CC BY
236
Особенности системы биотрансформации лекарственных средств в фетоплацентарном комплексе
Е.А. Сокова
Институт клинической фармакологи ФГУ «НЦЭСМП» Росздравнадзора, Москва
В аналитическом обзоре представлены и обсуждаются молекулярные механизмы эволюции экспрессии ферментов I и II фазы системы биотрансформации ксенобиотиков у плода и в плаценте. В настоящее время понимание и знание метаболизма лекарственных средств в материнско-плацентарно-плодном комплексе, факторов, оказывающих влияние на эти процессы, имеет первостепенное значение в оценке соотношения польза/риск применения лекарственных средств как для материнского организма, так и для плода на протяжении всей беременности.
Ключевые слова: беременность, плацента, плод, биотрансформация, цитохром Р-450, лекарственное средство.
На сегодняшний день, данные многочисленных экспериментальных и клинических исследований показали первостепенную роль метаболизма лекарственных средств (ЛС) в фармакокинетических процессах, определяющую индивидуальный фармакологический ответ [1, 2, 3, 5]. Достижения молекулярной медицины позволили доказать наличие в организме человека «системы биотрансформации и транспортеров ЛС», звенья которой (ферменты метаболизма и различные транспортеры ЛС) осуществляют предотвращение проникновения ксенобиотиков, снижение фармакологической активности и облегчение их выведение из конкретной биологической системы. Во время беременности «система биотрансформации и транспортеров ЛС» приобретает трехуровневый характер, функционируя в материнско-плацентарно-плод-ном компартменте в соответствии со степенью биологической зрелости [21, 27, 34, 57]. При этом вклад фетоплацентарного метаболизма в гестационную фармакокинетику не велик [3]. «Слабым» звеном в этой системе является плод, метаболизм которого протекает медленнее, чем у взрослых, в связи с отсутствием или низкой экспрессией большинства изоферментов CYP450 микросо-мального окисления ЛС (табл. 1).
I фаза метаболизма ЛС у плода
Несмотря на то, что исследования I фазы метаболизма ЛС у плода проводятся давно, наши знания об экспрессии различных изоферментов CYP далеки от полноты. Активность ферментов, участвующих в микросомальном окислении ЛС, обнаруживается уже в конце первого триместра беременности, однако они более активны в отношении эндогенных веществ. Органами биотрансформации ксенобиотиков у плода в порядке убывания значимости являются надпочечники, печень, поджелудочная железа и половые железы. В процессе метаболизма некоторые ЛС окисляются до эпоксидов, обуславливающих в большинстве случаев тератогенное действие ЛС. Концентрация цитохрома Р-450 в надпочечниках выше, чем в печени. Разные изоферменты цитохрома Р-450 приобретают функциональную активность в различные сроки внутриутробного развития плода, что служит причиной неодинаковой окислительной способности в отношении различных ЛС, относящихся иногда к одной группе веществ. Содержание цитохрома Р-450 в печени плода составляет 30-60% от соответствующих значений в печени взрослого человека. При рождении содер-
жание CYP начинает постепенно увеличиваться, достигая взрослого уровня к 10 годам жизни [21, 27]. Однако наблюдаются значительные различия в экспрессии генов трех семейств CYP, задействованных в метаболизме ксенобиотиков, а также различия среди 24 изоферментов CYP, которые кодируются этими генами (табл. 1).
Таблица 1 Активность и экспрессия CYP
I фазы метаболизма ЛС у плода [21]
Ген Триместр беременности
1 2 3
ОУР1А1 + + ?
СУР1Б1 ? ±? ?
СУР1А2 - - -
СУР2А - - -
СУР2В6 - - ?
СУР2С - - -
СУР206 - ± ±
СУР2Е1 ? +? +?
CУP2J ? + ?
СУР3А7 + + +
СУР3А4/3А5 - - -
Обозначения: + активность или белок определен; - не определена активность белка; ? - не определен; ± - активность или белок определен, но исследована только в одной фракции исследованных образцов; +? - противоречивые данные.
Семейство СУР1
Три представителя CYP1 — CYP1A1, CYP1A2, CYP1B1 — необходимы для метаболического распределения полицикличес-ких ароматических углеводородов, ароматических аминов, эстрадиола и некоторых ЛС. В ряде исследований [36, 63] была продемонстрирована активность CYP1A1 в 8 из
10 образцов печени эмбриона на 7-9-й неделе гестации и наличие экспрессии CYP1A1 на более поздних сроках гестации (11-20-я неделя) [50]. Аналогичные результаты были получены в исследовании [30], в котором обнаружили CYP1A1 мРНК в печени, легких и надпочечниках плода и ее
отсутствие в почках между 6-й и 12-й неделями, 8-й и 21-й неделей, 11-й и 17-й неделями гестационного срока соответственно. Авторы показали, что экспрессия CYP1A1 мРНК снижается с возрастом, а у взрослого человека вообще отсутствует.
СУР1Б1 экспрессия и ее роль в прокар-циногенном метаболизме представляет значительный интерес. Однако только в двух исследованиях была исследована экспрессия CYP1B1 во время онтогенеза. Накко1а X и соавт. [18] сообщили о CYP1B1 мРНК экспрессии в печени плода (12-19-я неделя гестации) только в трех из шести исследованных образцов. В более раннем исследовании [50] не обнаружена CYP1B1 мРНК в печени плода, в то время как экстрапеченочная экспрессия была продемонстрирована в почках, головном мозге, надпочечниках и легких плода [18].
