<<
>>

Гены и ферменты I фазы биотрансформации

Цитохромы Р450

Суперсемейство цитохромов Р-450 (CYP-450) отвечает за микро- сомальное окисление и представляет собой группу ферментов, имеющих множество изоформ (более 1000), которые не только осуществляют метаболизм лекарств, но и участвуют в синтезе стероидных гормонов, холестерина и других веществ.

Наибольшее количество цитохромов обнаружено в гепатоцитах, а также в таких органах, как кишечник, почки, легкие, головной мозг, сердце [127]. Изоферменты цитохромов на основании гомологии нуклеотидной и аминокислотной последовательностей подразделяют на семейства, которые, в свою очередь, делят на подсемейства. Представители различных семейств отличаются субстратной специфичностью и регуляторами активности (индукторы и ингибиторы). Хотя отдельные члены семейств могут иметь «перекрестную» специфичность и «перекрестные» индукторы и ингибиторы [127]. Так, показано, что противовирусный препарат ритонавир метаболизируется семью ферментами (CYP1A1, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4), а циметидин ингибирует четыре фермента (CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6, CYP3A4) [127].
Наиболее важными для биотрансформации лекарств являются цитохромы CYP1A1, CYP2A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4, CYP3A5. Относительный вклад различных цитохромов и других ферментов I фазы детоксикации в метаболизме лекарств представлен на рисунке 7.2.2.

Каждый изофермент цитохрома Р-450 кодируется своим геном, которые локализуются на разных хромосомах. Часть таких генов имеет близко расположенные к ним псевдогены (неэкспрессирующиеся копии), которые существенно осложняют проведение генетического тестирования.

Вследствие полиморфизма генов метаболизма активность соответствующих ферментов у разных лиц может существенно варьировать.

В зависимости от этих межиндивидуальных особенностей выделяют три группы лиц, различающихся по активности того или иного фермента метаболизма [126]. Это так называемые «экстенсивные» ме- таболизаторы — лица с нормальной скоростью метаболизма лекарств (основная часть популяции), «медленные» метаболизаторы (лица со сниженной скоростью метаболизма определенных лекарств) и «быстрые» («сверхактивные») метаболизаторы — индивиды с повышенной скоростью биотрансформации некоторых лекарств. Доля «медленных» и «быстрых» метаболизаторов по отдельным ферментам метаболизма обнаруживает существенные межпопуляционные различия. Вместе с тем далеко не всегда отмечается полная корреляция генотипа и фенотипа в скорости метаболизма лекарства, что свидетельствует о необходимости использования биохимического контроля при генотипировании ферментов метаболизма [188].

Рассмотрим функциональные особенности полиморфизма основных генов суперсемейств цитохромов CYP-450, принимающих участие в метаболизме лекарств. Подробную информацию о свойствах ферментов метаболизма, их субстратных характеристиках и генетическом полиморфизме можно найти в серии отечественных монографий и учебников по клинической фармакогенетике [126, 127, 188].

Семейство Р-450 CYP1 метаболизирует сравнительно небольшую часть ксенобиотиков, самые важные из которых представлены полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) — основными компонентами табачного дыма. Особенно важная роль в этом принадлежит генам CYP1A1 и CYP1A2, локализованным на хромосоме 15. Экспрессию обоих генов регулирует комплекс, образуемый Ah-рецептором с индуцирующей молекулой ПАУ, который проникает в ядро и специфически стимулирует экспрессию этих генов.

CYP1A1 кодирует белок с арилгидрокарбонат-гидроксилазной активностью, контролирующий начальный метаболизм ПАУ, приводящий к образованию канцерогенов (например, бензопирена, который образуется при табакокурении). Генный полиморфизм CYP1A1 обусловлен тремя точковыми мутациями: С4887А и A4889G в экзо- не 7 и T6235C в 3’-фланкирующей области.

