The pharmacogenetics antiepileptic drugs
Шнайдер Н.А., Дмитренко Д.В., Пилюгина М.С.
Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого, г. Красноярск
В настоящем обзоре на основе анализа отечественной и зарубежной литературы обобщeны сведения о
проблеме фармакогенетических исследований антиэпилептических препаратов .
Ключевые слова: фармакогенетика, антиэпилептические препараты, эпилепсия, цитохром Р.
Shnayder N.A., Dmitrenko D.V., Pilugina M.S.
There are some generalized data on a problem pharmacogenetics researches antiepileptic drugs on the basis of the analysis of the accessible native and
foreign literature in this review.
Key words: pharmacogenetics, antiepileptic drugs, epilepsia, CYP.
Введение
Эпилепсия является одним из наиболее
распространенных заболеваний нервной систе
мы, требующим длительной, нередко многолет
ней лекарственной терапии. В литературе
встречается большое количество сообщений о
тех или иных побочных реакциях на прием раз
личных антиэпилептических препаратов (АЭП).
Учитывая продолжительный срок приема АЭП,
зачастую высокие дозировки при фармакорези
стентных формах эпилепсии и сложные межле
карственные взаимодействия с их участием, а
также вызываемые многими антиконвульсанта
ми биохимические сдвиги, естественным будет
ожидать появления в определенном проценте
случаев тех или иных побочных реакций и
осложнений Это предопределяет очень [1].
строгий подход к выбору АЭП, его суточной до
зировке, кратности и длительности приема, по
скольку ни один из известных и применяемых
сегодня в клинической практике антиконвуль
сантов не лишен нежелательных эффектов .
Спектр побочных действий АЭП достаточно ши
рок и во многом связан с фармакологическими
особенностями и фармакогенетикой самих пре
паратов [2].
И хотя роль наследственности в формиро
вании индивидуального фармакологического от
вета известна давно[4, 6, 7], понимание меха
низмов влияния генетических факторов на эф
фективность и безопасность АЭП стало воз
можным лишь в связи с развитием методов
молекулярной биологии и реализацией про
граммы, "Геном человека". Так стало очевид
ным, что генетические особенности пациентов
могут определять до 50% всех неблагоприятных
фармакологических ответов неэффективность :
лекарственных средств (ЛС) или нежелатель
ные лекарственные реакции (НЛР)[8]. Эти
особенности, как правило, реализуются через
полиморфные участки генов белков, участвую
щих в фармакокинетике или фармакодинамике
АЭП, называемых полиморфными маркерами ,
или аллельными вариантами (рис. 1) [3, 8, 24].
Именно определение аллельных вариантов генов, влияющий на фармакологический ответ, является сутью фармакогенетических исследований[8], а разработка методов диагностики, профилактики и коррекции необычного ответа организма на действие АЭП выступает задачей клинической эпилептологии и фармакогенетики. Очевидно, что внедрение фармакогенетических тестов в клиническую практику позволит индивидуализировано подойти к выбору АЭП и режима их дозирования(с учетом факторов, влияющих на фармакологический ответ, которые имеются у конкретного пациента), а в некоторых случаях и к тактике ведения больных эпилепсией. Подобные подходы лежат в основе так называемой персонализированной медицины[8], а потребность в оптимизации фармакотерапии эпилепсии и эпилептических синдромов существует, несмотря на появление большого числа новых АЭП, а также внедрение в клиническую практику методологии доказательной медицины. Так, только в США ежегодно регистрируется более 2 млн. НЛР и более 100 тысяч человек умирают по этой причине. Экономический ущерб от нежелтательных лекарственных реакций возрос с 76,6 млрд. долларов в 1997 году до 177,4 млрд долларов в 2001 года. В то же время эффективность фармакотерапии остается недостаточной: по данным B.M.Silber, не отвечают на лекарственную терапию до 40% больных с различными заболеваниями [24].
