Назначая лекарство, необходимо учитывать особенности генома пациента. Сегодня такой подход к назначению и приему лекарств распространяется лишь на ограниченный круг препаратов, но не исключено, что в обозримом будущем генетическое тестирование станет привычным инст­рументом в работе врача любой специальности [1–3]. Фармакогенетика появилась в середине XX века на стыке двух наук – фармакологии и медицинской генетики. Уже тогда было отмечено, что люди могут обладать разной чувствительностью к лекарствам. У одного пациента какое-то определенное лекарство вызывает сильную побочную реакцию, а у другого – нет. Сегодня с учетом знаний о генах человека можно определить индивидуальную чувствительность к лекарству и назначить адекватную дозу [3, 4]. Геном человека – это непрерывная последовательность нуклеотидов. Большую часть вариабельности генома определяет замена одного нуклеотида на другой. Таких замен – миллионы. Но общая длина нуклеотидной последовательности у всех людей практически одинакова. В геноме есть участки, в которых изменения встречаются чаще, и такие, в которых это происходит довольно редко. Последние научные данные говорят о том, что только генов, кодирующих белки, в геноме человека более 20 000. Функции большей части этих генов достаточно хорошо изучены [5–7].

Фармакогенетика работает с генами. Определение понятия «ген» до сих пор вызывает некоторые разночтения, но суть такова: это некая функциональная единица в последовательности ДНК. Часто гены кодируют какой-то белок. Особенно значимо для фармакогенетики то, что всё больше появляется информации об индивидуальных различиях в генах [1, 3, 8]. Существование в популяции различных аллельных вариантов одного и того же гена называют генетическим полиморфизмом, а гены, для которых известен множественный аллелизм, – полиморфными маркёрами [1, 9, 10].

Однонуклеотидные полиморфизмы определяют различия между людьми в определенных генах. Существуют аллели одного гена, и генотип человека формируется из комбинации аллелей, полученных от матери и отца (каждый человек является гомозиготным или гетерозиготным по данному признаку) [5, 7]. Геномные вариации могут быть причиной изменения экспрессии генов, процессинга генных продуктов (белков) или по­вреждения функциональной активности белков [2]. Чтобы выявить общие генетические факторы, которые влияют на течение болезней или ответ на лекарства, выполняются исследования определенных ассоциаций на базе всего генома (genome wide association study — GWAS) в больших популяциях (1500 человек и более) [2, 11, 12].

Фармакогенетика занимается обнаружением связи между различиями в генах и тем, как лекарство преобразуется, действует в организме. Таким образом мы получаем инструмент, позволяющий в дальнейшем спрогнозировать эффект от приема лекарства для людей с тем или иным вариантом гена [1]. Знания о генетической основе метаболизма лекарственных препаратов позволяют делать этот выбор осознанным и оправданным [7, 13].

Для некоторых лекарств существуют различные пути метаболизма. Поэтому если из-за мутации в каком-то гене один путь «закрыт», лекарство метаболизируется другим путем. Возможно, менее эффективно, но это происходит. Поэтому для определения чувствительности к лекарству необходима комплексная оценка, которая учитывает все пути метаболизма. Тестирование одного гена в ряде случаев не показывает истинной картины метаболизма препарата, и надо назначать комплексное фармакогенетическое тестирование [8, 11].

В последние годы все большее внимание клиницистов привлекает возможность персонифицированного подхода к лечению заболеваний, основанного на генетических особенностях человека, а в области лечения туберкулеза интенсивно изучаются генетически детерминированные факторы организма человека, которые определяют предрасположенность к благоприятному или неблагоприятному исходу противотуберкулезной терапии [14–16].

Однако на сегодняшний день не изучены реакции метаболизма противотуберкулезных препаратов (ПТП) под влиянием генов-кандидатов, не установлена связь между полиморфизмом генов и формированием лекарственной устойчивости при проведении интенсивной фазы и фазы продолжения лечения, не разработаны фармакогенетические тесты для подбора ПТП и их доз. Терапия туберкулеза, как правило, комплексная: одновременно применяется много препаратов, а риск нежелательных побочных эффектов от их использования высок [13, 17]. При помощи фармакогенетических тестов можно снизить или предотвратить развитие побочных реакций [18].

