CC BY
48
медицинским совет 2015 | №8
Ю.А. СОРОКИНА, Нижегородская государственная медицинская академия Минздрава России
ФАРМАКОГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРОРАЛЬНОЙ САХАРОСНИЖАЮЩЕЙ ТЕРАПИИ
ФЕНОТИПЫ «ОТВЕТА» И «ПРОВАЛА»
В данной работе была сделана попытка ответить на вопрос о возможности эффективной персонифицированной сахароснижающей терапии, в частности метформином, у пациентов с сахарным диабетом 2-го типа с учетом однонуклеотидного полиморфизма трех генов (эндотелиальная синтаза оксида азота, 8-оксогуанин-ДНК-гликозилаза, блок р53). Предполагается, что эффективность использования метформина зависит, в частности, от наличия полиморфизма данных генов.
Ключевые слова:
фармакогенетика, метформин фенотип «провала» фенотип «ответа» персонифицированная медицина
Препаратом выбора для начала терапии заслуженно считается метформин. Основным механизмом действия (препарат из группы бигуанидов, повышающий печеночную и периферическую чувствительность к эндогенному инсулину, не влияя на его секрецию) является снижение продукции глюкозы печенью, повышение захвата глюкозы мышцами и жировой тканью путем усиления связывания инсулина с рецепторами и повышения активности транспортеров глюкозы ГЛЮТ-1 и ГЛЮТ-4 [1, 2].
В обширном исследовании GoDARTS (5 386 пациентов с СД 2-го типа) с помощью GCTA-метода (картирование генов) было выявлено, что особенности фармакологического ответа на метформин являются наследственным признаком и могут варьировать [3].
В настоящее время все больший интерес вызывают полиморфизмы генов, участвующих как в фармакокине-тике, так и в фармакодинамике пероральных сахаросни-жающих препаратов. Однако многими учеными отмечается высокая вероятность влияния и других генов, таких, например, как фактор транскрипции [4]. В связи с этим поиск новых регуляторных и других генов-мишеней и их полиморфизмов, отвечающих за эффективность ПССП (пероральных сахароснижающих препаратов), остается чрезвычайно актуальным (рис. 1).
Однако остается неизвестным, какие гены и их полиморфизмы вносят больший вклад в формировании фенотипа «ответа» или «провала». Особенно важно предварительное определение такого фенотипа потому, что при СД 2-го типа пероральная сахароснижающая терапия явля-
ется пожизненной, что формирует ряд требований к эффектам как антигипергликемическим, так и плейотроп-ным. Данные эффекты, вероятно, могут различаться у носителей того или иного полиморфного гена или их сочетаний, что может сказаться на успехе терапии в целом. Исследования влияния ОНП (однонуклеотидных полиморфизмов) генов, непосредственно не связанных с фармакокинетикой и фармакодинамикой препаратов, в частности метформина, на прогнозирование эффективности сахароснижающей терапии ограничиваются единичными исследованиями, что вызывает особые затруднения в интерпретации результатов у пациентов, отличающихся этническими, тендерными и другими признаками.
Цель данного исследования - провести генетическое типирование пациентов с впервые выявленным сахарным диабетом 2-го типа (по 3 полиморфным генам) и установить возможные различия в динамике некоторых показателей в зависимости от гаплотипа при применении метформина.
