Введение
Изучение роли генома в реакции на лекарственные препараты журнал Фармакогеномика, часто сокращенно "PGx", – это изучение роли генома в реакции на лекарственные препараты. Его название (фармако + геномика) отражает объединение фармакологии и геномики. Фармакогеномика анализирует, как генетический профиль пациента влияет на его ответ на лекарства. Она изучает влияние приобретенных и унаследованных генетических вариаций на эффективность лекарственных препаратов, устанавливая связь между мутациями ДНК (включая точечные мутации, вариации числа копий и структурные вариации) и фармакокинетическими (всасывание, распределение, метаболизм и выведение лекарственного средства), фармакодинамическими (эффекты, опосредованные биологическими мишенями лекарственного средства) и/или иммуногенными показателями. Цель фармакогеномики – разработка рациональных подходов к оптимизации лекарственной терапии с учетом генотипа пациента для достижения максимальной эффективности при минимальных побочных эффектах. Предполагается, что благодаря фармакогеномике фармацевтические препараты смогут отойти от подхода "один размер подходит всем". Фармакогеномика также стремится исключить метод проб и ошибок при назначении лекарств, позволяя врачам учитывать гены пациента, функциональность этих генов и то, как это может повлиять на эффективность текущего или будущего лечения (и, при необходимости, объяснять неудачи предыдущего лечения). Такие подходы открывают перспективы прецизионной и даже персонализированной медицины, в которой лекарства и их комбинации оптимизируются для узких групп пациентов или даже для уникального генетического профиля каждого человека. Независимо от того, используется ли фармакогеномика для объяснения реакции пациента на лечение (или ее отсутствия) или в качестве прогностического инструмента, она направлена на улучшение результатов лечения, повышение эффективности и снижение токсичности лекарств и нежелательных лекарственных реакций (НЛР). Пациентам, не отвечающим на лечение, могут быть назначены альтернативные методы терапии, наилучшим образом соответствующие их потребностям. Для предоставления фармакогеномных рекомендаций по конкретному лекарственному средству можно использовать два типа входных данных: генотипирование или секвенирование экзома или всего генома. Секвенирование предоставляет значительно больше данных, включая выявление мутаций, приводящих к преждевременному завершению синтеза белка (преждевременный стоп-кодон). CYP3A4, CYP2C9, CYP2C19 и CYP2D6 – основные ферменты CYP, участвующие в метаболизме лекарственных средств, и все они известны своей высокой полиморфностью.
the journal
Pharmacogenomics, often abbreviated "PGx," is the study of the role of the genome in drug response. Its name (pharmaco + genomics) reflects its combining of pharmacology and genomics. Pharmacogenomics analyzes how the genetic makeup of a patient affects their response to drugs. It deals with the influence of acquired and inherited genetic variation on drug response, by correlating DNA mutations (including point mutations, copy number variations, and structural variations) with pharmacokinetic (drug absorption, distribution, metabolism, and elimination), pharmacodynamic (effects mediated through a drug's biological targets), and/or immunogenic endpoints. Pharmacogenomics aims to develop rational means to optimize drug therapy, with regard to the patients' genotype, to achieve maximum efficiency with minimal adverse effects. It is hoped that by using pharmacogenomics, pharmaceutical drug treatments can deviate from what is dubbed as the "one dose fits all" approach. Pharmacogenomics also attempts to eliminate trial and error in prescribing, allowing physicians to take into consideration their patient's genes, the functionality of these genes, and how this may affect the effectiveness of the patient's current or future treatments (and where applicable, provide an explanation for the failure of past treatments). Such approaches promise the advent of precision medicine and even personalized medicine, in which drugs and drug combinations are optimized for narrow subsets of patients or even for each individual's unique genetic makeup. Whether used to explain a patient's response (or lack of it) to a treatment, or to act as a predictive tool, it hopes to achieve better treatment outcomes and greater efficacy, and reduce drug toxicities and adverse drug reactions (ADRs). For patients who do not respond to a treatment, alternative therapies can be prescribed that would best suit their requirements. In order to provide pharmacogenomic recommendations for a given drug, two possible types of input can be used: genotyping, or exome or whole genome sequencing. Sequencing provides many more data points, including detection of mutations that prematurely terminate the synthesized protein (early stop codon). CYP3A4, CYP2C9, CYP2C19, and CYP2D6 are major CYP enzymes involved in drug metabolism and are all known to be highly polymorphic.
