Зміст

Вступ

1. Роль цитохромів Р450 в біотрансформації ліків

2. Генетичний поліморфізм цитохромів P450

3. Поняття лікарської взаємодії

4. Субстрати, інгібітори та індуктори окремих представників родини CYP450

5. Методи діагностики активності ферментів біотрансформації

6. Вплив полімормізму окремих ферментів родини CYP450 на медикаментозне лікування

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

У прегеномну еру існувала гіпотеза, що частота генетичної варіації - це надзвичайна річ, яка може вплинути на незначну кількість ліків. Про це свідчили окремі спостереження за незвичайними відповідями хворих на загальноприйняті дози препаратів. До них слід віднести наступні приклади: тривала нервово м'язова блокада, яка з'являється при застосуванні звичайних доз сукцинілхоліну, нейротоксичність при лікуванні ізоніфзидом. і methemoglobinemia при дефіциті дегідрогенази (G6PD) глюкози-6-фосфату. що були виявлені в першій половині 20-го сторіччя.

У 1970-х і 1980-х гідроксилювання дебрісоквінуі надмірний гіпотензивний ефекти від цього препарату були пов'язані з аутосимним дефіцитом цитохрому 2D6 (CYP2D6). Починаючи з пояснення молекулярної основи поліморфізму в CYP2D6. були виявлені молекулярні основи інших моногенних мутацій.

Далі було зрозуміло, що різні наслідки біотрансформації в значній мірі обумовлені саме відмінностями в активності генів, що кодують ферменти обміну ліків.

1. Роль цитохромів Р450 в біотрансформації ліків

На біотрансформацію припадає значний відсоток елімінації ліків:

· елімінація нирками у незміненому вигляді - 25%;

· метаболізм за допомогою CYP3A4 - 30%;

· CYP2D6 - 20%;

· CYP2C9/19 - 10%;

· глюкуронізація - 10%;

· інші варіанти - 5%.

Ферменті системи окислювального метаболізму наявні практично у всіх живих організмів, крім анаеробів. Суперродина CYP450 належить до гемвмісних білків-ферментів, які для функціонування потребують наявності молекулярного кисню та НАДФ:

Л3+ О₂ + НАДФ + Н⁺ = метаболіт + Н₂ О + НАДФ

Цитохроми експресуються у багатьох тканинах - переважно печінці, епітелії кишечника, нирках, легенях, мозку. Локалізуються внутрішньоклітинно у гладенькому ендоплазматичному ретикулумі, в його мікросомальній фракції, тому їх ще називають мікросомальними ферментами (мікросомальна окислювальна системи - МОС) або оксидазами змішаного типу. На сьогодні відомо будову понад 150 ферментів CYP 450, причому різні ізоферменти кодуються різними генами.

Швидкість біотрансформації препаратів системою оксидаз змішаного типу визначається:

· концентрацією цитохрому Р450;

· кількістю різних форм цитохрому та їх спорідненістю до субстрату;

· концентрацією С-редуктази;

· швидкістю відновлення комплексу «препарат-цитохром Р450»;

· конкурування екзогенних та ендогенних субстратів між собою.

Номенклатура: CYPЗА4 - СУ - цитохром (цитоплазма + світло), Р - пігмент, 450 - хвиля поглинання, 3 - родина. А - підродина, 4- конкретний ізофермент, який кодується окремим геном.

Система цитохрома Р-450 отримала таку назву, тому що при тривалому застосуванні фенобарбіта.іу у печінкових кчітинах синтезується велика кількість пігменту червоного кольору. Коли на ці клітини впливали окисом вуглецю, гем-вмісний пігмент поглинав світло довжиною 450 нм.

Вперше наявність індивідуальних генетичних особливостей метаболізму ліків було доведено на прикладі метаболізму дебрізохіну (гіпотензивний засіб), а потім спартеїну (антиаритмічний препарат) цитохромом Р 450. Виявилось, що у 10% осіб білої раси швидкість метаболізму дебрізохіну знижена. Це пов'язано з рецесивною мутацією CYP2Б6, яка призводить до зниження активності ферменту. Крім того, виявилось, що ряд ліків може вплинути на цей метаболізм, активуючи “індуктори” чи пригнічуючи “інгібітори” його.

