Статья. «Фармакогеномика приближает эру милосердия»

(С. Б. Пашутин)

(«Московские аптеки», 2005, № 5)

ФАРМАКОГЕНОМИКА ПРИБЛИЖАЕТ ЭРУ МИЛОСЕРДИЯ

Теоретически, каждое лекарство должно приносить пользу и, к тому же, быть избирательным, т.е. действовать на то звено в клетке или в тканях, которое поражено болезнью, и не затрагивать при этом других, здоровых биологических структур, а также, не причинять вреда. Зачастую совместить эти условия бывает крайне сложно, если не знать мишень, в которую нужно целиться. Не случайно, одно и то же лекарство может помочь одному больному и оказаться почти бесполезным, если вообще не токсичным, для страдающего тем же заболеванием другого человека.

МЕТОДОМ ПРОБ И ОШИБОК

Для коррекции подавляющего большинства патологических состояний, как правило, существует множество средств, из которых врач выбирает какое-то одно. А определяет он его обычно методом проб и ошибок, руководствуясь, в основном, клиническими данными или результатами лабораторных анализов, последовательно прописывая пациентам несколько различных препаратов и наблюдая за реакцией организма на их прием. Не секрет, что, например, большинство современных препаратов, в том числе самые дорогие, помогают менее чем половине тех, кому они назначаются. По некоторым заболеваниям, в частности, онкологическим, этот показатель может быть еще ниже. Если предназначенные для химиотерапии высокотоксические препараты буквально спасают каждого третьего пациента, то остальным больным прием этих медикаментов здоровья не прибавит и может сопровождаться тяжелыми осложнениями или, в лучшем случае, побочными действиями. При этом считается, что если созданное лекарство действует на 30-40% больных клинически одинаково, то это уже хорошо. В принципе, при разработке нового медикамента фармацевтическая компания не в состоянии учитывать индивидуальную чувствительность к препарату, равно как и особенности реакции организма конкретного больного на курс данной терапевтической процедуры. Тем не менее, производители лекарств по многим причинам заинтересованы в снижении риска нежелательного действия своих препаратов, потому с особой тщательностью изучают природу подобных феноменов, как часто и у кого они наблюдаются. При этом выясняется, что пациенты с побочными эффектами от данного лекарства — часто генетически однородная группа, с определенной особенностью в своем наследственном аппарате в виде специфической мишени, которая и делала их уязвимыми именно для данного лекарства.

ТРИУМФ ФАРМАКОГЕНОМИКИ

Указать, на такую группу риска, или точно подобрать для больных наиболее подходящее им лекарство, оказалось вполне по силам новой науке, созданной на стыке медицинской генетики и клинической фармакологии. Это нашло отражение в двух разных терминах — фармакогенетика и фармакогеномика. Фармакогенетика изучает влияние индивидуальных генетических различий на безопасность и эффективность лекарственных препаратов, и, по сути, является составной частью фармакогеномики, которая, в свою очередь, занимается исследованием всего генома человека, либо другого биологического объекта в плане поиска максимально подходящего к конкретному генотипу лекарства — с абсолютной эффективностью и при полном отсутствии побочных эффектов.

Конечно, это не значит, что фармацевтические фирмы будут конструировать препараты под заказ для каждого отдельно взятого индивида. Они будут разрабатываться для групп людей с одинаковым генотипом, с учетом их чувствительности к создаваемому лекарственному средству. Таким образом, есть надежда, что фармакогеномика позволит не только тестировать человека на склонность к той или иной болезни, но и поможет целенаправленно подобрать нужное лекарство. Иначе говоря, методы идентификации и анализа генов, в том числе и ответственных за развитие различных заболеваний или определяющих особенности реакции организма на фармакологические средства, позволяют спрогнозировать вероятность развития побочной реакции у конкретного пациента еще до начала проведения медикаментозного лечения.