Система биотрансформации и транспорте
ров в конечном итоге функционирует для эли
минации АЭП, а ее активность выступает глав
ным лимитирующим фактором, определяющим
фармакокинетику препаратов [3, 4]. Участниками
этой системы являются ферменты I и II фаз
биотрансформации, а также транспортеры ЛС
[4]. Основными ферментами I фазы являются
изоформы цитохрома Р-450 [4, 24] . Среди транс
портеров наибольшую роль в процессах всасы
вания, распределения и выведения АЭП играют
гликопротеин Р, кодируемый геном MDR1, а так
же транспортеры органических анионов и ка
тионов [24]. Полиморфизм генов системы био
трансформации (CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19) и
транспортеров ЛС (MDR1, OATP-C, ОАТ-1, ОАТ-3,
OCT-1) может существенно влиять на фармако
кинетику и фармакодинамику АЭП и иметь су
щественные клинические последствия. Опреде
ление аллельных вариантов перечисленных ге
нов является реальным путем индивидуализа
ции выбора АЭП и их режимов дозирования,
что повысит эффективность и безопасность лечения больных эпилепсией. Однако первыми
фармакогенетическими тестами стали реакции,
в основе которых лежит определение активно
сти ферментов биотрансформации по фармако
кинетике ЛС (ЛС-маркеры), выступающих суб
стратами данных ферментов и (или) их мета
болитов (фенотипирование пациентов). Так,
устанавливают скорость ацетилирования, окисления (суммарное - антипириновый тест) или
по отдельным изоферментам цитохрома Р -450,
например: CYP2D6-дебризохиновый тест, спартеи
новый тест и т.д. . По сути, эти тесты оценивают
фенотипические проявления полиморфизма ге
нов, кодирующих ферменты биотрансформации.
Однако фенотипирование больных эпилепсией имеет ряд недостатков:
1) для проведения теста необходим однократный прием ЛС маркера, при этом возможно
возникновение нежелательных реакций;
2) инвазивность необходим многократный (забор крови) и неудобство для пациентов
(трудность амбулаторного применения);
3) необходимо определять концентрацию
ЛС маркера и (или) его метаболита в плазме
крови в нескольких временных точках;
4) тесты оценивают активность ферментов
биотрансформации, которая может определяться не только генетическими особенностями пациента, но и совместно применяемыми ЛС (ин
гибиторами, индукторами), возрастом, полом,
суточным биоритмом (активность CYP3A4 изменяется в течение суток), характером питания (например, сок грейпфрута и др.), курением,
приемом алкоголя и т. д.;
5) тесты трудно использовать для крупных
популяционных исследований для оценки этнической чувствительности к ЛС.
Этих недостатков лишены собственно фармакогенетические тесты, в основе которых лежит обнаружение аллельных вариантов генов системы биотрансформации и транспортеров
АЭП, определяющих фармакологический ответ. (генотипирование пациентов)
Преимущества фармакогенетических тестов :
1) тест не требует приема ЛС-маркеров, т.е.
может прогнозировать фармакологический ответ
еще до приема АЭП;
2) необходим однократный забор крови или
другого биологического материала (например,соскоб с внутренней поверхности щеки) в любое время ;
3) тест основан на полимеразной цепной
реакции (ПЦР) и не требует определения в
нескольких временных точках ;
4) результаты не изменяются в течение
всей жизни, что создает перспективу для составления так называемого фармакогенетического паспорта пациента ;
5) тесты оценивают только генетический
компонент, влияющий на фармакологический
ответ;
6) тесты относительно недороги и не требуют оборудования для выполнения ПЦР ;
7) с помощью этих тестов можно проводить
крупные популяционные исследования [8].
В последние несколько десятилетий активно
проводятся исследования по выявлению ассоциаций между носительством различных аллельных вариантов генов системы биотрансформации и транспортеров ЛС и неблагоприятным фармакологическим ответом.
Важными характеристиками фармакогенетического теста считаются значения его чувствительности, специфичности, предсказательной
ценности положительного ( positive predictive value —
РРV)и отрицательного (negative predictive value — NPV)
результатов. При низких значениях этих показателей внедрение фармакогенетического теста
окажется, скорее всего, экономически не оправданным. Кроме того, применение подобного фармакогенетического теста может привести к
тому, что у пациента не будет использован высокоэффективный АЭП, который может оказаться у него и высокоэффективным, и безопасным, несмотря на результаты теста [9].
