CC BY
371
Система биотрансформации ксенобиотиков: гены детоксикации
Костюк С.А.
Белорусская медицинская академия последипломного образования, Минск
Kostiuk S.A.
Belarusian Medical Academy of Post-Graduate Education, Minsk
Xenobiotic biotransformation system: detoxification genes
Резюме. Устойчивость организма к неблагоприятным факторам внешней среды в значительной мере зависит от состояния ферментов системы детоксикации ксенобиотиков (чужеродных веществ). Процесс детоксикации представляет собой сложную схему взаимодействия различных ферментов с экзогенными веществами, в том числе и с токсическими соединениями, и включает три последовательные фазы. Ферменты первой фазы связывают ксенобиотики и эндобиотики с образованием промежуточных электрофильных токсичных метаболитов, которые под воздействием ферментов второй фазы превращаются в водорастворимые нетоксичные производные и выводятся в третью фазу из организма. Гены, контролирующие синтез этих ферментов, относятся к типичным представителям генов биотрансформации или детоксикации и характеризуются значительным популяционным полиморфизмом, что определяет различия в активности детоксикационных процессов. Ключевые слова: ксенобиотики, биотрансформация, гены, полиморфизм.
Медицинские новости. — 2020. — №11. — С. 12—16. Summary. The body's resistance to adverse environmental factors largely depends on the xenobiotic detoxification system (foreign substances) enzymes state. The detoxification is a complex scheme of the interaction of various enzymes with exogenous substances, including toxic compounds, and includes three successive phases. Enzymes of the first phase bind xenobiotics and endobiotics wtth the formation of intermediate electrophilic toxic metabolites, which, under the influence of enzymes of the second phase, turn into water-soluble non-toxic derivatives and are excreted into the third phase from the body. Genes that control the synthesis of these enzymes are typical representatives of biotransformation or detoxification genes and are characterized by significant population polymorphism, which determines the differences in the activity of detoxification processes. Keywords: xenobiotics, biotransformation, genes, polymorphism. Meditsinskie novosti. - 2020. - N11. - P. 12-16.
Изучение мультифакторных заболеваний с 1930-х годов до XXI столетия позволило установить, что в их развитии играют роль как наследственные, так и средовые факторы. Известно, что возникновение мультифакторных заболеваний определяется мутациями или генетическими полиморфизмами не в одном, а в нескольких генах, которые реализуются при наличии соответствующих неблагоприятных средовых факторов. Тестирование аллельных маркеров и возможная фе-нотипическая корректировка их функций могут существенно уменьшить число лиц, у которых реально произойдет манифестация мультифакторного заболевания. Ведь в случае мультифакторной патологии наследуются функционально ослабленные аллели, неблагоприятное сочетание которых может определить повышенную чувствительность человека к действию различных повреждающих факторов окружающей среды и провоцировать развитие того или иного хронического заболевания.
В настоящее время наблюдается чрезмерное воздействие на организм человека различных аллергенов на фоне ухудшающихся экологических условий окружающей среды в результате постоянного взаимодействия в быту с разнообразными химическими веществами (продуктами бытовой химии, косметическими средствами, строительными материалами, употребление пищевых добавок, продуктов быстрого
питания) - ксенобиотиками. Лекарственные средства, применяемые в ходе лечения различных заболеваний, обладают фармакологическим действием, направленным на нормализацию физиологических функций организма, однако для организма они являются чужеродными веществами (ксеноботиками) и в ряде случаев могут оказывать в том числе и токсическое воздействие. Попав в организм, ксенобиотики подвергаются тем или иным метаболическим превращениям, то есть биотрансформации [5-7].
Биотрансформация, или детоксикация ксенобиотиков, то есть чужеродных веществ, попадающих в организм: экзотоксинов, лекарственных препаратов, канцерогенов и др., - обеспечивается сложной метаболической системой, которая представлена многочисленными группами ферментов, функционирующих по каскадному принципу, при которой происходит ферментативное превращение ксенобиотиков в полярные водорастворимые метаболиты, легко выводимые из организма [13, 15].
