<<
>>

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ CYP450, КАТАЛИЗИРУЮЩИХ ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Ранее (Глава 8) нами была дана характеристика основных путей метаболизма ксенобиотиков, построенная по химическому принципу (окисление, восстановление, гидролиз и синтез). Образующиеся при этом метаболиты, в большей степени, приобретают полярные свойства и удаляются из организма.

В этом разделе мы рассмотрим метаболические пути, т. е. цепи или последовательности катализируемых CYP450 химических реакций, в результате которых осуществляется превращение определенных органических соединений, жизненно важных для организма. Вовлекаемые в такие реакции соединения также называются метаболитами. В классической биохимии метаболические пути разделяются на два типа — катаболические и анаболические.

Катаболические пути — это процессы деградации, в ходе которых крупные органические молекулы, поступающие часто в организм в качестве пищи, разрушаются (обычно в окислительных реакциях) до простых клеточных компонентов с одновременным выделением свободной химической энергии. Анаболические пути — это процессы синтеза. В ходе этих процессов из относительно простых предшественников строятся сложные органические компоненты клетки; синтез часто включает восстановительные этапы и сопровождается затратой свободной химической энергии.

Что касается CYP450, то его участие в анаболических процессах предполагает лишь незначительные изменения в структуре метаболитов, согласно каталитическим возможностям этого гемопротеина. Необходимо отметить, что в некоторых ситуациях отдельные изоформы CYP450 могут участвовать одновременно в реакциях метаболизма ксенобиотиков и анаболизме эндогенных субстратов. В большинстве же случаев они выполняют свои функции раздельно.

Две причины побудили нас включить этот раздел в монографию. Во-первых, среди эндогенных субстратов CYP450 могут быть лекарственные средства. Во-вторых, многие синтетические лекарственные препараты могут взаимодействовать с эндогенными субстратами в организме, используя определенные изоформы CYP450.

Цитохромы 1А1 и 1В1 относятся к гемопротеинам, выполняющим одновременно метаболическую и анаболическую функции. Они экспрессируются в различных органах и тканях и являются активными окислителями ПАУ (CYP1-A1), ариламинов и азотистых гетероциклов (CYP1B1). В настоящее время еще не известен эндогенный лиганд арилуглеводородного рецептора. Тем не менее установлено [460], что CYP1A1 и CYP1B1, участвующий в реакциях окисления простагландинов, эстрогенов, порфиринов (уропорфириногена) и мелатонина.

У мышей, лишенных Сур 1 а 1, Сур1а2 и Сур 1 b 1, описаны отклонения в метаболизме канцерогенов, однако такие животные жизнеспособны. Это предполагает, что кодируемые ферменты или избыточны, или не играют существенной роли в анаболизме эндогенных соединений. В то же время мутации гена CYP1B1 (Val432Leu, Arg369Trp, Asp374Asn, Lys384Glu, Gly61Glu) вызывают у человека первичную врожденную глаукому (буфтальм). На основании этого полагают, что развитие передней камеры глаза во время эмбриогенеза требует синтеза важных эндогенных соединений и для его прохождения необходим CYP1B1. Тот факт, что этот гемопротеин играет роль в биосинтезе ретиноевой кислоты, может быть объясняет причины возникновения глаукомы.

Самым большим среди всех семейств у млекопитающих CYP450 является CYP2. Цитохромы человека CYP2C8, CYP2C9,

CYP2C18 и CYP2C19 вместе окисляют, в различных количествах, более половины всех, часто прописываемых лекарственных средств, а также арахидоновую кислоту и некоторые стероиды [461]. В последнее время показано [462], что CYP2A6, CYP2A13, CYP2B6, CYP2E1, CYP2F1 и CYP2J2 могут участвовать в метаболизме некоторых препаратов. Предполагают, что на долю CYP2D6 приходится более 75 лекарств, окисляемых этим цитохромом. Функции других изоформ, включая CYP2A7, CYP2R1, CYP2S1, CYP2U1 и CYP2W1 в настоящее время неизвестны.