CYP 450 ферментативна система, добре відома група ферментів людини, які метаболізують ксенобіотики, розподіляються на три сім'ї CYP 1, CYP 2 та CYP 3. Щоб розрізняти одну родину від іншої додають літери та номери, упускаючи нумерацію 450.

Кожний CYP має різну здатність до метаболізму ксенобіотиків та ліків. Наприклад, CYP ЗА4 є, певно, найважливішим ферментом метаболізму, оскільки метаболізує найбільшу кількість ліків. Хоча цей клас ферментів нараховує понад 50 ферментів, 6 із них (CYP 1А2, CYP 2С9, CYP 2С19, CYP 2Б6, CYP ЗА4, CYP ЗА5) метаболізує 90% препаратів, серед яких найбільш важливі CYP ЗА4 та CYP 206.

Генетичний поліморфізм цих ферментів може змінювати очікувану відповідь на призначені препарати, включаючи бета-адреноблокатори та антидепресанти. CYP 450 можуть інгібуватися та індукуватися ліками, що призводить до клінічно значимих варіантів взаємодії, в тому числі, несприятливої чи неефективної відповіді. Взаємодія з варфарином, антидепресантами, протиепілептичними препаратами, статинами часто торкається ферментів CYP 450. Знання найбільш важливих варіантів взаємодії (а саме найсильніших індукторів та інгібіторів CYP 450) допомагає мінімізувати побічні реакції.

Ферменти CYP 450, крім детоксикації ксенобіотиків та метаболізму ліків, також необхідні для продукції холестерину, стероїдів, простацикліну і тромбоксану А2. Експресія ферментів відбувається переважно в печінці, в меншій мірі у кишечнику (що може знижувати біодоступність ліків), легенях, плаценті, нирках.

Один з 15 представників білої чи негроїдної рас може мати надмірну відповідь на бета-адреноблокатори (наприклад, метопролол) чи немати аналгетичного ефекту при застосування трамадолу. Це пов'язано з генетичним поліморфізмом продукції ферментів. Певний ген кодує певний фермент CYP 450. Кожна людина успадковує по одному алелю від кожного з батьків. Алелі отримали назву "wild type"- дикі, які найчастіше зустрічаються у загальній популяції, та "variant"- мінливі.

2. Генетичний поліморфізм цитохромів P450

На рівні генотипу виділяють нормальну незмінений алель “wild type”, та змінений внаслідок мутації – “variant type”. На рівні цілісного організму генотип проявляється фенотипом, що визначаються як генотип + зовнішнє середовище = фенотип. Вплив зовнішніх факторів може сприяти деякому відхиленню від генетичної активності, що частіше не перевищує 20-26%.

За швидкістю активності генотипів визначають:

· люди-гомозиготи (носії WW) - називаються швидкими метаболізаторами (extencive metabolizer, EM),

· гомозиготи, носії мутантного алелю (VV) — повільними метаболізаторами (poor metabolizer, РМ),

· гетерозиготи (WV) - проміжними метаболізаторами (intermediate metabolizer, ІМ),

· носії двох і більше ідентичних генів (дуплікація, ампліфікація генів) - називаються ультрашвидкими метаболізаторами (ultrarapid metabolizer, UM).

При низькій швидкості метаболізму ліків основними ферментами може спостерігатись його альтернативна утилізація іншим ферментом. У деяких випадках це призводить до появи токсичних сполук.

Екстенсивні (нормальні) метаболізатори отримали у спадок дві копії "wild type" алелей. Поліморфізм відбувається, коли "variant" алелі змінюють один чи два "wild type" алелей. "Variant" алель зазвичай кодує фермент CYP 450 з дефектними властивостями - знижена або відсутня активність ферменту. Особи з двома копіями "variant" алелей є "poor" (повільними) метаболізаторами, з одним "wild type" та одним " variant" алелем мають уповільнення ферментативної активності. Крім того, особи з багатократними (мульти) копіями "wild type" алелей мають надлишкову ферментативну активність. Цей фенотип назвали "ultrarapid" метаболізатори.