Метаболизм ксенобиотиков - это сформировавшийся в процессе эволюции механизм адаптации организма, направленный на обезвреживание токсичных экзо- и эндогенных веществ. Данный процесс генетически детерминирован и с одной стороны универсален, с другой - имеет индивидуальные особенности для каждого человека [12, 13]. Известно, что гены, контролирующие синтез соответствующих ферментов, ранее назы-
вали генами внешней среды (environmental genes). В настоящее время их объединяют под общим названием «гены метаболизма» [2]. Наличие генетических особенностей -полиморфизмы, мутации, альтернативные варианты сплайсинга, регуляция экспрессии генов - обусловливает возможность появления у отдельных индивидов устойчивости к действию некоторых лекарственных средств, а у других, наоборот способствует возникновению повышенной чувствительности. Различия в скорости деградации различных субстратов ферментами в процессе биотрансформации ксенобиотиков могут лежать в основе неодинаковой восприимчивости к ряду заболеваний [8].
Нередко промежуточные продукты биотрансформации более токсичны, обладают более выраженными мутагенной, канцерогенной и даже тератогенной активностями, чем исходные соединения, вследствие чего являются причиной различных патологических состояний и болезней [5, 17]. Способность метабо-лизировать ксенобиотики различается у индивидов из-за наличия мутантных вариантов, снижающих или блокирующих экспрессию генов, что во многих исследованиях связывают с повышенным риском развития различных заболеваний [9, 14].
В сложном процессе биотранс-формации/детоксикации выделяют три последовательные фазы [8].
I - фаза активации ксенобиотиков (называется также фазой функциона-
лизации или модификации) отвечает за комплекс биохимических реакций, в процессе которых ксенобиотики за счет освобождения активных групп (таких как ОН, NH2, SH) превращаются из липофильных в более гидрофильные соединения. Таким образом, в данную фазу осуществляется модификация молекулы токсиканта в более полярное и более гидрофильное соединение, чем исходное вещество, за счет присоединения новых или высвобождения имеющихся активных функциональных групп. В первой фазе биотрансформации принимают участие ферменты семейства цитохромов, а также некоторые оксидазы, редуктазы и дегидрогеназы.
II - фаза нейтрализации (называется также фазой дезактивации и детоксика-ции), которая осуществляется различными трансферазами и эпоксидгидролазами, при этом на активированные продукты фазы I переносятся ацетильные, метальные, сульфгидрильные группы либо глутатион, в результате чего образуются гидрофильные конъюгаты. Таким образом, на данном этапе происходит биологическая конъюгация исходного вещества и/или его промежуточных продуктов метаболизма с эндогенными молекулами, такими как глюкуроновая кислота, глутатион, сульфат, в результате чего образуются полярные соединения, легко выводимые почками или желудочно-кишечным трактом. К ферментам, вовлеченным во вторую фазу биотрансформации, относятся N-ацетилтрансферазы, глутатион-S-трансферазы, глюкуронозилтрансферазы, эпоксидгидролазы и метилтрансферазы [15].
III - фаза выведения - представляет собой процесс эвакуации из организма продуктов детоксикации через легкие, почки, кишечник.
Иногда выделяют еще нулевую фазу, которая отвечает за препятствие всасывания ксенобиотиков в кишечнике (гликопротеин Р).
Фазу I биотрансформации обеспечивают такие ферменты, как цитохромы Р-450, дигидропиримидиндегидрогеназа, бутирил-холинэстераза, параксоназа, алкогольде-гидрогеназа, альдегиддегидрогеназа и др.
Суперсемейство цитохромов P-450 (CYP-450) отвечает за микросомальное окисление и представляет собой группу ферментов, имеющих множество изо-форм (более 1000), которые не только осуществляют метаболизм лекарств, но и участвуют в синтезе стероидных гормонов, холестерина и других веществ. Наибольшее количество цитохромов обнаружено в гепатоцитах, а также в таких органах, как кишечник, почки, легкие, головной мозг сердце. Изоферменты
цитохромов на основании гомологии нуклеотидной и аминокислотной последовательностей подразделяют на семейства, которые делят на подсемейства. Представители различных семейств отличаются субстратной специфичностью и регуляторами активности - индукторы и ингибиторы. Хотя отдельные члены семейств могут иметь «перекрестную» специфичность, а также «перекрестные» индукторы и ингибиторы. Например, противовирусный препарат «Ритонавир» метаболизируется семью ферментами (CYP1A1, CYP2A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4), а циметидин ингибирует четыре фермента (CYP1A2, CYP2C9, CYP2D6, CYP3A4) [15]. Наиболее важными для биотрансформации лекарств являются цитохромы CYP1A1, CYP2A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP2E1, CYP3A4, CYP3A5. Каждый изо-фермент цитохрома Р-450 кодируется своим геном, которые локализуются на разных хромосомах. Часть таких генов имеет близко расположенные к ним псевдогены - неэкспрессирующиеся копии, которые существенно осложняют проведение генетического тестирования.
