Цитохром р450 (CYP 450) – так називається велика родинауніверсальних ферментів організму людини, які відповідають за метаболізм більшості ліків та інших чужорідних органічних сполук(ксенобіотиків).

Метаболізм багатьох класів лікарських засобів(Антигістамінних препаратів, інгібіторів ретровірусної протеази, бензодіазепінів, блокаторів кальцієвих каналів та ін) відбувається за участю цитохромів.

Крім цього, цитохроми забезпечують різні фізіологічні процеси, включаючи біосинтез стероїдів та холестерину, метаболізм жирних кислот та забезпечення кальцієвого обміну (гідроксилювання вітаміну D3, що становить перший етап у освіті кальцитріолу).

Історія цитохрому р450

Цитохром Р450 було відкрито наприкінці 50-х років ХХ століття М. Клінгенбергом та Д. Гарфінкелем. Термін «цитохром» (cito -клітина; з hromos -колір) з'явився в 1962 як тимчасова назва для виявленої в клітинах забарвленої субстанції.

Як виявилося, різні види цитохрому Р450 широко поширені в клітинах мікроорганізмів, рослин та ссавців. Ці ферменти відсутні тільки у анаеробних бактерій.

Вчені припускають, що всі гени, що кодують різні види CYР450, походять від одного гена-попередника, який існував ще два мільярди років тому. Функція цього «оригінального» гена полягала у утилізації енергії. На даний момент у природі виявлено понад 1000 різних видівЦитохром CYP 450.

Різноманітність цитохромів

На сьогоднішній день у ссавців виявлено близько 55 різних видів цитохромів, у рослин – понад 100.

Завдяки успіхам генної інженерії, вдалося встановити, що ферменти сімейства цитохромів виконують різні функції, що і зумовлює їх розподіл на три основні класи:

• що беруть участь у метаболізмі лікарських препаратівта ксенобіотиків;
• які беруть участь у синтезі стероїдів;
• що беруть участь в інших важливих ендогенних процесах, що протікають в організмі.

Класифікація цитохромів

Усі цитохроми і гени, що кодують їх синтез, називають відповідно до наступними рекомендаціями:

• у назві цитохрому обов'язково вказується корінь CYP;
• у назві гена, що кодує синтез відповідного цитохрому, також присутній CYP , але прописаний похилим шрифтом;
• цитохроми розділені на сімейства (позначаються цифрами), підродини (позначаються літерами) та ізоформи (позначаються цифрами, що відображають номер кодуючого гена).

Наприклад, CYP 2 D 6 відноситься до 2-го сімейства, підродини D , кодується геном 6. Назва ж самого гена виглядає як CYP 2 D 6.

Основні цитохроми

Незважаючи на різноманітність цитохромів в організмі людини, метаболізм лікарських засобіввідбувається за участю переважно обмеженої кількості CYP 450. Найбільш поширеними представниками цієї групи є CYP 1А2, CYP 2С9, CYP 2С19, CYP 2 D 6, CYP 2E1, CYP 3A4.

Ці ферменти каталізують широкий спектр метаболічних реакцій:

• один цитохром може метаболізувати кілька лікарських препаратів, що мають різну хімічну структуру;
• один і той же лікарський препарат може піддаватися впливу різних CYP 450 у різних органах та системах людського організму.

Подвійність природи цитохромів P450

У більшості випадків жиророзчинні лікарські засоби та інші хімічні субстанції трансформуються у водорозчинні метаболіти, які легше виводяться з організму. Введення гідроксильних груп (завдяки цитохрому Р450) збільшує полярність молекул та їх розчинність, що також сприяє їх виведенню з організму. Майже всі ксенобіотики, що потрапляють у печінку, окислюються будь-якою ізоформою цитохрому р450.

Однак ті ж ферменти, що каталізують процеси «очищення», можуть активувати інертні хімічні молекули до реактивного стану. Такі молекули-посередники можуть взаємодіяти з білками та ДНК.

Таким чином, вплив цитохромів р450 може статися одним з двох конкурентних шляхів: метаболічної детоксикації або активації.

Варіабельність дії цитохромів

Для кожної людини характерний свій метаболізм лікарських речовин, відрізняється від інших людей. Індивідуальні особливості залежать від генетичних факторів, віку пацієнта, його статі, стану здоров'я, характеру харчування, супутньої фармакотерапії і т.д.

Генетична варіабельність лікарського метаболізму була встановлена ​​випадково: стандартні дози ліків несподівано викликали нестандартні реакції у різних індивідуумів.

Активність ферментів буває двох (іноді трьох) основних видів: інтенсивна та слабка (середня), відповідно метаболізм лікарських речовин може відбуватися швидко та повільно.

Цитохроми та метаболізм лікарських засобів

Цитохром CYP 1А2 бере участь у метаболізмі багатьох ліків, включаючи еуфілін та кофеїн. Активність цього ферменту підвищується під впливом хімічних речовин, які потрапляють в організм людини під час куріння.

Цитохром CYP 2А6 відіграє важливу роль у метаболізмі кумарину (непрямий антикоагулянт) та нікотину.

Цитохром CYP 2С9 залучений до метаболізму фенітоїну, толбутаміду, варфарину. Якщо у структурі гена, що кодує синтез даного цитохрому, змінюється хоча б одна амінокислота, то порушується його ферментативна активність. Ферментна недостатність цього цитохрому обумовлює вроджену схильність до інтоксикації фенітоїном та до ускладнень внаслідок терапії варфарином.

Цитохром CYP 2С19 бере участь у метаболізмі омепразолу, діазепаму, іміпраміну. Проте клінічне значення поліморфізму цього ферменту залишається спірним. Ефективні дози багатьох препаратів, які метаболізуються CYP 2С9, настільки далекі від токсичних, що потенційні відхилення в активності цитохрому CYP 2С9 не відіграють значної ролі.