Преимущества подобных предсказаний очевидны. Во-первых, лечение станет более эффективным, поскольку пациенту сразу будут назначать самый для него приемлемый лекарственный препарат. Во-вторых, выбор оптимального метода фармакотерапии на самом раннем этапе лечения и снижение вероятности развития побочных реакций будут способствовать более четкому соблюдению режима лечения пациентом и сокращению медицинских расходов. В-третьих, идентификация генетических факторов, ответственных за реакции организма на лекарственные средства, окажется мощным инструментом поиска новых химических соединений с более высокой терапевтической эффективностью. Это сократит расходы фармацевтических компаний по созданию инновационных медикаментов и ускорит их разработку, что, кстати, обернется закономерным снижением отпускной цены завода-производителя.

КАК ВСЕ НАЧИНАЛОСЬ

Генетика как наука зародилась в XIX в., когда Грегор Мендель открыл законы наследственности. Он считал, что организм наследует физические особенности благодаря неким «элементам», которые сегодня называются генами. К началу XX в. уже было известно, что гены располагаются в хромосомах ядра клетки, а в 40-х гг. было установлено, что гены состоят из участков ДНК, регулирующих биохимические процессы в клетках. В течение нескольких последующих десятилетий биохимики постепенно расшифровали химическую структуру нуклеиновых кислот — рибонуклеиновой кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), состоящих из четырех повторяющихся парных нуклеотидов. В этой последовательности и зашифрована вся генетическая информация, где каждой аминокислоте соответствуют три соседних нуклеотида. После чего стало возможным понять не только, как эта молекула воспроизводится, но и каким образом содержащийся в ней генетический код обусловливает наследование свойств организма.

В конце 50-х гг. были открыты три разновидности РНК — информационная, рибосомальная и транспортная. Каждая из этих трех форм РНК выполняет строго определенную функцию в последовательной передаче наследственного кода — от ДНК через РНК к синтезу белка. Информационная РНК принимает генетический слепок от ДНК, расположенной в ядре клетки, и переносит ее к рибосомам. Эти частицы, в которых происходит синтез белка, расположены в цитоплазме — внеядерной части протоплазмы клетки. Транспортная РНК переносит к рибосомам структурные элементы белков — аминокислоты. Аминокислоты выстраиваются в белковые цепи в строго определенном порядке на основании матрицы, которая записана на информационной РНК. Иначе говоря, с фрагмента генетического текста в виде определенного участка ДНК (гена) снимается матрица, на основе которой синтезируется структурный белок либо группа белковых молекул, например, какой-нибудь фермент. Белки формируют клеточные структуры органов и тканей, превращают одни вещества в другие. Но будет ли данный ген задействован во внутриклеточном обмене веществ, зависит от внешней среды.

Дело в том, что в ДНК содержатся два различных типа генов — структурные и регуляторные. Структурные гены отвечают за передачу генетического кода от одного поколения клеток к другому, а также управляют синтезом белков. Регуляторные гены через различные механизмы, включения торможения активности структурных генов, поддерживают все биохимические процессы в клетке, способствуя ее адаптации к изменениям окружающей среды. Впрочем, как и функционирование генов, работа белков тоже зависит от многих факторов, и, прежде всего, от особенностей их трехмерной геометрии (формы). А такая структура намного сложнее пространственной композиции генов и, к тому же, она очень легко трансформируется под воздействием внешнего окружения, что меняет свойства белков мало предсказуемым образом. Скорее всего, мы никогда не сможем с уверенностью предвосхитить появление сложного признака даже при полном знании генетической конституции конкретного человека, но с каждым разом неопределенность наших прогнозов пусть и не снизится до нуля, но будет становиться все меньше и меньше. Применительно к большинству заболеваний это означает, что дефектный ген — еще не приговор, а лишь вероятность его проявления, которая будет реализована в случае сочетанного действия наследственных факторов и определенных условий внешней среды. Но если понятие «генотип» (т.е. совокупность генов) еще можно формализовать, то представления о «среде» пока еще не подлежат должной конкретизации.

СУДЬБА ИЛИ СЛУЧАЙ?