Замена G4889(Val)+C6235 характеризуется появлением «быстрого» аллеля *2B. Он обладает в 3 раза более высокой активностью по сравнению с аллелем дикого типа. *2B встречается почти у 7 % представителей европеоидной расы и рассматривается как фактор риска рака легких. Показано, что при наличии *2B-аллеля у курильщиков риск развития рака легкого по сравнению с некурящими возрастает более чем в семь раз. Риск становится еще больше, если, кроме аллеля *2B гена CYP1A1, курящий индивид имеет также «неполноценный» аллель гена GSTM1. Аллели *2A (C6235) и *4 (A4887(Asp) встречаются в популяции с частотой всего 1-3 %. При этом *2A-аллель ассоциирован с наследственной предрасположенностью к лейкозу и резистентностью к лекарственной терапии этого заболевания [680].

Продукт гена CYP1A2 метаболизирует на только ПАУ, но и такие соединения, как кофеин, теофиллин и др. Показано, что наличие *1А-аллеля гена CYP1A2 тормозит метаболизм таких препаратов, как кофеин, деазепам, верапамил, метадон, теофиллин, эстрадиол.

Семейство Р-450 CYP2 — представлено группой функционально наиболее значимых ферментов, метаболизирующих огромное количество различных препаратов. Их активность обнаруживает выраженную зависимость от генетического полиморфизма.

Подсемейство CYP2A является наиболее важным изоферментом данного подсемейства. Он участвует в превращении никотина в коти- нин, в гидроксилировании кумарина и циклофосамида, вносит вклад в метаболизм ритонавира, парацетамола и вальпроевой кислоты. CYP2A6 принимает участие в биоактивации компонентов табачного дыма — нитрозаминов, вызывающих рак легких [127]. Ген CYP1A6 локализован на 19 хромосоме в локусе 19q13.2. В основном ген экспрессируется в печени. Показано, что аллель *4 гена CYP1A6 является про- тективным, т. е. ассоциируется с меньшим риском возникновения рака легкого [127]. Наличие аллелей *2 и *3 ассоциировано со сниженным метаболизмом кумарина, что имеет значение при дозировании этого препарата из-за возможного гепатотоксического действия [127].

Подсемейство CYP2B. Все ферменты этого подсемейства индуцируются фенобарбиталом. Наиболее значимым ферментом является CYP2B6, который метаболизирует многие цитостатики (циклофос- амид), противовирусные препараты (эфавиренц и невирапин), антидепрессанты (бупропион), анестетики (пропофол) и снитетические опиоиды (метадон), а также участвует в метаболизме эндогенных стероидов. Ген CYP2B6 локализован в том же локусе, что и ген CYP2A6, экпрессируется преимущественно в печени. Наличие медленных аллелей гена CYP2B6 (*2, *4, *5, *6) снижает скорость метаболизма противовирусных препаратов, что приводит к снижению клиренса и повышает риск осложнений со стороны ЦНС [127].

Подсемейство CYP2C играет ключевую роль в метаболизме многих лекарств. Общим свойством этих изоферментов является наличие 4-гидролазной активности в отношении противосудорожного препарата мефенитоина [127].

Особенно важным для клинической фармакогенетики является тестирование полиморфизма гена CYP2C9, локализованного в локусе 10q24. Ген экпрессируется преимущественно в печени, является главным метаболизатором ингибиторов ангиотензиновых рецепторов (лозартана и ирберсартана). Его субстратами также являются антикоагулянты (варфарин), сахаро снижающие препараты (глипизид), противосудорожные препараты (фенитоин, диазепам), антидепрессанты (амитриптилин, кломипрамин, имипрамин), ингибиторы протоновых помп (омепразол), нестероидные противовоспалительные препараты (диклофенак, ибупрофен, пироксикам), толбутамин [127]. Как уже упоминалось, анализ полиморфизма гена CYP2C9 стал первым официально одобренным генетическим тестом (см. выше). Количество индивидов, имеющих сниженную активность данного фермента, в отечественной популяции составляет до 20 % [680]. При этом во избежание нежелательных побочных эффектов лечебную дозу вышеперечисленных препаратов у носителей аллелей *2 и *3 гена CYP2C9 необходимо уменьшать в 2-4 раза.

