CC BY
74
НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЛЕЧЕНИЯ
УДК 612.015.11: 616-056.11: 615.27
ФЕНОТИПИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦЕВ ПО АКТИВНОСТИ ИЗОФЕРМЕНТА ЦИТОХРОМА Р450 1А2 -КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ПАРАКСАНТИНА
Антонина Андреевна Филимонова1, Лилия Евгеньевна Зиганшина2*,
Айрат Усманович Зиганшин3, Андрей Александрович Чичиров4
‘Казанская государственная медицинская академия, 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, 3Казанский государственный медицинский университет, 4Казанский государственный
энергетический университет
Реферат
Цель. Оценка окислительного статуса здоровых добровольцев с помощью специфического маркера активности изофермента Р450 1А2 — константы образования параксантина, и на этом основании выделение групп в соответствии с метаболической активностью печени.
Методы. Проанализированы результаты фенотипирования 95 здоровых добровольцев по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 с использованием кофеина в качестве тест-субстрата. Исследования образцов проводились с применением метода высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для определения параметров фармакокинетики кофеина использовалась двухкамерная математическая модель с всасыванием, а активности CYP 1A2 — константа скорости I порядка образования параксантина.
Результаты. Было установлено, что распределение здоровых добровольцев по отрицательному логарифму константы образования параксантина и по константе элиминации кофеина является нормальным. Фенотипирование позволило распределить добровольцев на группы средних, быстрых и медленных метаболизаторов. В основу разделения был положен доверительный интервал, рассчитанный для группы здоровых, некурящих, не принимающих никаких лекарств мужчин и женщин в возрасте от 20 до 60 лет.
Выводы. Подразделение на группы по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 может быть использовано для выявления воздействия на метаболизм лекарств факторов окружающей среды, у лиц с различными группами заболеваний, а также для правильного дозирования лекарств, метаболизирующихся преимущественно в этом изоферменте.
Ключевые слова: фенотипическое распределение, изофермент цитохрома р450 1А2, метаболизм, константа скорости образования параксантина.
PHENOTYPIC DISTRIBUTION OF HEALTHY VOLUNTEERS ACCORDING TO THE ACTIVITY OF THE ISOENZYME OF CYTOCHROME P450 1A2 - A CONSTANT OF THE RATE OF PARAXANTHINE FORMATION. A.A. Filimonova1, L.E. Ziganshina2, A.U. Ziganshin3, AA. Chichirov4. ‘Kazan State Medical Academy, 2Kazan (Volga) Federal University, 3Kazan State Medical University, 4Kazan State Power Engineering University. Aim. To assess the oxidative status of healthy volunteers using a specific activity marker of the isoenzyme of P450 1A2 activity — a constant of the rate of paraxanthine formation, and on this basis to determine groups in accordance with the metabolic activity of the liver. Methods. Analyzed were the results of phenotyping 95 healthy volunteers according to the activity of the isoenzyme of cytochrome P450 1A2 with caffeine used as the test substrate. Studies of the samples were carried out using the method of high-performance liquid chromatography. In order to determine the pharmacokinetic parameters of caffeine used was a two-part mathematical model with absorption, while to determine the activity of CYP 1A2 — the first-order rate constant of paraxanthine formation. Results. It was established that the distribution of healthy volunteers by the negative logarithm of the paraxanthine formation constant and by the constant of caffeine elimination is normal. Phenotyping made it possible to distribute the volunteers among groups of averages, fast and slow metabolisers. The basis for the division was the confidence interval calculated for a group of healthy, non-smokers, not taking any medications males and females aged 20 to 60 years. Conclusions. The division into groups according to the activity of the isoenzyme of cytochrome P450 1A2 can be used to determine the impact of environmental factors on drug metabolism in individuals with a diverse group of diseases, as well as for the correct dosage of drugs metabolized mainly by this isoenzyme. Key words: phenotypic distribution, isoenzyme of cytochrome P450 1A2, metabolism, a constant of the rate of paraxanthine formation.
Изофермент цитохрома Р450 1А2 участвует в метаболизме многих широко применяемых лекарственных средств и эндогенных веществ, а также в активации прокарциногенов [3]. Как генетические факторы, так и факторы окружающей среды оказывают влияние на активность изофермента 1А2 [6]. Эпидемиологические исследования по фенотипическому разделению пациентов на группы в соответствии с активностью изофермента 1А2 неодинаковы. Так, частота встречаемости медленных метаболизаторов в общей популяции
Адрес для nepenHCKH:Lezign@gmail.com
китайцев равна 5,24% (бимодальное распределение) [10] и среди некурящих китайцев — 10% [5]. По результатам фенотипирования австралийцев [7] и японцев [9], число медленных метаболиза-торов составляет соответственно 5% и 14,1% с три-модальным характером распределения в обоих исследованиях. Такие результаты фенотипирования могут быть связаны как с межэтническими различиями в частоте встречаемости медленных метаболизаторов [8], так и с использованием авторами различных маркеров активности изофермента 1А2.