Туберкулез – инфекционное заболевание, характеризующееся сложной полиморфной клинической картиной и поражением различных органов и тканей [19–22]. Данное заболевание представляет собой серьезную медико-социальную проблему, поскольку поражает лиц молодого, трудоспособного возраста, приводит к ранней инвалидизации, развитию угрожающих жизни осложнений [23–28].

Туберкулез – многофакторное заболевание, которое развивается как результат сложного взаимодействия между Mycobacterium tuberculosis, организмом человека и факторами внешней среды [14, 29, 30]. На сегодняшний день накоплен обширный фактический материал в области иммунологии заболевания, установлена главенствующая роль в сопротивляемости инфекции Т-клеточного иммунитета [15, 25].

С появлением лекарственно-устойчивого туберкулеза интенсивно исследуется геном микобактерий с целью выяснения причин устойчивости [21, 31]. Имеются данные о влиянии факторов внешней среды на развитие туберкулеза (неблагоприятные экологические и социальные условия, экзогенные и эндогенные интоксикации, наличие сопутст­вующих заболеваний и др.) [32, 33]. Семейные и близнецовые исследования указывают на наличие генетической предрасположенности к этому заболеванию [34–36].

Известно, что при воспалении и инфекции происходит изменение уровня активности цитохрома Р450. Этот эффект опосредован цитокинами, которые угнетают транскрипцию генов и накопление мРНК различных изоформ цитохрома Р450 в клетках [7, 11]. Такая реакция взаимодействия иммунной системы и системы метаболизма ксенобиотиков на внедрение инфекционного агента обеспечивает защиту от последствий возможной неконтролируемой активации потенциально опасной для организма ферментативной системы и снижает риск развития оксидативного стресса [37]. В связи с этим представляется важным изучение полиморфизма генов системы метаболизма ксенобиотиков в отношении туберкулезной инфекции.

Спектр изоформ определяет соотношение метаболических путей биотрансформации ксенобиотиков и спектр образуемых метаболитов. В результате генетически обусловленного полиморфизма этих ферментов может возникать дефицит, либо значительная активность отдельных изоформ, что определяет риск развития заболевания [11]. Знания о физиологической функции ферментов метаболизма ксенобиотиков, свидетельствующие о четкой и скоординированной работе I и II фаз биотрансформации, позволяют предположить, что наиболее важная информация об их роли в патогенезе заболеваний будет получена при анализе носителей определенных сочетаний генотипов [2, 3].

Основным органом, участвующим в метаболизме лекарств, является печень, где обозначены самые высокие по сравнению с другими органами концентрации ферментов метаболизма и наибольшее разнообразие экспрессируемых форм [1, 36]. Полиморфизм генов метаболизма ксенобиотиков в настоящее время активно изучается в связи с индивидуальной чувствительностью к лекарственной терапии и, особенно, с проявлением многообразных побочных реакций, связанных с лечением [9].

Эффективность терапии туберкулеза зависит как от индивидуальных особенностей метаболизма лекарств, так и от взаимоотношения антимикобактериальных препаратов с системой цитохромов Р450. Обнаружено, что геном M. tuberculosis содержит гены, кодирующие 20 различных цитохромов Р450, в том числе ферментов, являющихся мишенью для противогрибковых препаратов [5, 7, 29, 38]. Кроме того, опубликованные данные об угнетении метаболизирующей функции печени за счет снижения содержания цитохромов Р450 в этом органе при бактериальной и вирусной инфекции через цитокин-опосредованные механизмы позволяют предполагать изменение фармакодинамики, а соответственно и токсичности лекарственных препаратов [1, 39].

Во всех странах получило признание комбинированное применение химиопрепаратов, позволяющее добиться бактерицидного эффекта и предот­вратить развитие лекарственной устойчивости в процессе лечения. Принцип комбинированного применения нескольких химиопрепаратов известен давно: еще в 1955 г. он был внедрен в практику химиотерапии как метод предупреждения лекарственной устойчивости M. tuberculosis [34]. Актуальность лекарственных поражений печени во фтизиатрии обусловлена необходимостью полихимиотерапии, что создает высокую медикаментозную нагрузку на организм больного. В большей степени ее испытывает печень, осуществляя метаболизм ПТП и патогенетических средств [13, 40, 41].