Поліморфізм ферментів CYP 450 відповідальний за певні особливості при лікуванні пацієнтів різних етнічних груп. Наприклад, 7% осіб білої раси та 2-7% осіб негроїдної раси є повільними метаболізаторами препаратів, залежних від активності CYP 2D6. Один з 5 азіатів є повільним метаболізатором ліків, залежних від CYP 2С19 (метаболізує фенітоїн, фенобарбітал, омепразол та ін.). Різниця у відповіді на ліки серед етнічних груп також може залежати від інших ферментативних систем метаболізму, переносників та рецепторів.

3. Поняття лікарської взаємодії

Багато лікарських взаємодій є результатом зміни активності ферментів метаболізму CYP 450. Неседативні Н1-гістаміноблокатори (терфенадин, астемізол) та прокінетик цизаприд були заборонені для продажу на фармацевтичному ринку США, оскільки пригнічення метаболізму інших препаратів призводило до життєво небезпечних порушень серцевого ритму. Блокатор кальцієвих каналів мебефраділ був заборонений у 1998 році, оскільки виявився сильним інгібітором ферментів і призводив до зростання токсичності кардіологічних препаратів.

Препарати взаємодіють з ферментами CYP 450 кількома шляхами:

· можуть метаболізуватися лише одним ферментом з родини CYP 450 (наприклад, метопролол - CYP 2D6)

· кількома ферментами (наприклад, варфарин - CYP 1А2, CYP 2D6, CYP ЗА4).

Інгібітори блокують активність одного чи більше ферментів CYP 450. Ступінь впливу інгібітора залежить від дози та здатності останнього зв'язуватися з відповідним ферментом. Наприклад, сертралін є помірним інгібітором CYP 2D6 у дозі 50 мг, при збільшенні дози до 200 мг переходить до категорії сильних інгібіторів даного ферменту. Інгібіція зазвичай проявляється одразу. На додачу, препарат може метаболізуватися та одночасно пригнічувати активність одного і того ж ферменту (наприклад, еритроміцин - CYP ЗА4) чи навпаки - може метаболізуватися одним ферментом, а інгібувати інший (наприклад, тербінафін). Препарати можуть бути поєднаними в лікарській практиці, щоб скористатися ефектом інгібїції і, таким чином, підвищити активність лікування. Наприклад. Рітонавір (інгібітор протеаз та сильний інгібітор CYP ЗА4) поєднують з лопінавіром, щоб підвищити рівень у плазмі крові пацієнтів з ВІЛ.

ІндукториCYP 450 активують систему ферментів CYP 450 за рахунок збільшення синтезу ферментів. На відміну від інгібіції, зазвичай необхідний деякий час для зростання активності ферментів, що синтезуються в МОС, який залежить від Т1/2 препарату-індуктора. Зменшення концентрації препаратів, що метаболізуються CYP 2С9, може відбуватися протягом 24 год, наприклад, після ініціювання ріфампіцину, який є індуктором з коротким Т'Л, однак на тлі фенобарбіталу, що має довший Т1/2, індукція відбувається протягом тижня.

Аутоіндукція - препарат може метаболізуватися тим же ферментом CYP 450, який сам і стимулює. Карбамазепін - сильний індуктор, спочатку призначається у низькій дозі, а далі доза наростає, оскільки через певний час його Т½; знижується.

Інформація щодо впливу препаратів на метаболізм CYP 450 представлена в інструкції та на сайті контролюючих організацій (FDA), остання вимагає подібні дані від виробників ліків, починаючи з 1997 року.

Стандартні дози можуть викликати несприятливі реакції, пов'язані зі зростанням концентрації ліків у крові, якщо пацієнт повільний "poor" метаболізатор чи приймає інгібітор CYP 450 разом з основним лікування. Несприятливі ефекти більш вірогідні, якщо препарат має «вузьке терапевтичне вікно» і його метаболізм залежить лише від одного ферменту.

Так, піковий рівень у крові симвастанину (виключно метаболізується CYP ЗА4) зростає у кілька разів у повільних метаболізаторів чи при поєднанні з сильним інгібітором даного ферменту (наприклад, верапамілом; нафазодоном), що підвищує ризик розвитку його токсичності - появам міопатії та рабдоміолізу.

