Фармакогенетические основы персонализированной терапии первичной открытоугольной глаукомы

Генетические маркеры эффективности и безопасности топической гипотензивной терапии

Введение

Глаукома остается ведущей причиной необратимой слепоты в мире и представляет значимую медико-социальную проблему в силу хронического прогрессирующего течения, высокой распространенности и необходимости пожизненного лечения. Согласно обновленным глобальным данным Z. Wang и соавт., распространенность первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ) среди лиц старше 40 лет возрастет к 2060 г. до 3,5% (95%-ный доверительный интервал (ДИ) 3,2–3,8) (для сравнения: в 2024 г. этот показатель составлял 2,8% (95% ДИ 2,6–3,0)). При этом число пациентов увеличится более чем в два раза: с 80,5 до 186,6 млн, а с учетом дополнительных случаев, ассоциированных с высокой миопией, до 192,7 млн [1].

По данным отечественной статистики, количество пациентов с глаукомой превышает 1,2 млн, причем доминирующей клинической формой является ПОУГ. Показатели истинной распространенности, скорее всего, существенно выше официальных, поскольку в ряде случаев из-за бессимптомного или малосимптомного течения на ранних стадиях заболевание остается невыявленным [2].

Несмотря на наличие в арсенале врачей широкого спектра медикаментозных, лазерных и хирургических методов лечения, далеко не все пациенты достигают стабильного уровня внутриглазного давления (ВГД), необходимого для предотвращения прогрессирования заболевания [3]. Аналоги простагландина F2α и бета-адреноблокаторы сохраняют лидирующие позиции в схеме гипотензивной терапии, однако выраженная вариабельность ответа на лечение [4] обусловливает интерес к фармакогенетическим исследованиям и разработке персонализированных подходов к ведению больных ПОУГ.

Проанализируем современные данные о роли фармакогенетики в лечении пациентов с ПОУГ.

Персонализация терапии на основе фармакогенетики

Индивидуальный ответ на лекарственную терапию формируется под влиянием как генетических, так и негенетических факторов. Среди негенетических детерминант существенное значение имеют демографические и клинические характеристики, в том числе возраст, пол, этническая принадлежность, сопутствующие заболевания, лекарственные взаимодействия и факторы внешней среды [5].

Изучение генетических детерминант фармакологического ответа составляет основу фармакогенетики – междисциплинарного направления на стыке медицинской генетики и клинической фармакологии, анализирующего влияние наследственных факторов на эффективность и безопасность лекарственной терапии.

Термин «фармакогенетика» был предложен F. Vogel в 1958 г. [6], а концептуальное становление дисциплины связано с работами W. Kalow [7]. В отечественной науке одним из значимых этапов развития этого направления стало издание монографии «Основы фармакогенетики» под редакцией Н.П. Скакуна [8], в которой систематизированы представления о генетически обусловленных различиях лекарственного ответа. Дальнейшее развитие фармакогенетики в России связано с трудами В.Г. Кукеса и его научной школы [9], одним из представителей которой является Д.А. Сычев. Исследования этой школы, способствовавшие внедрению фармакогенетического тестирования в клиническую практику, и сегодня формируют отечественную научную базу персонализированной медицины [10].

Гетерогенность фармакологического ответа во многом определяется генетическим полиморфизмом – наличием в популяции различных аллельных вариантов, способных изменять структуру и функциональную активность белков, вовлеченных в фармакокинетику и фармакодинамику лекарственных средств [11]. В зависимости от преимущественного механизма влияния на фармакологический ответ выделяют три ключевые группы генетических детерминант.

Первую группу составляют гены ферментов метаболизма, обеспечивающих биотрансформацию лекарств. Центральное место в этом процессе занимает система цитохрома P450, отвечающая за печеночный метаболизм около 50% всех применяемых в клинике препаратов. Наиболее значимыми предикторами фармакокинетической вариабельности являются гены изоферментов CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 и CYP3A4, а также гены ферментов II фазы биотрансформации, например NAT2, UGT1A1, TPMT. Полиморфизм этих генов определяет формирование различных метаболических фенотипов: от медленных метаболизаторов со сниженной активностью ферментов до ультрабыстрых, характеризующихся ускоренной элиминацией препаратов [12].