Целью нашего исследования являлась оценка активности изофермента цитохрома Р450
А Новые методы исследования и лечения
Рис. 1. Фармакокинетические кривые кофеина и его первичных метаболитов добровольца №1
1А2 у здоровых добровольцев с помощью разработанного нами специфического маркера активности изофермента 1А2 — константы образования параксантина и на этом основании выделение групп в соответствии с метаболической активностью печени.
Было обследовано 95 здоровых добровольцев (57 женщин и 38 мужчин, средний возраст — 36,4±16,7 года), проживающих в г. Казани. Масса тела добровольцев составляла в среднем 68,8±15,8 кг. Среди обследованных добровольцев 18 человек курили, в том числе 5 женщин и 13 мужчин; 11 женщин принимали оральные контрацептивы, 2 из которых являлись курильщицами.
Условия отбора образцов для высокоэффективного жидкостного хроматографического анализа (ВЭЖХ) и собственно методика его проведения разработаны нами [2 — 4]. После приема однократно натощак 500 мг кофеина в плазме крови и слюне определяли концентрации кофеина и его первичных метаболитов. Параметры фармакокинетики кофеина рассчитывали с использованием двухкамерной математической модели с всасыванием, а константу скорости образования параксантина — согласно кинетическим данным по уравнениям математической модели [4]. Статистическую обработку результатов производили с помощью программы Statistica 7. Сравнение эмпирического и теоретического распределениий осуществляли по критерию Колмогорова — Смирнова и х2 тесту. Активность всего метаболизма кофеина оценивали с использованием константы элиминации кофеина, а изофермента 1А2 — константы скорости образования параксантина (кпара).
Исследование фармакокинетики кофеина у здоровых добровольцев показало, что характер распределения по кпара является логнормальным. В связи с этим в качестве критерия метаболизма по пути параксантина, т.е. активности изофермента 1А2, был выбран показатель константы скорости I порядка рк , равный -Ink . Знак
пара пара
“минус” поставлен для того, чтобы ркпара имел положительное значение. Чем выше значение по ркпара, тем медленнее протекает метаболическое превращение. В свою очередь, распределение здоровых добровольцев по отрицательному логариф-908
20
18
16
ч
¿14
О
£12
'6
-ю
2
В 8
я
с.
Ё е
V
х 4
о * 2
0
—♦— кофеин
---X- теобромин
—О— параксантин
- - Д- - теофиллин
1 V - - ■си.
. *и.
cfx*' Х "" *-□-
Лда-д
10 15
время, ч
Рис. 2. Фармакокинетические кривые кофеина и его первичных метаболитов добровольца №2.
му константы образования параксантина и по константе элиминации кофеина является нормальным.
Фенотипирование обследованных нами здоровых позволило распределить их на группы средних, быстрых и медленных метаболизаторов. В основу разделения был положен доверительный интервал, рассчитанный для группы здоровых, некурящих, не принимающих никаких лекарств мужчин и женщин в возрасте от 20 до 60 лет. По отрицательному логарифму константы образования параксантина быстрые метаболизаторы находились в пределах <2,56, средние — >2,56 и <3,29, медленные — >3,29, по константе элиминации кофеина — соответственно >0,165, >0,076 и <0,165 и <0,076.
В качестве примера приводим анализ параметров средних, быстрых и медленных мета-болизаторов с учетом выбранных нами критериев.
Доброволец №1. Женщина, возраст — 24 года, масса тела — 60 кг. Заболеваний нет.
Прием лекарственных средств — нет. Вредные привычки (алкоголизм, курение, наркомания) — нет. Фармакокинетические характеристики приведены на рис. 1.
Из рис. 1 видно, что фармакокинетическая кривая кофеина имеет высокий пик и плавный правильный спуск. Кривые метаболитов также правильной форм и возрастают пропорционально снижению кривой кофеина. Все параметры находятся в пределах нормы или в средних значениях (рк = 2,57; к 1 = 0,095 ч-1), которые соответствуют
пара ’ ’ е ’ ' ’ г
группе здоровых, некурящих, не принимающих никаких лекарственных средств молодых добровольцев. Следовательно, можно утверждать, что доброволец №1 является средним метаболизато-ром по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 со средними значениями всех фармакокинетических показателей метаболизма кофеина.
Доброволец №2. Мужчина, возраст — 45 лет, масса тела — 80 кг. Заболеваний нет. Прием лекарственных средств — нет. Вредные привычки — курение. Фармакокинетические характеристики приведены на рис. 2.
На рис. 2 приведена типичная для ускоренного метаболизма кривая кофеина, с высоким
Казанский медицинский журнал, 2011 г., том 92, № 6
Рис. 3. Фармакокинетические кривые кофеина и его первичных метаболитов добровольца №3.
и острым пиком и крутым спуском. Для добровольца №2 характерен ускоренный метаболизм кофеина, при этом увеличена активность как изофермента 1А2 (ркпара = 1,22), так и других ферментов, участвующих в биотрансформации кофеина (ке1 = 0,25 ч1). Ускорение метаболизма у добровольца №2, по-видимому, связано с курением, так как показано, что курение является сильным индуцирующим фактором активности изоферментов, участвующих в биотрансформации кофеина [2]. Таким образом, добровольца №2 можно назвать быстрым метаболизатором по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 с превышавшими норму фармакокинетическими показателями метаболизма кофеина.
