CC BY
27
УДК 616.34-002-08
Поиск генетических предикторов реакций гиПЕрчувствитЕльности, вызванных применением бета-лактамных антибиотиков
А.О. Чикало, Д.А. Сычёв, Н.Г. Бердникова, В.Г. Кукес Центр клинической фармакологии, Научный центр экспертизы средств медицинского применения,
Минздравсоцразвития, Москва, Россия
searching for genetic predictors of hypersensitivity reactions caused by using beta-lactam antibiotics
A.O. Chikalo, D.A. Sychev, N.G. Berdnikov, V.G. Kukes Center of clinical pharmacology, Research center of expertise of medicinal products, Ministry of health and social development, Moscow, Russia
© Коллектив авторов, 2012
Бета-лактамные антибиотики находят широкое применение в клинической практике, являясь препаратами выбора для лечения внебольничных инфекций в т.ч. ЛОР-органов, верхних и нижних дыхательных путей и т.д. Однако их применение на практике ограничено целым спектром неблагоприятных побочных реакций, наиболее частыми из них в клинической практике являются аллергические реакции. Аллергия на пенициллины и цефалоспорины чаще всего проявляется в виде гиперчувствительности немедленного типа, вплоть до анафилактического шока. В настоящее время для прогнозирования такого рода неблагоприятных реакций активно идёт поиск генетических предикторов, которые позволили бы быстро и заблаговременно определять наличие аллергии на антибиотики у пациента. В данной статье даётся представление о механизме формирования аллергической реакции в качестве основы стратегии поиска потенциальных генетических предикторов.
ключевые слова: Бета-лактамные антибиотики, неблагоприятные побочные реакции, генетические предикторы, фармакогенетика.
Summary: Beta-lactam antibioticsare still widely usedin clinical practice, as the drugs of choicefor the community-acquiredinfectionstreatmentand for treatment of upper respiratory tract, upper and lower respiratorytract infections.However, theirapplication in practiceis limited toa range ofadverse drugreactions, the most common of these inclinical practiceareallergic reactions.Allergy topenicillinsand cephalosporinsis most often seenin the formof cutaneousimmediate hypersensitivity, it is also possibleanaphylactic shock anddeath.At the present timethe worldis searching forgenetic predictorsto predictthis kindof adverse reactionsand todetect the presenceof allergy toantibioticsin the patient.This article gives an idea of the allergic reaction formation mechanism, as well as strategies to search for potential genetic predictors.
Key words: Beta-lactam antibiotics, adverse drugreactions, genetic predictor, pharmacogenetics.
Открытие пенициллина - огромная победа современных биологической, медицинской и химической наук, что особенно наглядно проявилось в годы Второй мировой войны. Применение пенициллина при лечении раненых на фронтах Второй мировой войны спасло многие тысячи жизней. С неменьшим успехом бета-лактамные антибиотики применяются в медицинской практике и в настоящее время[1]. Однако бета-лактамные антибиотики могут принести не только пользу, но и вред: на фоне их применения в ряде случаев наблюдаются неблагоприятные побочные реакции (НПР), чаще всего в гиперчувствительности немедленного типа (тип В НПР), наиболее опасные из кото-
рых - анафилактический шок, который может привести к смерти.
В настоящий момент времени мы фокусируем свои исследования на поиске генетических предикторов развития реакций гиперчувствительности, вызванных применением бета-лактамных антибиотиков. В качестве потенциальных мишеней, в первую очередь интересуют полиморфизмы (ввиду относительной лёгкости их обнаружения) генов, отвечающих за функционирование элементов иммунной системы, которые в свою очередь и формируют аллергическую реакцию.