Вторую группу представляют гены белков-транспортеров, в частности ABCB1/MDR1, OATP1B1, OCT1, регулирующих трансмембранный перенос лекарств. Вариабельность структуры указанных генов влияет на концентрацию препаратов в органах-мишенях и скорость их выведения из организма [13].

Третья группа включает гены фармакологических мишеней: рецепторов, ионных каналов, ферментов и сигнальных молекул, например ADRB1, PTGFR, VKORC1, EGFR. Варианты этих генов могут изменять чувствительность мишени к лекарственному воздействию, что сказывается на выраженности терапевтического эффекта [14].

В современной фармакогенетике выделяют два основных подхода к выявлению генетических детерминант вариабельности лекарственного ответа:

• таргетный (по генам-кандидатам), основанный на изучении генов с известной функциональной ролью в метаболизме, транспорте и молекулярных мишенях препаратов;
• гипотезонезависимый, включающий полногеномные ассоциативные исследования (GWAS), а также полноэкзомное и полногеномное секвенирование, обеспечивающие ненаправленный поиск новых ассоциаций между генетическими вариантами и фармакологическим фенотипом.

Именно эти подходы позволили выявить и валидировать генетические маркеры эффективности и безопасности терапии, уже закрепленные в клинических рекомендациях и нашедшие применение при ряде психиатрических, сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.

В психиатрической практике учет упомянутых метаболических фенотипов по CYP2D6 и CYP2C19 позволяет оценить как риск развития дозозависимых побочных эффектов, так и вероятность формирования терапевтической резистентности [15]. Это дает возможность выбрать оптимальную стартовую дозу антидепрессантов и антипсихотиков и тем самым сократить срок достижения ремиссии и предотвратить развитие токсических реакций.

В кардиологии фармакогенетическое тестирование стало фундаментом безопасности антитромботической терапии. Анализ полиморфизмов генов CYP2С9 и VKORC1 (ген, регулирующий обмен витамина К) при назначении варфарина обеспечивает высокую точность расчета индивидуальной дозы, а выявление носительства аллелей «потери функции» гена CYP2C19 служит определяющим фактором при выборе между клопидогрелом и современными антиагрегантами. Это позволяет избежать серьезных тромботических событий, таких как тромбоз стента [16].

Фармакогенетика в онкологии лежит в основе выбора таргетной терапии: мутации в генах рецепторов факторов роста и их тирозинкиназных доменах являются маркерами чувствительности опухоли к лечению. К наиболее значимым детерминантам относятся мутации гена EGFR при немелкоклеточном раке легкого [17], мутации в генах KIT при меланоме [18] и FLT3 при острых миелоидных лейкозах [19].

Полученные клинические данные свидетельствуют о перспективности применения фармакогенетических подходов и в других медицинских направлениях, включая офтальмологию. В последние годы особый интерес вызывает изучение генетических детерминант ответа как на анти-VEGF-терапию, так и на гипотензивное лечение глаукомы. Для анти-VEGF-препаратов показаны ассоциации отдельных генетических вариантов с потребностью в количестве интравитреальных инъекций и морфофункциональным ответом на лечение [20]. В свою очередь среди основных классов антиглаукомных препаратов, для которых наиболее активно изучаются фармакогенетические ассоциации, выделяют бета-адреноблокаторы и аналоги простагландина F2α.

Фармакогенетические детерминанты эффективности и безопасности тимолола

Тимолол 0,5%, будучи одним из наиболее изученных и широко применяемых при глаукоме бета-адреноблокаторов, обеспечивает снижение уровня ВГД в среднем на 20–30% от исходного. Его действие реализуется через неселективную блокаду бета-1- и бета-2-адренорецепторов, которые экспрессируются преимущественно в цилиарном теле, в том числе в непигментированном эпителии ресничных отростков, где участвуют в регуляции продукции внутриглазной жидкости. Блокада бета-адренорецепторов приводит к снижению активности аденилатциклазы, уменьшению внутриклеточного уровня циклического аденозинмонофосфата и, как следствие, к снижению секреции водянистой влаги, что и обеспечивает гипотензивный эффект препарата [21].