Деякі ліки (трамадол, лозартан) є проліками, які перетворюються в активну фармакологічну форму лише після метаболізму. При поєднанні їх з індукторами CYP 450 виникає надмірний терапевтичний ефект чи навіть токсичний. Навпаки, інгібітори CYP 450 в комбінації з проліками чи у повільний метаболізаторів спричинять утворення незначної кількості активної речовини. Така ж ситуація може утворюватися при захворюваннях печінки (гепатити, цирози), якщо загальна кількість цитохромів в гепатоцитах зменшується, тому призначати проліки у цих хворих може бути недоцільною.

Для більшості індукторів спільною характеристикою є здатність розчинятися в ліпідах при фізіологічних значеннях рН, крім того, чим більше період напіввиведення (Т½) субстрату, тим більше він діє як індуктор.

Процес індукції можна розглянути на прикладі фенобарбіталу - класичний індуктор цитохрому Р 450. На тлі його застосування збільшується кількість мембран в ендоплазматичному ретикулумі гепатоцитів та швидкість включення амінокислот у білки, останнє сприяє пришвидшенню метаболізму субстратів та ліків у МОС. Загальна кількість цитохрому Р 450 може зрости у 25-50 разів, причому реакція відбувається дуже швидко - через 16 (максимум 44-48) годин.

Ферменти цитохрому Р450 відносяться до однієї родини, якщо вони мають більше 40% подібності у послідовності амінокислот, до однієї підродини, - більше 55% подібності у послідовності амінокислот.

Чисельні ізоферменти СУР450 відрізняються _г Послідовністю амінокислот, специфічністю по відношенню до субстратів, чутливістю до індукторів та інгібіторів, наявністю генетичного поліморфізму.

З чим пов'язано таке різнобарв'я цитохромів Р450? Існує гіпотеза, що еволюційно ці гени виникли в процесі взаємодії тварин з рослинами. Для захисту від поїдання тваринами рослини почали виробляти стероїдні метаболіти - фітоалексини, які надали їм менш привабливого смаку та зробили їх важко засвоюваними. Тварини відповіли на це появою нових генів цитохромів Р450, які знешкоджували фітоалексини.

4. Субстрати, інгібітори та індуктори окремих представників родини CYP450

5. Методи діагностики активності ферментів біотрансформації

Порозуміння важливості генетичного поліморфізму для забезпечення адекватної фармакотерапії вимагає організаційних засобів, які віддзеркалюють прогрес науки в цьому напрямки. Тому генотипові тестування запропоновано для клінічного випробування препаратів. Нещодавно FDA затвердило тест систему для визначення метаболізму ліків ферментами CYP 450. Amplichip CYP 450 тест є варіантами ДНК, що можуть виявити 29 різновидів поліморфізму CYP 2D6 і 2 варіанти поліморфізму CYP 2С19, при використанні зразків крові людини. Дослідження „Roche Diagnostic" коштує 500 $ та не покривається страховими компаніями, тому на сьогодні досі обговорюється доцільність їх використання.

Для визначення генотипу застосовують полімеразну ланцюгову реакцію та визначення Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs).

В різних тканинах вивчають експресію різних генів, що кодують відповідні ізоферменти. Для визначення фенотипу застосовують маркерні ліки (зонди) - типові субстрати, метаболіти яких можна визначити в біологічних рідинах (плазмі крові, сечі, слині), наприклад, біохімічними методами, високоефективним рідинним хроматографом. Далі аналізується співвідношення лікарський засіб/метаболіт - (metabolic ratio). В групі обстежених визначається поширеність метаболічного співвідношення та будується крива розподілу. За наявності генетичного поліморфізму розподіл буде полімодальним.

Для аналізу активності ферментів родини цитохрому Р450 запропоновано генетичне тестування. Так, в січні 2005 p. FDA видало рішення на засто-сування першого фармакогенетичного тесту AmpliChip CYP450 (ДНК-мікрочіп) для генотипування двох генів ферментної системи цитохрому Р450 CYP2D6 та CYP2C19, активних учасників метаболізму як мінімум кожного четвертого препарату рецептурного відпуску. До речі, завдяки ДНК-мікрочіпу, експертам вдалось довести, що причиною смерті 9-річного хлопчика стало не передозування Прозака (антидепресивний засіб), а дефект гену СУР206.