Алкогольдегидрогеназа является ключевым ферментом в катаболизме этанола и других спиртов, окисляя спирты до альдегидов. У взрослого человека ген ADH1B экспрессируется в печени. Существует определенная динамика уровня его экспрессии в зависимости от возраста. 1ен ADH1B (ADH2) локализован в локусе 4q22. Наиболее изученный полиморфизм - G141A. Показано, что аллель А связан с повышенной активностью фермента, что приводит к избыточному накоплению промежуточных продуктов метаболизма - альдегидов, обладающих выраженным токсическим эффектом. Индивидуумы с аллелем А гена ADH1B имеют повышенную чувствительность к этанолу и менее подвержены алкоголизму.
В клетках печени присутствуют также две альдегиддегидрогеназы: ALDH1 (цито-зольная) и ALDH2 (митохондриальная). 1ен ALDH2 локализован в локусе 12q24.2, его продукт играет ключевую роль в превращении токсичных альдегидов в соответствующие карбоновые кислоты, легко удаляемые из организма. ALDH2 играет важную роль в катаболизме алкоголя. Известно, что у представителей желтой расы алкогольная интоксикация обусловлена отсутствием ALDH2 почти у 50% населения. Полиморфизм в гене ALDH2 приводит к замене Glu в 487 положении белка (А10Н2*1-аллепь) на Lys ^Н2*2-аллель). ALDH2*2-аллель кодирует фермент со сниженной активно-
стью. У гетерозигот активность фермента снижена в 10 раз. Фермент ALDH2 вовлечен в патогенез различных раков, связанных с чрезмерным потреблением алкоголя: гепатоцеллюлярная карцинома, рак пищевода, глотки и ротовой полости. Интенсивный прием алкоголя у лиц с неблагоприятными аллельными вариантами генов ADH1B и ALDH2 может привести к быстрому развитию печеночных осложнений: алкогольной болезни и циррозу печени.
В процессе фазы II происходит глюкоронирование (УДФ-глюкоронилтрансферазы), ацети-лирование ^-ацетилтрансферазы),
5-метилирование (тиопуринметилстранс-фераза), сульфатирование (сульфо-трансферазы), водная конъюгация (эпоксидгидролазы), конъюгация с глу-татионом (глутатионтрансферазы). За выведение ксенобиотиков отвечают гликопротеин Р белки-транспортеры органических анионов и катионов.
Одним из путей нейтрализации токсических продуктов, возникающих вследствие действия ферментов I фазы биотрансформации, является глюкоро-нирование - присоединение к субстрату УДФ-глюкороновой кислоты [15]. Этот процесс осуществляют ферменты УДФ-глюкоронилтрансферазы, из которых наиболее значимыми являются два изо-фермента - UGT1 и UGT2. Эти ферменты принимают участие в метаболизме билирубина, различных гормонов (тироксин, трийодтиронин), морфина, хлорамфени-кола, парацетамола и других соединений. Было показано, что у гомозигот С/С по гену UGT2B7 (полиморфизм С802Т) снижена скорость метаболизма морфина, что сопровождается накоплением промежуточных метаболитов у пациентов с выраженным болевым синдромом [15].
Тиопуринметилтрансфераза (ТПМТ) - фермент, катализирующий реакцию 8-метилирования, - основной путь метаболизма таких сильных цитоста-тиков, как 6-меркаптопурин, азатиоприн и
6-тиогуанин. Эти вещества используются в терапии онкологических заболеваний, таких как лейкозы, лимфомы, саркомы. Их также применяют для подавления иммунной реакции при трансплантации органов. 1ен ТРМТ локализован в локусе 6р22.3 и экспрессируется в печени, почках, эритроцитах, лейкоцитах, кишечнике и в ряде других тканей. Максимальное содержание белка наблюдается в печени и почках. Идентификация точечных мутаций в гене ТРМТ у пациентов с низкой активностью фермента ТПМТ позволила предположить,
№11 • 2020
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
что именно они ассоциированы с потерей активности белка и, соответственно, приводят к нарушению метаболизма ксенобиотиков в организме этих пациентов.
Сульфотрансферазы участвуют в инактивации таких распространенных токсических соединений, как фенолы, а также в метаболизме гормонов щитовидной железы, катехоламинов и некоторых стероидных гормонов [15]. Наибольший интерес представляют сульфотрансфе-разы SULT1A1 и SULT1A3. Четких данных об ассоциации полиморфизма генов этих ферментов с эффективностью детоксика-ции ксенобиотиков в настоящее время нет.