Вместе с тем бета-адренорецепторы широко представлены в миокарде, бронхиальном дереве, сосудистой стенке, печени и центральной нервной системе. Этим объясняются системные эффекты тимолола даже при местном применении. Более 70% препарата, инстиллированного в виде глазных капель, может поступать в системный кровоток за счет абсорбции через сосуды конъюнктивы и слизистой оболочки носа [22]. В результате могут возникнуть нежелательные явления, в частности брадикардия, артериальная гипотензия, бронхоспазм и нарушения проводимости сердца [23].

Еще в 1977 г. T.J. Zimmerman и соавт. показали, что при закапывании тимолола в один глаз ВГД снижается и в парном глазу, что свидетельствует о наличии системного компонента гипотензивного действия препарата [24].

Существенную роль в вариабельности фармакологического ответа на тимолол играют генетические факторы, прежде всего полиморфизм гена CYP2D6, кодирующего одноименный изофермент, участвующий в печеночном метаболизме препарата. Даже при местном применении системная концентрация тимолола может быть клинически значимой, особенно у пациентов со сниженной активностью CYP2D6 или при одновременном применении ингибиторов данного фермента [25].

Генетическая вариабельность CYP2D6 определяется наличием различных аллельных вариантов (так называемых звездных аллелей), представляющих собой гаплотипы – комбинации нескольких генетических изменений, включая однонуклеотидные полиморфизмы, делеции и дупликации, которые влияют на структуру и функцию фермента. Функциональные варианты CYP2D6 *1 и *2 обеспечивают сохранность активности фермента. Варианты *10, *17, *29 и *41 относятся к аллелям со сниженной функцией и ассоциированы с замедлением метаболизма субстратов CYP2D6. Нефункциональные варианты *3, *4, *5 и *6 приводят к выраженному снижению или полной утрате ферментативной активности. Особую группу составляют дупликации функциональных вариантов (*1xN, *2xN), при которых увеличение числа копий гена сопровождается повышением активности фермента [26].

Фенотип метаболизма определяется сочетанием двух аллельных вариантов CYP2D6 и имеет непосредственное клиническое значение при назначении тимолола. Медленные метаболизаторы обычно являются носителями двух нефункциональных вариантов, например *4/*4, *4/*5 или *5/*5, что сопровождается отсутствием или резким снижением активности фермента. В таких случаях замедляется элиминация тимолола, повышается его экспозиция в крови и возрастает риск возникновения системных побочных эффектов [27].

Промежуточный фенотип формируется при комбинации нефункционального варианта с аллелем сниженной функции, в частности *4/*10 или *4/*41, либо при наличии двух вариантов со сниженной активностью, например *10/*10. В этом случае метаболизм препарата замедлен умеренно, поэтому риск развития системных нежелательных реакций также может быть повышен, особенно при сопутствующем применении ингибиторов CYP2D6 (хинидина или пароксетина) [28].

Нормальные (экстенсивные) метаболизаторы чаще имеют два функциональных варианта, например *1/*1, *1/*2 или *2/*2, и обычно демонстрируют ожидаемый гипотензивный ответ при стандартном режиме дозирования. Ультрабыстрый фенотип связан с дупликацией функциональных вариантов, таких как *1xN/*1, *1xN/*2 или *2xN/*2, что приводит к ускоренному метаболизму тимолола и потенциально может сопровождаться менее выраженным снижением ВГД [26].

Помимо CYP2D6 обсуждается потенциальное влияние других генетических факторов, включая полиморфизмы генов, кодирующих бета-адренорецепторы (ADRB1 и ADRB2) [29], однако их вклад в эффективность и безопасность тимолола остается менее изученным и требует дальнейших исследований.

