CC BY
713
Биомедицина • № 4, 2010, С. 24-32
Транспортная система гликопротеина-Р и фармакокинетика лекарственных средств
А.И.Ташенова
Научный центр биомедицинских технологий РАМН, Московская область
Контактная информация: Ташенова Асият Имамбековна - к.м.н., доцент, соискатель филиала «Клиническая фармакология» НЦБМТ РАМН, 109240 Москва, Яузская 11, тел./факс (495) 915 58 01, e-mail: elmed@yandex.ru.
Обзор посвящен значению гликопротеина-Р в фармакокинетике лекарственных средств. Субстратами гликопротеина-Р является большое число лекарственных средств, применяемых в клинической практике. На активность гликопротеина-Р влияют различные факторы, включая межлекарственное взаимодействие и полиморфизм гена MDR1, кодирующего гликопротеин-Р. Изучение этих факторов может способствовать прогнозированию фармакологических эффектов.
Ключевые слова: фармакокинетика, транспортеры, гликопротеин-Р, фармакогенетика.
Разработка методов, позволяющих индивидуализиров ать фармакотерапию, является одной из важнейших задач клинической фармакологии [2]. Это, прежде всего, связано с недостаточной эффективностью и безопасностью даже современных лекарственных средств (ЛС). Так, по данным разных авторов, у 10-40% пациентов применение ЛС оказывается не эффективным [19]. В тоже время, только в США ежегодно умирает около 100000 человек и более 2 миллионов госпитализируются по поводу нежелательных лекарственных реакций (НЛР) [19]. Сейчас выявлено множество причин, которые могут лежать в основе межиндивидуальных различий фармакологического ответа: пол, возраст, функциональное состояние органов и систем (прежде всего, ЖКТ, пече-
ни, почек, крови), характер течения заболевания и его этиология, сопутствующая терапия (в том числе и медикомен-тозная) и т.д. [1]. Однако из них наиболее важными являются:
• взаимодействие с другими ЛС;
• генетические факторы, которые становятся причиной от 20-95% всех неблагоприятных ответов (неэффективность и/или НЛР) организма человека на ЛС.
Общепринято, что наиболее клинически значимым является влияние этих факторов на фармакокинетические процессы ЛС, функционирование которых зависит от состояния системы детоксикации ксенобиотиков, центральную роль в функционировании которой играет транспортер гликопротеин-Р [4].
Гликопротеин-Р, являющийся продуктом гена MDR1, представляет со-
бой АТФ-зависимый насос, локализованный на цитоплазматических мембранах различных клеток и осуществляющий выброс во внеклеточное пространство различные ксенобиотики (рис. 1), в том числе и ЛС [4]. Гликопротеин-Р изначально изучался в опухолевых клетках как механизм резистентности опухолей к цитостатикам. Однако экспрессия гена гликопротеина-Р обнаружена и в нормальных тканях организма человека. Гликопротеин-Р обнаружен в эн-тероцитах, гепатоцитах, клетках проксимальных почечных канальцев, и эн-дотелиоцитах гистогематических барьеров (гематоэнцефалического, гема-тоовариального, гематотестикулярно-
го и гематоплацентарного). В кишечнике гликопротеин-Р выполняет роль своеобразного насоса, «выкачивающего» ЛС из клетки в просвет кишечника. Располагаясь в гепатоцитах, гликопротеин-Р способствует выведению ксенобиотиков в желчь. Гликопротеин-Р эпите-
лия почечных канальцев участвует в активной секреции ксенобиотиков в мочу. Гликопротеин-Р эндотелиоцитов гисто-гематических барьеров препятствует проникновению ксенобиотиков в ЦНС, яичники, яички, через плаценту (рис. 2). Таким образом, гликопротеин-Р является адаптационным механизмом, возникшим в процессе эволюции для защиты организма человека от ксенобиотиков: основной функцией гликопротеина-Р является препятствие всасыванию ксенобиотиков, а при их попадании в организм - скорейшее выведение [13].
Следует отметить, что содержание гликопротеина-Р значительно различаются у мужчин и женщин. Так, Schuetz и соавт. (1995) показано, что экспрессия гена, кодирующего гликопротеин-Р (MDR1) у мужчин в 2,4 раза превышает женщин [17]. По мнению Сишш1ш (2002), именно этот феномен лежит в основе половых различий в фармакокинетике ряда ЛС у мужчин и женщин [5].