Транспортеры наркотиков
Многие лекарственные препараты используют транспортеры для преодоления клеточных мембран и перемещения между жидкостными средами организма, такими как кровь, просвет кишечника, желчь, моча, мозг и спинномозговая жидкость. Основные транспортеры включают транспортеры растворенных веществ, АТФ-связывающие кассеты и транспортеры органических анионов.
Фармакодинамика
Фармакодинамика изучает влияние лекарственного препарата на организм и его механизм действия.
Цели наркотиков
Цели лекарственных средств – это специфические участки, в которых лекарственное средство осуществляет свою фармакологическую активность. Взаимодействие между лекарственным средством и этим участком приводит к модификации мишени, которая может включать ингибирование или потенцирование. Большинство фармакогенетических взаимодействий, связанных с лекарственными мишенями, относятся к области онкологии и включают таргетные препараты, разработанные для воздействия на соматические мутации (см. также Фармакогеномика рака). Например, ингибиторы EGFR, такие как гефитиниб (Iressa) или эрлотиниб (Tarceva), показаны только пациентам, несущим специфические мутации в гене EGFR. Мутации зародышевой линии в лекарственных мишенях также могут влиять на ответ на лекарственные средства, хотя это развивающееся направление в фармакогеномике. Одним из хорошо изученных взаимодействий между геном и лекарственным средством, включающим мутацию зародышевой линии в лекарственной мишени, является варфарин (Coumadin) и VKORC1, кодирующий витамин К-эпоксидредуктазу (VKOR). Варфарин связывается с VKOR и ингибирует его, что является важным ферментом в цикле витамина K. Ингибирование VKOR предотвращает восстановление витамина K, который является кофактором, необходимым для образования факторов свертывания II, VII, IX и X, а также ингибиторов белков C и S.
Нецелевые участки
Лекарственные препараты могут оказывать нецелевые эффекты (как правило, неблагоприятные), возникающие в результате взаимодействия между препаратом и/или его метаболитами и участком, отличным от целевого. Генетические вариации в нецелевых участках могут влиять на это взаимодействие. Основным примером такого типа фармакогеномного взаимодействия является глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа (G6PD). G6PD – это фермент, участвующий в первой стадии пентозофосфатного пути, который генерирует NADPH (из NADP+). NADPH необходим для производства восстановленного глутатиона в эритроцитах и важен для функции каталазы. Глутатион и каталаза защищают клетки от окислительного стресса, который в противном случае привел бы к лизису клеток. Определенные варианты гена G6PD приводят к дефициту G6PD, при котором клетки становятся более уязвимыми к окислительному стрессу. При назначении лекарственных препаратов, обладающих выраженным окислительным действием, пациентам с дефицитом G6PD, у них повышается риск лизиса эритроцитов, проявляющегося в виде гемолитической анемии.
Иммунологические
Система лейкоцитарных антигенов человека (HLA), также известная как главный комплекс гистосовместимости (MHC), представляет собой комплекс генов, играющих важную роль в адаптивной иммунной системе. Мутации в комплексе HLA ассоциируются с повышенным риском развития гиперчувствительности к определенным лекарственным средствам.