Ген CYP2C19 локализован в локусе 10q24.1-q24.3, экспрессируется в печени. Его белковый продукт является основным ферментом метаболизма ингибиторов протонного насоса (омепразол) и противосудорожных препаратов (прогуанил, вальпроевая кислота, диазепам, барбитураты).

Частота его «медленного» аллеля (*2) в европейской популяции колеблется от 5 до 20 0% [680].

Подсемейство CYP2D. Цитохром CYP2D6 метаболизирует около 20 % всех известных лекарственных средств. Ген CYP2D6 локализован на 22 хромосоме в локусе 22q13.1. Основным местом его экспрессии является печень. В настоящее время в гене CYP2D6 идентифицировано более 36 аллелей, некоторые из них характеризуются отсутствием белкового продукта, а другие приводят к появлению фермента с измененными свойствами. Субстратами фермента CYP2D6 являются такие широко используемые в клинической практике лекарственные средства, как бета-адреноблокаторы, антидепрессанты, антипсихотропные вещества, антиаритмические, нейролептики, противогипертонические препараты, ингибиторы монооксидредуктазы, производные морфина, нейротрансмиттеры (допамины), анальгетики, опиаты. Принимая во внимание, что около 6-10 % европеоидов относятся к медленным метаболизаторам по этому ферменту, очевидна необходимость в генетическом тестировании CYP2D6 с целью коррекции доз упомянутых препаратов. Кроме того, «функционально ослабленные» аллели этого гена ассоциированы с наследственной предрасположенностью к таким тяжелым болезням, как рак легкого, рак кишечника и др.

Подсемейство CYP2E. Цитохром CYP2E1 относится к этанолин- дуцибельным ферментам. Его субстратами являются карбонтетрахлорид, диметилнитрозамин. Есть данные о том, что CYP2E1, наряду с CYP1A2, участвует в превращении парацетамола в N-ацетилбензохи- нонимин, обладающий мощным гепатотоксическим действием [127]. Кроме того, он является наиболее важным изоферментом группы ци- тохромов, окисляющих холестерин липопротеинов низкой плотности, что, в свою очередь, ведет к образованию атеросклеротических бляшек. Ген CYP2E1 локализован в локусе 10q24.3-qter, экспрессируется в печени взрослых людей. Taq1-полиморфизм в гене CYP2E1 приводит к снижению активности данного фермента. Гомозиготы M/M по ослабленному аллелю гена CYP2E1 обнаруживают повышенную чувствительность к вышеуказанным препаратам вследствие их замедленной детоксикации.

Семейство цитохрома Р-450 CYP3

Подсемейство CYP3A наиболее многочисленное. На его долю приходится около 30 % всех изоферментов цитохрома Р-450 в печени и 70 % всех изоферментов стенки желудочно-кишечного тракта [127]. Наиболее значимыми являются ферменты CYP3A4 и CYP3A5, гены которых локализованы в локусе 7q22.1. В печени экпрессиру- ется преимущественно ген CYP3A4, а в желудочно-кишечном тракте — CYP3A5.

Фермент CYP3A4 метаболизирует свыше 60 % всех лекарств и играет большую роль в метаболизме тестостерона и эстрогенов. Аллельные варианты гена CYP3A4 весьма многочисленны, но данные об их влиянии на фармакокинетику соответствующих лекарственных средств противоречивы.

Фермент CYP3A5 метаболизирует часть лекарств, с которыми взаимодействует CYP3A4. Показано, что наличие аллеля *3 гена CYP3A5 приводит к снижению клиренса таких лекарств, как альпраза- лам, мидазолам, саквинавир [127].