Условно все болезни можно разделить на врожденные и приобретенные. Те из них, которые возникают по схеме «один ген — одно повреждение — одна болезнь», относятся к классическим наследственным (врожденным заболеваниям). Их менее пяти тысяч (всего — более чем 30 тыс. известных на данный момент заболеваний). Все остальные связаны с действием многих генов плюс вредное влияние внешних факторов. Иными словами, подавляющее большинство патологических процессов в организме контролируются не каким-то одним, а группой взаимосвязанных генов. К примеру, при бронхиальной астме в такую генную сеть вовлечены гены, которые отвечают за реакцию бронхов на различные воздействия, а также те, которые задействованы в эндокринной секреции, и гены иммунного ответа. В итоге получается, что при похожих проявлениях недуга у всех заболевших на самом деле могут быть повреждены совершенно разные группы генов, контролирующих свои участки обмена веществ. И так как лекарство действует на один из этих участков, а у пациента нарушен другой, то никакой пользы от такого медикамента не будет, тогда как вред возможен в виде нежелательных эффектов или упущенного времени на адекватную терапию.

Помимо специфики различных звеньев патогенеза, индивидуальная реакция организма на действие лекарственных средств может быть обусловлена генетическими факторами.

Например, эффективность «Виагры» в значительной степени определяется модификациями гена GNB3, кодирующего ряд сигнальных белков. Среди мужчин, располагающих модификацией данного гена, обозначенной как «ТТ», эффективность «Виагры» составляет около 90%. У пациентов с модификациями «ТС» и «СС» успех терапии отмечается лишь в половине случаев.

В настоящее время по такому же алгоритму начинает осуществляться подбор антигипертензивной терапии.

В частности, при генотипе бета-1-адренорецепторов по типу «Gly389», не удавалось добиться существенного снижения уровней артериального давления и частоты сердечных сокращений при приеме атенолола в отличие от пациентов с генотипом «Arg389». Сходная картина наблюдается и при местных гемодинамических нарушениях в случае диабетической нефропатии (серьезное микрососудистое осложнение сахарного диабета — внутриклубочковая гипертензия в почечных артериолах). В зависимости от полиморфизма гена ангиотензин-I-превращающего фермента, у пациентов с генотипом «II» антипротеинурический эффект достигался при минимальной продолжительности лечения препаратом «Ренитек». Носителям генотипа «ID» для достижения антипротеинурического эффекта требовалась более продолжительная терапия. Тогда как для больных с «DD»- генотипом эффективность эналаприла оставалась невысокой независимо от длительности проводимого лечения.

Кроме того, при использовании как уже существующих, так и при разработке новых лекарств, необходимо учитывать метаболический статус больных. Известно, что в норме у различных групп исследуемых людей скорость элиминации конкретного лекарства из организма может отличаться в десятки раз, т.е. химические соединения действуют на всех по-разному в зависимости от степени эффективности их «усвоения» и выведения из органов и тканей. Организм каждого человека достаточно индивидуально реагирует на лекарственные вещества, метаболизируя их с разной скоростью, поэтому комбинация препаратов, безопасная для одного пациента, может дать серьезные побочные эффекты при лечении другого. Отвечают за это гены системы детоксикации, управляющие синтезом и активностью соответствующих ферментных белков. В зависимости от функционального состояния последних, всю человеческую популяцию можно разделить на несколько групп по скорости метаболизма лекарственных веществ (другими словами, по риску развития побочных реакций в ответ на прием лекарственных препаратов в обычных дозах).

Например, антикоагулянт «Варфарин» (препарат, понижающий свертываемость крови) метаболизируется ферментом из группы цитохромов p450, вовлеченных в биотрансформацию фармпрепаратов. Отмечено, что около 18% людей имеют вариант гена, кодирующий пониженную активность данного фермента печени. Если такие пациенты будут получать «Варфарин», то в связи с его медленным выведением, есть реальная опасность развития у них серьезного внутреннего кровотечения. Именно поэтому при назначении «Варфарина» необходимо проводить контроль параметров свертывающей системы крови и тщательный подбор дозы препарата.

Интересно, что дозозависимый эффект медикаментов может быть обусловлен генетическими различиями, связанными с полом больного. Результаты исследования больных с нарколепсией (непреодолимой сонливостью в дневное время), опубликованные в этом году в «The Pharmacogenomics Journal», показали, что мужчины и женщины обладают разными формами гена СОМТ, который отвечает за синтез фермента, участвующего в метаболизме дофамина. Форма L гена отвечает за малоактивную форму фермента и встречается чаще всего у женщин, тогда как у мужчин была выявлена Н-форма гена, при которой белок обладает высокой активностью. Поэтому женщинам требовалось на 100 мг меньше препарата, чем мужчинам.