CYP1A2, в противоположность CYP1A1 и CYP1B1, не играет роли в метаболизме ксенобиотиков у плода. Большинство исследователей не смогли определить экспрессию CYP1A2 в печени плода иммунологическим и ПЦР-методами во время фетального и неонатального периодов [50, 54, 63]. И только в возрасте 1 года содержание CYP1A2 достигает 50% уровня взрослого.
Семейство СУР2
СУР2 является самым разнообразным среди семейств CYP, содержащим 8 изоферментов. К настоящему моменту в печени плода не обнаружено экспрессии ни одного из изоферментов CYP2A [14, 22, 50], а также CYP2B6 от 11-й до 24-й недели гестации. У человека известно четыре члена семейства генов CYP2C — CYP2C8, CYP2C9, CYP2C18 и CYP2C19. Имеются противоречивые данные по поводу экспрессии CYP2C в печени плода. Большинство авторов считают, что экспрессия CYP2C активируется при рождении. Однако, в работе КоикоигИаЫ Б^. и соавт. [24] впервые было показано наличие экспрес-
сии CYP2C9 и CYP2C19 у плода на протяжении гестационного периода (рис. 1, 2).
Исследователи отметили, что содержание CYP2C9 и CYP2C19 в различных образцах печени плода подвержено значительной вариабельности (рис. 3).
EGA (weeks) PNA (months)
Рис. 1. Развитие экспрессии CYP2C9 у плода на протяжении гестационного периода и в первые 5 месяцев после рождения [24]
О r2 = 0.477
• • • •
t ^ - • V #• • • * і і i*i 5 •• .•Vft » У*і і° і°°р і
EGA (weeks) PNA (months)
Рис. 2. Развитие экспрессии CYP2C9 и CYP2C19 у плода на протяжении гестационного периода и в первые 5 месяцев после рождения [24]
CYP2C19 (pmol/mg)
Рис. 3. Вариабельность содержания CYP2C9 и CYP2C19 в различных образцах печени плода [24]
Авторы показали, что по мере увеличения гестационного срока содержание и активность CYP2C9 и CYP2C19 постепенно нарастают.
Ladona M.G. и соавт. [25], базируясь на невозможности определения О-деметили-рования декстрометорфана, предполагают отсутствие экспрессии CYP2D6 в печени плода, хотя имеются данные о наличии белка CYP2D6 и мРНК в печени плода после 30 недели гестации, но только в 30% исследованных образцов, содержание которых составляет 5% от взрослого уровня [58]. В единственном исследовании [12] была обнаружена экспрессия CYP2D6 в головном мозге плода. Содержание CYP2D6 белков значительно возрастает после рождения, достигая 50-75% от уровня взрослого человека в течение неонатального периода. Как считает большинство исследователей, CYP2D6 у плода, так же как у взрослых, является генетически самым полиморфным, что может приводить к токсическим эффектам ЛС, являющихся его субстратами.
CYP2E1 активно участвует в метаболизме этанола, нитрозаминов, кофеина, некоторых анестетиков. В ряде исследований обнаружен постоянный уровень CYP2E1, начиная с 16-й и до 24-й недели гестации, но на уровне 10-30% от взрослого.
Не так давно был открыт CYP2J2, экспрессированный в значительном количестве в сердце, желудочно-кишечном тракте, почках, печени и легких человека [62]. Этот изофермент катализирует окисление ретиное-вой и арахидоновой кислот в биологически активные вещества [47]. Исследования продемонстрировали также наличие экспрессии CYP2J2-белка в печени и слизистой оболочке носа плода в период от 13-й до 18-й недели гестации, причем его уровень соответствовал взрослому [14] .
Семейство СУР3
Доклинические и клинические исследования последних лет показали, что CYP3A7 является доминирующим изо-
ферментом в печени плода и экспрессирован преимущественно у плода [55]. В то же время активность СУР3Л4 у плода слабая и возрастает к моменту рождения, достигая 30-40% от уровня активности взрослого после первого месяца жизни. Экспрессия СУР3Л4 транскрипционно активируется в течение 1-й недели после рождения, одновременно с этим экспрессия СУР3Л7 снижается. БИао I. и соавт. [49] определяли количественно равновесную мРНК в экспрессии 6 изоферментов СУР 450 и 11 изоферментов глутатион-Б-транс-фераз в гемопоэтических клетках печени плода во втором триместре беременности. Была обнаружена низкая экспрессия изоферментов СУР 450 (СУР1Л1, СУР2Е1, СУР3Л4, СУР3Л5), а СУР1Л2 и СУР3Л7 не были найдены.
II фаза метаболизма ЛС у плода
Реакции II фазы метаболизма ЛС обеспечивают снижение фармакологической активности или детоксикацию, облегчение их выведения из конкретной биологической системы. Данные по активности ферментов
II фазы метаболизма ЛС у плода представлены в табл. 2.
Таблица 2 II фаза метаболизма ЛС у плода [27]
Ген Триместр беременности
1 2 з
GSTA1/A2 + + +
GSTM + + +
GSTP1 + + +
NAT2 + + +
UGT1A1 - - -
UGT1A3 ? + +
UGT1A6 - - -
UGT2B7 ? + +
UGT2B17 ? + +
EPHX1 + + +
EPHX2 ? + +
SULT1A1 ? + +
SULT1A3 ? + +
SULT2A1 +
Обозначения см. в табл. 1.