Параоксоназа — фермент, отвечающий за синтез параоксо- назы — белка плазмы крови. Помимо этого фермент инактивирует фосфорорганические соединения, органофосфаты, карбаматы, эфиры уксусной ксилоты. Часть из этих веществ является боевыми отравляющими веществами — зарин, зоман, табун. Из известных трех изоформ наибольшее значение имеет фермент PON1. Ген его локализован в локусе 7q21.3. Наиболее значимым и изученным полиморфизмом является замена глютамина на аргинин в 192 положении (L/M-полиморфизм). Показано, что аллель М ассоциирован со сниженным метаболизмом фосфорорганических соединений.

Аллель М и М/М-генотип увеличивают риск развития болезни Паркинсона, особенно в сочетании с 5-аллелем гена GSTP1, и ассоциированы с образованием атеросклеротических бляшек.

Алкоголь- и альдегиддегидрогеназы

Алкогольдегидрогеназа является ключевым ферментом в катаболизме этанола и других спиртов, окисляя спирты до альдегидов. У взрослого человека ген ADH1B экспрессируется в печени. Существует определенная динамика уровня его экспрессии в зависимости от возраста. Ген ADH1B (ADH2) локализован в локусе 4q22. Наиболее изученный полиморфизм — G141A. Показано, что аллель А связан с повышенной активностью фермента, что приводит к избыточному накоплению промежуточных продуктов метаболизма — альдегидов, обладающих выраженным токсическим эффектом. Индивидуумы с аллелем А гена ADH1B имеют повышенную чувствительность к этанолу и менее подвержены алкоголизму.

В клетках печени присутствуют также две альдегиддегидрогеназы: ALDH1 (цитозольная) и ALDH2 (митохондриальная). Ген ALDH2 локализован в локусе 12q24.2, его продукт играет ключевую роль в превращении токсичных альдегидов в соответствующие карбоновые кислоты, легко удаляемые из организма. ALDH2 играет важную роль в катаболизме алкоголя. Известно, что у представителей желтой расы алкогольная интоксикация обусловлена отсутствием ALDH2 почти у 50 % населения. Полиморфизм в гене ALDH2 приводит к замене Glu в 487 положении белка (ALDH2*1-аллель) на Lys (ALDH2*2-аллель). ALDH2*2-aллель кодирует фермент со сниженной активностью. У гетерозигот активность фермента снижена в 10 раз. Фермент ALDH2 вовлечен в патогенез различных раков, связанных с чрезмерным потреблением алкоголя, — гепатоцеллюлярная карцинома, рак пищевода, глотки и ротовой полости.

Интенсивный прием алкоголя у лиц с неблагоприятными аллельными вариантами генов ADH1B и ALDH2 может привести к быстрому развитию печеночных осложнений: алкогольной болезни и циррозу печени.

<< | >>
Источник: Баранов В.С.. Генетический паспорт — основа индивидуальной и предиктивной медицины / Под ред. В. С. Баранова. — СПб.: Изд-во Н-Л,2009. — 528 с.: ил.. 2009

Еще по теме Гены и ферменты I фазы биотрансформации:

  1. СОПРЯЖЕННОСТЬ РЕАКЦИЙ ГЛЮКУРОНИРОВАНИЯ ЛЕКАРСТВ С ДРУГИМИ ПРОЦЕССАМИ БИОТРАНСФОРМАЦИИ
  2. Реакции I фазы
  3. Фазы менструального цикла
  4. Гены адренергических рецепторов
  5. Гены аддуцина [ADD1, ADD2 и ADD3)
  6. ФАЗЫ ЛУННОГО ЦИКЛА
  7. Другие гены-кандидаты, полиморфные маркеры которых использовали для поиска ассоциации с АГ
  8. Москалев А. А.. Старение и гены. — СПб.: Наука,2008. — 358 с., 2008
  9. Ревматоидный артрит (вне фазы обострения)
  10. Противопоказания к занятиям спортом во время менструальной фазы
  11. Хронический геморрагический цистит (вне фазы обострения)
  12. Гены РАС, химазы, синтетазы альдостерона и эндотелиальной NO-синтетазы
  13. B01AD. Ферменти