Таблица 1
Локализация и функция гликопротеина-Р (MDR1) в организме человека
Локализация Функция
«Внешняя» мембрана энтероцитов «Выкачивание» из энтероцитов в просвет кишечника липофильных ксенобиотиков
Базолатеральная мембрана гепатоцитов Активная секреция липофильных ксенобиотиков в желчь
Базолатериальная мембрана клеток проксимальных почечных канальцев Активная секреция липофильных ксенобиотиков в мочу
Внешняя» мембрана эндотелиоцитов гемато-энцефалического, гематоовари-ального, гематотестикулярного и гематоплацентарного барьеров «Выкачивание» из эндотелиоцитов в просвет сосуда липофильных ксенобиотиков - предотвращение их проникновения в ЦНС, яичники, яички и через плаценту
Рис. 1. Механизм функционирования гликопротеина-Р (MDR1) (по Marzolini и соавт., 2004 [14] в модификации). Примечание: ЛС - лекарственное средство, АТФ - аденозинтрифосфат, АДФ - аденозиндифосфат.
Субстратами гликопротеина-Р являются ряд широко применяемых ЛС: сердечные гликикозиды, блокаторы медленных кальциевых каналов, ингибиторы ГМГ-КоА- редуктазы (статины), блокаторы Н1-гистаминовых рецепторов, ма-кролиды, некоторые цитостатики, про-тиворетровирусные препараты и др. (табл. 2) [13, 14]. Следует отметить, что многие ЛС-субстраты гликопротеина-Р, одновременно являются субстратами CYP3A4.
Роль гликопротеина-Р в фармакокинетике ЛС хорошо изучена на моделях животных в качестве которых использовали «накаутных» мышей линии CF-1 с дефицитом гликопротеина-Р (mdr1). Фармакокинетика ЛС-субстратов
гликопротеина-Р (дигоксина, циклоспорина, винбластина) значительно изменена у «накаутных» мышей в виде более полного всасывания, угнетения выведения в желчь и мочу, повышения
проникновения ЛС через гисто-гематические барьеры [4, 14].
Подобные же изменения фармакокинетики ЛС-субстратов гликопротеина-Р наблюдаются в организме человека при их совместном применении с ЛС, являющимися его ингибиторами (ве-рапамил, хинидин, кетоко-назол, спиронолактон, кар-ведилол и др.). При этом отмечается увеличение концентрации ЛС-субстратов гликопротеина-Р (за счет более полного всасывания и замедления выведения), а, следовательно, увеличивается и риск развития нежелательных лекарственных реакций (НЛР) (табл. 2). Например, хинидин повышает концентрацию ди-гоксина в плазме, увеличивая риск диги-талисной интоксикации именно за счет угнетение активности гликопротеина-Р. Кроме того, есть данные, что ингибиторы гликопротеина-Р способны повысить проницаемость гематоэнцефа-лического барьера для некоторых ЛС. Так, показано, что тот же хинидин способствует проникновению лоперамида (субстрат гликопротеина-Р) в ЦНС, при этом лоперамид вызывает, не характерные для него «морфиноподобные» эффекты [13].
У гликопротеина-Р имеются и индукторы (табл. 2), повышающие его активность, при этом отмечается снижение концентрации ЛС-субстратов гликопротеина-Р в плазме крови (за счет угнетение всасывания и ускорения выведения), а, следовательно, и недостаточная эффективность ЛС (табл. 2) [14].
Т аблица 2
Субстраты, ингибиторы и индукторы гликопротеина-Р (по MarzoИni и соавт., 2004 [14] с дополнениями)
ЛС Субстрат Ингибитор Индуктор
Амиодарон - V -
Амитриптиллин V - -
Аторвастатин V V -
Бромокриптин - V -
Верапамил V V -
Дексаметазон V - V
Дигоксин V - -
Дилтиазем V - -
Дипиридомол - V -
Домперидон V - -
Зверобой продырявленный (гиперфорин) - - V
Интраконазол V V -
Карведилол - V -
Кетоконазол V -
Кларитромицин - V -
Кортизол V - -
Левофлоксацин V - -
Лозартан V - -
Ловастатин V - -
Лоперамид V - -
Метадон - V -
Метилпреднизолон V - -
Морфин V - V
Никардипин - V -
Ондансетрон V - -
Пароксетин V - -
Пентазоцин - V -
Прогестерон - V -
Пропафенон - V -
Ранитидин V - -
Резерпин - V -
Ретиноевая кислота - - V
Рифампин V - V
Сертралин V -
Спарфлоксацин V - -
Спиронолактон - V -
Такролимус V V -
Талинолол V - -
Телмисартан V - -
Терфенадин V - -
Тетрациклин V - -
Фескофенадин V - -
Фенитоин V - -
Фенобарбитал V - -
Фенотиазин - - V
Флуоксетин - V -
Хлорпромазин - V -
Хинидин V V -
Целипролол V - -
Циклоспорин V V -
Циметидин V - -
Эритромицин V V -
В настоящее время в клинических протеина-Р оценивается по фармакоки-исследованиях, активность глико- нетике его специфического («маркерного») субстрата фексофенадина [13, 14].