Глютатион- S-трансфераза
Глютатион^-трансфераза (GST) — семейство ферментов катализирует конъюгацию с глутатионом большого количества ксенобиотиков, в результате чего происходит детоксикация и облегчение их выведения.
У человека известно 13 представителей GST, принадлежащих к 5 различным классам: a(GSTA1-GSTA4), ^(GSTM1-GSTM5), p(GSTP1), qGSTTl и GSTT2), z(GSTZ1). Strange R.S^ соавт. [56] определили экспрессию GSTA1 (182,4-247,2 pmol/mg цитозольный протеин) и GSTA2 (14,2-31,2 pmol/mg цитозольный протеин) в печени у плода, начиная с 10-й недели гестации, причем уровень экспрессии GSTA1 и GSTA2 возрастал в 1,5-4 раза соответственно, достигая взрослого уровня к 2 годам жизни, а экспрессия GSTM была на более низком уровне(1,3-2,4 pmol/mg микросомальный белок) [56]. При рождении экспрессия GSTM возрастает в 5 раз. Высокий уровень экспрессии GSTP1 наблюдался в образцах печени плода, начиная с 10-й до 22-й недели гестации (18,0-25,2 pmol/mg цитозольный белок), с постепенным ее снижением во 2-м и 3-м триместрах беременности. Печеночная GSTP1, определяемая в неонатальном периоде (5,0 pmol/mg цитозольный белок), во взрослом состоянии не обнаружена. В более позднем исследовании van Lieshout и соавт. [59] обнаружили экспрессию GSTA и GSTP1 у одного плода с 8-й недели гестации. В исследовании оба фермента идентифицировались в печени, пищеварительном тракте, надпочечниках и мозговых тканях, в то время как GSTP1 был обнаружен только в поджелудочной железе, легких и почках плода.
Shao J. и соавт. [49] обнаружили несколько изоферментов GST, включая hGSTM1, hGSTM2, hGSTM4 и hGSTP1, содержание которых в стволовых гемопоэтических клетках плода было гораздо выше по сравнению с содержанием в печени, за исключением hGSTA4 и a-класса GST.
N-ацетилтрансфераза
N-ацетилтрансфераза (NAT) играет важную роль в метаболизме противотуберкулезных препаратов. Ацетилирование, осуществляющееся NAT эволюционно, является одним из ранних механизмов адаптации, как реакция, необходимая для синтеза жирных кислот, стероидов, функционирования цикла Кребса. Выделено два изофермента N-ацетилтрансферазы (NAT1 и NAT2). К настоящему моменту известен генетический полиморфизм NAT2, который ассоциирован с рядом заболеваний [19].
Pacifici G.M. и соавт. [35] изучили активность NAT1 в тканях плода между 11-й и 25-й неделями гестации. Относительная активность (от 0,7 до 1,9 nmol/min/mg ) обнаружена в печени, надпочечниках, почках, легких и кишечнике плода, при этом очевидной ассоциации между активностью и сроком гестации не наблюдалось.
УДФ-глюкуронилтрансфераза
Глюкуронирование является наиболее важной реакцией II фазы метаболизма лекарственных средств и представляет собой конъюгацию с субстратом УДФ-глюкуроно-вой кислоты, катализируется 2 семействами УДФ-глюкуронилтрансфераз (UGT), включающих более 20 изоферментов. Изофермент UGT1A1, осуществляющий глюку-ронирование билирубина, в печени плода отсутствует; экспрессия запускается только при рождении, и активность достигает взрослого уровня к 3-6 месяцам постнаталь-ного периода.
Активность UGT1A3 обнаружена в печени плода на уровне 30% от взрослого уровня [6]. Что касается остальных изоферментов UGT, то UGT1A6 — основной в глю-куронировании ацетаминофена — у плода отсутствует, начиная постепенно функционировать при рождении и достигая взрослого уровня к 10 годам жизни. Отсутствие изофермента UGT2B у плода связано с развитием синдрома Грея у новорожденных.
Известно, что изофермент UGT2B7 экспрессирован на уровне от 10 до 20% от взрослого в период 15-27-й недели гестации, достигая взрослого уровня к 2-6 месяцам после рождения. Наконец, UGT2B17 — важный изофермент в метаболизме андрогенных стероидов — присутствует в печени плода на уровне 3% от взрослого. Недостаточность глюкуронилтрансферазной системы у плода частично компенсируется более ранним включением сульфатазной активности, а также экспрессией и активностью плацентарных UGT.
Эпоксид гидролаза
Реакции водной конъюгации катализируются ферментами эпоксид гидролазами (EPHX) и играют важную роль в детоксикации и биоактивации большого количества ксенобиотиков (например, алифатических эпоксидов, ПАУ). У человека выделено две изоформы эпоксид гидролазы — EPHX1 и EPHX2.
Omiecinski C.J. и соавт. [27] сообщили о наличии печеночной активности EPHX1 у плода уже с 7,5-й недели гестации (30 pmol/ min/mg S9 белка), которая возрастала линейно к 22-й неделе гестации (290 pmol/ min/mg S9 белка). Активность EPHX1 на 22-й неделе гестации составляла половину таковой от активности взрослого человека. Была обнаружена корреляция между EPHX1-активностью и уровнем белка. В то же время корреляция с уровнем мРНК отсутствовала, что дало основания предположить наличие множественных регуляторных механизмов ее активации. В легких плода активность EPHX1 составляла 16 pmol/min/mg S9 белка и наблюдалась с 12-й недели гестации. Фактически, EPHX1-экспрессия в легких приближалась к таковой у взрослого.