Эпоксидгидролазы осуществляют водную конъюгацию. Выделяют два типа энок-сидгидролаз - микросомальную и цитоплаз-матическую. Оба фермента локализованы преимущественно в печени, но различаются своей субстратспецифичностью [3]. Большая часть реакции катализируется микро-сомальной эпоксидгидролазой - ЕРНХТ.
Глутатионтрансферазы обеспечивают конъюгацию SH группы глютамата с органическими электрофильными ксенобиотиками, в том числе и многочисленными повреждающими веществами, широко представленными в атмосфере индустриально загрязненных городов. Продукты, образующиеся вследствие реакции с глутатион^-трансферазами, имеют повышенную растворимость в воде и быстрее выводятся из организма. Глута-тион-опосредованная детоксикация играет ключевую роль в обеспечении резистентности клеток к перекисному окислению жиров, алкилированию белков, свободным радикалам и в предотвращении поломок ДНК. Глутатион-8-трансферазы также играют важную роль в транспорте билирубинов, гормонов, в биосинтезе простагландинов.
Важной особенностью системы биотрансформации является синхронность работы всех фаз и их взаимозависимость.
Описано более 300 генов, вовлеченных в процесс биотрансформации ксенобиотиков, среди них можно выделить гены, продукты которых принимают участие в метаболизме, гены, участвующие в переносе сигнала, и гены клеточных рецепторов [18, 21, 23]. Вследствие полиморфизма генов детоксикации ксенобиотиков активность соответствующих ферментов у разных лиц может существенно варьировать. В зависимости от этих межиндивидуальных особенностей выделяют три группы лиц, различающихся по активности того или иного фермента метаболизма [16]. Это обладатели полиморфизмов генов, обеспечивающих так называемые «экстенсивные»
метаболизаторы, - лица с нормальной скоростью метаболизма чужеродных веществ (основная часть популяции), «медленные» метаболизаторы (лица со сниженной скоростью метаболизма) и «быстрые» («сверхактивные») метаболизаторы - индивиды с повышенной скоростью биотрансформации ксенобиотиков. Доля «медленных» и «быстрых» метаболизаторов по отдельным ферментам метаболизма обнаруживает существенные межпопуляционные различия. Вместе с тем далеко не всегда отмечается полная корреляция генотипа и фенотипа в скорости метаболизма ксенобиотиков, что свидетельствует о необходимости использования биохимического контроля при генотипировании ферментов метаболизма [20].
Ген UGT1A7 (UDP glucuro-nosyltransferase family 1 member A7) кодирует белок уридин-5-дифосфат глюкуронилтрансферазу (UDP-глюкуронозилтрансферазу) - фермент, участвующий в глюкоронировании, то есть превращении небольших липо-фильных молекул, таких как стероиды, билирубин, гормоны и некоторые лекарственные средства, в растворимые в воде экскретируемые метаболиты. Этот ген является частью сложного локуса, который кодирует несколько UDP-глюкуронозилтрансфераз. Локус включает тринадцать уникальных альтернативных первых экзонов, за которыми следуют четыре общих экзона. Четыре из альтернативных первых экзонов считаются псевдогенами. Каждый из оставшихся девяти 5 экзонов может быть сращен с четырьмя общими экзонами, в результате чего получаются девять белков с разными N- и одинаковыми С-концами [10].
Ген HMOX2 (Heme oxygenase 2) кодирует белок гемоксигеназы 2 - одного из основных ферментов в катаболизме гема. Оксигеназы - это класс ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции с участием молекулярного кислорода. Фермент гемоксигеназа 2 расщепляет гем с образованием биливердина, который впоследствии превращается в билирубин с помощью биливердинредуктазы и монооксида углерода. Активность гемок-сигеназы индуцируется гемом субстрата и различными негемичными веществами [11].
Ген BLVRA (biliverdin reductase A) кодирует белок, принадлежит к семейству биливер-динредуктаз, члены которого катализируют превращение биливердина в билирубин в присутствии NADPH или NADH [11].
Ген CCL13 (C-C motif chemokine ligand 13) - один из генов цитокинов,
который расположен на q-плече 17 хромосомы. Продукт данного гена - белок CCL13 - является хемокином, который участвует в иммунорегуляторных и воспалительных процессах, а также индуцирует хемотаксис моноцитов, лимфоцитов, базофилов и эозинофилов. Увеличение экспрессии гена CCL13 может служить маркером развития аллергической реакции и воспаления в ткани [11, 19].