Хотя подсемейства CYP2G и CYP2T обнаружены у грызунов, похоже, что у человека они представлены только псевдогенами. Это предполагает, что какую бы функцию эти гены не несли около 80 млн.

лет назад, они больше не нужны человеку.

Семейство CYP3 включает 4 изофермента (табл. 10.1), а его представители CYP3A4 и CYP3A5 являются наиболее экспрессируемыми в печени и желудочно-кишечном тракте. Они метаболизируют более чем 120 лекарственных препаратов и такие эндогенные субстраты как стероиды и желчные кислоты [463]. Особое клиническое значение имеет тот факт, что метаболизм некоторых противогрибковых и иммуносупрессорных препаратов CYP3A4 и CYP3A5 может привести к недостаточному количеству этих препаратов у пациентов с высоким метаболизмом и избыточной их концентрацией у пациентов с низким метаболическим фенотипом. Функция печеночного CYP3A43 пока неизвестна. CYP3A7 экспрессируется в печени плода и маточном эндометрии, но их роль в этих тканях неизвестна.

Семейство генов CYP4 включает 12 изоформ. Одни из них — CYP4A11, CYP4B1, CYP4F2, CYP4F3 — участвуют в реакциях окисления жирных кислот, арахидоновой кислоты, лейкотриенов, простагландинов, другие — CYP4F8, CYP4F11, CYP4F12 и CYP4F22 — гидроксилируют только жирные кислоты и арахи доновую кислоту. Некоторые ферменты CYP4A и CYP4B, экспрессированы в дистальных извитых канальцах почек и дефект их генов вызывает нарушение солевого обмена, водного баланса и артериального давления [464].

В случае каскадных реакций, как это имеет место в анаболизме простагландинов, тромбоксанов и лейкотриенов, на их определенных этапах принимают участие различные изоформы GYP450 (рис. 10.2).

Различные виды действия простагландинов обобщить сложно, так как трудно описать внушительный ряд реакций организма на эти вещества, изучить видовую специфичность, способы введения, дозировки. Наряду с этим надо учитывать тканевой фактор, т. е. природу ткани, на которой изучается действие PG. PGE, и PGE2 стимулируют активность аденилат- циклазы, особенно в эндокринных железах. Однако эти же

і

12-ННТ

Рис. 10.2. Ферменты CYP450, участвующие в каскаде арахидоновой кислоты

простагландини ингибируют активность аденилатциклазы в жировой ткани. Другими словами, простагландини одной и той же серии могут оказывать противоположное по характеру действие. Гены тромбоксан А2-синтазы (CYP5A1) и простациклин- синтазы (CYP8A1) кодируют соответствующие ферменты, роль которых в свертывании крови прямо противоположная. Предполагается [465], что мутации генов CYP5A1 и CYP8A1 ведут к повышенной свертываемости крови и к воспалительным процессам.

В превращении ацетата до стеринов и жирных кислот участвуют от 7 до 9 ферментов, содержащих CYP450 (рис. 10.3). Ланостерин 14а-деметилаза, кодирующаяся геном CYP51A1, катализирует удаление двух метальных групп из молекулы ла- ностерина. Это окислительный процесс, так как углеродные атомы появляются в виде С02; это показывает, что метальные

CYP27A1

CYP3A4

CYP2D6(?)

CYP46A1 ,г

Оксихолестирин

CYP7B1

CYP8B1

CYP39A1

Желчные кислоты

Экскреция

Рис. 10.3. Ферменты CYP450, катализирующие некоторые этапы синтеза холестерина и желчных кислот

группы в ланостерине, связанные с С-14 и С-4, сначала окисляются до карбоксильных групп, а затем удаляются в результате процесса декарбоксилирования.

Следует отметить, что CYP51A является биологической мишенью действия противогрибковых лекарств (кетоконазола).

Приблизительно 80 % холестерина превращается печеночной тканью в различные желчные кислоты. Количественно холевая и хенодезоксихолевая кислоты являются главными продуктами, образующимися из холестерина. При их биосинтезе гидроксилирование стероидного ядра холестерина (CYP3, CYP7, CYP8, CYP27, CYP39 и CYP46) завершается до окончания деградации боковой цепи.