Доброволец №3. Женщина, возраст — 63 года, масса тела — 120 кг. Заболевания — гипертоническая болезнь III стадии, 3-я степень, риск 4, гипертрофия левого желудочка, метаболический синдром; ХСН I ФК II; хронический холецистит, фиброз печени и жировая дегенерация печени (выявленная по УЗИ), остеоартроз обоих коленных суставов. Прием лекарственных средств — эналаприл, гипотиазид, нимесулид. Вредных привычек нет. Фармакокинетические характеристики приведены на рис. 3.
На рис. 3 фармакокинетическая кривая кофеина имеет двугорбую вершину и очень пологий замедленный спуск. Фармакокинетические кривые метаболитов ограничивают очень малые площади и располагаются намного ниже фармакокинетической кривой кофеина, не пересекая ее, как мы наблюдали у первых двух добровольцев. Доброволец №3 характеризуется снижением активности ферментов, принимающих участие в метаболизме кофеина (ке1 = 0,04 ч-1), и, в частности, изофермента 1А2 (ркпара = 4,09). В данном случае при анализе результатов фенотипирова-ния добровольца №3 можно предположить, что имеется прямая корреляция между снижением активности всех изоферментов, участвующих в метаболизме кофеина, и приемом нимесулида, так как одним из серьезных побочных эффектов нимесулида является гепатотоксичность [1]. Известно, что нимесулид по сравнению с другими НПВС в 1,3 раза чаще вызывает гепатотоксиче-
ские эффекты, и в 2 раза — тяжелые повреждения печени. Иными словами, доброволец №3 является медленным метаболизатором по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 с пониженными фармакокинетическими параметрами метаболизма кофеина.
Подразделение здоровых добровольцев на группы по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 может быть использовано для выявления воздействия на метаболизм лекарственных индукторов и ингибиторов, факторов окружающей среды (курение, алкоголизм, наркомания, пол, национальность, возраст, масса тела и др.), у лиц с различными группами заболеваний (сахарный диабет 1 и 2-го типов, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др.), а также для правильного дозирования лекарств, метаболизирующихся с участием этого изофермента. Применение разработанных нами критериев фенотипического распределения здоровых добровольцев поможет добиться определенной стандартизации и унификации полученных результатов фенотипирования в клинической практике.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лекарственные средства. Справочник / Под ред. Р.У Хабриева, А.Г. Чучалина; отв. ред. Л.Е.З иганшина. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. — 784 с.
2. Филимонова АА, Зиганшина Л. Е, Зиганшин А. У., Чичиров А.А. Возможности фенотипирования пациентов по активности изофермента цитохрома Р450 1А2 с использованием кофеина в качестве тест-субстрата // Эксп. клин. фармакол. — 2009. — Т. 72, №5. — С. 61 — 65.
3. Филимонова АА., Зиганшин А. У., Зиганшина Л. Е. Особенности метаболизма разных лекарственных средств с участием изоферментов цитохрома Р450 // Эксп. клин. фармакол. — 2007. — Т. 70, №3. — С. 69 — 77.
4. Филимонова А.А. Зиганшина Л. Е, Чичиров АА. Улучшенная высокоэффективная жидкостная хроматографическая методика определения кофеина и его первичных метаболитов в слюне и плазме // Клин. лаб. диагн. — 2008. — №10. — С. 34 — 36.
5. Butler M.A., Lang N.P., Young J.F. et al. Determination of CYP1A2 and NAT2 phenotypes in human populations by analysis of caffeine urinary metabolites // Pharmacogenetics. — 1992. — Vol. 2. — P 116 — 127.
6. Gunes A., Dahl M.L. Variation in CYP1A2 activity and its clinical implications: influence of environmental factors and genetic polymorphisms // Pharmacogenomics. — 2008. — Vol. 9, № 5. — Р. 625 — 637.
7. Ilett K.F., Castleden W.M. et al. Acetylation phenotype and cytochrome P450 1A2 phenotype are unlikely to be associated with peripheral arterial disease // Clin. Pharmacol. Ther. — 1993. — № 54. — Р 317 — 322.
8. Kadlubar F. Letter to the Editor. Correspondence re: Letter to the Editor by B. K. Tang and W. Kalow on CYP1A2 Phenotyping Using Caffeine // Drug. Metab. Rev. — 1994. — Vol. 26. — Р. 37 — 46.
9. Nakajima M., Yokoi T., Mizutani M. Phenotyping of CPY1A2 in Japanese population by analysis of caffeine urinary metabolites: absence of mutation prescribing the phenotype in the CYP1A2 gene // Cancer. Epidemiol. Boimarkers Prev. — 1994. — № 3. — Р. 413 — 421.
10. Ou-Yang D.S., Huang S.L. Phenotypic polymorphism and gender-related differences of CYP1A2 activity in a Chinese population // Br. J. Clin. Pharmacol. — 2000. — Vol. 49, № 2. — Р 145 — 151.