Материалы и методы. Обследовано 80 пациентов с впервые выявленным СД 2-го типа с уровнем гликиро-ванного гемоглобина 6,5-10,5%, в возрасте до 70 лет, без тяжелых осложнений, не принимавшие ранее перораль-ные сахароснижающие препараты. Пациентам был назначен метформин в дозе 850 мг 2 раза в сутки. Данные представлены в виде медианы и верхних и нижних процентилей ввиду распределения, отличного от нормального. Результаты обработаны при помощи пакета прикладной статистики Statistica 10.0 с применением непараметрических критериев.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Эндотелиальная синтаза оксида азота (eNOS). Полиморфизм промотора С786Т
Существует ряд полиморфизмов гена, кодирующего eNOS, часть из которых связана с изменением в плазме крови количества N0 [6], - полиморфизм в промоторе 786Т > С приводит к значительному сокращению количе-
медицинским совет 2015 | №8
ства самого фермента eNOS [7]. В многочисленных исследованиях также было доказано, что утилизация глюкозы в жировой и мышечных тканях NO-зависима, и при блокировании как нейрональной, но в большей степени эндотелиальной синтазы оксида азота, развивается гипергликемия. В исследованиях была выявлена строгая ассоциация генотипа гомозиготы по аллелю 2 с инсули-норезистентностью, ожирением, гиперинсулинемией у пациентов с СД 2-го типа среди европейцев [8-10] и с повышенным уровнем глюкозы крови среди жителей Саудовской Аравии [11]. Эксперимент, проведенный на грызунах, показал, что полученная инсулинорезистент-ность нарушает фосфорилирование eNOS и формирует метаболическую память [12].
При генотипировании пациентов с впервые выявленным СД 2-го типа было выявлено, что у представителей гомозиготы по аллелю 2 изучаемого ОНП (однонуклео-тидного полиморфизма) гб 2070744 более высокий уровень глюкозы плазмы натощак (ГПН) (р = 0,0319), а у представителей гомозиготы по аллелю 1 - более низкий уровень гликированного гемоглобина (р = 0,0347).
Во всех подгруппах исследованных уровень гликированного гемоглобина и ГПН снижается статистически
Рисунок 1. Сводная диаграмма генов-мишеней, участвующих в фармакокине-тике, фармакодинамике, и регуляторных генов, изученные полиморфизмы которых отвечают за формирование фармакологического ответа соответствующего ПССП (адаптировано из [5])
Таблица 1. Динамика показателей гликемии при применении метформина в зависимости от гаплотипа гб 2070744 (ОНП С786Т гена эндотелиальной синтазы оксида азота)
Показатель Гаплотип гб 2070744 (частота)
СС (0,133) СТ (0,283) ТТ (0,583)
HbA1c до, % 6,85 [6,70; 7,30] (р = 0,0347) 7,70 [7,10;8,50] 7,40 [7,00;9,40]
НЬА1с ч-з 3 мес., % 6,20 [6,00;6,90] (Р = 0,035) 6,95 [6,50;7,70] (р = 0,0268) 6,60 [6,30;7,60] (р = 0,0265)
ДНЬА1с, % 0,65 [0,20;0,70] 0,49 [0,05;0,80] 0,37 [0,01;0,40]
ГПН до, моль/л 7,70 [7,35;8,05] 7,90 [6,60;9,00] 8,05 [6,20;10,00] (р = 0,0319)
ГПН через 3 мес., моль/л 6,30 [6,00;7,40] 6,90 [6,50;8,00] 7,30 [5,40;8,60]
С-пептид до, нг/мл 1,85 [1,20;2,20] 2,14 [1,48;2,80] 2,14 [1,60;3,14]
С-пептид ч-з 3 мес., нг/мл 2,37 [2,05;2,70] 2,90 [1,98;3,20] 1,95 [1,04;2,65] (р = 0,0412)
Примечания: НЬА1С, % - гликированный гемоглобин.
Препараты сульфонилмочевины
CYP2C9 TCF7L2
Метформин
^N111
SLC22A1
TCF7L2
ATM
SRR
WSF1
ENPP1
MATE2-K
SLC22A2
SLC47A1
значимо. Как видно из результатов исследования, представители гомозиготы по аллелю 1 имеют исходно более низкий уровень гликированного гемоглобина, однако у представителей гомозиготы по алле-лю 2 хотя и имеется тенденция к более эффективному его снижению, но уровень ГПН исходно выше, чем у представителей других подгрупп, и уровень С-пептида значимо снижается (табл. 1), что отчасти согласуется с данными предыдущих исследований [8, 11].