Инициируют синтез желчных кислот из холестерина и окси- холистерина CYP7A1, CYP7B1 и CYP39A1 путем гидроксили- рования в a-положении седьмого углеродного атома В-кольца [460].

Фарнезоид х-рецептор (рецептор желчных кислот) — член семейства ядерных рецепторов гормонов, участвует в регуляции гена CYP7A1 (раздел 10.2).

Среди других изоформ CYP450, принимающих участие в биосинтезе стеринов и желчных кислот необходимо отметить CYP8B1 (стерин 12а-гидроксилаза), СУР27А1(27/26-гидрокси- лаза), участвующие в окислении боковой цепи стерина.

Необычной изоформой CYP450 является CYP46A1, поскольку экспрессируется практически только в нейронах ЦНС [466]. В этих клетках фермент превращает холестерин в 24S-okchxo- лестерин, который легко проникает через гематоэнцефалический барьер и таким образом выходит в кровоток, и в печени превращается в желчные кислоты.

Описаны мутации трех из пяти генов CYP450, вовлеченных в синтез желчных кислот. Нарушение функции CYP7A1 приводит к гиперхолестеринемии и ассоциируется с устойчивостью к холестерин-снижающим средствам [467]. Мутации в гене CYP7B1 вызывают тяжелую гиперхолестеринемию у мальчиков [468]. Известно более 50 мутаций у больных с цереброксантоматозом,

который клинически протекает с прогрессирующим атеросклерозом и тяжелым неврологическим синдромом. Дефицит CYP27A1 лечится холевой кислотой, которая восстанавливает пул желчных кислот и предотвращает синтез промежуточных продуктов обмена стеринов, обладающих токсическими свойствами.

По крайней мере шесть CYP450 участвуют в обмене стероидов (рис. 10.4). На ранних этапах эмбриогенеза во время диф- ференцировки генитального гребня фактор транскрипции (сте- роидфактор-1), член семейства ядерных рецепторов гормонов (раздел 10.2) является главным в активации генов CYP11, CYP17, CYP19 и CYP21, принимающих участие в синтезе стероидных гормонов. Все изоферменты CYP11 относятся к митохондриальным, в то время как CYP17 и CYP19 — микросомальные.

Холестерин

CYP11AI CYP21A2

Прегненолон —► Прогестерон -І- DOC

CYP11B1

CYP21A2

17-ОН-прегненолон —► 17-ОН-прогестеронІ-11-деоксикортизол 18-ОН-кортикостерон

Рис. 10.4. Пути метаболизма стероидов. CYP11A1 расщепляет белковую цепь; CYP11В1-1 Іа-гидроксилаза; CYP11В2-альдостеронсинтаза; CYP17Al-17a-nmpo- ксилаза; CYP19Al-apoMaTa3a; DHEA, Е3, Е2 — продукты гидроксилирования соответственно тестостерона, кортизола и альдостерона ферментами CYP1,

CYP2 и CYP3

В этом каскаде двойную функцию выполняет CYP17A1, катализирующий 17а-окисление стероидных субстратов и расщепление их боковых цепей. Мутации этого фермента ведут к недостатку продукции глюкокортикоидов и половых стероидов [469]. Мутации CYP11A1 являются причиной липоидной гиперплазии надпочечников. Аллелеспецифичная мутация CYP11B2 обусловливает как 1-й тип недостаточности кортикостеронметил- оксидазы, так и 2-й тип, а рекомбинация между тесно сплетенными генами CYP11B1 и CYP11B2 хромосомы 8, которые кодируют функциональные химерные ферменты, обусловливает глюкокортикоидчувствительный альдостеронизм [470].

Путем ароматизации кольца А андрогенного субстрата с помощью CYP19A1 синтезируются эстрогены. Мутации гена этого фермента, приводящего к потере его функции, вызывают избыток андрогенов, что ведет к несоответствующей вирилизации у женщин и гипервирилизации у мужчин [460].