Изофермент EPHX2 также экспрессирован у плода, начиная с 14-й недели гестации, при этом активность его не меняется до 27-й недели.
Сульфотрансфераза
К настоящему моменту известно около 40 изоферментов сульфотрансферазы (SULT), которые катализируют сульфатную конъюгацию значительного количества эндогенных и экзогенных веществ (гормоны щитовидной железы, катехоламины и др.). Была продемонстрирована высокая активность SULT1A3, катализирующая реакции сульфатирования фенольных моноаминов (дофамина, норадренали-на, серотонина) в печени и почках плода с 18-й до 25-й недели гестации.
Активность SULT2A1, участвующего в биоактивации канцерогенов в печени плода, обнаружена в печени плода только после 25-й недели гестации, при этом в надпочечниках она была в 5 раз выше, а в почках составила всего 10% от активности в печени [23, 27, 44].
Внепеченочный метаболизм лекарственных средств у плода
Вклад внепеченочных тканей в общий объем метаболизма ЛС у плода человека значительно больше, чем соответствующий вклад внепеченочных тканей у взрослого человека. Основной обмен ксенобиотиками между матерью и плодом происходит главным образом через плаценту. Развитие плаценты начинается в первую неделю беременности путем дифференцировки тро-фобласта, ведущего свое происхождение от поверхностного клеточного слоя оплодотворенной яйцеклетки.
В течение беременности плацента претерпевает функциональные изменения, что обеспечивает возможность обмена веществ между плодом и матерью. Было показано, что плацента морфологически и функционально выполняет для плода роль органа, ответственного за транспорт, метаболизм и экскрецию ЛС (в связи с незрелостью этих систем во время внутриутробного развития плода) [57].
Метаболизм ЛС в плаценте
Цитохром Р-450 (СУР) представляет собой группу ферментов, участвующих в синтезе и катаболизме стероидных гормонов, метаболизме большого количества ЛС и токсических веществ. Плацентарные изоферменты СУР содержатся в эндоплазма-тическом ретикулуме трофобластных клеток [40]. Данные по экспрессии и активности СУР представлены в табл. 2.
Таблица 2 Экспрессия и активность цитохрома Р-450 (CYP) в плаценте женщин в первом триместре и в конце беременности [57]
Изоферменты СУР 1-й триместр Конец беременности
ОУР1 1А1 + аЬс + аЬс
1А2 + а - аЬ
1В1 + а
ОУР2 2А6 __ а __ а
2А7 - а __ а
2А13 - а __ а
2В6 - а __ а
2В7 __ а __ а
2С + а __ а
2D6 + а __ с + а,- с
2Е1 + аЬ,-/+с + а,-/+ Ьс
2П + а + а
СУР3 3А3 ? + а,- Ь
3А4 + аЬ + а,-/+Ь
2А5 + аЬ + а,-/+Ь
3А6 + аЬ + а __ Ь
3А7 + аЬ -/+аЬ
СУР4 4В1 + а + аЬ
Обозначения: а - мРНК, Ь - иммуногистохимия/ протеин, с - активность, + определен; - не-определен; ? - неизвестно.
Тип и количество экспрессированного СУР варьирует в зависимости от периода гестации и здоровья матери [29]. В целом, оказалось, что большинство изоферментов СУР экспрессированно в первом триместре беременности [17]. Было высказано предположение, что во время ранней стадии развития и роста плода, когда суще-
ствует наибольшая вероятность воздействия тератогенов, экспрессия генов СУР максимальна, а в конце беременности она может быть выключена.
Разнообразие материнских факторов и факторов внешней среды может влиять на уровни ферментов, метаболизирующих ЛС в плаценте. Метаболизм ксенобиотиков в плаценте нарушен у матерей, которые принимают наркотики, курят, принимают алкоголь, подвергаются воздействию загрязненного воздуха, принимают «радиоактивную» пищу [10, 20, 32].
Семейство цитохрома P-450 CYP1
В плаценте было определено три изофермента семейства СУР1: СУР1А1, СУР1А2, СУР1В1. Хорошо известно, что СУР1А задействован в биоактивации многих веществ, таких, как полициклические ароматические углеводороды, которые оказывают нежелательное действие на плод [38, 40]. Активность мРНК СУР1А1 была обнаружена в течение всей беременности [16, 17], в то время как плацентарная активность мРНК СУР1А2 — только в первом триместре беременности, причем СУР1А экспрессирован в большей степени в плаценте молодых матерей. Хотя экспрессия мРНК СУР1В1 наблюдается в плацентарных тканях на протяжении всей беременности, влияние этого изофермента на общую ксенобиотико-ме-таболизирующую способность плаценты незначительна [18]. В исследованиях [10, 42, 43] было обнаружено, что компоненты табачного дыма индуцируют СУР1А плаценты в различной степени в зависимости от стадии беременности. Выявлена индукция плацентарной активности СУР1А при курении, особенно СУР1А1, которая выражена в большей степени в конце беременности [15, 37, 50], причем она остается в течение нескольких недель после прекращения курения. Последние данные показали, что алкоголь и компоненты табачного дыма являются синергистами в повышении плацентарной активности СУР1А [10].