Также фармакокинетическое взаимодействие
гликопротеина-Р может происходить с лекарственными растениями, что имеет определенное клиническое значение [12]. Имеются данные о том, что зверобой является мощными индукторами гликопротеина-Р т.е. он способен повысить активность этого транспортного белка [4, 13]. Совместное применение препаратов зверобоя с ЛС-субстратами
гликопротеина-Р приводит к Рис. 2. Локализация гликопротеина-Р (MDR1) в организме человека (по Marzolini и соавт., 2004 [14] с дополнениями). снижению концентрации послед-
них в плазме крови, что чревато снижением эффективности фармакотерапии [13]. Так, показано, что описанному механизму зверобой снижает ингибиторы ВИЧ-протеиназ индинавира и саквинави-ра [16]. Недавно, Dresser и соавт. (2003) была изучена фармакокинетика дигок-сина у больных одновременно принимающих зверобой, оказалось что зверобой в 1.8 раз снижал концентрацию дигокси-на [7]. Автор предполагает, что этот феномен также обусловлен индуцирующей способностью зверобоя по отношению к гликопротеину-Р [7]. На основании экс-перементальных работ высказывается предположение, что из всех компонентов зверобоя ответственным за индукцию гликопротеина-Р является гиперфо-рин [13]. Появились данные об ингибирующим влиянии расторопши пятнистой по отношению к гликопротеину-Р, однако клиническое значение этого феномена пока не изучено. Полученные в последние годы данные говорят о том, что все новые ЛС в том числе и растительного происхождения должны быть изучены в плане их индуцирующего или ингибирующего влияния на гликопротеин-Р.
Однако не решен вопрос о том, на каких моделях животных проводить подобные исследования. Очевидно, что для решения этой проблемы необходимо провести исследования по сопоставлению процессов индукции и ингибирования гликопротеина-Р у животных и человека. Кроме того, не ясно влияет ли полиморфизм гена гликопротеина-Р (MDR1) на процессы индукции и ингибирования гликопротеина-Р.
Ген, кодирующий гликопротеин-Р (MDR1) обладает полиморфизмом [14]. В настоящее время активно изучается клиническое значение 4 аллельных вариантов, представляющих собой замену в нуклеотидной последовательности ДНК одного нуклеотида на другой т.н. полиморфизмы одного нуклеотида (singl nucleotide polimorphism). Два из них (G2677T и G2677A в 21 экзоне) являются структурными полиморфизмами т.е. приводят к изменениям в аминокислотной последовательности (табл. 3). Полиморфизмы C1236T (в 12 экзоне) и С3435Т (в 26 экзоне) локализованы в промоторной зоне гена MDR1 и приводят к изменению его экспрессии (табл. 3) [14].