Очевидно, для каждого фармакогенетического
теста должен быть разработан алгоритм выбора
АЭП и режима его дозирования в зависимости от
результатов теста и, если такого алгоритма нет,
то значение теста для клинической практики сомнительно, так как при этом невозможно интерпретировать его результаты. В настоящее время
подобные алгоритмы разработаны только для
ограниченного числа фармакогенетических тестов [8].
Экономические последствия внедрения фармакогенетических тестов в клиническую практику
в большинстве случаев рассчитаны лишь теоретически. Так, по подсчетам, сделанным в США,
выявление "медленных" аллельных вариантов
гена CYP2C19 для прогнозирования антисекреторного эффекта ингибиторов протонного насоса
и выбора режима их дозирования может сохранить примерно 5 тыс долларов на каждых 100
протстированных пациентов из азиатских этнических
групп [28]. Только для двух фармакогенетических
тестов было продемонстрировано, что их применение приводит к снижению затрат на лечение. Это тесты, в которых выявляются "медленные" аллельные варианты гена CYP2C9 для
прогнозирования кровотечений при применении
варфарина[30], а также "медленные" аллельные
варианты и функциональные аллели гена CYP2D6
для прогнозирования неблагоприятных реакций и
эффективности трициклических антидепрессантов
[11].Так, при сравнении стоимости лечения вар-
фарином с использованием выявления "медленных" аллельных вариантов гена CYP2C9 и без
него, оказалось, что данный тест позволяет снизить расходы на 4 700 долларов на каждых 100
пациентов, пролеченных в течение года.[11] Кроме того, очевидно, что внедрение подобногоподхода будет целесообразным, если аллельные варианты генов будут достаточно часто встречаться в популяции (чаще 1%). В то же время внедрение того же фармакогенетического теста
будет менее актуальным, если частота выявляемого аллельного варианта в этнических группах,
проживающих на данной территории, низкая. Однако необходимо принимать во внимание, что частота встречаемости аллельных вариантов генов CYP2D6, CYP2C9 и MDR1 значительно варьирует в различных этнических группах, особенно
принадлежащих к разным расам (от 0 до 50%)[29]. Поэтому с учетом высокой распространенности эпилепсии в Российской Федерации и многонациональности нашей страны необходимым является определение частоты аллельных вариантов данных генов в различных этнических группах.
Итак, фармакогенетический тест может считаться пригодным для клинической эпилептологии при следующих условиях:
1) доказано наличие выраженной ассоциации между выявляемой аллелью того или иного
гена и неблагоприятным фармакологическим
ответом (развитие неблагоприятных реакций
или недостаточная эффективность) антиконвульсанта;
2) фармакогенетический тест должен обладать высокой чувствительностью и специфичностью;
3) должен быть хорошо разработан алгоритм выбора АЭП и режима их дозирования в
зависимости от результатов фармакогенетического теста ;
4) должны быть доказаны преимущества, в том числе и экономические применения АЭП с использованием результатов фармакогенетического теста по сравнению с традиционным подходом;
5) выявляемый аллельный вариант должен
встречаться в популяции, проживающей на данной территории, с частотой не менее 1%.
За последние несколько десятков лет фармакогенетика достигла серьезных успехов. Количество исследований в этой области растет
как снежный ком.
В настоящее время уже нет никаких сомнений
в том, что внедрение фармакогенетических тестов в клиническую практику является реальным путем к персонализированной медицине. Уже разработан ряд тестов, кроме того, активно ведется разработка генетических микрочипов (microarraytechnology), позволяющих выявлять одновременно
целые серии мутантных аллелей ответственных за изменение фармакологического ответа
[8].
Так, уже имеется первый тест microarray AmpliChip
CYP450, который позволяет проводить анализ 29
полиморфизмов и мутаций гена YP2D6 и двух
полиморфизмов гена CYP2C19. FDA одобрила
тест AmpliChip CYP450, а определение CYP2D6 при-
знано FDA действительным биомаркером эффек-
тивности и безопасности применения ЛС в клинической практике. Этот тест прокладывает путь к разработке других
подобных диагностических тестов, что безусловно облегчит развитие персонифицированной медицины, в том числе в эпилептологии.