БЛИЗОК ЛИ ЛЕКАРСТВЕННЫЙ РАЙ?

Сейчас уже ясно, что путь к прямому фармакологическому воздействию на гены, ответственные за развитие патологического процесса, начинается с расшифровки всех генов человека. С первой, начальной стадией этой программы, исследователи успешно справились, определив к началу 2001 г. последовательность трех миллиардов пар нуклеотидов, образующих геном человека. Сегодня мы знаем только генетический текст, поэтому в ходе следующего этапа предстоит картографировать и проанализировать все гены человека, что потребует немалых усилий. Считается, что выявление и идентификация генов — крайне трудное дело, нередки случаи, когда на генетической карте в районе локализации предполагаемого гена, кандидата, претендующего на его роль, не оказывалось. Но что проку в самой полной и точной наследственной карте, если неизвестно какие гены за что отвечают, тем более как ведут себя несколько генов в их взаимодействии под контролем регуляторных участков ДНК. Между тем, исследования механизмов генной регуляции убедительно свидетельствуют о том, что в основе полиморфизма количественных признаков (внешнего многообразия — отличия по определенному признаку), лежат изменения не в структурных, а в регуляторных генах.

И коль скоро современные знания позволяют предсказать последствия мутаций в структурных генах [ген — белок — функция — фенотип (внешние признаки)], то они явно недостаточны для того, чтобы разобраться с фенотипическими проявлениями в случае мутаций в регуляторных генах. Другими словами, даже знание численности генов, их структуры и хромосомной локализации, — только лишь начало. Чтобы вникнуть в процессы, происходящие в организме человека, необходимо понять, как функционируют гены, как действует система, регулирующая их работу. Следовательно, на очередном этапе фармакогеномических изысканий необходимо узнать работу генов в разных клетках и тканях организма в разные периоды его жизни.

Мутации — это утрата, замена одного или целого фрагмента нуклеотидов в цепочке ДНК. Если данный процесс искажает информацию, записанную в генах, или затрагивают регуляторные области, то подобные мутации являются причиной генетических заболеваний. Если мутации происходят в половых клетках, то они передаются по наследству, а заболевание становится наследственным. При этом среди приблизительно сорока тысяч генов человека, медицинский интерес представляют именно те гены, которые в силу мутаций стали повышенно восприимчивы к тому или иному заболеванию, и при неблагоприятном стечении обстоятельств (вредное воздействие внешних факторов) могут стать его основной причиной.

Как только такой ген будет найден, а его структура установлена, следует понять работу белка, кодированного этим геном. Затем, когда функция белка будет установлена, вырабатывается стратегия лечения болезни. Можно искать лекарство, которое будет восполнять функцию поврежденного белка, или, наоборот, подавлять активность белка, если болезнь связана с его сверхпродукцией. Можно идти и по другому пути: ввести в клетки вместо дефектного «гена заболевания» неповрежденную копию того же самого белка. Этот способ лечения называют генотерапией, и в ближайшие годы, по мере усовершенствования методов доставки генов и контроля их экспрессии, этот уникальный метод может стать вполне стандартной фармакотерапевтической процедурой.

ФАРМАКОГЕНОМИКА — МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ

Путь от обнаружения непосредственно генов к обнаружению их функций весьма сложен. Определенные надежды возлагаются на поиск генетических маркеров (отличий в нуклеотидной последовательности у больных людей по сравнению со здоровыми). Это позволяет довольно точно установить хромосомную локализацию генов, отвечающих за восприимчивость к данной болезни. В ряде случаев трудоемкую работу по генотипированию мутаций можно заменить более простой диагностикой, в частности, определением сопутствующих продуктов метаболизма. Например, в лимфоцитах пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, обнаружен специфический белок, именуемый «тау-протеином», в количествах, вполне достаточных для выявления в амбулаторных условиях. Поскольку в крови других людей этот белок отсутствует, то его можно использовать как маркер болезни Альцгеймера. Эта болезнь пока неизлечима, но поддается коррекции ряд иных патологических состояний. Но они могут быть ошибочно приняты за искомую болезнь. По причине сходных (возрастающая потеря памяти и навыков, а также постепенное снижение умственной деятельности) и трудно выявляемых симптомов.