Ген APOBR кодирует белок рецептора аполипопротеина в (Apolipoprotein B receptor). ApoB является основным компонентом хиломикронов и липопротеинов низкой плотности, который встречается в плазме в 2 основных формах: apoB48 и apoB100. ApoB-100 синтезируется в печени и присутствует в липопротеинах очень низкой плотности и продуктах их метаболизма. Это основной лиганд рецептора липопротеинов низкой плотности. Холестерин необходим для синтеза клеточных мембран, а определенные органы используют его также и в качестве субстрата для образования некоторых продуктов метаболизма (например, гормонов). Количество APOBR (рецепторов к липопротеинам низкой плотности) на поверхности клеток регулируется в зависимости от потребности клетки в холестерине, необходимом для образования мембран: при недостаточной концентрации холестерина в клетке повышается количество рецепторов APOBR на поверхности клетки [23].
Ген ЕРНХ1 локализован на хромосоме 1, в локусе lq42.1. Наличие индивидуальных различий в активности этого фермента определяется существованием генетического полиморфизма гена ЕРНХ1, который обусловлен одно-нуклеотидными заменами в 3 экзоне (мутация Т337 ^M^His), генотип S/S) и в 4 экзоне (мутация А415С (Hisl39Arg), генотип F/F). Данные полиморфные варианты четко коррелируют с уровнем ферментативной активности гена ЕРНХ1. Полиморфизм ^M^His) характеризуется снижением активности фермента у гомозигот (генотип S/S) на 50% и на 25% - у гетерозигот, генотип S/N). Низкая активность фермента также наблюдается у гомозигот или гетерозигот His113 в комбинации с гомозиготами His139. Промежуточную активность фермент имеют гомозиготы Туг113 и His139 или гетерозиготы Туг113 и His139. У гомозигот Arg139 и гетерозигот Arg139 в комбинации с гомозиготам Туг113 наблюдается высокая активность фермента. Показано, что «медленный» аллель гена ЕРНХ1 встречается примерно у 6% европейцев
и приводит к нарушению процесса окисления ксенобиотиков. Выявлена ассоциация «медленного» аллеля гена ЕРНХЕ с заболеваниями органов дыхания [4]. В сочетании с курением у таких индивидов чаще, чем в среднем в популяции, развиваются обычные респираторные заболевания, а также эмфиземы и обструктивная пневмония [1]. Отмечена ассоциация некоторых полиморфных вариантов гена ЕРНХ1 с нарушениями в репродуктивной системе (преэклампсии, спонтанные аборты), а также с онкологическими заболеваниями (рак легких, яичников) [28, 29].
В настоящее время особое внимание уделяют генам «предрасположенности» (гены внешнесредовых воздействий), которые кодируют белки глутатион-S-трансферазной активности (GSTT1 и GSTM1), известным как энзимы второй фазы детоксикации или биотрансформации ксенобиотиков [5, 22].
Глутатион^-трансферазы (GST) -мультигенное семейство ферментов, которые участвуют в детоксикации большого числа электрофильных ксенобиотиков путем их коньюгации с глутатионом. GST катализируют взаимодействие глютамата с электрофильными атомами N, C, S, O и отвечают за конъюгацию сульфгидриль-ной группы с молекулами ксенобиотиков. Синтез GST контролируется генами, для каждого из которых описаны полиморфизмы. Наличие того или иного аллель-ного варианта может определять различия в метаболизме экзогенных соединений или рассматриваться в качестве фактора предрасположенности к патологическим состояниям, поскольку они определяют индивидуальную чувствительность организма к воздействию факторов внешней среды [1, 8, 12].
Глутатион относится к водорастворимым антиоксидантам, присутствует в высоких концентрациях в каждой в каждой клетке, а также в сыворотке крови. Высокое содержание глутатиона определяется в слизи, покрывающей эпителий легких, которая является первой линией защиты дыхательных путей от экзогенных токсинов вдыхаемого воздуха. Глутатион-опосре-дованная детоксикация играет ключевую роль в обеспечении устойчивости клеток к перекисному окислению липидов, свободным радикалам, алкилированию белков. Ферменты GST широко представлены во всех органах и тканях, особенно высоко их содержание в печени, плаценте, легких, мозге, почках, кишечнике.
Центральное место в семействе GST занимают гены GSTT1, GSTM1 и
GSTP1, функционально ослабленные аллели которых ассоциированы с развитием таких заболеваний легких, как хронический бронхит, бронхиальная астма, рак легких, эмфизема [1, 8, 12, 25].