Отже, врахування ролі цитохрому Р 450 у метаболізмі ліків, допомагає передбачити наслідки взаємодії препаратів у. кожній конкретній ситуації та пояснити відповідь пацієнта на обраний дозовий режим терапії. Звичайно, поки що діагностика ізоформ ферментів ще не доступна широкому колу лікарів, але в недалекому майбутньому таке дослідження стане нормою, що допоможе ідентифікувати осіб за можливим ризиком несприятливих подій.

6. Вплив полімормізму окремих ферментів родини CYP450 на медикаментозне лікування

CYP1A1 є найбільш важливим у продукції потенційно канцерогенних різновидів від PAHS. Присутність високих рівнів таких ізоформ часто зустрічається в тканинах уражених пухлинами, як наприклад, рак легень чи молочних залоз. Фермент еволюціонував як захист проти молекул подібних РАН, активізуючи їх в епоксидах або інших реактивних різновидах, які потім кон'югуються у II фазі до неактивних форм, що елімінуються.

Описано кілька варіантів мутації цього CYP1A1. з якого CYP1 А1*2 і CYP1A1*3 є найбільш вивченими. Вони відрізняються тільки на одну амінокислоту від інших форм і це робить їх сприйнятливими до індукції та формування більш реактивних форм, що у свою чергу, збільшує ризик раку. Це важко довести експериментально і потрібно провести ще певні дослідження.

CYP2A6 Цей CYP відіграє токсикологічну та ендогенну ролі в кліренсі ряду субстратів, як наприклад, нікотин. Є поліморфізмів з утворенням кількох ізоформ, з яких чотири мутанти функціонально не активні. Деякі не функціональні мутанти існують в невеликий кількості (<3%) серед європейців, хоча одна специфічна мутація знайдена майже у 20% в китайській популяції та у 5% - в японській. Клінічно значимий поліморфізм спостерігається, якщо PAF (фактор формування) антагоніст SM-12502 стане широко використовуватися, оскільки цей агент виключно 2А6.

CYP2D6 Його ген знаходиться на 22 хромосомі, і здається, що цей CYP не має життєвої ендогенної функції. Він не non-inducible, але було відмічено в 1970-х, що детоксикація деяких (зараз застарілі) препаратів (sparteine і debrisoquine), буде дуже уповільненою у малого відсотку європейців. Фермент досі ще іноді називають дебрізохінгідроксилаза або спартеїн/дебрізохін гідроксилаза. Подальше дослідження показало, що 2D6 підлягає різноманітним дефектам, які включають делецію одного нуклеотиду, як в SNPs або двох делецію двох нуклеотидів, чи навіть повну відсутність гену, коли фермент 2D6 не синтезується взагалі. Якщо пацієнт гомозиготний для будь-якої з цих мутацій, то він повільний метаболізатор ферменту CYP2D6. Частота гомозигот або повільний метаболізаторів варіює залежно від раси - близько 3-10% європейців, 4% Afro-Caribbeans і менш 1% азіатів. Потенційно, в Європі, могло бути більш ніж 30 мільйонів повільних метаболізаторів і можливо 10-15 мільйонів в США. Нормальні, або “wild type” індивідууми для цього гена є екстенсивними метаболізаторами. Відомо, що у гетерозиготи спостерігається деяке зменшення активності ферменту. Описано багаторазові копії 2D6 гена, що може приводити аж до 13 копій ферменту замість одного. Ці індивідууми відомі як над швидкі метаболізатори і вимагають застосування надвисоких доз препаратів, ніж особи з нормальним “wild type” і, можливо, у 20 разів більші, ніж у повільних метаболізаторів. Ці ultrarapid метаболізатори виявляють в Арабській популяції та у в північно-східній Африці. Можливо, це є природною відповіддю на особливості дієти, з наявністю продуктів з певними токсинами, що зустрічаються у цій зоні. Зрозуміло, що у повільних метаболізаторів можна очікувати масу побічних реакцій при


8-09-2015, 22:59