Необходимым шагом в биосинтезе глюкокортикоидов и ми- нералокортикоидов является гидроксилирование стероидного предшественника у 21 углеродного атома и этот процесс катализируется CYP21A1. Его мутации являются причиной более 90 % случаев врожденной гиперплазии коры надпочечников, являющейся частой генетической болезнью. Аналогичное заболевание может быть вызвано мутацией CYP11A1, CYP11B1, CYP11B2, CYP17A1 или CYP19A1 [471].

Четыре фермента CYP450, три из которых находятся в митохондриях и один в эндоплазматической сети, участвуют в метаболизме витамина D3 (рис. 10.5).

Холекальциферол (витамин D3) транспортируется в печень, где превращается в 25-оксихолекальциферол под действием митохондриального фермента CYP27A1. Превращение сильно тормозится продуктом реакции; в результате, с одной стороны, уменьшается расход витамина, а с другой — концентрация продукта не достигает токсического уровня. В свою очередь, 25-оксихолекальциферол гидроксилируется затем в почках с образованием 24,25-диоксихолекальциферола. Поскольку эту

Рис. 10.5. Участие ферментов CYP450 в метаболизме витамина D3

стадию можно блокировать предварительным введением акти- номицина Д или циклогексемида, то следует предполагать, что 25-оксихолекальциферол индуцирует образование фактора, необходимого для трансформации. Мутации у человека, которые выключают активность CYP27A1 приводят к фенотипу недостаточности желчных кислот (рис. 10.3), вызывающих цереб- роксантомотоз, но имеют небольшое или не имеют влияния на метаболизм витамина D3 [470].

Пять генов CYP2D были описаны [470] у мышей и крыс и только один у человека. Поскольку подсемейство CYP2D существует больше чем 450 млн. лет (раздел 8.2.11), кажется весьма вероятным, что человеческий фермент сохранил свои стероид- 25-гидроксилирующие функции, наподобие CYP2D25 свиней. Ядерный рецептор фактора транскрипции 4a(HNFA4a) контролирует экспрессию гена CYP2D у человека [472]. На удивление 18-кратное повышение уровня сывороточных желчных кислот было описано для организма нокаутных мышей (лишенных гена Hnfa), что предполагает отсутствие активности CYP2D. Возможно, этот эффект объясняется взаимодействием между генами CYP2D6 и CYP27A1. Утрата экспрессии гена CYP2D6 может нарушить равновесие, что приводит к сверхэкспрессии CYP27A1, с последующим увеличением образования желчных кислот. Потеря активности CYP27A1 ведет к недостаточному образованию желчных кислот. Следовательно, определенные концентрации метаболитов желчных кислот и 25-оксивитамина

D3 может быть информативным с целью фенотипирования пациентов.

Предполагается [460], что изоформы CYP3A также могут выполнять функции подсемейства CYP2D и свиного CYP2D25. Такое заключение основано на том факте, что CYP3A4 может выполнять функции 25- и 26-гидроксилазы 5Р-холестан-За, 7а,12а-триола, а также 23R-, 24S-, 27-гидроксилазы 5|3-холес- тан-3а,7а, 12а-тетрола. Более того, у нокаутных мышей CYP27A1(—/—) всегда увеличивается активность CYP3A4. Следовательно, на рисунке 10.5 CYP3A4 и CYP2D6 включены как возможные участники окисления холекальциферола вместе с 27А1.

Мутации CYP27B1, катализирующего 1а-гидроксилирова- ние 25-оксивитамина D3 лежит в основе D-зависимого рахита типа I [473].

Гидроксилирование витамина D3 и его некоторых промежуточных продуктов осуществляется митохондриальным CYP24A1, предупреждающего, кроме того, лиганд-зависимое присоединение к рецептору. Транскрипция гена CYP24A1 человека усиливается ионами кальция и избыточным количеством la-25-окси- витамина D3. Дефект гена CYP24A1 мышей ведет к образованию витамина D3, а отсюда к гипервитаминозу.