Семейство цитохрома P-450 CYP2
Изоферменты цитохрома Р-450 2А, 2В, 2С, 2Б, 2Е обнаружены в плаценте не были. Более того, мРНК СУР2А и СУР2В не были определены в плаценте на протяжении всей беременности [17, 22]. КаБИееё А и соавт. [45] не обнаружили в норме изофермент СУР2Е1 в плаценте на ранних стадиях развития беременности, а у беременных женщин, употреблявших алкоголь, идентифицировали наличие СУР2Е1 в плаценте, выраженное в различной степени. При этом наличие СУР2Е1 в плаценте коррелировало с уменьшением размера головы у новорожденных детей. В исследованиях ряда авторов [10, 17] было также показано участие плацентарного СУР2Е1 в метаболизме алкоголя в плаценте. Уровень изофермента СУР2Е1, так же как и уровень СУР1А1 в плаценте, подвержен значительной индивидуальной вариабельности [60].
Семейство цитохрома P-450 CYP3
Семейство СУР3 в количественном и качественном отношении — самое представительное в печени. Однако, несмотря на наличие СУР3А белка и мРНК в плаценте человека, значимой активности изоферментов СУР3А обнаружено не было [17, 28, 39].
Реакция II фазы метаболизма ЛС в плаценте
УДФ-глюкуронилтрансфераза
Глюкуронирование является самой распространенной реакцией II фазы метаболизма ЛС и катализируется семейством ферментов — УДФ-глюкуронилтрансфера-зами (иОТ) — путем конъюгации глюку-роновой кислоты с ЛС-субстратами и их метаболитами [26]. Эту конъюгацию принято рассматривать как реакцию детоксикации, в результате которой образуются более гидрофильные и более доступные для экскреции конъюгаты.
Известно 2 семейства (иОТ1 и иОТ2) и более 20 изоформ иОТ. Было показано,
что UGT присутствуют в плаценте на протяжении всего периода гестации и, возможно, играют главную роль в плацентарной метаболической активности [9, 10, 11].
Последние исследования [9] показали наличие мРНК экспрессии 6 изоформ (UGT2B) в синцитии плаценты, которая выражена на протяжении всей беременности [8, 10, 11]. Например, Schenker S. и со-авт. [48] обнаружили, что 17% оланзапина повергается глюкуронированию и за счет этого перемещается через плаценту более медленно, чем сам лекарственный препарат. Однако наблюдается высокая межин-дивидуальная вариабельность в экспрессии и активности плацентарной UGT. В исследовании Collier A. и соавт. [10] было продемонстрировано снижение плацентарной активности UGT при курении и приеме алкоголя.
Глютатион- S-трансфераза
Процесс конъюгации глутатиона с биологически активными субстратами в плаценте протекает активно на протяжении всей беременности и осуществляется ферментами — глутатион^-трансферазами (GST), которые могут играть ключевую роль в защите плода от кислородного голодания и воздействия электричества [28, 33, 37]. При этом активность ферментов, осуществляющих этот процесс в плаценте, может быть, скорее всего, отнесена к метаболизму гормонов, нежели к процессу детоксикации ксенобиотиков [37].
Эпоксид гидролаза
Эпоксид гидролаза присутствует в различных органах организма, катализируя превращение эпоксидов в трансглюколи или трансгидродиоли. Только одна форма эпоксид гидролазы была обнаружена в плаценте человека, начиная с 8-9-й недели гестации [31, 34, 41]. В результате реакций I фазы метаболизма ЛС ряд ароматических углеводородов образуют эпоксиды, которые могут быть ковалентны с ДНК и бел-
ком, что может явиться причиной токсичности этих соединений. Хорошо известно, что эпоксидные производные фенитоина и вальпроата обладают свойством вызывать врожденные пороки развития у плода, однако активность плацентарных эпоксид гидролаз мало влияет на нежелательные исходы воздействия препарата.
Сульфотрансфераза
Реакциям сульфатирования в плаценте, катализируемых сульфотрансферазами, подвергаются некоторые стероидные гормоны, катехоламины, более 90% дофпами-на [46] существует в крови в сульфатиро-ванной форме, при этом включение суль-фотрансфераз в плацентарный метаболизм ЛС изучено мало. У человека известно 10 генов, каждый из которых кодирует 2 различных изофермента сульфотрансферазы [13]. Оказалось, что многие из этих изоферментов сульфотрансферазы экспрессиро-ванны в плаценте в различной степени [4, 7, 51]. Сравнительные экспериментальные данные плацентарного сульфатирования сальбутамола, фенотерола и дофпамина [52] позволяют предположить, что этот путь биотрансформации для некоторых лекарственных средств является главным.
Заключение
Трехуровневый характер «системы биотрансформации и транспортеров ЛС» обеспечивает функционирование материнско-плацентарно-плодного компартмента в соответствии со степенью биологической зрелости. Отсутствие или низкая экспрессия изоферментов СУР450 микросомального окисления ЛС объясняет более медленный механизм метаболизма ЛС у плода. Несмотря на то, что исследования метаболизма ЛС у плода проводятся давно, наши знания об экспрессии различных изоферментов I и II фаз далеки от полноты. Практически все жирорастворимые ксенобиотики проникают через плаценту. Известно, что большое количество ксенобиотиков, в том
числе и ЛС, вызывают нежелательные эффекты — внутриутробную смерть развивающегося эмбриона и плода, ВПР, функциональные нарушения. Установлено, что ряд ксенобиотиков являются нетоксичными, но после ферментных превращений превращаются в токсичные промежуточные продукты. Известно, что изоферменты цитохрома Р-450 катализируют окислительный метаболизм большого количества веществ, включая протератогены, проканцерогены и промутагены. В отличие от животных, в печени плода человека обнаружена метаболическая активность СУР1А1, СУР 1В1, СУР2С8, СУР2Б6, СУР2Е1, СУР3А4, СУР3А5, СУР3А7 после 8-й недели гестации, а также в период органогенеза.
