмы: TPMT*2; TPMT*3B; TPMT*3C

ТРМТ — фермент, катализирующий реакцию S-метилирования производных тиопурина, т.е. основного пути метаболизма цитостатиков из группы антагонистов пурина (меркаптопурина, тиогуанина, азатиоприна).

S-метилирование – важный путь биотрансформации в организме многих серосодержащих лекарств, таких как каптоприл, D-пеницилламин и антиопухолевых препаратов: 6-меркаптопурин, 6-тиогуанин, азатиоприн (для супрессии клеток иммунной системы).

6-меркаптопурин (6МП) – пролекарство. Его активные метаболиты – тиогуаниновые основания – убивают активно делящиеся клетки, ингибируя синтез РНК и ДНК.

S-метилирование осуществляется двумя ферментами: цитоплазматической тиопурин-S-метилтрансферазой (TPMT), катализирующей в основном S–метилирование ароматических и гетероциклических сульфгидрильных соединений, и мембраносвязанной тиол-S-метилтрансферазой (TMT), катализирующей преимущественно алифатические сульфгидрильные вещества.

В европейской популяции в гене TPMT чаще всего встречаются два полиморфизма: G460A (*3B) и A719G (*3C), приводящие к снижению активности фермента в 1,4 и в 9 раз, соответственно. Сочетание обоих аллелей приводит к полной потере активности фермента.

Распространенность в европейских популяциях составляет 4% для A719G. Оба полиморфизма составляют 80% всех мутантных аллелей гена TPMT.

Если активность фермента снижена, то при введении стандартных доз 6МП образуется большое количество тиогуаниновых нуклеотидов, что в большинстве случаев приводит к возникновению тяжелых побочных эффектов, например миелосупрессии.

Гомозиготные пациенты дефицит ТPMT носителей у белокожих составляет 1:300. Среди Гетерозиготные пациентов носителями дефицитного TPMT составляет 10 % населения. Также гетерезиготные пациенты риск обратного действия препарата и тяжелых побочных эффектов.

10% пациентов проходящих терапию TPMT существенно возрастает риск возникновения побочных эффектов при приеме стандартной дозы препарата.

Рис. 6 Коррекция дозировки  6 – меркаптопурина в соответствии с генотипом TPMT
(А) Доза препарата TPMTв соответствии с генотипом;
(В) Ферментная активность цитоплазматической тиопурин-S-метилтрансферазы в соответствии с генотипом;
(С) Позиция основного обмена внутри гена TPMT (таблица демонстрирует  эксон);

Гликопротеин-Р (устойчивость к широкому спектру лекарственных препаратов) MDR

ВажныеполиморфизмыMDR1 (C3435T)

Гликопротеин-Р представляет собой белок-переносчик, локализованный на мембране клеток кишечника и участвующий в выведении из них некоторых лекарственных средств (например, дигоксина, верапамила, дилтиазема, ингибиторов ВИЧ-протеазы, колхицина, циклоспорина).

Наиболее распространённый мутантный аллель гена гликопротеина-Р - MDR1 (C3435T); приводит к синтезу гликопротеина-Р со сниженной активностью и изменению фармакокинетики лекарственных средств.

У  гомозигот по этой мутации создаются высокие концентрации дигоксина в плазме крови, и, следовательно, чаще развиваются нежелательные лекарственные реакции на препарат, что вызывает дисфункции в работе сердца.

Распространённость гомозигот по этой мутации в европейской популяции высока (24%).

Рис. 7 Транспортер лекарственных средств MDR1

В следствие базовой замены С – Т, генотип т/т (гомозиготный) демонстрирует  недостаточную экспрессию гена MDR1. Лекарственное средство экскретируется (выводится) медленнее, риск возникновенияпобочный эффектов повышается.

Увеличение экспрессии гена  MDR наблюдается в тканях с функцией экскреции, таких как печень, кишечник, плацента, лейкоциты и опухоли. 

 

UDP –глюкуронозилтрансфераза (UGT1A1)

Важные полиморфизмы: UGT1A1 (TA6/TA7)

Фермент UGT1A1 — один из представителей семейства энзимов, отвечающих за инактивацию ксенобиотиков через глюкуронизацию.

УДФ-глюкуронозилтрансфераза задействована вметаболизированииэндогенных субстратов, таких как билирубин, а так же таких ксенобиотиков как иринотекан, парацетамол, сульфаниламидные препараты, опиаты, анальгетики и т.д.

Роль UGT1A1 вметаболизме иринотекана  имеет большое клиническое значение.
Большая часть иринотекана и его метаболитов с помощью белков-переносчиков выводится из гепатоцита в желчь.
Уровень экспрессии и активность ферментов, отвечающих за глюкуронизацию ксенобиотиков в гепатоцитах контролируются генами, в частности — геном UGT1A1.
При изучении генетических вариантов гена UGT1A1 были выявлены его варианты — полиморфизмы. Полиморфизм UGT1A1*28 характеризуется увеличением числа ТА повторов (n=7, в диком типе n=6 ;ТА6/ТА7) в промоутерной зоне гена.
Полиморфизмы ТА6/ТА7 вызывают неполную детоксикацию. Кумуляция активных метаболитов иринотекана  может вызвать серьезные побочные эффекты такие как миелосуппресия и тяжелая форма диареи. 
Гомозиготы (тип 7/7) характеризуются резким снижением активности ферментаUGT1A1. К ним относятся случаи синдрома Жильбера, при котором отмечается нарушение конъюгации билирубина, обусловленное генотипом UGT1A1*28.
Пациенты, гомозиготные по дефектному гену UGT1A1*28, составляют группу риска по выраженности токсического воздействия иринотекана.
Генотипирование UGT1A1перед началом терапии иринотеканом, позволит скорректировать дозировку препарата дляоптимального эффекта.
Рис. 8 Последствия полиморфизмов ТА6/А7 UGT1A1
Введение ТА повторов в промоутерной зоне гена снижает  активность ферментов.
(А) Концентрация билирубина увеличивается;
(В) Снижается эффективность детоксикации иринотекана;
Как делается  этот генетический тест?
ФАРМАген позволяет выявитьмалейшие видоизменения впоследовательности ДНК.
В качестве источника персональной ДНК мы используем смыв/соскоб ротовой полости либо делается забор крови.
Изменения в фармакогенетике тестируемыхгенов определяются посредством ПЦР-тестирования.
Тесты,представленные вэтой брошюре, могут быть заказаны в виде полноценной тестовой панели либо как комбинация отдельных тестов.
Тест достаточно сделать один раз в жизни.

г. Москва * Ленинский проспект 62/1 * +7 (499) 347-09-39 * info@labreunis.ru