1ен СSТМ1 - один из генов суперсемейства глутатионтрансфераз класса локализован в локусе 1р13.3, где он входит в состав кластера генов семейства GSTM5-GST4-GSTM3-GSTM5-3. Все гены данного кластера гомологичны друг другу. GSTM1 кодирует белок, участвующий в глутатион-опосредованной детоксикации, и играет ключевую роль в обеспечении резистентности клеток к продуктам перекисного окисления липидов, алкилирования белков, свободным радикалам, предотвращая таким образом поломки ДНК. Аналогичную функцию выполняет и глутатионтрансфе-раза GSTT1 [8, 12].
Полиморфизм гена СSТМ1 обусловлен наличием/отсутствием протяженной делеции (около 10 кб), следствием которой является полное отсутствие белкового продукта - фермента («нулевой» аллель) [1]. 1ен GSТМ1 выступает в качестве модификатора и фактора риска при самых разных заболеваниях, связанных с неблагоприятным действием факторов внешней среды на организм: различные злокачественные опухоли - рак легкого мочевого пузыря, молочной железы и яичников, кожи; доброкачественные новообразования - аденома прямой кишки, эндометриоз; хронические мультифактор-ные заболевания - хронический бронхит, алкогольный цирроз печени, астма [1, 2, 8, 12, 14]. Установлена корреляция между частотой хромосомных аберраций, мутагенной активностью и наличием GSTM1 0/0 генотипа: у таких лиц, если они курят, мутагенный и канцерогенный риски выражены особенно сильно - в 3 раза выше по сравнению с курильщиками без дефицита этих ферментов [27].
Ген GSTT1 относится к генам суперсемейства глутатионтрансфераз класса 0, локализован в локусе 22q11.2 вместе с геном GSTТ2, идентичным на 55% гену GSTT1. Так же, как ген GSTM1, GSTT1 участвует в глутатион-опосредованной детоксикации продуктов перекисного окисления липидов, свободных радикалов, алкилирования белков. Мутантные аллели гена GSTM1 характеризуются наличием протяженных делеций, следствием этого является полное отсутствие соответствующих ферментов, данное состояние называется «нулевыми аллелями». У таких индивидов зарегистрирована повышенная
предрасположенность к эпителиальному раку яичников и базальноклеточному раку кожи, эндометриозу, бронхиальной астме. Делеционный аллель гена GSTT1 усиливает неблагоприятный эффект GSTM1 0/0 аллеля [27].
Третий ген этого семейства -GSTP1 - один из генов суперсемейства глутатионтрансфераз класса ñ, кодирует плацентарную глутатион-S-трансферазу P1, локализован в локусе 11 q13, кодирует белок, участвующий в глутатион-опосредованном связывании гидрофобных и электрофильных соединений. Белковый продукт гена GSTP1 относится к наиболее важным изоформам глутатионтрансфераз репродуктивного тракта и плаценты, играет важную роль в детоксикации пестицидов и в процессах канцерогенеза, а также является особо привлекательным геном-кандидатом бронхиальной астмы и атопии.
Ген GSTP1 существует в трех ал-лельных вариантах: А, В, С. Аллель А (GSTP1*A) - нормальный вариант. «Мутантные» аллели в и с кодируют функционально менее активные формы фермента (активность снижена в 3-4 раза). GSTP1*B-аллель возникает в результате замены АТС-сайта (ile) в 105 кодоне на GTC-сайт (val). Если помимо замены в кодоне 105 в кодоне 114 имеется замена GCG-сайта (ala) на GTG-сайт (val), возникает аллель GSTP1*C. Мутантные аллели гена GSTM1, особенно в сочетании с «нулевыми» аллелями генов GSTT1 и GSTM1, приводят к увеличению риска развития некоторых онкологических заболеваний [8, 14]. Уровень GSTP1 резко снижен при раке легкого, кишечника, яичников, мочевого пузыря почек, гортани и особенно кожи. Функционально неполноценные аллели вносят вклад в привычное невынашивание и спонтанные аборты [29].
У лиц европеоидной расы описано два вида функционального полиморфизма GSTP1: Ile105Val и Ala114Val. Трансцизия G431T в 6 экзоне гена GSTP1 ведет к замене изолейцина на валин в 105 положении. При этом в 7 раз повышается активность фермента к ароматическим соединениям, но в 3 раза снижаются детоксикационные свойства по отношению к бензопирену, отмечается нарушение детоксикации метаболитов, образующихся в I фазе де-токсикации. Показано, что гомозиготность по аллелю 105 Val является протективным фактором в отношении атопии.