Метаболизм лекарственных препаратов и эффекты их дальнейшего пребывания в организме в большой степени зависят от генетического полиморфизма ферментов системы биотрансформации. На сегодня известно, что человек имеет 59 активных генов семейства цитохрома Р450, и 6 из них кодируют важные для лекарственного метаболизма ферменты [3, 8]. Как отмечалось ранее, для ферментов биотрансформации характерна способность к метаболизму большого количества субстратов, из-за того что ферменты I и II фаз биотрансформации перекрываются в своей субстратной специфичности. Однако для многих форм цитохрома Р450 выделены специфические лекарства, используемые для фармакокинетических оценок [8, 9].

Цитохром Р450 (CYP) представляет собой группу ферментов, осуществляющих метаболизм лекарственных средств (ЛС) и других ксенобиотиков, а также участвующих в синтезе стероидных гормонов, холестерина, жёлчных кислот, простаноидов (тромбоксана А2, простациклина I2). Цитохром Р450 является гемопротеином. В восстановленной форме он связывает монооксид углерода с образованием комплекса с максимальным поглощением света при длине волны 450 нм. В геме цитохрома Р450 железо связано с атомами азота четырёх лигандов (с образованием порфиринового кольца), а также атомом азота гистидина и атомом серы цистеина, входящими в состав полипептидной цепи белковой части цитохрома Р450 [1, 7].

Наибольшее количество цитохрома Р450 обнаружено в гепатоцитах. Его изоферменты найдены также в кишечнике, почках, лёгких, надпочечниках, головном мозге, коже, плаценте, миокарде. Важнейшее свойство цитохрома Р450 – участие в биотрансформации практически всех известных химических соединений, при этом основной реакцией является гидроксилирование (включение одного атома кислорода в субстрат, а второго – в воду, поэтому эти ферменты называют моноокигеназами) [2, 11].

Цитохром Р450 имеет множество изоформ, изоферментов. Ферменты I и II фаз метаболизма ЛС характеризуются генетическим полиморфизмом, а также способностью к индукции и ингибированию под действием ЛС [6, 11].

Изучали генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2D6 (CYP2D6), который участвует в метаболизме нейролептиков, антидепрессантов, β-адреноблокаторов, циклосерина и других ЛС. С генетически обусловленной разной степенью активности этого изофермента связаны различия в выраженности эффектов (как желательных, так и побочных) ЛС [9]. У «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 чаще развиваются побочные эффекты препаратов, метаболизируемых им. Вследствие повышения концентрации метопролола в крови чаще развивается бронхо­спазм (исчезает кардиоселективность), кодеина – ослабляется анальгетическое действие (уменьшается образование морфина из-за замедления О-деметилирования кодеина), имипрамина – повышается вероятность развития артериальной гипотензии, седативного действия, тремора, кардиотоксичности (происходит накопление в крови активных метаболитов дезипрамина и нортриптилина, метаболизируемых путем 4-гидроксилирования до неактивных метаболитов с участием CYP2D6). Поэтому «медленным» метаболизаторам по CYP2D6 для предупреждения нежелательных лекарственных реакций и интоксикации, как правило, следует назначать меньшие дозы ЛС-субстратов этого изофермента [2, 11].

Однако если при участии CYP2D6 образуются активные метаболиты, у «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 нежелательные лекарственные реакции возникают реже (например, при длительном применении прокаинамида), реже развивается волчаночноподобный синдром (уменьшение образования N-гидроксипрокаинамида, предположительно ответственного за это побочное действие) [4, 11].

«Медленные» метаболизаторы по CYP2D6 являются носителями мутантных аллелей гена этого изофермента. В результате мутаций возможно прекращение синтеза изофермента или синтез дефект­ного изофермента со сниженной активностью. 95% «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 – носители трёх мутантных аллелей: CYP2D6*3A, CYP2D6MA, CYP2D6*5. Эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Отмечено, что у «медленных» метаболизаторов по CYP2D6 повышена вероятность развития рака лёгких, что предположительно связано с нарушением метаболизма никотина.