Т аблица 3
Аллельные варианты гена гликопротеина-Р (MDR1)
Полиморфизм Экзон Изменения в нуклеотидной последовательности ДНК Результат полиморфизма
G2677T 21 2677G^T Ala893Ser
G2677A 21 2677G^A Ala893Thr
C1236T 12 1236C^T Снижение экспрессии
С3435Т 26 3435C^T Снижение экспрессии
Как показали исследования последних лет, наибольшее клиническое значение имеет аллельный вариант С3435Т, представляющий собой замену в нуклео-
тидной последовательности в положение 3435 цитозинового нуклеотида на тими-диновый. Частота аллельного варианта С3435Т значительно варьирует в различ-
ных этнических группах (табл. 4). В исследованиях in vitro было показано, что у индивидуумов с генотипом ТТ отмечается снижение экспрессии гена MDR1 в 12-перстной кишке [11], в CD56+ лейкоцитах [6, 10], в почках [18]. Снижение экспрессии гена MDR1 в кишечнике и почках должно приводить к снижению количества гликопротеина-Р в этих органах, и, следовательно, к более полному всасыванию и замедленному выведению ЛС-субстратов гликопротеина-Р. В результате, у индивидуумов с ТТ генотипом должны обнаруживаться высокие концентрации ЛС-субстратов гликопротеина-Р в плазме крови. Так в исследовании Hoffmeyer и соавт., снижение экспрессии гена MDR1 у пациентов с генотипом ТТ, сопровождалось высокими уровнями дигоксина в плазме крови [11]. Хотя существуют работы в которых авторы не обнаружили различий в
экспрессии гена MDR1 у лиц с ТТ и СС генотипом в тонкой кишке [9, 18], костном мозге, плаценте [20], CD56+ лейкоцитах и CD34+ лейкоцитах [15]. В то же время Nakamura и соавт., изучив экспрессию гена MDR1 у 13 здоровых японцев обнаружили, что экспрессия гена MDR1 была не ниже, а выше у лиц с генотипом ТТ. Авторы предполагают, что различия во влиянии полиморфизма С3435Т на экспрессию гена MDR1 у лиц из различных этнических групп, можно объяснить дополнительным влиянием на экспрессию продуктов других генов. Противоречивые результаты исследований влияния полиморфизма С3435Т на экспрессию гена MDR1 в различных органах и тканях заставляют активно продолжать работу в этом направлении.
Распространенность аллельного варианта С3435Т широко варьирует в различных этнических группах (табл. 4) [8].
Т аблица 4
Распространенность генотипов аллельного варианта С3435Т гена гликопротеина-Р (MDR1) в различных этнических группах
Генотип
СС СТ ТТ
Англичане 24% 48% 28%
Немцы 28% 48% 24%
Кенийцы 70% 26% 4%
Афроамериканцы 68% 31% 1%
Суданцы 52% 43% 6%
Португальцы 22% 42% 36%
Китайцы 32% 42% 26%
Филипинцы 38% 42% 20%
Японцы 35% 53% 12%
Таким образом, актуальными являются исследования ингибирующего и индуцирующего влияния ЛС (в т.ч. и расти-
тельного происхождения) на активность гликопротеина-Р. Подобного рода исследования необходимы для прогнозирова-
ния фармакокинетических взаимодействий на уровне гликопротеина-Р. При этом также актуальным является поиск моделей для изучения данного типа взаимодействий. Кроме того, результаты, полученные в исследованиях по изучению влияния полиморфизма гена гликопротеина-Р (MDR1) на фармакокинетику и фармакодинамику ЛС, противоречивы. Выяснение значения полиморфизма гена MDR1, кодирующего гликопротеина-Р для индивидуализации фармакотерапии возможно только если будут продолжены клинические исследования по изучению влияния полиморфизма гена MDR1 на фармакокинетику, фармакодинамику, а также эффективность и безопасность ЛС-субстратов гликопротеина-Р. Необходимы также клинические исследования по изучению оптимальных режимов дозирования ЛС-субстратов гликопротеина-Р для пациентов в зависимости от генотипа по полиморфным маркерам гена MDR1, кодирующего гликопротеина-Р.
Список литературы
1. Каркищенко Н.Н., Хоронько
В.В., Сергеева Л.А. Каркищенко В.Н.
Фармакокинетика. Ростов-на-Дону. Феникс. 2001. 383 с.
2. Кукес В.Г. Метаболизм лекарственных средств: клинико-
фармакологические аспекты. М.: Реа-фарм, 2004, с. 113-120.
3. Кукес В.Г., Ших Е.В., Сычев Д.А., Булаев В.М., Раменская Г.В. О взаимодействии биологически активных добавок, содержащих лекарственные растения, с лечебными средствами. Вопросы питания, 2003, 72 (№5): 39-43.
4. Ayrton A, Morgan P. Role of transport proteins in drug absorption,
distribution and excretion Xenobiotica 2001;31:469-497.
5. Cummins L. Sex-related differences in the clearance of cytochrome P450 3A4 substrates may be caused by P-glycoprotein. Clin Pharmacol Ther 2002; 75: 56-67.
6. Drescher S, Schaeffeler E, Hitzl M, Hofmann U, Schwab M, Brinkmann U, Eichelbaum M, Fromm MF. MDR1 gene polymorphisms and disposition of the P-glycoprotein substrate fexofenadine. Br J Clin Pharmacol. 2002 May;53(5):526-34.