Цитохром CYP 2 D 6 є прикладом генотипних відмінностей серед різних етнічних груп. У 70-х роках минулого століття вивчали фармакокінетику антигіпертензивного препарату дебрізохіна та антиаритміка спартеїну. Отримано такі результати: при загальній тенденції до надшвидкого метаболізму дебрізохіна, серед осіб європеоїдної раси повільний метаболізм спостерігався у 5–10% випадків, серед японців цей показник становив менше 1%.

Препарати, що метаболізуються CYP2D6 (b-блокатори, антиаритміки, психоаналептики, антидепресанти та наркотичні анальгетики), мають вузький терапевтичний індекс, тобто. між дозою, необхідною для досягнення лікувального ефекту, та токсичною дозою існує невелика різниця. У такій ситуації індивідуальні відхилення у метаболізмі ліків можуть відігравати драматичну роль: підвищення концентрації останнього до токсичного рівня або зниження до втрати ефективності.

Історія застосування пергексиліну (Австралія) яскраво продемонструвала величезне значення поліморфізму CYP2D6. Після першого досвіду призначень препарат було вилучено з арсеналу засобів для лікування стенокардії внаслідок високої гепато- та нефротоксичності. Але зараз пергексилін знову застосовується і визнаний високоефективним засобом, оскільки є токсичним тільки для пацієнтів зі слабким метаболізмом CYP2D6. Безпека призначення пергексиліну забезпечується попереднім визначенням індивідуального рівня цього цитохрому.

Цитохром CYP 3А4 імовірно, метаболізує близько 60% усіх лікарських речовин. Це основний цитохром печінки та кишечника (від загальної кількостіцитохромів він становить 60%). Активність його може підвищуватися під впливом рифампіцину, фенобарбіталу, макролідів та стероїдів.

Інгібування метаболізму лікарських засобів

Інгібування метаболізму лікарських засобів є найбільш частою причиноюклінічно значущої медикаментозної взаємодії, що призводить до небажаного підвищення концентрації препарату у крові. Найчастіше це відбувається, коли два різні ліки конкурують між собою за можливість бути пов'язаними з одним ферментом. Ліки, що «програли» в цій конкурентній «боротьбі», втрачають можливість адекватно метаболізуватися і надмірно накопичуються в організмі. Втішно, що існує не так багато препаратів, що мають характеристики вираженого інгібітора. Характерними інгібіторами є циметидин, еритроміцин, кетоконазол та хінідин. Серед нових препаратів потенційними інгібіторними властивостями мають селективні інгібітори зворотного захоплення серотоніну та інгібітори протеаз.

Швидкість інгібування залежить від фармакокінетичних властивостей препаратів, що «конфліктують». Якщо й інгібітор, і ліки-субстрат мають короткий періоднапіврозпаду (наприклад, циметидин та інгібітор його метаболізму – теофілін), взаємодія виявиться максимальною на 2–4-й день. Стільки часу потрібно для припинення ефекту взаємодії.

У разі одночасного застосування варфарину та аміодарону для припинення інгібіторного ефекту потрібно 1 міс та більше, що пов'язано з тривалим періодом напіврозпаду останнього.

Незважаючи на те, що інгібування цитохромопосредованного метаболізму є великою проблемою, у клінічній практиці іноді створюються умови, що дозволяють цілеспрямовано використовувати цей феномен. Антивірусний препарат саквінавір має дуже низьку біодоступність, що пов'язано з його інтенсивним метаболізмом цитохромом CYP 3A4. Біодоступність ліків при вживанні становить лише 4%. Одночасне введення спорідненого препарату ритинавіру, що пригнічує активність цитохрому, призводить до 50-кратного підвищення плазмової концентрації саквінавіру, що дозволяє досягти терапевтичного ефекту.

Індукція метаболізму лікарських засобів

Індукція метаболізму виникає, коли будь-який препарат стимулює синтез ферментів, залучених до метаболізму інших ліків (або зменшує природне руйнування цих ферментів).

Найбільш добре відомим ідуктором цитохрому є рифампіцин, який підвищує рівні CYP 3A4 та CYP 2С у печінці, внаслідок чого інтенсифікується метаболізм цілого ряду лікарських препаратів (таблиця).

Цілком обґрунтованим є припущення, що індуктори цитохромів зменшують ефективність ліків-субстратів. Проте є й інший бік цього явища. Раптове скасування ліків-індуктора (або припинення впливу індуктора з довкілля) може несподівано призвести до сильного підвищення плазмової концентрації препарату, який раніше інтенсивно метаболізувався. Прикладом може бути ситуація, коли курці, які звикли до постійного вживання кави, вирішують раптово кинути курити, у результаті знижується активність CYP 1А2, а плазмі крові підвищується концентрація кофеїну. Це може посилювати вираженість синдрому відміни: головний більта збудження.

Взаємодія цитохромів із їжею

В результаті дослідження, проведеного в 1991 р., було встановлено, що одна склянка соку грейпфрутового викликає триратне підвищення плазмового рівня фелодипіну. При цьому інші соки не викликали такого ефекту. Передбачається, що компоненти грейпфрута – флавоніди або фуранокоумарин – пригнічують метаболізм фелодепіну в кишечнику, який опосередкований цитохромом CYP 3А4.

Фармакогеноміка та її перспективні напрямки

Науку, що вивчає генетично певну реакцію організму на лікарські препарати, знедавна почали називати фармакогеномікою. Розвиток цієї науки дозволить точно передбачати індивідуальну відповідь організму на певне лікування, а також виявляти пацієнтів із високим ризиком розвитку токсичних реакцій.