В конце первого триместра беременности обнаруживается активность ферментов микросомального окисления ЛС, но только относительно эндогенных веществ. Причиной неодинаковой окислительной способности различных ЛС является различная функциональная активность изоферментов цитохрома Р-450 в зависимости от внутриутробного развития плода. Тератогенное действие ЛС обусловлено окислением некоторых ЛС до эпоксидов. Органы биотрансформации ксенобиотиков у плода (в порядке убывания значимости) — надпочечники, печень, поджелудочная железа и половые железы. Установлено наличие экспрессии с началом органогенеза, но она ограничена узким спектром ферментов. Некоторые ферменты экспрессированны только в печени плода, например СУР3А7 является плод-специфическим изоферментом.
Воздействие ксенобиотиков на плод в значительной степени модулируется метаболической способностью матери и плаценты, которая морфологически и функционально выполняет для плода роль органа, ответственного за транспорт, метаболизм и экскрецию ЛС.
Хорошо известно, что во время развития человека происходят существенные изменения фармакокинетики. Доказано, что
эти изменения влияют на различия в терапевтической эффективности и токсической чувствительности к ксенобиотикам. Метаболизм во многом детерминирует фармакокинетику. К настоящему моменту онтогенез изменений экспрессии ферментов, метаболизирующих ЛС во многом известен, однако предиктивных знаний для понимания терапевтического режима дозирования и прогнозирования токсичности ЛС для плода недостаточно. Особенно перспективным является изучение генетических различий в экспрессии ферментов, ме-таболизирующих ЛС и контролирующих их механизмов [24, 61].
В настоящее время является очевидным то, что понимание и знание метаболизма и транспорта ЛС в материнско-плацентарно-плодном комплексе, факторов, оказывающих влияние на эти процессы, имеет важное значение в оценке пользы/риска применения ЛС как для материнского организма, так и для плода на протяжении всей беременности.
Литература
1. Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты. — М. : Реафарм, 2004.
2. Сычев Д.А., Раменская Г.В., Игнатьев И.В., Кукес В.Г. Клиническая фармакогенетика: Учебное пособие. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 248 с, 2007.
3. Anderson G.D. Pregnancy-induced changes in pharmacokinetics: a mechanistic-based approach // Clin. Pharmacokinet. — 44(10):989-1008, 2005.
4. BernierF, Leblanc G, LabrieF. etal. The structure of human estrogen and aryl sulphotrans-ferase gene: two mRNA species issued from a single gene // J. Biol. Chem. — 269: 28200-5, 1994.
5. Briggs G.G., FreemanR.K., YaffeS.J. A reference guide to fetal and neonatal risk. Drugs in pregnancy and lactation. Seventh Edition — Lippincott Williams&Wilkins. — Philadelphia, 2005.
6. Burchell B, Coughtrie M, Jackson M. et al. Development of human liver UDP-glucuro-nosyltransferase // Dev. Pharmacol. Ther. —13: 70-7,1998.
7. Cappiello M., Giuliani L., Rane A. et al. Dopamine sulphotransferase is better developed than p-nitrophenol sulphotransferase in human fetusm //Dev. Pharmacol. Ther., 83-8, 1991.
8. Collier A.C., Tingle M.D., Keelan J.A. et al. A highly sensitive fluorescent microplate method for the determination of UDP-glucuronosyl transferase activity in tissues and placental cell lines // Drug Metab. Dispo.s, 28:1184-6, 2000.
9. Collier A.C., Ganley N.A., Tingle M.D. et al. UDP-glucuronosyltransferase activity, expression and cellular localization in human placenta at term // Biochem. Pharmacol., 63: 409-19, 2002.
10. Collier A.C., Tingle M.D., Paxton J.W. et al. Metabolizing enzyme localisation and activities in the first trimester human placenta: the effect of maternal and gestational age, smoking and alcohol consumption // Hum. Reprod., 17:256472, 2002.
11. Ganley N. The expression and localisation of uridine diphosphate glucuronosyltransferase 2B subfamily in human placenta tissue [M.Sc. thesis]. — Auckland: University of Auckland, 2001.
12. Gilham D.E., Cairns W., Paine M.I.J. et al. Metabolism of MPTP by cytochrome P4502D6 and the demonstration of 2D6 mRNA in human foetal and adult brain by in situ hybridization // Xenobiotica, 27:111-25,1997.
13. Glatt H., Boeing H., Engelke C.E. Human cytosolic sulphotransferases: genetics, characteristics, toxicological aspects // Mutat. Res., 482:27-40, 2001.
14. Gu J., Su T., Chen Y. et al. Expression of biotransformation enzymes in human fetal olfactory mucosa: Potential roles in developmental toxicity // Toxicol. Appl. Pharmacol., 165:158-162, 2000.
15. Gurtoo H.L., Williams C.I., Gottlieb K. et al. Population distribution of benzo(a)pyrene metabolism in smokers // Int. J. Cancer, 31:38595, 1983.
16. Hakkola J., Pasanen M., Hukkanen J. et al. Expression of xenobiotic-metabolising cyto-chrome-P450 forms in human full-term placenta // Biochem. Pharmacol., 51: 403-11, 1996.