Консорциум по клинической фармакогенетике (CPIC)
Консорциум по клинической фармакогенетике (CPIC) – это «международный консорциум отдельных добровольцев и небольшой группы сотрудников, заинтересованных в содействии использованию фармакогенетических тестов в практике лечения пациентов. Целью CPIC является устранение препятствий для клинического внедрения фармакогенетических тестов путем разработки, отбора и публикации свободно доступных, прошедших экспертную оценку, основанных на доказательствах, регулярно обновляемых и подробных клинических рекомендаций по генам и лекарственным препаратам. Рекомендации CPIC соответствуют стандартизированным форматам, включают систематическую оценку доказательств и клинических рекомендаций, используют стандартизированную терминологию, проходят экспертную проверку и публикуются в журнале (в партнерстве с Clinical Pharmacology and Therapeutics) с одновременной публикацией на сайте cpicpgx.org, где они регулярно обновляются». В отношении пар ген-лекарство, включенных в таблицу, «FDA провело оценку и считает, что имеется достаточно научных данных, позволяющих предположить, что у подгрупп пациентов с определенными генетическими вариантами или фенотипами, выведенными из генетических вариантов (таких как затронутая подгруппа, указанная в таблице ниже), вероятно, будет изменен метаболизм лекарственных препаратов, а в некоторых случаях – различные терапевтические эффекты, включая различия в рисках нежелательных явлений». «Информация, представленная в этой таблице, предназначена главным образом для врачей, назначающих лекарства, и пациенты не должны изменять свою медикаментозную терапию без консультации с врачом. Данная версия таблицы ограничена фармакогенетическими ассоциациями, связанными с вариантами генов, кодирующих лекарственно-метаболизирующие ферменты, варианты генов, кодирующих транспортеры лекарственных препаратов, и варианты генов, связанные с предрасположенностью к определенным нежелательным явлениям. FDA признает существование других фармакогенетических ассоциаций, которые здесь не перечислены, и эта таблица будет периодически обновляться с добавлением новых фармакогенетических ассоциаций, подтвержденных достаточными научными данными».
PharmGKB
База знаний по фармакогеномике (PharmGKB) – это ресурс, финансируемый Национальными институтами здоровья (NIH), предоставляющий информацию о том, как генетическая вариабельность человека влияет на реакцию на лекарственные препараты. PharmGKB собирает, курирует и распространяет знания о клинически значимых связях между генами и лекарствами, а также о соотношениях между генотипом и фенотипом.
Коммерческие лаборатории фармакогенетических испытаний
Во всем мире существует множество коммерческих лабораторий, предлагающих фармакогеномное тестирование в виде лабораторно разработанных тестов (ЛДТ). Тесты, предлагаемые различными лабораториями, могут существенно различаться, включая набор тестируемых генов и аллелей, определение фенотипа и предоставляемые клинические аннотации. За исключением нескольких тестов, доступных напрямую потребителям, для проведения любого фармакогенетического тестирования требуется назначение от уполномоченного медицинского специалиста. Чтобы результаты могли быть использованы в клинической практике в Соединенных Штатах, лаборатория, выполняющая тестирование, должна иметь сертификацию CLIA. Другие нормативные требования могут различаться в зависимости от страны и штата.
Фармакогенетическое тестирование непосредственно для потребителей
Фармакогенетические тесты, предназначенные для непосредственного обращения потребителей (DTC), позволяют потребителям пройти фармакогенетическое тестирование без назначения врача. Обычно FDA рассматривает тесты DTC для оценки достоверности заявлений о них. FDA ведет список генетических тестов DTC, получивших одобрение.
Генотип
Существует несколько способов представления фармакогеномного генотипа. Распространенная система номенклатуры заключается в указании гаплотипов с использованием аллелей, обозначенных звездочкой (*) (например, CYP2C19 *1/*2). Однонуклеотидные полиморфизмы (СНП) могут быть описаны с использованием их идентификатора rsID (идентификатора кластера референсных СНП) или на основе позиции измененного нуклеотида или аминокислоты.