Репаглинид
SLC30A8
NAMPT
NOS1AP
UCP2
KCNQ1
PAX4
NEURODD1/BETA2
Пиоглитазон
PPARG2
PTPRD
ACE
Акарбоза
HNF4A PPARA PPARG2 LIPC
Росиглитазон
SLC30A8 RBP4 ABCA1 KCNQ1
8-оксогуанин-ДНК-гликозилаза. Полиморфизм С977С (Ser326Cys)
В исследованиях было доказано, что И0661 играет ключевую роль в устранении повреждений мтДНК вследствие митохондриального стресса, вызванного высоким содержанием свободных жирных кислот, что, в свою очередь, приводит к фосфорилирова-нию ^-1 (рецептор субстрата инсули-на-1), далее фосфорилирование А1й2 (RAC-бета серин/треониновая проте-инкиназа (продукт гена аЙ2)), что в конечном счете улучшает перемещение GLUT-4, что приводит к утилизации глюкозы клетками [13].
Однако возникает предположение, не является ли измененная функция hOGG1, ввиду определенного гаплоти-па ОНП, первичной по отношению к инсулинорезистентности и как следствие к СД 2-го типа. В исследованиях была показана строгая ассоциация полиморфизма C977G ^ег326СуБ), в частности аллелю 2 (СуБ), с ИР у паци-
медицинский совет 2015 | №8
Таблица 2. Динамика показателей гликемии при примене-
нии метформина в зависимости от гаплотипа гб 1052133
(ОНП С977С гена 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазы)
Показатель Гаплотип rs 1052133 (частота)
СС (0,621) CG (0,379)
HbA1c до, % 7,30 [6,80;8,00] 7,60 [7,15;8,15]
HbAjC ч-з 3 мес., % 6,90 [6,20;7,70] 6,85[6,20;7,70]
AHbAlc, % 0,60 [0,20;1,50] 0,63 [0,3;1,50]
ГПН до, моль/л 8,00 [7,20;10,00] 8,60 [7,05;9,65]
ГПН через 3 мес., моль/л 7,20 [5,50;8,00] 7,15 [6,30;7,80]
С-пептид до, нг/мл 2,05 [1,48;3,12] 2,14 [1,49;2,57]
С-пептид ч-з 3 мес., нг/мл 1,95 [1,45;2,30] 2,50 [1,48;2,76] (p = 0,0417)
Примечания: HbA1c, % - гликированный гемоглобин.
ентов с предиабетом [14], повышенными массой тела и уровнем глюкозы плазмы [15].
Ввиду предположения, что ОНП hOGGl rs 1052133 вовлечен в развитие ИР, эффективность применения метформина как препарата, нацеленного на устранение резистентности к инсулину, вероятно, будет варьировать.
Согласно исследованиям, «метформин-положитель-ным» гаплотипом данного ОНП является CG (гетерозиго-та), т. к. у данных представителей наблюдается наиболее эффективное снижение показателей гликемии [16].
Исходные данные представителей двух подгрупп (гомозиготы по аллелю 1 и гетерозиготы) друг от друга статистически значимо не отличаются (табл. 2). Однако не остается незамеченным тот факт, что среди пациентов отсутствуют носители аллеля 2, кодирующего цисте-ин, что в предыдущих исследованиях ассоциировалось с инсулинорезистентностью, избытком массы тела и высоким уровнем ГПН [14, 15]. Снижение показателей глики-рованного гемоглобина и уровня ГПН наблюдалось как в группе гомозиготы (р = 0,014 и р = 0,006 соответственно), так и гетерозигот (р = 0,013 и р = 0,004 соответственно), однако в группе гетерозигот динамика была чуть более существенна, а также отмечалось значимое повышение уровня С-пептида. Данный факт согласуется с выводами о «метформин-положительном» фенотипе гетерозигот [16].