[15]. Однако темпы внедрения фармакогенетики
в реальную клиническую практику нельзя признать стремительными, прежде всего из за существования ряда пока не разрешенных
проблем [8].
Будущее фармакогенетики зависит от
способности преодолеть серьезные препятствия, включая трудности проведения и публикации исследований, сопротивление агентств,
фармацевтических компаний и некоторых научных рецензентов. Фармакогенетические клинические заявления могут быть поставлены под
угрозу экономическими факторами и нехваткой
образования врачей в области медицинской генетики [12].
Генетика системы биотрансформации
и транспортеров лекарственных
средств
Благодаря достижениям молекулярной медицины последних лет представления о системе биотрансформации и транспортеров АЭП
претерпели значительные изменения. На сегодняшний день известно, что функционирование
системы биотрансформации и транспортеров
АЭП осуществляется специализированными
белками (рис. 2):
1) ферменты биотрансформации, осуществляющие реакции I и II фаз метаболизма:
2) гликопротеин Р - транспортный белок, к основным функциям которого относят препятствие всасыванию ЛС в кишечнике; при их по падании в организм - предотвращение проникновения через гистогематические барьеры, а
также выведение печенью в желчь и почками в
мочу;
3) транспортеры органических анионов и катионов, осуществляющие выведение АЭП печенью в желчь и почками в мочу.
Очевидно, что именно функционирование
системы биотрансформации и транспортеров и
определяет фармакокинетику АЭП, а изменение
их фармакокинетики, а значит и эффективность, и безопасность, зависит от факторов
воздействующих на участников этой системы
(ферменты биотрансформации и транспортеры
АЭП). Прежде всего это генетические факторы,
а также пол, возраст, сопутствующие заболевания совместно применяемые ЛС, пищевой рацион, вредные привычки, употребление алкоголя, табакокурение и т д. Понимание механизмов влияния этих факторов на ферменты биотрансформации и транспортеры ЛС позволит
"управлять судьбой АЭП" путем применения
индивидуального режима дозирования, обеспечивая максимальную эффективность и безопасность фармакотерапии эпилепсии и эпилептических синдромов.
Фаза I биотрансформации осуществляется
главным образом изоферментами цитохрома Р -
450, в литературе часто обозначаемого как CYP
(cytochrome P). Он представляет собой группу ферментов, которые осуществляют не только метаболизм АЭП, но и участвуют в синтезе стероидных гормонов, холестерина, желчных кислот, простаноидов. Наибольшее количество цитохрома Р-450 находится в гепатоцитах. Однако
цитохром Р-450 обнаруживается и в других органах: кишечнике, почках, легких, надпочечниках, головном мозге, коже, плаценте, миокарде.
[9].
В последние годы показана важная роль церебрального цитохрома Р-450 в передаче сигналов ЦНС. Так, у больных эпилепсией стимуляция активности Р-450 приводила к нарушениям функции нейростероидов и нару шениям биоэлектрической активности мозга. Исследования на лабораторных животных показали, что при обработке фенитоином гиппокампа мышей отмечалась сверхрегуляция цитохрома CYP3 А11 и рецепторов нейростероидов (андрогена) В настоящее время проводится исследование роли регуляции активности цитохрома Р-450 в мозговой
ткани, его влияние на секрецию нейростероидов после обработки нейронов мозга фенилэтилбарбитуратовой кислотой, фенитоином и
другими антиконвульсантами. Показано, что
CYP3 A2 и CYP3 A11 являются критическими медиаторами, участвующими в регуляции функции нейростероидов (андрогена) и сигнальной активности мозга после применения антиконвульсантов.
Эти исследования указывают на важную новую
функцию Р-450 не только печени, но и мозга в
фармакологическом ответе ЛС [14].
Кроме того, показана важная роль полиморфизма гена цитохромов CYP2 С9 и CYP2 С19 в метаболизме антиконвульсантов [18].