Таблиця. Основні види цитохромів р450 у людини

Цитохром	Субстрати, куди здійснюється вплив	Інгібітор	Індуктор
	Амітриптилін, кофеїн, кломіпрамін, іміпрамін, клозапін, мексилетин, естрадіол, парацетамол, пропранолол, такрин, теофілін, R-варфарин	Циметидин, флувоксамін, фторхінолонові антибіотики (ципрофлоксацин, норфлоксацин), грейпфрутовий сік	Омепразол, фенобарбітал, фенітоїн, поліциклічні ароматичні гідрокарбонати (наприклад шашлик), куріння цигарок
	Диклофенак, індометацин, лосартан, напроксен, фенітоїн, піроксикам, толбутамід, S-варфарин	Аміодарон, хлорамфенікол, циметидин, флуконазол, флуоксетин, ізоніазид, омепразол, сертралін, сульфінпіразон	Рифампіцин
	Кломіпрамін, клозапін, діазепам, іміпрамін, лансопразол, омепразол, фенітоїн, пропранолол	Флуоксетин, флувоксамін, ізоніазид, омепразол, сертралін	Рифампіцин
	Амітриптилін, хлорпромазин, кломіпрамін, клозапін, кодеїн, дезіпрамін, декстрометорфан, доксепін, флуоксетин, галоперидол, іміпрамін, лабеталол, метадон, метопролол, прокаїнамід, прометазин, пропафенон, пропранолол,	Аміодарон, циметидин, галоперидол, мібефрадил, хінідин, пропафенон, усі інгібітори зворотного захоплення серотоніну
	Кофеїн, етанол, парацетамол, теофілін	Циметидин, дисульфірам	Етанол, ізоніазид
	Аміодарон, амітриптилін, аторвастатин, бупренорфін, карбамазепін, кларитроміцин, кломіпрамін, клоназепам, кокаїн, кортизол, циклофосфамід, циклоспорин, дексаметазон, дигітоксин, дилтіазем, діазепам, доксорубі, кетоконазол, лоратадин, міконазол, мідазолам, ніфедипін, естрадіол, омепразол, пропафенон, хінідин, симвастатин, теофілін, верапаміл, вінкрістин, варфарин	Аміодарон, канабіноїди, циметидин, кларитроміцин, клотримазол, дилтіазем, еритроміцин, грейпфрутовий сік, кетоконазол, метронідазол, міконазол	Карбамазепін, глюкокортикоїди, фенітоїн, рифампіцин, сульфадимидин

Цитохром Р450(CYP450) - велика групаферментів, що відповідає за метаболізм чужорідних органічних сполук та лікарських препаратів. Ферменти сімейства цитохрому Р450 здійснюють окислювальну біотрансформацію лікарських препаратів та інших ендогенних біоорганічних речовин і, таким чином, виконують дезінтоксикаційну функцію. За участю цитохромів відбувається метаболізм багатьох класів лікарських засобів, таких як інгібітори протонної помпи. антигістамінні препарати, інгібітори ретровірусної протеази, бензодіазепіни, блокатори кальцієвих каналів та інші.

Цитохром Р450 є комплексом білка з ковалентно зв'язаним гемом (металопротеїном), що забезпечує приєднання кисню. Гем, у свою чергу, є комплексом протопорфірину IX та двовалентного атома заліза. Число 450 означає, що відновлений гем, пов'язаний з СО, відрізняється максимумом поглинання світла при довжині хвилі 450 нм.

Цитохроми Р-450 беруть участь у метаболізмі ліків, а й у перетворенні гемоглобіну на білірубін, синтезі стероїдів та інших. Всі ізоформи цитохрому Р-450 об'єднані сімейства CYP1, CYP2, CYP3. Усередині сімейств виділено підродини A, B, C, D, E. У межах підродин ізоформи позначені порядковим номером. Наприклад, CYP2C19 - найменування 19-го по порядку цитохрому підродини «С», сімейства «2». Усього існує близько 250 різних видів цитохрому Р-450, з них приблизно 50 – в організмі людини і лише шість з них (CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4) мають відношення до метаболізму ліків.

На активність цитохромів Р-450 впливає багато факторів - куріння, алкоголь, вік, генетика, харчування, хвороби. Ці фактори відповідають за формування індивідуальних особливостей роботи ферментів Р-450 та визначають ефекти лікарської взаємодіїу конкретного пацієнта.

Важливість цитохромів Р450 для гастроентерології

Значно зріс у Останнім часомінтерес гастроентерологів до ізоформ цитохрому Р450 CYP2C19 і CYP3A4 обумовлений в їх роллю в метаболізмі похідних бензімідазолу, до яких відносяться всі лікарські препарати з групи по АТХ A02BC «Інгібітори протонового насоса» (омепразол , прапразол , пантора Клінічно суттєво, що ген CYP2C19 відрізняється поліморфністю і від цього гена у пацієнта значною мірою залежить величина терапевтичного ефекту різних ІПП.

Серед ІПП найбільшу інгібуючу дію щодо CYP2C19 виявляє лансопразол, меншою мірою омепразол та езомепразол. Ще нижче ефект рабепразолу, проте значне інгібуюча дія на активність CYP2C19 надає його тіоефір, що утворюється в ході неферментного метаболізму. Найменший вплив на CYP2C19 має пантопразол. Найбільше інгібуюча дія на CYP3A4 in vitro у пантопразолу, далі (у міру зменшення ефекту) омепразол, езомепразол та рабепразол та лансопразол. Для пацієнтів, які одержують кілька лікарських препаратів, з ІПП краще пантопразол (Бордін Д.С.).

Метаболізм п'яти інгібіторів протонного насосу.
Більш чорні стрілки позначають найбільш значні шляхи метаболізму.
Малюнок взятий із статті Marelli S., Pace F.

При активну участь CYP3A4 відбувається метаболізм домперидону, цизаприду та великої кількостіінших ліків.

Цілий ряд гастроентерологічних препаратів інгібують цитохром CYP3A4, тим самим впливаючи на фармакокінетику ліків, що приймаються спільно.

Проблема взаємодії ліків

У сучасній клінічній практиці поширене комбіноване застосування ліків, що пов'язані з наявністю в пацієнта кількох захворювань чи недостатньою ефективністю монотерапії. При комбінованій терапії можлива взаємодія ліків. Більше одного ліки приймає приблизно 56% пацієнтів віком до 65 років та 73% пацієнтів віком від 65 років. Прийом двох ліків призводить до їхньої взаємодії у 6% пацієнтів. Призначення 5 (або 10) ліків підвищує частоту взаємодій до 50 (100) %.