Полиморфизм ТР53 C215G (Pro72Arg)
Данные исследования предполагают, что полиморфизм кодона 72 (Arg72Pro, rs 1042522) влияет на инсу-линорезистентность и массу тела пациентов с СД 2-го типа [17]. Показано, что G-аллель (Arg) полиморфизма белка р53 (rs 1042522) ассоциирована с более высоким риском СД 2-го типа у европейцев [17-22].
Как известно, метформин реализует свои эффекты через активацию АМФК, депрессия которой наблюдается при метаболическом синдроме, сахарном диабете и раке. В свою очередь, АМФК регулирует экспрессию белка р53. Нарушенная регуляция приводит к последствиям, развивающимся по двум путям, - злокачественный рост либо апоптоз клеток, что является причиной
недостаточности бета-клеток, а значит, и прогрессирова-ния СД 2-го типа [23]. В дальнейшем было неоднократно показано, что снижение уровня белка р53 и полиморфизм ТР53 неразрывно связаны с возникновением инсулинорезистентности, нарушенной толерантности к глюкозе и СД 2-го типа [24, 25].
Таким образом, можно судить о том, что метформин предотвращает апоптоз клеток инсулинового аппарата через увеличение экспрессии белка р53.
Следовательно, эффективность метформина, как препарата, снижающего инсулинорезистентность, в зависимости от гаплотипа ОНП ге 1042522 белка р53, вероятно, может варьировать.
При генотипировании пациентов с впервые выявленным СД 2-го типа было выявлено, что у представителей гомозиготы по аллелю 2 изучаемого однонуклеотидного полиморфизма гб 2070744 более высокий уровень глюкозы плазмы натощак (ГПН) (р = 0,0319), а у представителей гомозиготы по аллелю 1 - более низкий уровень гликированного гемоглобина (р = 0,0347)
Исходные исследуемые показатели представителей всех трех подгрупп гаплотипов не отличаются статистически значимо. Однако стоит отметить тот факт, что носителей аллеля, кодирующего аргинин, значительно много среди пациентов с впервые выявленным СД 2-го типа, что, вероятно, согласуется с данными многочисленных исследований [21-25]. Динамика снижения гликогемогло-бина и уровня ГПН была значимой, а также и более существенной в подгруппе гомозиготы по аллелю 1 (р = 0,022 и р = 0,019), чем в подгруппе гетерозиготы (р = 0,026 и р = 0,018) и гомозиготы по аллелю 2 (р = 0,029 и р = 0,035), о чем свидетельствует большее значение *НЬА1с (р = 0,04). Однако уровень С-пептида вырос в последней подгруппе (табл. 3).
Таблица 3. Динамика показателей гликемии при применении метформина в зависимости от гаплотипа гб 1042522 ОНП гена ТР53 С215С (Рго72Агд)
Показатель Гаплотип rs 1042522 (частота)
СС (0,149) CG (0,362) GG (0,489)
HbA1c до, % 7,10 [6,80;7,50] 7,10 [6,80;7,70] 7,45 [7,10;9,10]
HbA1c ч-з 3 мес., % 6,30 [6,10;6,60] 6,50 [6,05;7,35] 7,10 [6,10;7,80]
AHbA1c, % 0,95 [0,35;1,65] p = 0,04 0,50 [0,30;1,40] 0,02 [0,10;0,50]
ГПН до, моль/л 7,80 [6,10;8,80] 7,50 [6,20;9,00] 9,00 [7,60;10,00]
ГПН через 3 мес., моль/л 6,20 [4,50;7,10] 6,80 [5,20;7,40] 7,80 [6,30;9,50]
С-пептид до, нг/мл 2,00 [1,90;2,70] 2,65 [2,05;3,49] 1,55 [1,20;2,94]
С-пептид ч-з 3 мес., нг/мл 2,10 [1,90;2,34] 2,10 [1,00;2,40] 1,95 [1,65;2,63]
Примечания: HbA1c, % - гликированный гемоглобин.