Цитохром Р-450 имеет множество изоформ-изоферментов, которых на данный момент выделено более 1 тыс. Изоферменты цитохрома Р-450,по классификации Nebert (1987), принято разделять
по близости (гомологии) нуклеотид-аминокислотной последовательности на семейства, а последние, в свою очередь, на подсемейства - Изоферменты цитохрома Р-450 с идентичностью
аминокислотного состава более 40% объединены
в семейства, которых выделено 36 (из них 12 обнаружено у млекопитающих). Изоферменты цитохрома Р-450 с идентичностью аминокислотного
состава более 55% объединены в подсемейства,
которых выделено 39.
В метаболизме АЭП принимают участие изоферменты семейств I, II, III. Наиболее важные для
метаболизма ЛС и хорошо изученные изоферменты цитохрома
Р-450 следующие : CYP1 A1, CYP1 A2, CYP2 A6, CYP2 B6,
CYP2D6, CYP2 C9, CYP2 C19, CYP2 E1, CYP3 A4.
Каждый изофермент цитохрома Р-450 кодируется определенным геном. Гены изоферментов цитохрома Р-450 находятся в разных хромосомах и занимают в них разные локусы. Локализация генов изоферментов цитохрома Р -
450 , участвующих в метаболизме ЛС, представ-
лена в табл. 1. Сейчас известно 53 гена изо-
ферментов цитохрома Р -450 и 24 псевдогена .
Межиндивидуальные различия в скорости
метаболизма АЭП, которые можно оценить по
отношению концентрации ЛС-субстрата к концентрации его метаболита в плазме крови или
в моче (так называемое метаболическое отношение), позволяют выделить группы индивидуумов, различающиеся по активности того или иного изофермента метаболизма (рис. 3):
1) “экстенсивные метаболизаторы” (extensive
metabolism — ЕМ) — лица с нормальной скоростью
метаболизма определенных АЭП, как правило, гомозиготы по дикой аллели гена соответствующего фермента (к “экстенсивным” метаболизаторам принадлежит большинство населения );
2) «медленные» метаболизаторы (poor metabolism
— РМ) - лица со сниженной скоростью метаболизма определенных АЭП, как правило, гомозиготы (при аутосомно рецессивном типе наследования) или гетерозиготы (при аутосомно-доминантном типе наследования) по “медленной”
аллели гена соответствующего фермента. У
этих индивидуумов происходит синтез “дефектного” фермента либо вообще отсутствует синтез фермента метаболизма, результатом чего является снижение ферментативной активности или даже ее отсутствие. У данной категории лиц регистрируют высокие значения отношения концентрации АЭП к концентрации его
метаболита рис ( . 3), при этом у “медленных”
метаболизаторов АЭП накапливаются в высоких концентрациях, что приводит к появлению выраженных НЛР, вплоть до интоксикации. В
связи с этим для “медленных” метаболизаторов должен быть осуществлен тщательный
подбор дозы АЭП: доза должна быть меньше ,
чем для “активных” метаболизаторов ;
3) “сверхактивные” или “быстрые” метабо-
лизаторы (ultraextensive metabolism — UM) — лица с повышенной скоростью метаболизма определенных АЭП, как правило, гомозиготы (при аутосомно рецессивном типе наследования) или гетерозиготы (при аутосомно доминантном типе наследования) по “быстрой” аллели гена соответствующего фермента или, что наблюдают чаще, несущие копии функциональных аллелей .
У данной категории лиц регистрируют низкие
значения отношения концентрации АЭП к концентрации его метаболита. Следствием этого является недостаточная для достижения
терапевтического эффекта концентрация АЭП в
крови. Для “сверхактивных” метаболизаторов доза АЭП должна быть выше, чем для “активных”
метаболизаторов.
Распространенность генотипов “медленных”
и “быстрых” метаболизаторов по отдельным
ферментам метаболизма АЭП в различных популяциях (этнических группах) представлена в
табл. 2. Подобного рода исследования весьма актуальны, так как могут обусловливать целесообразность внедрения
методов генотипирования по ферментам метаболизма АЭП в регионах, в которых проживают
больные эпилепсией из определенных этнических групп [9].