17. Hakkola J., Raunio H., Purkunen R. et al. Detection of cytochrome P450 gene expression in human placenta in first trimester of pregnancy // Biochem. Pharmacol., 52:379-83, 1996.
18. Hakkola J., Pasanen M., Pelkonen O. et al. Expression of CYP1B1 in human adult and fetal tissues and differential inducibility of CYP1B1 and CYP1A1 by Ah-receptor ligands in human placenta and cultured cells // Carcinogenesis, 18:391-7, 1997.
19. Hein D.W., Doll M.A, Fretland A.J. et al. Molecular genetics and epidemiology of the NAT1 and NAT2 acetylation polymorphisms // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev., 9:29-42, 2000.
20. HincalF. Effects of exposure to air pollution and smoking on the placental aryl hydrocarbon hydroxylase (AHH) activity // Arch. Environ. Health, 41:377-83,1986.
21. Hines R.N., McCarver D.G. The ontogeny of human drug-metabolizing enzymes: phase I oxidative enzymes // J. Pharmacol. Exp. Ther., February 1, 300(2):355-360, 2002.
22. Koskela S., Hakkola J., Hukkanen J. et al. Expression of CYP2A genes in human liver and extrahepatic tissues // Biochem Pharmacol, 57:1407-13,1999.
23. Koukouritaki S.B., Simpson P., Yeung C.K. et al. Human hepatic flavin-containing monooxygenase 1 (FMO1) and 3 (FMO3) developmental expression // Pediatr Res., 50:1-7, 2002.
24. Koukouritaki S.B., Manro J.R., Marsh S.A. et al. Developmental Expression of human hepatic CYP2C9 and CYP2C19 // J. Pharmacol. Exp. Ther, 308:965-974, 2004.
25. Ladona M.G., Lindstrum B., Thyr C. et al. Differential foetal development of the O- and N-demethylation of codeine and dextromethorphan in man // Br. J. Clin. Pharmacol., 32:295-302,1991.
26. Mackenzie P., Owens I., Burchell B. et al. The UDP glycosyltransferase gene superfamily: recommended nomenclature update based on evolutionary divergence // Pharmacogenetics, 7:255-69,1997.
27. McCarver D.G., Hines R.N. The ontogeny of human drug-metabolizing enzymes: phase II conjugation enzymes and regulatory mechanisms // J. Pharmacol. Exp. Ther., February 1, 300(2):361-66, 2002.
28. McRobie D.J., Glover D.D., Tracey T.S. Effects of gestational and overt diabetes on human
placental cytochromes P450 and glutathione S-transferase // DrugMeta.b Dispos., 26:367-71, 1998.
29. Nelson D.R., Kamataki T., Waxman D.J. et al. The P450 superfamily update on new sequences, gene mapping, accession numbers, early trivial names of enzymes, and nomenclature // DNA Cell Biol, 12:1-51,1993.
30. Omiecinski C.J., Redlich C.A., Costa P. Induction and developmental expression of cytochrome P450IA1 messenger RNA in rat and human tissues: detection by the polymerase chain reaction // Cancer Res., 50:4315-432, 1990.
31. Omiecinski C.J., AicherL., Swenson L. Developmental expression of human microsomal epoxide hydrolase // J. Pharmacol. Exp. Ther., 269:417-23, 1994.
32. Paakki P., Stockmann H., Kantola M. et al. Maternal drug abuse and human term placental xenobiotic and steroid metabolising enzymes in vitro // Environ. Health Perspect., 108:141-5, 2000.
33. Pacifici G.M., RaneA. Glutathione S-transferase in the human placenta at different stages in pregnancy // Drug Metab. Dispos., 9:472-5, 1981.
34. Pacifici G.M., Rane A. Epoxide hydroxylase in human placenta at different stages in pregnancy // Dev. Pharmacol. Ther., 6: 83-93, 1983.
35. Pacifici G.M., Bencini C., Rane A. Acetyltrans-ferases in humans: development and tissue distribution // Pharmacology, 32:283-91, 1986.
36. Parkinson A. Biotransformation of xenobiotics // In Casarett & Doull’s Toxicology. The Basic Science of Poisons (Klaassen C.D. ed.), pp. 113-186, McGraw-Hill, New York: 1996.
37. Pasanen M., Pelkonen O. Xenobiotic and steroid-metabolising monooxygenases cataylsed by cytochrome P450 and gluta-thione S-trans-ferase conjugations in the human placenta and theft relationships to maternal cigarette smoking // Placenta, 11:75-85, 1990.
38. Pasanen M., Pelkonen O. The expression and environmental regulation of P450 enzymes in human placenta // Crit. Rev. Toxicol., 24:211-
29,1994.
39. PasanenM., Helin-MartikainenR.L., Pelkonen O. et al. Intrahepatic cholestasis ofpregnancy impairs the activity of human placental xenobiotic and steroid metabolising enzymes in vitro // Placenta, 18:37-41,1997.
40. Pasanen M. The expression and regulation of drug metabolism in human placenta // Adv. DrugDeliv. Rev., 38:81-97,1999.
41. Pelkonen O., Vahakangas K., Karki N.T. et al. Genetic and environmental regulation of aryl hydrocarbon hydroxylase in man: studies with liver, lung, placenta, and lymphocytes // Toxicol. Pathol., 12:256-60,1984.