«Быстрые» метаболизаторы – носители мутантного аллеля, представляющего собой дубликацию гена цитохрома 2D6. Мутации также наследуются по аутосомно-рецессивному типу. У «быстрых» метаболизаторов по CYP2D6 при применении препаратов-субстратов этого изофермента, отмечено снижение их терапевтической эффективности, поэтому их следует назначать в дозах, превышающих средние терапевтические [1, 6].

Изучали также генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2С9 (CYP2C9), который участвует в метаболизме многих нестероидных противовоспалительных препаратов, фенитоина, пероральных гипогликемических средств (производных сульфонилмочевины), варфарина, изониазида, ПАСК и других ЛС. При применении препаратов-субстратов CYP2C9 у «медленных» метаболизаторов снижен клиренс этих ЛС, соответственно у них чаще отмечают нежелательные лекарственные реакции (например, гипогликемию при применении толбутамида и глипизида, кровоизлияния при приеме варфарина), поэтому ЛС, особенно с малой терапевтической широтой, им следует назначать в более низких дозах [5, 9].

Исследовали генетический полиморфизм CYP2C19, который участвует в метаболизме имипрамина, диазепама, барбитуратов, вальпроевой кислоты, клопидогрела, противомалярийных препаратов, изониазида, рифампицина. «Медленные» метаболизаторы по CYP2C19 являются носителями более 10 мутантных аллелей. Применение у этих лиц ЛС-субстратов CYP2C19, приводит к более частому возникновению нежелательных лекарственных реакций (особенно при применении препаратов с малой терапевтической широтой) или резкому снижению эффективности [3, 11].

Генетическим фактором резистентности к клопидогрелу является полиморфизм гена CYP2C19. Показано, что носители низкофункционального аллеля CYP2C19 (гетерозиготы – пациенты с генотипом CYP2C19*1/*2 и гомозиготы – пациенты с генотипом CYP2C19*2/*2) образуют меньшее количество активного метаболита клопидогрела, что приводит к его более слабому антиагрегантному действию, и имеют более высокий риск сердечно-сосудистых осложнений.

Частота генотипов по CYP2C19, соответствующих «медленным» метаболизаторам (генотипы CYP2C19*1/*2 и CYP2C19*2/*2), в российской популяции составляет 11,4%, что сопоставимо с европейскими этническими группами [43]. Однако у российских пациентов генотипы CYP2C19, связанные с медленным метаболизмом, могут встречаться с частотой до 27,3% [42]. Аллель CYP2C19*3, носительство которого также ассоциировано с угнетением образования активного метаболита клопидогрела, в российской популяции встречается менее чем в 1% случаев [43].

Генетический полиморфизм изофермента цитохрома Р450 2Е1 (CYP2Е1) проявляется в 3 вариантах: CYP2E1 1053 C > T, CYP2E1 7632 T > A; CYP2E1 9896 C > G [8]. CYP2E1 составляет около 7% всех изоферментов цитохрома Р450. Субстраты CYP2E1 – некоторые ЛС (изониазид), а также другие ксенобиотики, этанол, нитрозамины, «небольшие» ароматические углеводороды типа бензола и анилина, алифатические хлоруглеводороды. CYP2E1 катализирует превращение дапсона в гидроксиламиндапсон, N1- и N7-деметилирование кофеина, дегалогенизацию хлорфторуглеводородов и средств для ингаляционного наркоза (галотан) и некоторые другие реакции. CYP2E1 вместе с CYP1A2 катализирует важную реакцию превращения парацетамола (ацетаминофена) в N-ацетилбензохинонимин, обладающий мощным гепатотоксическим действием [8, 11].

Ген GSTP1 в большей степени экспрессируется в респираторном тракте. Возможно, что для гомозигот гена GSTP1 характерна высокая каталитическая активность по отношению к ряду соединений, являющихся факторами риска развития туберкулеза (например, продукты табачного дыма), которая способствует их быстрому метаболизму и дальнейшему выведению, снижая таким образом риск развития заболевания [3].

N-ацетилтрансфераза катализирует реакцию ацетилирования ряда ЛС, в том числе изониазида, сульфаниламидов, прокаинамида, гидралазина, других ПТП. Выделено 2 изофермента N-ацетилтрансферазы: N-ацетилтрансфераза 1 (NAT1) и N-ацетилтрансфераза 2 (NAT2). NAT1 ацетилирует небольшое количество ариламинов и не обладает генетическим полиморфизмом. Основной фермент ацетилирования – NAT2 [7, 26].

