М.А. Студнева, И.И. Краснюк, Sh. Song, Б.Н. Левитан,

O.Luke, С.В. Сучков

 

Первый МГМУ им. И.М.Сеченова Росздрава, Москва, Россия

АГМА, Астрахань, Россия

МГМСУ им. А.И.Евдокимова Росздрава, Москва, Россия

Фармацевтический факультет (College of Pharmacy)

Университета Флориды

(University of Florida), Гейнсвилл, Флорида, США

 

Human Genome Sciences, Inc., Роквилл, Мэриленд, США

 

Европейская ассоциация предиктивно-превентивной и персонализированной медицины (EPMA), Брюссель, Евросоюз

 

Введение в фармакогеномику

 

Для коррекции подавляющего большинства патологических состояний, как правило, существует множество средств, из которых врач, руководствуясь клиническими данными или результатами традиционных лабораторных анализов, последовательно прописывает пациентам несколько различных ЛП и наблюдает за реакцией организма на их прием. Обычно это осуществляется без учета особенностей индивидуума, что является причиной возникновения различных побочных эффектов лекарственного препарата.

Так, по данным B.M. Silber, на фармакотерапию не «отвечают» больные с депрессиями 20-40%, язвенной болезнью – 20-70%, БА - 40–75%, СД – 50-75%, онкологическими заболеваниями -  70-100%, артрозами – 20-50%, шизофренией – 25-75%, с гиперлипидемиями – 30-75%, артериальной гипертензией – 10-75% и др. В Европе около 15% всех госпитальных поступлений являются результатом негативного действия лекарств.

Потенциальной причиной возникновения нежелательных реакций на препараты является генетическая предрасположенность. В этой связи одним из путей повышения эффективности и безопасности фармакотерапии является внедрение в клиническую практику технологий персонализированной медицины, в основе которых - определение генетических вариаций, ответственных за побочное действие медикаментов. Точно подобрать для больных наиболее подходящее лекарство оказалось возможным благодаря новой науке, созданной на стыке геномики, медицинской генетики и клинической фармакологии.

Фармакогенетика - это наука, изучающая роль генетических факторов в формировании фармакологического ответа организма человека на ЛП (Kolow, 1959). Она изучает влияние индивидуальных генетических различий на безопасность и   эффективность ЛП, и, по сути, является составной частью фармакогеномики, которая, в свою очередь, занимается исследованием всего генома человека в плане поиска максимально подходящего к конкретному генотипу лекарства с абсолютной эффективностью и при полном отсутствие побочных эффектов.

Фармакогеномика связывает экспрессию конкретного гена или однонуклеотидного полиморфизма в геноме человека с эффективностью и токсичностью ЛП, для того, чтобы разработать рациональные средства оптимизации фармакотерапии.

Основой индивидуализации фармакотерапии является оценка фармакогенетических особенностей ферментов метаболизма, белков - транспортеров и самих ФТМ-К с применением методов фено- и генотипирования, таких как ПЦР и GWAS-типирование. В качестве биоматериала может быть использована кровь больного или соскоб со слизистой оболочки щеки.

Сегодня активно разрабатываются микрочипы, позволяющие одномоментно и в короткие сроки получать информацию о носительстве большого числа аллельных вариантов генов, ответственных за фармакологические эффекты ЛП. Совершенствование биочиповых технологий с использованием наночастиц позволит создавать портативные диагностические устройства для применения на месте и разрабатывать ЛП в сочетании с биомаркерами их действия в качестве основы для персонализированной медицины. В будущем это обернется созданием генетического паспорта пациента, на основании которого врач будет выбирать ЛС и его дозу для каждого конкретного пациента или лица из группы риска с целью превентивных мероприятий по протоколам ПППМ.

При изучении полиморфизма генов, кодирующих молекулы-мишени, анализируют фармакодинамические эффекты ЛП в зависимости от носительства аллельных вариантов того или иного гена сначала у здоровых добровольцев при его однократном и длительном применении, а затем у больных также при однократном и длительном применении.