Семейство CYP26 включает три гена (по одному в каждом подсемействе). Все они катализируют гидроксилирование ретиноевой кислоты (витамина A). CYP26A1 является гидрокси- лазой всех типов транс-ретиноевой кислоты. Фермент не катализирует превращение 9-цис- и 13-ц«с-ретиноевой кислоты [474]. Наряду с CYP26A1 в метаболизме ретиноевой кислоты и ее производных принимает участие CYP26B1, однако биологическая роль этих ферментов пока не ясна.

Таким образом, полиморфизм ферментов, являющийся следствием полиаллелизма соответствующих генов приводит к так называемой лекарственной идиосинкразии (CYP, метаболизирую- щие лекарства) или к болезням (CYP, метаболизирующие эндогенные субстраты). Последние суммированы в таблице 10.10.

Таблица 10.10

Болезни, ассоциированные с мутациями в генах CYP450

CYP-гены Болезни
CYP1B1 Первичная врожденная глаукома (буфтальм)
CYP4A, 4В Дефекты солевого метаболизма и водного баланса, ведущие к артериальной гипертензии
CYP51.8A1 Дефекты, ведущие к нарушениям свертывания крови и воспалительным заболеваниям, ишемической болезни сердца и легочной гипертензии
CYP7A1 Устойчивая к лечению гиперхолестеринемия
CYP7B1 Тяжелая гиперхолестеринемия и неонатальное поражение печени
CYP11A1 Липоидная гиперплазия надпочечников; спорадическая врожденная гиперплазия надпочечников (СВГН)
CYP11B1 свгн
CYP11B2 Недостаточность кортикостеронметилоксидазы (тип I и тип II); СВГН
CYP11B1, 11В2 Ферментный химеризм, вызывающий глюкокорти- коидчувствительный альдостеронизм; СВГН
CYP17A1 Синдром избыточности минералокортикоидов, дефицита глюкокортикоидов и половых гормонов, сочетающийся с повышенным риском развития рака и гипертрофии простаты; СВГН
CYP19A1 Мутация с потерей функции: вирилизация женщин, гипервирилизация мужчин, СВГН. Мутация с приобретением функции: гинекомастия молодых мужчин
CYP21A2 Более чем 90 % всех врожденных гиперплазии надпочечников
CYP24A1 Гипервитаминоз D
CYP27A1 Сухожильно-мозговой ксантоматоз
CYP27B1 Витамин D-зависимый рахит (тип I)

10.2.

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ CYP450, КАТАЛИЗИРУЮЩИХ ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ:

  1. ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ CYP450, КАТАЛИЗИРУЮЩИХ ОКИСЛЕНИЕ ЛЕКАРСТВ
  2. 3. Разнообразие
  3. МЕХАНИЗМЫ ИНДУКЦИИ CYP450
  4. МОДИФИКАЦИЯ МОЛЕКУЛЫ CYP450 КСЕНОБИОТИКАМИ
  5. Препараты, восстанавливающие производство эндогенного тестостерона
  6. Эндогении. Шизофренный круг патологии
  7. Применение ингибиторов ароматазы для повышения уровня эндогенного тестостерона
  8. ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗОФОРМ ЦИТОХРОМА Р450, КАТАЛИЗИРУЮЩИХ МЕТАБОЛИЗМ ЛЕКАРСТВ
  9. ФЕРМЕНТЫ, КАТАЛИЗИРУЮЩИЕ СООКИСЛЕНИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
  10. ФЕРМЕНТЫ, КАТАЛИЗИРУЮЩИЕ РЕАКЦИИ КОНЪЮГАЦИИ ЛЕКАРСТВ С АМИНОКИСЛОТАМИ И ПЕПТИДАМИ
  11. Разнообразие видов и ограниченное количество химических субстанций в живом организме
  12. ИСПЫТАНИЕ НА ГИСТАМИНОПОДОБНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ВАЗОДЕПРЕССИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА)
  13. Генетическая детерминированность основных психофизиологических характеристик
  14. ill. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
  15. МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ
  16. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ТКАНЕВАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ UGT