В 1960 г. были выявлены «медленные» и «быстрые» ацетиляторы изониазида: у первых период полураспада (Т1/2) изониазида равен 3 ч, у вторых – 1,5 ч. В связи с более медленной биотрансформацией препарата у «медленных» ацетиляторов чаще развиваются полиневриты, связанные с торможением изониазидом превращения пиридоксина в активный кофермент дипиридоксальфосфат, необходимый для синтеза миелина. Индивидуальная скорость ацетилирования существенно не влияет на режимы дозирования изониазида при ежедневном приёме, но может уменьшить эффективность терапии при перерывах в его применении. «Медленные» ацетиляторы – гомозиготы по медленной аллели NAT2, а «быстрые» – гомо- либо гетерозиготы по быстрой аллели NAT2 [8, 11, 42].

Полиморфизм ацетилирования характерен и для гидралазина, сульфаниламидов и многих других ЛС. Применение прокаинамида и гидралазина у «медленных» ацетиляторов чаще приводит к поражению печени [5].

Считают, что фенотип быстрого ацетилирования более распространен среди светлоглазых и светловолосых людей. Известно около 15 мутантных аллелей гена NAT2, все эти мутации наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Тип ацетилирования определяют методами фено- и генотипирования NAT2. В качестве маркерных субстратов ацетилирования широко используют дапсон и сульфадимезин. При этом отношение концентраций моноацетилдапсона и дапсона в плазме крови через 6 ч после введения препарата менее 0,35 характерно для «медленных», а более 0,35 – для «быстрых» ацетиляторов. Если в качест­ве маркерного субстрата используют сульфадимезин, содержание его менее 25% принятой дозы в плазме через 6 ч и менее 70% – в моче, собранной через 5–6 ч после введения, свидетельствует о фенотипе медленного ацетилирования [1, 42].

Гликопротеин Р представляет собой белок-пе­ре­носчик, локализованный на мембране клеток кишечника и участвующий в выведении из них в просвет кишечника некоторых ЛС (например, дигоксина, верапамила, дилтиазема, ингибиторов протеазы ВИЧ, колхицина, циклоспорина, рифампицина, изониазида). Идентифицировано несколько мутаций в гене гликопротеина Р, приводящих к изменению фармакокинетики ЛС [2, 8].

Наиболее распространённый мутантный аллель гена гликопротеина Р – замена в нуклеотидной последовательности цитидилового нуклеотида на тимидиловый в положении 34 и 35, что приводит к синтезу гликопротеина Р со сниженной активностью. У гомозигот по этой мутации создаются высокие концентрации дигоксина в плазме крови, и, следовательно, чаще развиваются нежелательные лекарственные реакции на препарат. Мутацию наследуют по аутосомно-рецессивному типу. Распространённость гомозигот по этой мутации в европейской популяции высока (24%). Внедрение в клиническую практику генотипирования гликопротеина Р позволит повысить эффективность и безопасность терапии ЛС-субстратами гликопротеина Р [4, 11].

Фармакогенетика – это именно то направление генетической науки, которое готово к внедрению в медицинскую практику. На сегодняшний день хорошо изучены механизмы действия ЛС, и это дает возможность создавать грамотные алгоритмы лечения больных [11]. Также хорошо изучены гены, приводящие к различным нарушениям. Медикам необходимо дать в руки инструмент в виде совершенных систем тестов, позволяющих быстро проводить качественную диагностику. Методы генотипирования позволяют прогнозировать фармакологический ответ на применение ЛС и, следовательно, повысить эффективность и безопасность его применения, так как при выявлении соответствующего аллельного варианта необходима коррекция режима дозирования препарата, пути введения или его замена [3]. В настоящее время в развитых странах разрабатывают и внедряют генетические микрочипы, позволяющие выявлять одновременно целые серии мутант­ных аллелей, ответственных за изменение фармакологического ответа. Разработка и внедрение подобных методов – основная задача фармакогеномики [9]. Выявление вариантов полиморфизма генов на этапах биотрансформации как предикторов при оценке эффективности и безопасности проведения противотуберкулезной терапии позволит значительно повысить ее эффективность.