В современном понимании аллергическая реакция на бета-лактамные антибиотики по типу
гиперчувствительности немедленного типа развивается следующим образом: при первичном попадании аллергена (антибиотика) в организм он захватывается антигенпредставляющими клетками (макрофагами, В-лимфоцитами, дендритными клетками) и подвергается перевариванию (процессингу). В результате переваривания под влиянием лизосомальных ферментов из аллергена образуется определенное количество пептидов, которые загружаются в пептидсвязы-вающие бороздки молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС), транспортируются на поверхность антигенпредставляющих клеток и презентируются для распознавания Т-лимфоцитам-хелперам. В силу определенных причин аллергенные пептиды распознаются Т-хелперами 2-го типа, которые в момент распознавания активируются и начинают продуцировать ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-3 и другие цитокины. Под влиянием ИЛ-4 и при условии наличия костимуляционного сигнала в виде контакта двух молекул СD40L и СD40 В-лимфоцит превращается в плазматическую клетку, которая продуцирует преимущественно igЕ; под влиянием ИЛ-4, ИЛ-3 усиливается пролиферация базофилов обоих типов и увеличивается на их поверхности количество рецепторов к Fс-фрагменту igЕ.
Таким образом, на этом этапе иммунного ответа закладывается фундаментальная основа, отличающая аллергическую реакцию немедленного типа от всех остальных реакций гиперчувствительности: происходит «наработка» специфических igЕ (гомоцитотропных антител, или реагинов) и их фиксация на тканевых базофилах и базофилах периферической крови. Под влиянием ИЛ-5, ИЛ-3 в «боевую готовность» включаются и эозинофилы: усиливается их миграционная активность, способность продуцировать биологически активные вещества, удлиняется срок их жизни. На поверхности эо-зинофилов в большом количестве появляются молекулы адгезии, позволяющие эозинофилам прикрепляться к эпителию, в частности 1САМ. Повторное попадание специфического аллергена приводит к дегрануляции базофилов обоих типов с высвобождением тромбоцитактивиру-ющего фактора, гистамина, лейкотриенов, про-стагландинов и др. Выделение биологически активных веществ при дегрануляции приводит к: активации тромбоцитов с выделением серо-тонина; активации комплемента с образованием анафилотоксинов СЗа и С5а, активации гемостаза; выделению гистамина и повышению
проницаемости сосудов; усилению сокращения гладкой (неисчерченной) мышечной ткани под влиянием лейкотриенов и простагландинов. Все это обеспечивает развитие острой фазы реакции и ее клинических симптомов, которыми являются чихание, бронхоспазм, зуд и слезотечение. Из эозинофилов выделяются медиаторы, к которым относятся главный белок эозинофи-лов, катионные белки, пероксидаза, нейроток-син, тромбоцитактивирующий фактор, лейко-триены и др. Под влиянием этих медиаторов развиваются симптомы поздней фазы, которые характеризуются развитием клеточного воспаления, разрушением эпителия, гипер-секрецией слизи, сокращением бронхов [2, 3].
Таким образом, всё вышесказанное ограничивает круг поисков генетических предикторов, постепенно сужая его до приемлемых в данный момент размеров. В первую очередь исследователей интересуют полиморфизмы генов (функции которых уже определены и аннотированы в NCBI), которые отвечают за формирование: ан-тигенпредставляющей системы (HLA - гены), выработку, стимуляцию выработки и узнавания igE (гены кодирующие FCe-рецепторы), ин-терлейкины, обеспечивающие взаимодействие между элементами иммунной системы (главным образом между Т-клетками и В-клетками), причём в случае с цитокинами важны не только гены, кодирующие эти сигнальные молекулы, но и гены, кодирующие рецепторы для их распознавания (наиболее интересные для дальнейшего изучения интерлейкины приведены в таблице 1) [4]. Большой интерес представляют Т-клетки второго типа, так как они осуществляют стимуляцию В-клеток (ген CD40L и СD40) на выработку специфичных igE.