Помимо изучения роли полиморфизма С YР
Р -450 в возникновении нежелательного эффекта
при назначении АЭП проводится исследование
роли полиморфизма генов рецепторов к ЛС. В
частности показано, что использование нового антиэпилептического препарата вигабатрина приводит при длительном применении к побочным
реакциям в виде необратимого сужения полей
зрения примерно у 40% больных эпилепсией. Показано, что эти побочные эффекты вигабатрина
индуцированы полиморфизмом 6 генов-кандидатов (SLC6A1, SLC6A13, SCL6A11, ABAT, GABRR1,
GABRR2) [17].
Заключение
С учетом влияния на систему монооксигеназ
цитохрома Р-450 весь арсенал противоэпилептических препаратов подразделяется на две группы: индукторы и ингибиторы ферментных систем
печени. Для индукторов системы цитохрома Р -450
(фенобарбитал, карбамазепин, фенитоин) пока-
зано угнетающее действие на уровень фолиевой
кислоты в крови, а также возможность вызывать
нарушения натриевого обмена при их длительном применении. Ингибиторы ферментных систем, к которым относятся вальпроевая кислота
и ее соли, вызывают нарушения обмена кальция ,
и дефицит карнитина, для них также описаны
нарушения натриевого обмена .
Нарушения обмена кальция и натрия вызывают широкий спектр патологических реакций, в
том числе с непосредственным повреждающим
воздействием на нервную ткань. [2] Описана
гипернатриемия, вызываемая вальпроатами [20,
27]; имеется большое количество наблюдений о
гипернатриемической энцефалопатии, связанной
с приемом вальпроатов[16, 21, 22]. Сообщается
об индуцировании эпилептического статуса и
утяжелении судорожного синдрома при применении вальпроатов [10, 19].
Если говорить об общесоматических осложнениях терапии АЭП (в частности, вальпроатами), то следует упомянуть работы, в которых
указывается на осложнения со стороны печени
( вплоть до смерти на фоне острой печеночной
недостаточности) [23, 26, 31], работу в которой
приводится серия из 11 случаев острого панкреатита у детей, связанного с приемом вальпроатов,
и обзор литературы на эту тему [25], работы, в
которых описаны разнообразные осложнения со
стороны почек системы крови [26] и других органов и систем [1].
Несмотря на то что эпилепсия — одно из
наиболее часто встречаемых неврологических
заболеваний и генетические факторы, влияющие на эффективность многих антиэпилептических препаратов, достаточно изучены фармакогенетические исследования АЭП нового поколения недостаточно широко применяются в клинической неврологической практикею Они получили относительно небольшое внимание и не
привели к изменению разработке (рекомендаций) к выбору и особенностям дозирования АЭП
в зависимости от особенностей генотипа системы биотрансформации и элиминации антиконвульсантовю Повышение уровня подготовки неврологов в области фармакогенетики, понимание патогенеза эпилепсии и механизма действия АЭП является путем к более систематическому применению современных достижений
фармакогенетики в области эпилептологии. Повышение подготовки неврологов в области
фармакогенетики АЭП приведет к более рациональной терапии эпилепсии и эпилептических
синдромов у детей и взрослых, выбору в каждом конкретном клиническом случае более эффективного и более безопасного АЭП помощи
практических неврологов в проведении клинических испытаний новых АЭП. Однако в настоящее
время в РФ существуют огромные практические ,
методологические и теоретические препятствия ,
которые нужно преодолеть совместными усилиями за счет консолидации специалистов различного профиля (неврологов-эпилептологов, генетиков, фармацевтов, врачей лабораторной диагностики и др.) прежде чем эта информация
займет достойное место в повседневной клинической практике [13].
(c) Все права защищены. Полное или частичное копирование материала статьи разрешено только при обязательном указании автора и прямой гиперссылки. // Шнайдер Н.А., Дмитренко Д.В., Пилюгина М.С. Фармакогенетика антиэпилептических препаратов // Бюллетень сибирской медицины. - 2008. - №4.- С. 111-119