Таким образом, при потере каталитической активности - нулевом генотипе - возрастает чувствительность к ксенобиотикам, что проявляется возникновением или
№11 • 2020
МЕДИЦИНСКИЕ НОВОСТИ
модификацией течения различных онкологических и мультифакторных заболеваний [14]. Однако вопрос эффективности лечения онкологических и мультифакторных заболеваний при наличии делеционного полиморфизма генов GST в настоящее время освещен недостаточно [19].
Важный ген II фазы детоксикации NAT2 отвечает за синтез фермента ариламин-N-ацетилтрансферазы, играющего важную роль в детоксикации ксенобиотиков, содержащих ароматические аминные или гидразиновые группы [1]. Наличие 3 полиморфных сайтов в кодирующей последовательности данного гена приводит к появлению 4 функционально различных форм фермента NAT2: три основных варианта «медленных» аллелей (S1, S2, S3) и одного «быстрого» (F1), которые функционально соответствуют «медленным» и «быстрым» ацетиляторам. Научные исследования позволили установить ассоциацию полиморфизма гена NAT2 и различных мультифакторных заболеваний. В этом случае происходит накопление в организме токсических продуктов фазы I. Риск неблагоприятного действия лекарственных средств, патогенных микроорганизмов и окислительного стресса у «медленных ацетиляторов» существенно выше, чем у быстрых. Токсические метаболиты, образующиеся в I фазе детоксикации вследствие отсутствия нормально функционирующих ферментов II фазы не утилизируются, а воздействуют на клетки тех или иных органов, вызывая воспалительный процесс, стимулируя их гиперчувствительность и гиперреактивность [1].
Ферменты GST выполняют и ряд других важных функций: изомеризуют стероиды и простагландины, участвуют в биосинтезе и метаболизме лейкотриена С4, являются транспортными белками стероидных гормонов. Нарушение этих функций при «нулевых» и функционально ослабленных вариантах генов семейства GST имеет большое значение в этиологии и патогенезе мультифакторных заболеваний.
Важную роль в детоксикации ксенобиотиков играют ферменты, обеспечивающие всасывание. Распределение и выведение из организма чужеродных веществ из кишечника обеспечивают транспортер 1 олигопептидов (РЕРТ1) и полипептид В, транспортирующий органические анионы (ОАТР-В); захват лекарств, циркулирующих в крови, происходит при участии полипептидов А, В, С (ОАТР-А, ОАТР-В, ОАТР-С) и транспортерами органических анионов 1, 2, 3 (ОАТ1, QAT2 ОАТ3); за выброс лекар-
ственных средств в просвет кишечника отвечает гликопротеин Р (ген MDR1) [22].
Наибольший интерес для детокси-кации представляет полиморфизм гена MDR1, кодирующий гликопротеин Р. Этот фермент локализован в цитоплазмати-ческих мембранах и контролирует АТФ-зависимый выброс различных ксенобиотиков из клетки. Ген MDR1 локализован в локусе 7q21.1, экспрессируется во многих органах, включая печень, почки, кишечник. Его экспрессия в 2,5 раза выше у мужчин, чем у женщин. Субстратами гликопротеина Р являются сердечные гликозиды, блокаторы медленных кальциевых каналов, статины, макролиды, цитостатики, противовирусные препараты и др. Наиболее значимым полиморфным маркером гена МОR1 является замена цитозина на тимин в 26 экзоне (С3435Т). У гомозигот по Т-аллелю функции белка MRD1 нарушены, что может быть причиной тяжелой интоксикации.
Последние годы ознаменованы большим прогрессом наших знаний в области генетической природы мультифакторных заболеваний. Стало очевидным, что в эти заболевания вовлечено множество генов, относящихся к разным сетям организма. Анализ имеющихся данных свидетельствует о несомненном участии в патогенетических механизмах заболеваний генов систем цитокинов, детоксикации и оксидативного стресса.
Решающее значение для идентификации генов-кандидатов имеет общегеномный скрининг генных ассоциаций с использованием секвенирования и чиповой технологии высокого разрешения, успехи биоинформатики в изучении генных сетей.
Изучение индивидуальных особенностей уровней экспрессии некоторых генов биотрансформации ксенобиотиков может служить маркером чувствительности клеток к лекарственным средствам для местного лечения, так как уровень экспрессии гена дает представление о возможном количестве белкового продукта данного гена, который принимает участие в метаболизме лекарственных средств в клетках.