После выявления и доказательства ассоциации между носительством аллельного варианта того или иного гена и неблагоприятным фармакологическим ответом разрабатывают тактику фармакотерапии в зависимости от результатов фармакогенетического теста. После этого проводят специальные клинические испытания, в которых сравниваются эффективность и безопасность ЛП при традиционном подходе и с учетом результатов фармакогенетического теста.

Хотя генетическое тестирование медленно, но верно входит в ежедневную практику медицинских учреждений, выявление потенциально опасных генов затруднено в связи с ограниченным числом исследуемых генетических локусов и малым количеством пациентов, имеющих подобные специфические нарушения.

Известные гены, отвечающие за нежелательные проявления при приеме ЛП, условно подразделяются на три категории: ферменты, метаболизирующие препарат; транспортеры ЛП; HLA. Гены двух первых категорий влияют на фармакокинетику и фармакодинамику ЛП, а молекулы HLA вступают в реакцию с самим ЛП или его метаболитом, запуская клеточный иммунный ответ. Последнее наблюдается при приеме карбамазепина - аллель HLA-В1502 может вызывать тяжелые дерматологические реакции - токсический эпидермальный некролиз или синдром Стивенса-Джонсона.

При этом эффект ЛП не может контролироваться единичными генами, а является сложным ответом организма в результате взаимодействия десятков генов, а точнее, генных кластеров и, соответственно, генерируемых ими в итоге белковых интерактомов.

Прогнозировать ответную реакцию пациента на действие ЛП, избежать токсического эффекта, оптимизировать дозу для обеспечения эффективности и безопасности ЛП позволяет создание карты SNP-маркеров человеческого генома. Используя знания о структуре генома человека и особых биомаркерах как геномной, так и протеомной генераций, включая биомаркеры из банков данных о генетических основах вариабельности ответа пациентов на лекарства фармакогеномика сфокусировала свое внимание на поиске новых ЛП.

Одной из важных областей создания ЛП стала онкология, поскольку большинство противоопухолевых ЛП являются очень токсичными и способными вызывать нежелательные эффекты.

В процессе развития опухоли важную роль играет дикий тип гена р53, от присутствия которого зависит  чувствительность опухолевых клеток к таксолу - препарату из группы таксанов, терапевтическое действие которого обусловлено воздействием на основу клеточного цитоскелета - тубулиновые микротрубочки, которые состоят из глобулярных белков двух типов, известных как α- и β-тубулины.

Под влиянием гена р53 продукция белкового продукта гена МАР4 увеличивается, степень полимеризации микротрубочек возрастает и, как следствие, облегчается связывание таксола, чувствительность клеток к препарату увеличивается.

Хотя разные виды раковых опухолей могут иметь сходные механизмы возникновения мутаций, процесс может сопровождаться случайными мутациями в самых разных генах и их участках. Такого рода случайные мутации приводят к экспрессии опухолево-ассоциированных АГ маркеров, формируя "молекулярный отпечаток" опухоли, который и является уникальной характеристикой конкретного новообразования у конкретного больного. На этом основании, например, компания "Antigenics Corporation" инициировала производство ЛП для иммунотерапии рака из опухолевых тканей самих больных.

Также интересен тот факт, что генетическая предрас­положенность к онкологическим заболеваниям и за­болеваемость раком в целом определяются "стартовым состоянием" ферментных систем метаболизма хи­мических канцерогенов, которое носит различный характер у различных этнических групп. В связи с этим сформулирован   принцип   "метаболической этнической онкопаспортизации", цель которой - оценка генетической предрасположеннос­ти к опухолевой патологии различных этнических групп.

Возможность индивидуализации выбора ЛП и режимов их дозирования на основании изучения генотипа конкретного пациента предоставляет фармакогенетика, которая занимается изучением индивидуальных особенностей метаболизма и распределения в организме ЛП, определяемых на генетическом уровне. Одним из самых простых и наименее затратных фармакогенетических подходов, позволяющих проводить коррекцию доз препарата и оптимизировать фармакотерапию, является определение активности фермента.