медицинский ^^^ совет 2015 | №8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Крайне важно критически подходить к изобилию информации генетических исследований для объективного прогнозирования клинических исходов. В связи с этим следует изучать как ассоциированные непосредственно с СД 2-го типа, так и полиморфные гены, участвующие в лекарственных взаимодействиях и обусловливающие специфический фармакологический ответ.
Полученные в ходе исследования данные позволили предположить существование фенотипа «провала» и фенотипа «ответа» на терапию метформином. Таким образом, у представителей фенотипа «ответа» отмечается больший эффект от терапии метформином (рис. 2), чем у представителей фенотипа «провала». Однако стоит упомянуть, что эти ОНП присутствуют одновременно в организме данного конкретного пациента, что свидетельствует об их постоянном взаимодействии друг с другом и тем самым формирует специфический фармакологический ответ. Ввиду этого необходимо проводить GWAS (геном-
Рисунок 2. Фенотип «провала» и фенотип «ответа»
Фенотип «ответа» (response phenotype)
Фенотип «провала» (fail phenotype)
CC 786C>T CG 977C > G CC и GG 212 C > G
CT TT 786C > T CC 977C > G CG 212 C > G
ассоциированнные исследования) анализ с привлечением как можно большего числа пациентов для верификации данных.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алгоритмы специализированной медицинской помощи больным сахарным диабетом. Под редакцией И.И. Дедова, М.В. Шестаковой. Издание шестое. М.: ФГБУ ЭНЦ, 2013: 120.
2. Кравчук Е.Н. Применение метформина при сочетании ишемической болезни сердца и сахарного диабета 2-го типа: механизмы действия и клиническая эффективность. Е.Н. Кравчук, М.М. Галагудза. Сахарный диабет, 2013, 1: 5-14.
3. HeritabiLity of variation in glycaemic response to metformin: a genome-wide complex trait analysis. Zhou K., Donnelly L., Yang J. et al. The Lancet. Diabetes and Endocrinology, 2014, 2(6): 481-487. doi: 10.1016/S2213-8587(14)70050-6. Epub 2014 Mar 19.
4. Genetic variants in transcription factors are associated with the pharmacokinetics and pharmacodynamics of metformin. Goswami S еt al. Clin Pharmacol Ther,, 2014, 96(3): P. 370379. doi: 10.1038/clpt.2014.109. Epub 2014 May 22.
5. Stratified medicine for the use of antidiabetic medication in treatment of type II diabetes and cancer: where do we go from here? (Review). Emami-Riedmaier A. [et al.]. J Intern Med, 2015, 277: 235-247.
6. Wang XL, Mahaney MC, Sim AS et al. Genetic contribution of the endothelial constitutive nitric oxide synthase gene to plasma nitric oxide levels. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol, 1997, 17: 3147-3153.
7. Nakayama M, Yasue H, Yoshimura M et al. T-786 C mutation in the 5'-flanking region of the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with coronary spasm. Circulation, 1999, 99: 2864-2870.
8. T(-786)^C polymorphism of the endothelial nitric oxide synthase gene is associated with insulin resistance in patients with ischemic or non ischemic cardiomyopathy. C. Vecoli, M.G. Andreassi, R. Liga [et al.]. BMC Med Genet., 2012, 2(13): 92. doi: 10.1186/1471-2350-13-92.
9. eNOS polymorphism associated with metabolic syndrome in children and adolescents. J.A. Miranda, V.A. Belo, D.C. Souza-Costa. Mol Cell Biochem,, 2013, 372(1-2): 155-60. doi: 10.1007/ s11010-012-1456-y.
10. Roy D, Perreault M and Marette A. Insulin stimulation of glucose uptake in skeletal muscles and adipose tissues in vivo is NO dependent. AJP-Endocrinology and Metabolism, 1998, 274(4): 692-699.