Выявление слабых звеньев в метаболических путях, контролируемых генами-кандидатами с учетом провоцирующих факторов внешней среды, позволит решить сложную задачу по расшифровке генетического и эпигенетического компонентов мультифакторных заболеваний, приблизит нас к пониманию механизмов взаимодействия полигенных систем на уровне целого организма и их реакций
на повреждающие или провоцирующие факторы внешней среды.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Баранов В.С. Геном человека и гены «предрасположенности»: Введение в предиктивную медицину / В.С. Баранов, Е.В. Баранова, Т.Э. Иващен-ко, М.В. Авсеев. - СПб, 2000. - 263 с.
2. Баранова Е.В. ДНК: знакомство с собой, или как продлить молодость. - М., 2006. - 222 с.
3. Бочков Н.П. Клиническая генетика. - М., 2001. - 1447 с.
4. Викторова Т.В., Корытина Г.Ф., Янбаева Д.Г. // Мед. генетика. - 2003. - Т.2, №2. - С.50-59.
5. Генетика / Иванов В.И., Барышникова Н.В., Би-лева Дж.С. [и др.]. - М., 2006. - 638 с.
7. Геномика - медицине / В.И. Иванов, Л.Л. Киселев. - М., 2005. - 392 с.
8. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. - М., 2003. - 447 с.
9. Демидчик Ю.Е., Костюк С.А., Третьяк И.Ю. Механизмы клеточной химиорезистентности при раке молочной железы. - Минск, 2016. - 152 с.
6. Иващенко Т.Э., Швед Н. Ю., Беспалова О.Н. [и др.] // Молекулярная медицина. - 2007. - №4. - С.19-26.
10. Иллариошкин С.Н., Клюшеиков С.А., Сломинский П.А. // Мед. генетика. - 2006. - Т.5, №2. - С.40-48.
11. Колчанов Н.А., Подколодная О.А., Игнатьева Е.В. [и др.]. // Вестник ВОГИС. - 2005. - Т.9, №2. -С.179-199.
12. Костюк С.А. // Мед. новости. - 2016. - №7. - С.2-7.
13. Костюк С.А. // Мед. новости. - 2016. - №4. -С.11-14.
19. Костюк С.А., Третьяк И.Ю., Демидчик Ю.Е. // Весц Нацыянальнай академй навук Беларуа Се-рыя медыцынских навук. - 2013. - №1. - С.78-90.
14. Кукес В.Г. Клиническая фармакогенетика / Кукес В.Г., Сычев Д.А., Раменская Г.В., Игнатьев И.В. - М., 2007. - 248 с.
15. Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-фармакологические аспекты. -М., 2004. - 144 с.
16. Кулинский В.И. // Соровский образовательный журнал. - 1999. - №1. - С.8-12.
17. Пальцев М.А. Введение в молекулярную медицину. - М., 2004. - 499 с.
18. Пузырев В.П. Молекулярные основы распространенных мультифакторных заболеваний / Пу-зырев В.П, Степанов В.А., Фрейдин М.Б. // Геномика - медицине. - М., 2005. - С.100-150.
20. Середенин С.Б. Лекции по фармакогенети-ке. - М., 2004. - 303 с.
21. Сингер М. Гены и геномы / Сингер М., Берг Т.П. - М., 1998. - 373 с.
22. Сычев Д.А. Клиническая фармакогенетика / Сычев Д.А., Раменская Г.В., Игнатьев И.В., Кукес В.Г. - М., 2007. - 245 с.
23. Фогель Ф. Генетика человека / Фогель Ф., Мо-тульский А.Т. - М., 1989. - 306 с.
29. Baranova H., Ganis M., Ivaschenko T. // Mol. Hum. Reprod. - 1999. - Vol.5, N7. - P.208-214. 28. Brash-Andersen Ch., et al. // Hum. Mytant. -2004. - Vol.24, N3. - P.208-214.
24. Fryer A.A., et al. // Am. J. Respir. Crit. Care Med. -2000. - Vol.161. - P.1437-1442.
26. Gra O.A., Glotov A.S., Nikitin E.A. // Am. J. Hematol. - 2008. - Vol.83, N4. - P.279-287.
27. Wong N.A., et al. // Toxicol. Lett. - 2000. -Vol.115, N1. - P.17-22.
25. Zusterzeel P.L., Nelen W.L., Roelofs H.M., et al. // Mol. Hum. Reprod. - 2000. - Vol.6, N5. - P.474-478.
Поступила 29.06.2020 г.