Потенційно небезпечні комбінації ліків є серйозною клінічною проблемою. Є дані, що з 17 до 23 % призначуваних лікарями комбінацій ліків є потенційно небезпечними. Тільки в США через непередбачену взаємодію ліків помирає 48 тисяч хворих на рік. FDA зняло з реєстрації кілька ліків (у тому числі прокінетик цизаприд) через їх потенційно небезпечні взаємодії з іншими ліками, що призводили, зокрема, і до летальних наслідків.

Основні механізми взаємодій ліків пов'язані зі зміною їхньої фармакокінетики або фармакодинаміки. Найбільш суттєвими, згідно сучасним уявленням, є зміни фармакокінетики при метаболізмі ліків за участю цитохромів Р-450

Прикладом небезпечної взаємодії є нещодавно виявлена ​​взаємодія ІПП та клопідогрелу, що широко застосовується при лікуванні хворих. ішемічну хворобусерця. Для зменшення ризику гастроінтестинальних ускладнень хворим, які отримують ацетилсаліцилову кислоту в комбінації з клопідогрелом, призначають ІПП. Оскільки біоактивація клопідогрелу відбувається за участю CYP2C19, прийом ІПП, що метаболізуються цим цитохромом, може знизити активацію та антиагрегантний ефект клопідогрелу. У травні 2009 року на конференції Товариства серцево-судинної ангіографії та втручань (SCAI) були представлені дані, що свідчать, що одночасне використання клопідогрелу та ІПП значно підвищує ризик виникнення інфаркту міокарда, інсульту, нестабільної стенокардії, необхідності повторних коронарних втручань .С.).

Цитохром CYP2C19

Ізоформа цитохрому Р450 CYP2C19 (S-мефенітоїн гідроксилаза) каталізує реакції 5-гідроксилювання піридинового кільця і ​​5"-деметилювання в бензимидазольному кільці. людському організмі CYP2C19 знаходиться в гепатоцитах.

Всі типи мутацій гена CYP2C19 можуть бути поділені на три групи:

1. Без мутацій (гомозиготи) вони ж швидкі метаболайзери ІПП.
2. Ті, що мають мутацію в одній алелі (гетерозиготи), проміжний тип метаболізму.
3. Мають мутації в обох алелях, вони повільні метаболайзери ІПП.

Поширеність генотипів CYP2C19, тип метаболізму та ефект ІПП при лікуванні кислотозалежних захворювань дано в таблиці:

Генотип CYP2C19	Поширеність (Ткач С. М. та ін., 2006)			Тип метаболізму	Період напіввиведення ІПП, T½, година (Лапіна Т.Л.)	Кислото-інгібуючий ефект ІПП
		європеоїдна раса	монголоїдна раса
Без мутацій (гомозиготи)	90% європеоїдної популяції	50,6 %	34,0 %	Швидкий	1	Низький
Мутація в 1-й алеї (гетерозиготи)	10% європеоїдної популяції	40,5 %	47,6 %	Проміжний	-	Середній
Мутація в обох алеях	20-30% азіатської популяції	3,3 %	18,4 %	Повільний	2–10	Високий

Повільні метаболізатори від швидких та проміжних відрізняються двократно вищими концентрацією ІПП у плазмі крові та періодом напіввиведення. Поліморфізм гена, що кодує ізоформу 2С19, визначає різну швидкість метаболізму ІПП у пацієнтів. У зв'язку з вищесказаним підбір ІПП рекомендується проводити під контролем добової рН-метрії(Хавкін А.І., Жіхарева Н.С., Дроздовська Н.В.).

• CYP2C19 активно метаболізує наступні ліки: трициклічні антидепресанти (амітриптилін, кломіпрамін, іміпрамін), антидепресант - селективний інгібітор зворотного захоплення серотоніну циталопрам, антидепресант - інгібітор МАО моклобедіно, антиконвульсійні барбітал, нордазепам), інгібітори протонної помпи (омепразол, панторазол, лансопразол, рабепразол та езомепразол), протималярійний засіб прогуаніл, НПЗП диклофенак та індометацин, а також: варфарин, гліклазид, клопідогрел, пропранолол, циклофосфамід, неканфінав, вориконазол та інші
• сильні інгібітори CYP2C19: моклобемід, флувоксамін, хлорамфенікол (левоміцетин)
• неспецифічні інгібітори CYP2C19: ІПП омепразол і лансопразол, Н2-блокатор циметидин, НПЗП індометацин, а також флуоксетин, фелбамат, кетоконазол, модафініл, окскарбазепін, пробенецид, тіклопідін,
• індуктори CYP2C19: рифампіцин, артемізінін, карбамазепін, норетистерон, преднізон, звіробій.

Вплив різних генотипів CYP2C19 на ефективність ерадикації Helicobacter pylori

У пацієнтів з генотипом «швидких» метаболізаторів відзначається швидкий метаболізм інгібіторів протонної помпи, отже, антисекреторний ефект від прийому останніх має меншу вираженість, ніж в осіб з фенотипами «проміжних» і «повільних» метаболізаторів. Різниця в антисекреторному ефекті може визначити нижчий рівень ерадикації Helicobacter pyloriу "швидких" метаболізаторів. Таким чином, має місце більше висока ефективністьерадикаційної терапії у пацієнтів з генотипами «повільних» (88,9%) та «проміжних» (82,7%) метаболізаторів вище порівняно з «швидкими» (див. рисунок).

Вплив різних генотипів CYP2C19 на ефективність ерадикації Helicobacter pylori.
БМ – «швидкі» метаболізатори, ПМ – «проміжні» метаболізатори, ММ – «повільні» метаболізатори (Маєв І.В. та ін.)