В настоящее время активно изучается роль  генов, контролирующих синтез и работу ферментов метаболизма ЛП, в частности изоферментов цитохрома Р-450 и ферментов II фазы биотрансформации. В последние годы начали изучать влияние на фармакокинетику ЛП полиморфизма генов транспортеров ЛП: транспортеров органических анионов (OATP-C, ОАТ-1, ОАТ-3), транспортеров органических катионов (ОСТ-1) и гликопротеина Р (MDR1).

К отдельной группе относятся гены, кодирующие молекулы-мишени ЛП (рецепторы, ферменты, ионные каналы), и гены, продукты которых вовлечены в типовые патогенетические процессы. Именно обнаружение конкретных аллельных вариантов этих генов и является сутью фармакогенетических тестов, позволяющих специалисту работать с пациентами и лицами из групп риска в режиме предикции и превенции, руководствуясь принципами персонализированной медицины.

Из вышеизложенного следует, что ключевую роль для индивидуализации фармакотерапии играет оценка фармакогенетических особенностей ферментов метаболизма, транспортеров и ФТМ-К с применением методов фено- и генотипирования, поскольку позволяет определить целесообразность назначения конкретного ЛП, выбрать оптимальную дозу и схему применения, обосновать возможность использования комплекса препаратов, а также создавать новые лекарства для персонифицированной терапии.

Также возрастает и значение биоинформатики, в особенности, в поиске новых лекарств посредством моделирования in silico (в условиях имитационного компьютерного моделирования). А применение новых информационных технологий, упрощающих моделирование молекулярных процессов взаимодействия ЛП и его ФТМ-К, вероятно, позволит отвести более важную роль персонализированной медицине в системе здравоохранения.

Литература:

1.     Сычев Д.А., Раменская Г.В., Игнатьев И.В., Кукес В.Г. Клиническая фармакогенетика: Учебное пособие/под редакцией академика РАМН В.Г.Кукеса и академика РАМН Н.П. Бочкова. – М.: ГЭОТАР – Медиа, 2007 – 248 с.: ил.

2.           Шумаков В.П., Васильев В.Т., Гасанов Э.К., Пиру­зян Л.А., Саприн А.Н., Суханов В.А. О роли мета­болического статуса донора и реципиента в про­цессах приживления полнослойного кожного лос­кута // Доклады АН. 2003. № 5. С. 708.

3.      Caraco Y. Genetic determinants of drug responsiveness and drug interaction. — Ther. Drug. Monit., 1998. V. 20. N. 5. P. 517%524.

4.     Ginsburg G. S., McCarthy J. J. Personalized medicine: Revolutionizing drug discovery and patient care // Trends Biotechnol. - 2001. - Vol.?19. - P. 491-496. (Лучший обзор по теме, обсуждающий роль персонализированной медицины в поисках новых лекарственных препаратов).

5.     Jain K.K. Personalized Medicine / Decision Resources Inc. Waltham, MA, USA, 1998. (Первая публикация по данному вопросу).

6.     Jain K.K. Personalized Medicine. - Informa Pharmaceutical Publications, London, UK (2001).

7.     Pammolli, F., Magazzini, L. & Riccaboni, M. 2011 The productivity crisis in pharmaceutical R&D. Nat. Rev. Drug Discov. 10, 428–438.   

            (doi:10.1038/nrd3405)

8.     Pharmacogenomics / O. Tribut, Y. Lessard, J. M. Reymann et al. // Med. Sciences Monitor. - 2002. - Vol. 8. - P. RA152-RA16

9.     Pharmacogenomics. The Search for Individualized Therapies. Edited by Julio Lucinio and Ma-Li Wong. Weinheim: Wiley Verlag GmbH, 2002.