7. Dresser K. et al. Coordinate induction of both cytochrome P4503A and MDR1 by St John's wort in healthy subjects. Clin Pharmacol Ther 2003;73:32-43.
8. Gaikovitch EA, Cascorbi I, Mrozikiewicz PM, Brockmoller J, Frotschl R, Kopke K, Gerloff T, Chernov JN, Roots I. Polymorphisms of drug-metabolizing enzymes CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP1A1, NAT2 and of P-glycoprotein in a Russian population. Eur J Clin Pharmacol. 2003 Aug;59(4):303-12.
9. Goto M, Masuda S, Saito H, Uemoto S, Kiuchi T, Tanaka K, Inui K. C3435T polymorphism in the MDR1 gene affects the enterocyte expression level of CYP3A4 rather than Pgp in recipients of living-donor liver transplantation. Pharmacogenetics. 2002 Aug;12(6):451-7.
10. Hitzl M, Drescher S, van der Kuip H, Schaffeler E, Fischer J, Schwab M, Eichelbaum M, Fromm MF. The C3435T mutation in the human MDR1 gene is associated with altered efflux of the P-glycoprotein substrate rhodamine 123 from CD56+ natural killer cells. Pharmacogenetics. 2001 Jun;11(4):293-8.
11. Hoffmeyer S, Burk O, von Richter O, Arnold HP, Brockmoller J, Johne A, Cascorbi I, Gerloff T, Roots I, Eichelbaum M, Brinkmann U. Functional
polymorphisms of the human multidrug-resistance gene: multiple sequence
variations and correlation of one allele with P-glycoprotein expression and activity in vivo. Proc Natl Acad Sci U S A. 2000 Mar 28;97(7):3473-8.
12. Izzo AA, Ernst E. Interactions
between herbal medicines and prescribed drugs: a systematic review. Drugs
2001;61:2163-75.
13. Kim RB. Drugs as P-glycoprotein substrates, inhibitors, and inducers. Drug Metab Rev 2002;34:47-54.
14. Marzolini, Paus, Buclin,
Kim. Polymorphisms in human MDR1 (P-glycoprotein): Recent advances and
clinical relevance. Clin Pharmacol Ther 2004;75:1.
15. Oselin K, Gerloff T, Mrozikiewicz PM, Pahkla R, Roots I. MDR1 polymorphisms G2677T in exon 21 and C3435T in exon 26 fail to affect rhodamine 123 efflux in peripheral blood lymphocytes. Fundam Clin Pharmacol. 2003 Aug;17(4):463-9.
16. Piscitelli SC, Burstein AH, Chaitt D, Alfaro RM, Falloon J. Indinavir
concentrations and St John's wort. Lancet 2000;355:547-8.
17. Schuetz EG, Furuya KN, Schuetz JD. Interindividual variation in expression of P-glycoprotein in normal human liver and secondary hepatic neoplasms. J Pharmacol Exp Ther 1995;275:1011-8.
18. Siegsmund M, Brinkmann U, Schaffeler E, Weirich G, Schwab M, Eichelbaum M, Fritz P, Burk O, Decker J, Alken P, Rothenpieler U, Kerb R, Hoffmeyer S, Brauch H. Association of the P-glycoprotein transporter MDR1(C3435T) polymorphism with the susceptibility to renal epithelial tumors. J Am Soc Nephrol. 2002 Jul;13(7): 1847-54.
19. Silber BM in «Pharmacogenomics», Ed. Kalow W., Meyer U, Tyndale R.F. New York, NY, USA: Marcel Dekker, 2001.
20. Tanabe M, Ieiri I, Nagata N, Inoue K, Ito S, Kanamori Y, Takahashi M, Kurata Y, Kigawa J, Higuchi S, Terakawa N, Otsubo K. Expression of P-glycoprotein in human placenta: relation to genetic polymorphism of the multidrug resistance (MDR)-1 gene. J Pharmacol Exp Ther. 2001 Jun;297(3):1137-43.
Transport system glycoproteina-P and pharmacokinetics of generic drugs
A.I.Tashenova
The review is devoted value glycoproteina-P in pharmacokinetics of drugs. Substrats of glycoproteina-P are the great number of the drugs applied in clinical practice. Activity glycoproteina-P is influenced by various factors, including intermedicinal interaction and polymorphism of gene MDR1, the coding glycoproteina-P. Studying of these factors can promote forecasting of pharmacological effects.
Keywords: pharmacokinetics, transporters, glycoproteina-P, pharmacogenetics