Однако, как показывают данные поисковых исследований, роль отдельно взятого полиморфизма очень мала, если вообще есть. Как правило, исследователи наблюдают небольшое увеличение доли изучаемого полиморфизма на 6-10% для людей с проявлениями реакций гиперчувствительности при приёме антибиотиков по сравнению с контрольными группами. Чаще же исследователи не находят статистически значимых различий при исследовании одного полиморфизма. Это не является неожиданностью, так как уже говорилось ранее, иммунной системой человека управляет огромное количество генов, и предположение, что замена всего лишь одного нуклеотида в одном гене будет приводить к значимым нарушениям в работе иммунной системы, как минимум, фантастично.
Таблица 1
Цитокины, участвующие в патогенезе аллергических реакци [2, 3]
Рецептор
Источник
Цель
Основная функция
Ассоциация с болезнью
IL4R™ IL2Ry или IL4Ra иIL13R
IL5Ra и Pc
IL10R1 иIL10R2
IL13R и IL4Ra
IL31Ra и OSM-RP
ST2 и IL1R-AcP
T-клетки, тучная клетка
Т-хелперы 2
T-клетки, B-клетки,
макрофаги,
моноциты
Эозинофилы, B-клетки
Дифференцированные Т-хелперные клетки, B-клетки, дендритные клетки и другие
T-клетки
Макрофаги, T-клетки,
дендритные клетки, B-клетки
B-клетки, Макрофаги и другие
Активированные T-клетки
Макрофаги, дендритные клетки
Миелойдные предшественники, клетки эпителия лёгких, кератиноциты
Тучные клетки, ТХ-2 клетки
Пролиферация и дифференцирование ТХ-2 клеток. Усиливает выработку IgGи ^Е; ингибирует клеточный иммунитет и развитие ТХ 17 клеток
Пролиферация и активация; отличительный особенность эффекторных ТХ-2 клеток.
Подавление иммунитета; снижает представление антигена и экспрессию МНСПдендритными клетками, уменьшает количество патогенных ТХ-1, ТХ-2, иответы ТХ-17
Активация бокаловидных клеток в легких и кишечнике; способствует производству ^Е, регулирование клеточного иммунитета
Провоспаление
Состимуляция, способствует производству цитокиновТХ-2 клетками
^ = восприимчивость к внеклеточным патогенным микроорганизмам и уменьшение реакция на аллергены Т = аллергическая астма
^ = дефицит эозинофилов и В-1 клеток
Т = аллергическая астма
^ иммунная патология вследствие неконтролируемого воспалительного процесса t = ингибирует стерильный иммунитет к некоторым патогенам
^ = impaired Th2 responses to extracellular pathogensandallergens. нарушениеТХ-2 ответа на внеклеточные патогенные микроорганизмы и аллергены t = обостряет заболевания дыхательных путей
t = атопический дерматит; аллергическая
t = атопический дерматит, аллергическая астма
астма
Примечания: ^ - интерлейкин; Я - рецептор;Рс (betachain) - бета-цепь (и соответственно альфа-цепь или гамма-цепь); АсР (accessoryprotem) - вспомогательный белок; ТХ - Т хелперные клетки;Т - усиленная экспрессия; - ослабленная экспрессия.
Более значимые и интересные результаты получены в исследованиях, где изучалось взаимодействие двух и более полиморфизмов одновременно [5,6]. Следует также отметить, что в зависимости от расовой принадлежности пациента один и тот же полиморфизм может выступать как индуктор аллергической реакции, так и выполнять протективную функцию (то есть чаще встречаться в контрольной группе). От расовой принадлежности пациента также зависит и то, будет ли в принципе проявляться действие полиморфизма или нет [6].