11. Variants of endothelial nitric oxide synthase gene are associated with components of metabolic syndrome in an Arab population. K.M. Alkharfy, N.M. Al-Daghri, O.S. Al-Attas et al. Endocr J., 2012, 59(3): 253-263. Epub 2012 Jan 12.
12. Tallapragada DS. Long standing partnership between insulin resistance and endothelial dysfunction: Role of metabolic memory. D.S. Tallapragada, P.A. Karpe, K.Tikoo. Br J Pharmacol., 2015, Mar 30. doi: 10.1111/ bph.13145. [Epub ahead of print].
13. Alteration of mitochondrial function and insulin sensitivity in primary mouse skeletal muscle cells isolated from transgenic and knockout mice: role of OGG1. L.V. Yuzefovych, A.M. Schuler, J. Chen et al. Endocrinology, 2013, 154(8): 2640-2649. doi: 10.1210/en.2013-1076.
14. The hOGG1 Ser326Cys gene polymorphism is associated with decreased insulin sensitivity in subjects with normal glucose tolerance. C.L. Wang, M.C. Hsieh, S.C. Hsin. Journal of Human Genetics, 2006, 51(2): 124-128. Epub 2005 Dec 7.
15. Associations between hOGG1 Ser326Cys polymorphism and increased body mass index and fasting glucose level in the Japanese general population. M. Hara, K. Nakamura, H. Nanri [et al.]. Journal of Epidemiology, 2014, 24(5): 379-384.
16. Гормонально-метаболические и генетические маркеры чувствительности к метформину при диабете и раке: предсказание и реальность. Берштейн Л.М., Васильев Д.А., Иевлева А.Г. и др. Сахарный диабет, 2014, 1: 21-28.
17. Bonfigli AR.The p53 codon 72 (Arg72Pro) polymorphism is associated with the degree of
insulin resistance in type 2 diabetic subjects: a cross-sectional study. A.R. Bonfigli. Acta Diabetologie, 2013, 50(3): 429-436.
18. Burgdorf KS. Studies of the association of Arg72Pro of tumor suppressor protein p53 with type 2 diabetes in a combined analysis of 55,521 Europeans. K.S. Burgdorf. PLoS One, 2011, 20(6): e15813. doi: 10.1371/journal. pone.0015813 [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ pmc/articles/PMC3024396/ (дата обращения 20.11.2013).
19. Gaulton Kl. Comprehensive association study of type 2 diabetes and related quantitative traits with 222 candidate genes. K.J. Gaulton. Diabetes., 2008, 11: 3136-3144.
20. Gloria-Bottini F. Is there a role of p53 codon 72 polymorphism in the susceptibility to type 2 diabetes in overweight subjects? A study in patients with cardiovascular diseases. F. Gloria-Bottini. Diabetes Research and Clinical Practice, 2011, 3: P. 4-7.
21. Tornovsky-Babeay S. Type 2 diabetes and congenital hyperinsulinism cause DNA doublestrand breaks and p53 activity in ß cells. S. Tornovsky-Babeay et al. Cell metabolism., 2014, 19(1): 109-121.
22. Qu L. Association between polymorphisms in RAPGEF1, TP53, NRF1 and type 2 diabetes in Chinese Han population. L. Qu et al. Diabetes Research and Clinical Practice, 2011, 91(2): 171-176.
23. Luo Z, Zang M, Guo W. AMPK as a metabolic tumor suppressor: control of metabolism and cell growth. Z. Luo, M. Zang, W.Guo. Future Oncology, 2010, 6(3). Vol. 457-470. doi: 10.2217/ fon.09.174.
24. Dincer Y. Serum levels of p53 and cytochrome
c in subjects with type 2 diabetes and impaired glucose tolerance. Y. Dincer. Clin Invest Med., 2009, 32(4): 266-270.
25. Minamino T. A crucial role for adipose tissue p53 in the regulation of insulin resistance. T. Minamino et al. Nature Med., 2009, 15(9): 1082-1087.