Фенотип
В 2017 году CPIC опубликовал результаты экспертного опроса с целью стандартизации терминологии, связанной с результатами клинических фармакогенетических тестов. Достигнут консенсус в отношении терминов для описания функционального статуса аллелей, фенотипа ферментов, метаболизирующих лекарственные препараты, фенотипа транспортеров лекарственных препаратов и фенотипа носителей генотипов высокого риска.
Клиническое применение
Инициативы по стимулированию внедрения врачами включают программу Ubiquitous Pharmacogenomics (U PGx) в Европе и Консорциум клинической фармакогенетики (CPIC) в Соединенных Штатах. В опросе европейских врачей, проведенном в 2017 году, две трети респондентов сообщили, что не назначали фармакогенетическое исследование в течение предыдущего года. В 2010 году медицинский центр Университета Вандербильта запустил Фармакогеномный ресурс для улучшения решений в уходе и лечении (PREDICT); в опросе 2015 года две трети врачей сообщили о назначении фармакогенетического исследования. В 2019 году крупнейшая частная медицинская страховая компания UnitedHealthcare объявила о покрытии расходов на генетическое тестирование для прогнозирования реакции на психотропные препараты. В 2020 году четвертый по величине канадский страховщик медицинских и стоматологических услуг, Green Shield Canada, объявил об оплате фармакогенетического тестирования и соответствующего программного обеспечения для поддержки принятия клинических решений с целью оптимизации и персонализации назначения препаратов для лечения психических расстройств.
Сокращение полифармации
Потенциальная роль фармакогеномики заключается в снижении частоты полифармации: предполагается, что при персонализированном подборе лекарственных препаратов пациентам не потребуется принимать несколько препаратов для лечения одного и того же заболевания. Таким образом, можно потенциально снизить частоту возникновения нежелательных лекарственных реакций, улучшить результаты лечения и сэкономить средства за счет отказа от покупки некоторых лекарств. Например, психиатрические пациенты, возможно из-за неадекватного назначения лекарств, склонны получать больше препаратов, чем пациенты того же возраста без психиатрических заболеваний. Необходимость фармакогеномно-ориентированной лекарственной терапии особенно ярко проявляется в исследовании, проведенном Центром эпидемиологии Слона при Бостонском университете в период с февраля 1998 года по апрель 2007 года. Исследование показало, что в среднем 82% взрослого населения США принимают хотя бы один препарат (по рецепту или без рецепта, витамины/минералы, травяные/натуральные добавки), а 29% – пять и более. Исследование также показало, что люди в возрасте 65 лет и старше остаются основными потребителями лекарственных препаратов, при этом 17–19% в этой возрастной группе принимают не менее десяти препаратов в течение недели. С 2000 года распространенность полифармации возросла с 23% до 29%.
Генетическая исключительность
В начале 2000-х годов подход к генетической информации как к исключительной, включая предоставление ей юридической или нормативной защиты, получил широкую поддержку. Утверждалось, что геномной информации может потребоваться особая политика и практика защиты в контексте электронных медицинских карт (ЭМК). В 2008 году был принят Закон о недискриминации в отношении генетической информации (GINA) для защиты пациентов от дискриминации со стороны страховых компаний на основании генетических данных. В последнее время высказывается мнение, что концепция генетической исключительности устарела по мере перехода к эпохе интеграции геномики и больших данных в медицине, однако практики, основанные на этой концепции, по-прежнему широко распространены в клинической практике. Гаррисон и др. недавно призвали к обновлению терминологии, замене понятия «генетическая исключительность» на «геномный контекстуализм», признавая фундаментальную двойственность генетической информации. Это позволяет обосновать дифференцированный подход к различным типам генетической информации, одновременно признавая ее сходство и отличия от другой информации, связанной со здоровьем. Кроме того, Эванс и др. утверждают, что ЭМК уже соответствуют достаточным стандартам конфиденциальности для хранения другой чувствительной информации, такой как номера социального страхования, и что основная функция ЭМК – хранение высоко конфиденциальных данных. Считается, что чрезмерная защита и маскировка генетической информации препятствуют дальнейшему научному прогрессу и внедрению результатов исследований в рутинную клиническую практику.