В силу того, що молекулярно-генетичні дослідження малодоступні практикуючому лікарю, запідозрити «швидких» метаболізаторів можна орієнтуючись на збереження больового абдомінального синдрому на 3–4 добу від початку прийому ІПП, а також беручи до уваги повільну ендоскопічну динаміку при епітелізації ерозій виразкових дефектів у пацієнта. У свою чергу, недостатність антисекреторного ефекту від терапії із застосуванням ІПП можна верифікувати методом добової внутрішньошлункової рН-метрії (Маєв І.В. та ін.).

Цитохром CYP3A4

Фермент CYP3A4 каталізує реакцію сульфоксидування, що веде до утворення сульфогрупи. CYP3A4 є одним з найважливіших для фармацевтики цитохромів, так як їм біотрансформується, Крайній мірі, частково, близько 60% препаратів, що окислюються. Хоча активність CYP3А4 широко варіює, він не схильний до генетичного поліморфізму. Розташування CYP3А4 на апікальних мембранах ентероцитів тонкої кишки та гепатоцитах полегшує виконання ним метаболізм ліків, що передує потраплянню речовини в системний кровотік, що відомо як «ефект першого проходження».

Генетичний дефект CYP3A4 може бути причиною розвитку вторинного синдромуподовженого інтервалу Q-Tпри прийомі цизаприду та, як наслідок, розвитку серцевої артимії (Хавкін А.І. та ін.).

• CYP3A4 є основним ферментом при метаболізмі наступних ліків: імунодепресанти (циклоспорин, сиролімус, такролімус), засоби, що застосовуються при хіміотерапії (анастрозол, циклофосфамід, доцетаксел, ерлотиніб, тирфостин, етопозид, іфосфамід, паклітак б) , протигрибкові засоби (клотримазол, кетоконазол, ітраконазол),

Цитохром Р450

Суперсімейство цитохромів Р-450 (CYP-450) відповідає за мікросомальне окислення і є групою ферментів, що мають безліч ізоформ (більше 1000), які не тільки здійснюють метаболізм ліків, але й беруть участь у синтезі стероїдних гормонів, холестерину та інших речовин.

Найбільша кількість цитохромів виявлена ​​в гепатоцитах, а також у таких органах, як кишечник, нирки, легені, головний мозок, серце. Ізоферменти цитохромів на підставі гомології нуклеотидної та амінокислотної послідовностей поділяють на сімейства, які, у свою чергу, поділяють на підродини. Представники різних сімейств відрізняються субстратною специфічністю та регуляторами активності (індуктори та інгібітори). Хоча окремі члени сімейств можуть мати «перехресну» специфічність та «перехресні» індуктори та інгібітори. Так, показано, що противірусний препарат ритонавір метаболізується сімома ферментами (CYP1A1, CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4), а циметидин інгібує чотири ферменти (CYP1A2, CY Найбільш важливими для біотрансформації ліків є цитохроми CYP1A1, CYP2A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4, CYP3A5. Відносний внесок різних цитохромів та інших ферментів І фази детоксикації у метаболізмі ліків представлений малюнку 7.2.2.

Кожен ізофермент цитохрому Р-450 кодується своїм геном, який локалізується на різних хромосомах. Частина таких генів має близько розташовані до них псевдогени (копії, що не експресуються), які істотно ускладнюють проведення генетичного тестування.

Внаслідок поліморфізму генів метаболізму активність відповідних ферментів у різних осіб може суттєво варіювати. Залежно від цих міжіндивідуальних особливостей виділяють три групи осіб, які різняться за активністю того чи іншого ферменту метаболізму. Це так звані «екстенсивні» метаболізатори - особи з нормальною швидкістюметаболізму ліків (основна частина популяції), «повільні» метаболізатори (особи зі зниженою швидкістю метаболізму певних ліків) та «швидкі» («надактивні») метаболізатори - індивіди з підвищеною швидкістюбіотрансформація деяких ліків. Частка «повільних» і «швидких» метаболізаторів щодо окремих ферментів метаболізму виявляє суттєві міжпопуляційні відмінності. Водночас далеко не завжди відзначається повна кореляція генотипу та фенотипу у швидкості метаболізму ліків, що свідчить про необхідність використання біохімічного контролю при генотипуванні ферментів метаболізму.

Розглянемо функціональні особливостіполіморфізму основних генів суперродин цитохромів CYP-450, що беруть участь у метаболізмі ліків. Детальну інформацію про властивості ферментів метаболізму, їх субстратні характеристики та генетичний поліморфізм можна знайти в серії вітчизняних монографій та підручників з клінічної фармакогенетики.

Сімейство Р-450 CYP1 метаболізує порівняно невелику частину ксенобіотиків, найважливіші з яких є поліциклічними ароматичними вуглеводнями (ПАУ) - основними компонентами тютюнового диму.

Особливо важлива роль цьому належить генам CYP1A1 і CYP1A2, локалізованим на хромосомі 15. Експресію обох генів регулює комплекс, утворений Ah-рецептором з індукуючої молекулою ПАУ, який проникає в ядро ​​і специфічно стимулює експресію цих генів.

CYP1A1 кодує білок з арилгідрокарбонат-гідроксилазною активністю, що контролює початковий метаболізм ПАУ, що призводить до утворення канцерогенів (наприклад, бензопірену, що утворюється при тютюнокурінні). Генний поліморфізм CYP1A1 обумовлений трьома точковими мутаціями: С4887А та A4889G в екзоні 7 та T6235C у 3'-фланкуючій ділянці. Заміна G4889 (Val) + C6235 характеризується появою "швидкого" алелю * 2B. Він має в 3 рази більш високу активність порівняно з алелем дикого типу. *2B зустрічається майже у 7% представників європеоїдної раси і розглядається як фактор ризику раку легень. Показано, що за наявності *2B-алелю у курців ризик розвитку раку легені порівняно з некурцями зростає більш ніж у сім разів. Ризик стає ще більшим, якщо, крім алелю *2B гена CYP1A1, індивід, що палить, має також «неповноцінний» алель гена GSTM1. Алелі *2A (C6235) і *4 (A4887(Asp) зустрічаються в популяції з частотою всього 1-3%. При цьому *2A-аллель асоційований зі спадковою схильністю до лейкозу та резистентністю до лікарської терапії цього захворювання.