ИСЦЕЛЕНИЕ БЕЗ ОСЛОЖНЕНИЙ — ФАРМДИЗАЙНЕРЫ

Известно, что около 90% потенциальных лекарственных препаратов отсеиваются на этапе проведения клинических испытаний. В большинстве случаев это связано с недостаточной эффективностью или безопасностью исследуемых веществ. Даже получение всех требуемых разрешений на их производство и реализацию является необходимым, но недостаточным условием для того, чтобы удержаться на рынке. Нередко, после начала широкого применения, у лекарственного препарата обнаруживается побочный эффект, не выявленный во время клинических испытаний. Такой медикамент приходится изымать из продажи, несмотря на его выраженную эффективность и отсутствие нежелательного действия при назначениях большинству пациентов. Он опасен, потому что неизвестно, кто попадет в число тех, кто его не переносит.

Поэтому, одной из первых наук для фармакогенетики стала онкология. И, главным образом, по той причине, что большинство противоопухолевых препаратов являются очень токсичными, способными вызвать нежелательные эффекты. Например, тиогуанин и меркаптопурин применяются для химиотерапии острой лейкемии, а также для профилактики отторжения пересаженных органов и тканей. Фермент тиопуринметилтрансфераза (ТПМТ) в норме обезвреживает эти вещества, однако у одного из 300 человек фермент ТПМТ отсутствует, а, примерно, у 10% людей его активность снижена. В некоторых зарубежных клиниках уже сейчас для предупреждения развития побочных эффектов проводят измерение активности ТПМТ перед назначением лечения. Если активность фермента снижена, уменьшают и дозы выбранных препаратов.

В принципе, чтобы клинические испытания статистически значимо подтверждали безопасность и эффективность препарата, его необходимо проверять на больших по численности группах добровольцев, что очень долго и экономически нецелесообразно. Реальной альтернативой может стать использование геномных технологий, что позволит фармацевтическим компаниям уменьшить коммерческие риски из-за возможных отзывов препарата с рынка, поскольку исследователи и врачи будут заранее знать, кому лекарство поможет, а у кого оно вызовет тяжелые побочные реакции. Это позволит сократить расходы на прямую инновационную деятельность. И за счет меньшего числа участников клинических испытаний, и благодаря снижению затрат на дорогостоящее пребывание в стационаре, и на такие же по стоимости лабораторные исследования в опытной и контрольной группах испытуемых.

На практике это означает, что если у какой-либо фармкомпании имеется доведенное до стадии клинических испытаний лекарство, которое может вызвать побочные эффекты у определенного числа пациентов, то добровольцев будут тестировать, прежде чем включить в испытания. Те из них, для кого по результатам фармакогеномического анализа данное лекарство окажется неэффективным либо вредным из-за побочных реакций, будут отстранены от клинического этапа исследований. Это позволит получить одобрение на применение препарата у тех больных, которым он не окажет вреда и будет терапевтически эффективным. А с коммерческой точки зрения, отбор добровольцев с учетом их генетических вариаций, позволит фармкомпании сэкономить миллиарды долларов, которые тратятся сейчас на неэффективные испытания или на лечение побочных эффектов. Кроме того, для целого ряда жизненно важных медикаментов, но не получивших одобрения по причине высокого риска осложнений, это может означать возвращение на рынок, правда, при условии, что будут проведены фармакогеномные исследования для определения больных, которые получат наибольшую пользу от их применения.

Таким образом, есть все основания предполагать, что фармакогеномика поможет решить насущные задачи практического здравоохранения, поскольку будет способствовать выявлению оптимальных мишеней для фармакологического воздействия, отсеву неперспективных соединений еще на доклинических этапах их разработки, а также целенаправленному отбору групп пациентов для проведения оптимальных клинических испытаний.

Подписано в печать

27.05.2005

---