Фармакогенетические детерминанты эффективности аналогов простагландина F2α

Аналоги простагландина F2α рассматриваются как препараты первого выбора при ПОУГ благодаря выраженному гипотензивному эффекту, который в среднем составляет 25–35% от исходного уровня ВГД и, как правило, превосходит эффект других местных антиглаукомных средств. Их широкому применению способствует также удобный однократный суточный режим дозирования. Системные нежелательные реакции при использовании аналогов простагландина F2α развиваются редко и чаще ограничиваются головной болью, гриппоподобными симптомами или миалгией. Местные побочные эффекты наблюдаются чаще и включают гиперемию конъюнктивы, зуд, жжение, слезотечение, ощущение инородного тела, усиление роста и пигментации ресниц, гиперпигментацию радужки и периорбитальной кожи, а также углубление верхней орбитопальпебральной борозды [21]. Реже встречаются передний увеит, кистозный макулярный отек [30] и реактивация офтальмогерпеса [31].

Первым представителем данной группы, одобренным Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США для лечения глаукомы в 1996 г., стал латанопрост 0,005%. Впоследствии в клиническую практику были внедрены травопрост 0,004% и тафлупрост 0,0015%. Эти препараты являются изопропиловыми эфирами-пролекарствами. После проникновения через роговицу они гидролизуются эстеразами до активных кислотных форм, которые взаимодействуют с FP-рецепторами цилиарного тела, радужки и эпителия роговицы, запуская каскад изменений, приводящих к усилению оттока водянистой влаги.

После связывания активного метаболита с FP-рецептором запускается внутриклеточный сигнальный каскад, опосредованный G-белками и сопровождающийся повышением концентрации внутриклеточного кальция. Это приводит к активации матриксных металлопротеиназ (MMP), вовлеченных в ремоделирование соединительнотканных структур цилиарной мышцы и склеры. В результате снижается сопротивление увеосклеральному пути оттока и усиливается выведение водянистой влаги [32].

Основные фармакогенетические мишени аналогов простагландина F2α можно условно разделить на несколько групп генов: рецепторного звена действия препарата, транспортеров, ферментов простагландинового каскада, а также генов, участвующих в ремоделировании внеклеточного матрикса.

Главной фармакологической мишенью латанопроста является FP-рецептор, кодируемый геном PTGFR. Его полиморфизмы могут изменять чувствительность рецептора или эффективность передачи сигнала внутрь клетки, что потенциально сказывается на выраженности гипотензивного ответа. В проспективном нерандомизированном исследовании M. Sakurai и соавт. у 100 здоровых добровольцев латанопрост 0,005% инстиллировали в один глаз один раз в сутки в течение семи дней. Эффект лечения оценивали по проценту снижения уровня ВГД в леченом глазу с поправкой на суточные колебания офтальмотонуса в парном нелеченом глазу. При наличии определенных аллельных вариантов полиморфизмов PTGFR rs3753380 и rs3766355 наблюдалось менее выраженное снижение ВГД, что, по мнению авторов,  объяснялось более низкой транскрипционной активностью гена и, вероятно, меньшей экспрессией FP-рецептора [33]. Индекс rs представляет собой уникальный регистрационный номер однонуклеотидного полиморфизма в генетической базе данных, означающий конкретную позицию в гене, где у разных людей может встречаться разный нуклеотид.

Другую группу составляют гены транспортерных систем, которые могут влиять на проникновение, распределение и выведение аналогов простагландина в тканях глаза. К ним относятся SLCO2A1, кодирующий белки-транспортеры простагландинов; ABCB1, кодирующий P-гликопротеин; и ABCC4, кодирующий белок множественной лекарственной устойчивости 4. Эти белки участвуют в переносе лекарственных веществ и эндогенных медиаторов через клеточные мембраны, поэтому их генетическая вариабельность может отражаться на локальной концентрации препарата в тканях-мишенях. Среди изученных вариантов положительная ассоциация с ответом на латанопрост показана для ABCB1 rs1045642, SLCO2A1 rs4241366 и ABCC4 rs11568658. В то же время полиморфизмы ABCB1 rs1128503, rs2032582 и rs3213619, а также SLCO2A1 rs2370512 и rs34550074 не продемонстрировали связи с терапевтическим ответом [34].