Продукт гена CYP1A2 метаболізує на тільки ПАУ, але й такі сполуки, як кофеїн, теофілін та ін.

Сімейство Р-450 CYP2 - представлено групою функціонально найбільш значущих ферментів, що метаболізують величезну кількість різних препаратів. Їхня активність виявляє виражену залежність від генетичного поліморфізму.

Підродина CYP2A є найважливішим ізоферментом цієї підродини. Він бере участь у перетворенні нікотину на котинін, у гідроксилюванні кумарину та циклофосаміду, робить внесок у метаболізм ритонавіру, парацетамолу та вальпроєвої кислоти. CYP2A6 бере участь у біоактивації компонентів тютюнового диму - нітрозамінів, що викликають рак легень. Ген CYP1A6 локалізовано на 19 хромосомі в локусі 19q13.2. В основному ген експресується у печінці. Показано, що алель *4 гена CYP1A6 є протективним, тобто асоціюється з меншим ризиком виникнення раку легені. Наявність алелів *2 і *3 асоційовано зі зниженим метаболізмом кумарину, що має значення при дозуванні цього препарату через можливу гепатотоксичну дію.

Підродина CYP2B. Усі ферменти цієї підродини індукуються фенобарбіталом. Найбільш значущим ферментом є CYP2B6, який метаболізує багато цитостатиків (циклофосамід), противірусні препарати (ефавіренц і невірапін), антидепресанти (бупропіон), анестетики (пропофол) і снітетичні опіоїди (метадон), а також бере участь в. Ген CYP2B6 локалізований у тому ж локусі, що і ген CYP2A6, екпресується переважно в печінці. Наявність повільних алелей гена CYP2B6 (*2, *4, *5, *6) знижує швидкість метаболізму противірусних препаратівщо призводить до зниження кліренсу та підвищує ризик ускладнень з боку ЦНС.

Підродина CYP2C відіграє ключову роль у метаболізмі багатьох ліків. Загальною властивістю цих ізоферментів є наявність 4-гідролазної активності щодо протисудомного препарату мефенітоїну.

Особливо важливим для клінічної фармакогенетики є тестування поліморфізму гена CYP2C9, локалізованого у локусі 10q24. Ген екпресується переважно в печінці, є головним метаболізатором інгібіторів ангіотензинових рецепторів (лозартану та ірберсартану). Його субстратами також є антикоагулянти (варфарин), цукрові препарати (гліпізид), протисудомні препарати (фенітоїн, діазепам), антидепресанти (амітриптилін, кломіпрамін, іміпрамін), інгібітори протонових помп (омепразол), нестероїдні протиовос , Толбутамін . Як згадувалося, аналіз поліморфізму гена CYP2C9 став першим офіційно схваленим генетичним тестом (див. вище). Кількість індивідів, що мають знижену активність даного ферменту, у вітчизняній популяції становить до 20%. При цьому, щоб уникнути небажаних побічних ефектів, лікувальну дозу перерахованих вище препаратів у носіїв алелів *2 і *3 гена CYP2C9 необхідно зменшувати в 2-4 рази.

Ген CYP2C19 локалізований у локусі 10q24.1-q24.3, експресується у печінці. Його білковий продукт є основним ферментом метаболізму інгібіторів протонного насоса (омепразол) та протисудомних препаратів(прогуаніл, вальпроєва кислота, діазепам, барбітурати). Частота його «повільного» алелю (*2) у європейській популяції коливається від 5 до 20 0%.

Підродина CYP2D. Цитохром CYP2D6 метаболізує близько 20% усіх відомих лікарських засобів. Ген CYP2D6 локалізовано на 22 хромосомі в локусі 22q13.1. Основним місцем його експресії є печінка. В даний час у гені CYP2D6 ідентифіковано понад 36 алелів, деякі з них характеризуються відсутністю білкового продукту, А інші призводять до появи ферменту із зміненими властивостями. Субстратами ферменту CYP2D6 є такі широко використовуються в клінічній практиці лікарські засоби, як бета-адреноблокатори, антидепресанти, антипсихотропні речовини, антиаритмічні, нейролептики, протигіпертонічні препарати, інгібітори монооксидредуктази, похідні морфіну, нейротрансмітери (додатки). Зважаючи на те, що близько 6-10 % європеоїдів належать до повільних метаболізаторів цього ферменту, очевидна необхідність у генетичному тестуванні CYP2D6 з метою корекції доз згаданих препаратів. Крім того, «функціонально ослаблені» алелі цього гена асоційовані зі спадковою схильністю до таких важким хворобам, як рак легені, рак кишечника та ін.

Підродина CYP2E. Цитохром CYP2E1 відноситься до етаноліндуцибельних ферментів. Його субстратами є карбонтетрахлорид, диметилнітрозамін. Є дані про те, що CYP2E1, поряд з CYP1A2, бере участь у перетворенні парацетамолу в N-ацетилбензохінонімін, що має потужну гепатотоксичну дію. Крім того, він є найважливішим ізоферментом групи цитохромів, що окислюють холестерин ліпопротеїнів низької щільності, що, у свою чергу, веде до утворення атеросклеротичних бляшок. Ген CYP2E1 локалізований у локусі 10q24.3-qter, експресується у печінці дорослих людей. Taq1-поліморфізм у гені CYP2E1 призводить до зниження активності даного ферменту. Гомозиготи M/M по ослабленому алелю гена CYP2E1 виявляють підвищену чутливістьдо вищезгаданих препаратів внаслідок їх уповільненої детоксикації.

Сімейство цитохрому Р-450 CYP3

Підродина CYP3A найбільш численна. На його частку припадає близько 30% усіх ізоферментів цитохрому Р-450 у печінці та 70% всіх ізоферментів стінки шлунково-кишкового тракту. Найбільш значущими є ферменти CYP3A4 та CYP3A5, гени яких локалізовані у локусі 7q22.1. У печінці екпресується переважно ген CYP3A4, а в шлунково-кишковому тракті- CYP3A5.