42. Pelkonen O., Arvela P., Karki N.T. 3,4-benzo-(a)pyrene and N-methylalanine metabolising enzymes in the immature human fetus and placenta // Acta Pharmacol. Toxicol., 30:385-95,1971.
43. Pelkonen O., Jouppila P., Karki N.T. Effect of maternal cigarette smoking in 3,4-benzo-(a)pyrene and N-methylalanine metabolism in human fetal liver and placenta // Toxicol. Appl. Pharmacol., 23:29-37, 1972.
44. Price N.T., Jakson V.N., Halestrap A.P. Cloning and sequencing of four new mammalian mono-carboxylate transporter (MCT) homologues confirms the existence of a transporter family with an ancient past // Biochem. J., 329:321-8,1998.
45. Rasheed A., Hines R.N., McCarver D.G. Variation in human placental CYP2E1: potential risk factor for growth retardation associated with intrauterine alcohol exposure // Alcoholism, 21 (3):53,1997.
46. Ratge D., Kohse K.P., Steegmuller U. et al. Distribution of free and conjugated catecholamines between plasma, platelets and erythrocytes: different effects of intravenous and oral catecholamine administration // J. Pharmacol. Exp. Ther, 257:232-8,1991.
47. Scarborough P.E., Ma J., Qu W., Zeldin D.C. P450 subfamily CYP2J and their role in the bioactivation of arachidonic acid in extrahepatic tissues // Drug Metab. Rev., 31:205-234, 1999.
48. Schenker S., Yang Y., Mattiuz E. et al. Olanzapine transfer by human placenta // Clin. Exp. Pharmacol. Physiol., 26:691-7, 1999.
49. Shao J., Stapleton P.L., Lin Y.S., GallagherE.P. Cytochrome P450 and glutathione S-transferase mRNA expression in human fetal liver hematopoietic stem cells // Drug Metab. Dispos., 35(1):168-75, 2007.
50. ShiverickK.T., Salafia C. Cigarette smoking and pregnancy I: ovarian, uterine and placental effects // Placenta, 20:265-72, 1999.
51. Sodha R.J., Glover V., Sandler M. Phenol-sulphotransferase in human placenta // Bio-chem. Pharmacol., 32:1655-7, 1983.
52. Sodha R.J., SchneiderH. Sulphate conjugation ofbeta2-adrenoceptor stimulating drugs by platelet and placental phenol sulphotransferase // Br. J. Clin. Pharmacol., 17:106-8, 1984.
53. Sonnier M., Cresteil T. Delayed ontogenesis of CYP1A2 in the human liver // Eur. J. Biochem., 251:893-98,1998.
54. Shimada T., Yamazaki H., Mimura M. et al. Characterization of microsomal cytochrome P450 enzymes involved in the oxidation of xenobiotic chemicals in human fetal liver and adult lungs // Drug Metab. Dispos., 24:515-22, 1996.
55. Stevens J.C. New perspectives on the impact of cytochrome P450 3A expression for pediatric pharmacology // Drug Discov. Today, May; 11(9-10):440-5, 2006.
56. Strange R.C., Howie A.F., Hume R. et al. The developmental expression of alpha-, mu- and pi-class glutathione S-transferases in human liver // Biochim. Biophys. Acta, 993:186-90, 1989.
57. Syme M.R., Paxton J.W., Keelan J.A. Drug transfer and metabolism by the human placenta // Clin. Pharmacokinet., 43 (8):487-514, 2004.
58. Treluyer J.-M., Jacqz-Aigrain E, Alvarez, F., Cresteil T. Expression of CYP2D6 in developing human liver // Eur. J. Biochem., 202:583-88, 1991.
59. van LieshoutE.M., Knapen M.F., Lange W.P. et al. Localization of glutathione S-transferases alpha and pi in human embryonic tissues at 8 weeks gestational age // Hum. Reprod., 13:1380-
6, 1998.
60. Vieira I., Pasanen M., Raunio H. et al. Expression of CYP2E1 in human lung and kidney during development and in full-term placenta: a differential methylation of the gene is involved in the regulation process // Pharmacol. Toxicol., 83:183-7, 1998.
61. Ward R.M. Drug therapy of the fetus // J. Clin. Pharmacol., 33:780-9, 1993.
62. Wu S., Moomaw C.R., Tomer K.B. et al. Molecular cloning and expression of CYP2J2, a human cytochrome P450 arachidonic acid epoxy-genase highly expressed in heart // J. Biol. Chem, 271:3460-8,1996.
63. Yang H.-Y.L., Namkung M.J., Juchau M.R. Expression of functional cytochrome P4501A1 in human embryonic hepatic tissues during organogenesis // Biochem. Pharmacol., 49:717-
26,1995.
PARTICULARITIES OF HUMAN DRUG-METABOLIZING SYSTEM IN FETOPLACENTAL COMPLEX
E.A. Sokova
Institute of Clinical Pharmacology FGE «NCESMP» Roszdravnadzor, Moscow
This review summarizes our current understanding of phase I, II drug-metabolizing enzymes developmental expression in the human, highlights areas of further study, and also discusses molecular mechanisms likely responsible for developmental and tissue-specific expression patterns of both phase I and phase II enzymes in fetoplacental complex. Obviously, the effective and safe drug therapy during pregnancy requires a thorough knowledge of human drug-metabolizing system development in fetoplacental complex.
Key words: pregnancy, fetus, placenta, biotransformation, drug, cytochrom P450, drug-metabolizing enzymes.