Для своих исследований мы отобрали полиморфизмы из числа наиболее ценных, с нашей точки зрения, генов, которые уже ранее изучались в параллельных исследованиях на азиатских и европейских популяциях пациентов и для которых обнаружено статистически значимое превышение частоты встречаемости у пациентов с реакциями гиперчувствительности по сравнению с контролем. Иными словами, мы полагаем, что если мы возьмём полимор-
физмы, для которых ранее была обнаружена и подтверждена слабая ассоциация с реакциями гиперчувствительности при применением бе-та-лактамных антибиотиков («успешные» полиморфизмы) и объединим их в одну группу, то добьёмся значимых результатов в предсказании возможных реакций гиперчувствительности, что в свою очередь позволит снизить риск применения бета-лактамных антибиотиков в клинической практике. В идеальном случае такая стратегия предполагает выделение 4-5 самых «успешных» полиморфизмов и использование их в качестве «биомаркера». К настоящему времени технологии проведения ПЦР реакций позволяют провести одновременно до 5 параллельных ПЦР-реакций в одной пробирке с последующей интерпретацией результата.
Таким образом, резюмируя вышесказанное, мы отобрали 5 наиболее успешных с нашей точки зрения, полиморфизмов (табл. 2). Однако насколько они «успешны» на самом деле покажут последующие исследования.
Таблица 2
возможные генетические предикторы аллергических реакций при применении
бета-лактамных антибиотиков
Ген (полиморфизм) Функция (что кодирует) Популяция пациентов (зависит от того где проводили исследования) Частота встречаемости аллеля в популяции МАБ ^СВТ) Результат исследования Кто проводил исследования и когда (ссылка)
СD40 Костимуляция корейцы 0,245 Авторы отмечают наличие взаимосвязи 4
(Ы883832) выработки антител (азиаты) между единовременным носительством
В-клетками этих двух полиморфизмов и развитием
кожных аллергических реакций
СD40L Лиганд для СD40 корейцы 0,286 вызванных приёмом антибиотиков 4
(^3092952) (азиаты)
т-4Яа Кодирует альфа-цепь китайцы 0,342 Авторы полагают, что данный аллель 5
( ^1801275) рецептора ^-4 (азиаты) может быть ассоциирован
с пенициллиновой аллергией
т-4Яа Кодирует альфа-цепь французы 0,464 Данный аллель ассоциирован 6
( ^1805010) рецептора ^-4 с крапивницей. Данный полиморфизм
оказывает влияние на развитие атопии
у женщин
^-4 промотор Промоторная область Американцы 0,485 Ассоциирован с астмой 7
(^2243250) ^-4, регуляция европейского
экспрессии происхождения
Примечание: MAF (ттога1Ые&эдиепсу) - частота встречаемости рецессивного аллеля.
Литература
1. Практическое руководство по антиинфекционной химиотерапии / под ред. Л.С. Страчун-ского, Ю.Б. Белоусова, С.Н. Козлова. - Смоленск : МАКМАХ, 2007. - 464 с.
2. Яриллин, А.А. Основы иммунологии / А.А. Яриллин. - М. : Медицина, 1999. - 1655 с.
3. Драник, Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология / Г.Н. Драник. - М. : Астропринт, 1999. - 603 с.
4. Huang, C.Z. Polymorphisms and haplotype analysis of IL-4Ralpha Q576R and I75V in patients with penicillin allergy / C.Z. Huang, J. Yang, H.L. Qiao, L.J. Jia / Eur J Clin Pharmacol. - 2009. - Sep. 65(9). - Р. 895-902.
5. Kim, S.H. Adverse Drug Reaction Research Group in Korea. Allelic variants of CD40 and CD40L genes interact to promoteantibiotic-induced cutaneous allergic reactions / S.H. Kim [et al.] // Clin Exp Allergy. - 2009. - Dec. 39 (12). -P.1852-1856.
6. Baye, T.M. Differences in candidate gene association between European ancestry and African American asthmatic children / T.M. Baye [et al.] // PLoS One. - 2011. - Feb. 28;6(2). - e16522.
7. Guglielmi, L. IL-10 promoter and IL4-Ralpha gene SNPs are associated with immediate beta-lactam allergy in atopic women / L. Guglielmi [et al.] //Allergy. - 2006. - Aug; 61(8). -P. 921-927.
Тел.: +7-965-305-55-96 e-mail: [email protected]