Фермент CYP3A4 метаболізує понад 60% усіх ліків і відіграє велику роль у метаболізмі тестостерону та естрогенів. Алельні варіанти гена CYP3A4 дуже численні, але дані про їх вплив на фармакокінетику відповідних лікарських засобів суперечливі.

Фермент CYP3A5 метаболізує частину ліків, із якими взаємодіє CYP3A4. Показано, що наявність алелю *3 гена CYP3A5 призводить до зниження кліренсу таких ліків, як альпразали, мідазоли, саквінавір.

Параоксоназа – фермент, що відповідає за синтез параоксонази – білка плазми крові. Крім цього, фермент інактивує фосфорорганічні сполуки, органофосфати, карбамати, ефіри оцтової ксилоти. Частина цих речовин є бойовими отруйними речовинами - зарин, зоман, табун. З відомих трьох ізоформ найбільше значення має фермент PON1. Ген його локалізовано у локусі 7q21.3. Найбільш значущим та вивченим поліморфізмом є заміна глютаміну на аргінін у 192 положенні (L/M-поліморфізм). Показано, що аллель М асоційований зі зниженим метаболізмом фосфорорганічних сполук.

Алель М та М/М-генотип збільшують ризик розвитку хвороби Паркінсона, особливо у поєднанні з 5-алелем гена GSTP1, та асоційовані з утворенням атеросклеротичних бляшок.

Алкоголь- та альдегіддегідрогенази

Алкогольдегідрогеназа є ключовим ферментом у катаболізмі етанолу та інших спиртів, окислюючи спирти до альдегідів. У дорослої людини ген ADH1B експресується у печінці. Існує певна динаміка рівня його експресії залежно віку. Ген ADH1B (ADH2) локалізований у локусі 4q22. Найбільш вивчений поліморфізм – G141A. Показано, що аллель А пов'язаний з підвищеною активністю ферменту, що призводить до надмірного накопичення проміжних продуктів метаболізму - альдегідів, що мають виражений токсичний ефект. Індивідууми з алелем гена ADH1B мають підвищену чутливість до етанолу і менш схильні до алкоголізму.

У клітинах печінки присутні також дві альдегіддегідрогенази: ALDH1 (цитозольна) та ALDH2 (мітохондріальна). Ген ALDH2 локалізований у локусі 12q24.2, його продукт відіграє ключову роль у перетворенні токсичних альдегідів у відповідні карбонові кислоти, які легко видаляються з організму. ALDH2 відіграє у катаболізмі алкоголю. Відомо, що представники жовтої раси алкогольна інтоксикаціяобумовлена ​​відсутністю ALDH2 майже в 50% населення. Поліморфізм в гені ALDH2 призводить до заміни Glu в положенні білка 487 (ALDH2*1-аллель) на Lys (ALDH2*2-аллель). ALDH2*2-аллель кодує фермент зі зниженою активністю. У гетерозигот активність ферменту знижена вдесятеро. Фермент ALDH2 залучений до патогенезу різних раків, пов'язаних із надмірним споживанням алкоголю, - гепатоцелюлярна карцинома, рак стравоходу, глотки та ротової порожнини.

Інтенсивний прийом алкоголю в осіб з несприятливими алельними варіантами генів ADH1B та ALDH2 може призвести до швидкого розвитку печінкових ускладнень: алкогольної хвороби та цирозу печінки.

Цитохром P450, сімейство 2, субсімейство C, поліпептид 9 (CYP2C9). Виявлення мутації A1075C (Ile359Leu)

Назва гена -CYP2C9

Локалізація гена на хромосомі- 10q23.33

• *1/*1
• *1/*3
• *3/*3

Зустрічаємось у популяції

Алель CYP2C9*3зустрічається у європейців із частотою 6 %.

Асоціація маркера з метаболізмом лікарських препаратів

Досліджується для виявлення фізіологічної ефективності застосування препаратів: пероральних антикоагулянтів із класу кумаринів (варфарин), похідних сульфонілсечовини, ненаркотичних анальгетиків (теноксикам, флурбіпрофен, лорноксикам, піроксикам), лозартану та ірбесартану (блок).

Загальна інформація про дослідження

Для запобігання та лікування тромбоемболічних ускладнень найчастіше застосовується препарат варфарин ("Кумадин"). Він призначається для тривалого прийому в серії випадків, пов'язаних з підвищеною згортанням крові, а також післяопераційний періодз метою запобігання утворенню тромбів внаслідок хірургічного втручання. Часто практикується призначення препарату людям, які перенесли інсульти, інфаркт міокарда.

Для досягнення ефекту лікарських препаратів необхідна їхня біоактивація в організмі (трансформація в активну форму) у клітинах печінки (гепатоцитах) системою ферментів цитохрому Р450 (CYP). Гени, що кодують ці ферменти, поліморфні, причому часто зустрічаються алелі, що кодують утворення ферментів зі зниженою або відсутньою функцією.

На активність цитохромів, крім особливостей будови генів, що кодують, впливають такі фактори, як вік, маса тіла, спосіб життя, шкідливі звички, особливості дієти, супутні захворювання, прийом лікарських препаратів Ці чинники відповідають формування індивідуальних особливостей роботи ферментів Р450 і визначають характер метаболізму більшості ліків. Головним ферментом біотрансформації непрямих антикоагулянтівє ізофермент цитохрому Р450 CYP2C9.

Ген CYP2C9локалізовано на 10-й хромосомі в ділянці 10q23.33. Існують варіанти гена (алелі) CYP2C9, що кодують утворення ферменту зі зниженою або відсутньою функцією Варіант гена, що несе точкову заміну аденіну на цитозин у позиції 1075 (A1075C), веде до зниження метаболічної активності ферменту та позначається як CYP2C9*3. Заміна одного нуклеотиду спричиняє заміну амінокислоти ізолейцину на лейцин (Ile359Leu) у ферменті CYP2C9. Таким чином, синтезується фермент із зміненою функцією, активність якого становить менше ніж 5 % від активності ферменту *1. Основний (незмінений) варіант гена позначається як CYP2C9*1.