История
Фармакогеномика была впервые отмечена Пифагором около 510 года до н.э., когда он установил связь между опасностью употребления бобов фавы и гемолитической анемией, а также окислительным стрессом. В 1950-х годах это наблюдение было подтверждено и связано с дефицитом G6PD, получив название фавизм. Хотя первая официальная публикация состоялась в 1961 году, неофициальное начало этой науки относится к 1950-м годам. В 1956 году впервые были описаны случаи продолжительного паралича и смертельных реакций, связанных с генетическими вариантами у пациентов с дефицитом бутирилхолинестеразы («псевдохолинестеразы») после инъекции сукцинилхолина во время анестезии. Термин «фармакогенетика» впервые был введен в 1959 году Фридрихом Фогелем из Гейдельберга (Германия), хотя некоторые источники указывают на 1957 или 1958 год. В конце 1960-х годов исследования близнецов подтвердили участие генетических факторов в метаболизме лекарственных средств: у однояйцевых близнецов наблюдалась заметно большая схожесть в реакции на лекарства по сравнению с двуяйцевыми. Термин «фармакогеномика» начал появляться примерно в 1990-х годах. Исследования сосредоточены на комбинаторной химии, геномном майнинге, омикс-технологиях и высокопроизводительном скрининге. По мере снижения стоимости генетических тестов будет расширяться разработка персонализированной лекарственной терапии. Современные технологии позволяют проводить генетический анализ сотен целевых генов, участвующих в метаболизме лекарств и реакции на них, менее чем за 24 часа и стоимостью менее 1000 долларов. Это значительный шаг к внедрению фармакогенетических технологий в повседневную медицинскую практику. Компании, такие как deCODE genetics, MD Labs Pharmacogenetics, Navigenics и 23andMe, также предлагают сканирование генома. Эти компании используют те же генотипирующие чипы, что и в исследованиях GWAS, и предоставляют клиентам информацию об индивидуальном риске развития различных признаков и заболеваний, а также тестирование на 500 000 известных SNPs. Стоимость варьируется от 995 до 2500 долларов США и включает обновления с новыми данными из исследований по мере их поступления. В более дорогие пакеты даже входит телефонная консультация с генетическим консультантом для обсуждения результатов.
Этика
Фармакогенетика стала предметом острых дискуссий в области биоэтики. Основные опасения связаны с приватностью и конфиденциальностью. Данные о потенциальной пользе или риске генетического теста могут быть лишь предварительными, что создает дилеммы для врачей.
Интернет-ресурсы
+Web Resources for Pharmacogenomics Источник данных Основное применение Ссылка PharmVar Центральный репозиторий вариаций фармакогенов, ориентированный на структуру гаплотипов и аллельные вариации. SuperCYP Bioinformatics Tool Содержит информацию о 1170 лекарственных препаратах с более чем 3800 взаимодействиями и приблизительно 2000 известных SNP. Эти SNP перечислены и упорядочены в соответствии с их влиянием на экспрессию и/или активность. PharmGKB База знаний по фармакогеномике (PharmGKB) – интерактивный инструмент для исследователей, изучающих, как генетические вариации влияют на ответ на лекарственные препараты. dbSNP база данных Репозиторий SNP и других вариантов, зарегистрированных после открытия, скомпилированных и получивших официальные наименования. Это SNP широкого спектра. FINDbase Репозиторий частот аллелей фармакогенетических маркеров в различных популяциях. Фармакогеномические биомаркеры в маркировке лекарственных средств Таблица, определяющая, какие лекарственные препараты, одобренные FDA, имеют предупреждающие надписи, связанные с фармакогеномикой. SNPedia Вики-база данных по биоинформатике, содержащая информацию о SNP. Сеть исследований в области фармакогеномики (PGRN) PGRN предоставляет ресурсы и информацию для стимулирования совместных исследований в области фармакогеномики и прецизионной медицины.