Найбільш поширений генотип, що зумовлює нормальний метаболізм варфарину і позначається як CYP2C9*1/*1.

Генетичний маркер CYP2C9*3(генотипи *3/*3 та *3/*1) пов'язаний із зміною функціональної активності ферменту цитохрому P450, що знижує швидкість виведення варфарину з організму. Наявність у пацієнта алелю *3 призводить до суттєвого зниження активності ізоферменту цитохрому, що збільшує антикоагуляційний ефект препаратів до 7 разів і може спричиняти розвиток таких ускладнень, як великі внутрішні кровотечі та епізоди надмірної гіпокоагуляції.

Мікросомальне окислення – це послідовність реакцій за участю оксигеназі НАДФН, що призводять до впровадження атома кисню до складу неполярної молекули та появі у неї гідрофільності та підвищує її реакційну здатність.

Реакції мікросомального окисненняздійснюються кількома ферментами, розташованими на мембранах ендоплазматичного ретикулуму (у разі in vitroвони називаються мікросомальні мембрани). Ферменти організують короткі ланцюги, які закінчуються цитохромом P 450 .

Реакції мікросомального окиснення відносяться до реакцій фази 1і призначені для надання гідрофобної молекули полярних властивостей та/або підвищення її гідрофільності, посилення реакційної здатності молекул для участі в реакціях 2 фази. У реакціях окислення відбувається утворення або вивільнення гідроксильних, карбоксильних, тіолових та аміногруп, які є гідрофільними.

Ферменти мікросомального окислення розташовуються в гладкому ендоплазматичному ретикулумі і є оксидазами зі змішаною функцією(Монооксигеназ).

Цитохром P450

Основним білком мікросомального окиснення є гемопротеїн - цитохром Р 450 .У природі існує до 150 ізоформ цього білка, що окислюють близько 3000 різних субстратів. Співвідношення різних ізоформ цитохрому Р450 відрізняється з генетичних особливостей. Вважається, що одні ізоформи беруть участь у біотрансформації ксенобіотиків, інші метаболізують ендогенні сполуки (стероїдні гормони, простагландини, жирні кислоти та ін.).

Цитохром Р450взаємодіє з молекулярним киснем і включає один атом кисню в молекулу субстрату, сприяючи появі (посилення) у неї гідрофільності, а інший – молекулу води. Основними його реакціями є:

• окисне деалкілування, що супроводжується окисленням алкільної групи (при атомах N, O або S) до альдегідної та її відщепленням,
• окислення (гідроксилювання) неполярних сполук з аліфатичними або ароматичними кільцями,
• окиснення спиртів до відповідних альдегідів.

Робота цитохрому Р 450 забезпечується двома ферментами:

• НАДН-цитохром b 5 -оксидоредуктаза, містить ФАД,
• НАДФН-цитохром Р 450-оксидоредуктаза, містить ФМНі ФАД.

Схема взаєморозташування ферментів мікросомального окиснення та їх функції

Обидві оксидоредуктази одержують електрони від відповідних відновлених еквівалентів і передають на цитохром Р 450 . Цей білок, попередньо приєднавши молекулу відновленого субстрату, зв'язується із молекулою кисню. Отримавши ще один електрон, цитохром P 450 здійснює включення до складу гідрофобного субстрату першого атома кисню (окислення субстрату). Одночасно відбувається відновлення другого атома кисню до води.

Послідовність реакцій гідроксилювання субстратів за участю цитохрому Р450

Істотною особливістю мікросомального окислення є здатність до індукції чи інгібування, тобто. до зміни потужності процесу.

Індукторами є речовини, що активують синтез цитохрому Р 450 та транскрипцію відповідних мРНК. Вони бувають

1. Широкого спектру дії, які мають здатність стимулювати синтез цитохрому Р 450 , НАДФН-цитохром Р 450 -оксидоредуктази та глюкуронілтрансферази. Класичним представником є ​​похідні барбітурової кислоти. барбітурати,також до цієї групи входять діазепам, карбамазепін, рифампіцинта ін.

2. Вузький спектра події, тобто. стимулюють одну з форм цитохрому Р 450 – ароматичні поліциклічні вуглеводні ( метилхолантрен, спіронолактон), етанол.

Наприклад, етанолстимулює синтез ізоформи Р 450 2Е1 (алкогольоксидаза) яка бере участь у метаболізмі, етанолі, нітрозамінах, парацетамолу та ін.
Глюкокортикоїдиіндукують ізоформу Р 450 3А.

Інгібітори мікросомального окиснення зв'язуються з білковою частиною цитохрому або із залізом гему. Вони поділяються на:

1. Оборотні

• прямогодії- чадний газ ( СО), антиоксиданти,
• непрямогодії, тобто. впливають через проміжні продукти свого метаболізму, які утворюють комплекси із цитохромом Р 450 – еритроміцин.

2. Необоротніінгібітори – алопурінол, аміназин, прогестерон, оральні контрацептиви, тетурам, фторурацил,

Оцінка реакцій 1-ї фази

Оцінку мікросомального окиснення можна проводити такими способами:

• визначення активності мікросомальних ферментів після біопсії,
• з фармакокінетики препаратів,
• за допомогою метаболічних маркерів ( антипіринова проба).

Антипіринова проба

Обстежуваний приймає вранці натщесерце амідопіриніз розрахунку 6 мг/кг ваги. Збирається 4 порції сечі в інтервалі відповідно від 1 до 6 годин, 6-12, 12-24 та 45-48 годин. Об'єм сечі вимірюється. Не пізніше ніж через 24 години сеча центрифугується або фільтрується. Далі досліджується концентрація 4-аміноантипірину та його метаболіту N-ацетил-4-аміноантипірину в сечі.