Латанопрост – лекарственный аналог простагландина F2α – демонстрирует различную эффективность в зависимости от состояния простагландинового каскада. В связи с этим изучаются гены, связанные с биосинтезом простагландинов. Один из таких генов – PTGS1, кодирующий циклооксигеназу 1, фермент, участвующий в образовании простагландинов из арахидоновой кислоты. Вариант PTGS1 rs10306114 ассоциирован с положительным ответом на лечение латанопростом [35].

Особый интерес представляют гены матриксных металлопротеиназ: MMP2, MMP3, MMP9 и MMP14. Это связано с тем, что один из основных механизмов действия аналогов простагландина F2α заключается в ремоделировании внеклеточного матрикса и усилении увеосклерального оттока. У пациентов с подозрением на ПОУГ или впервые диагностированной глаукомой исследовали связь полиморфизмов генов MMP как с риском развития заболевания, так и с эффективностью лечения латанопростом и селективной лазерной трабекулопластикой. Генотип TT по варианту MMP3 rs3025058 ассоциировался с более высоким риском развития ПОУГ. В данном случае TT означает, что в определенной позиции гена у пациента обе копии ДНК – материнская и отцовская – содержат нуклеотид тимин (T). Для этого же полиморфизма возможны и другие варианты: CC – цитозин в обеих копиях ДНК, CT – цитозин в одной копии и тимин в другой. Именно такие генотипы сопоставляют с риском заболевания или выраженностью клинического ответа на лечение. Однако ни один из изученных полиморфизмов MMP не показал достоверной связи с гипотензивным ответом на латанопрост или селективную лазерную трабекулопластику [36].

В ряде работ изучались и другие потенциальные маркеры ответа на латанопрост, включая AFAP1 и GMDS. Ген AFAP1 связан с регуляцией актинового цитоскелета, что может иметь значение для клеточной архитектуры трабекулярной сети. Ген GMDS участвует в синтезе фукозы, необходимой для процессов гликозилирования и передачи сигналов через рецепторы факторов роста. Для GMDS rs9503012 показана ассоциация с положительным ответом на латанопрост, тогда как GMDS rs17134549 такой связи не продемонстрировал. Полиморфизмы AFAP1 rs11723068 и rs757253 не были связаны с выраженностью терапевтического ответа [37, 38].

Наиболее значимые генетические предикторы эффективности и безопасности топической гипотензивной терапии при ПОУГ представлены в таблице [33, 35, 38–46]. В нее вошли маркеры, для которых в опубликованных исследованиях показана связь с гипотензивным ответом или риском развития нежелательных реакций.

Заключение

Несмотря на накопленные данные, фармакогенетика антиглаукомной терапии остается преимущественно исследовательским направлением и не вошла в рутинную клиническую практику. В отличие от других медицинских областей, где отдельные фармакогенетические маркеры уже включены в клинические рекомендации, в офтальмологии уровень доказательности пока недостаточен для их обязательного применения.

Среди ключевых ограничений текущих исследований можно выделить доминирование метода генов-кандидатов, малый объем выборок, недостаточную этническую репрезентативность, а также отсутствие общепринятых критериев для отнесения пациентов к группе отвечающих или не отвечающих на терапию. Это затрудняет сопоставление результатов и их экстраполяцию на клиническую практику.

Эффективность лечения ПОУГ, вероятно, обусловлена комплексным взаимодействием ряда факторов: фармакокинетических, фармакодинамических, клинических и демографических. При этом отсутствуют масштабные полногеномные ассоциативные исследования, способные выявить ранее неизвестные генетические маркеры, влияющие на результаты гипотензивной терапии.

Для аналогов простагландина F2α практически отсутствует доказательная база в отношении генетических предикторов местных нежелательных реакций, включая воспалительные осложнения и кистозный макулярный отек. Кроме того, недостаточно изучены простамиды и препараты второй линии: ингибиторы карбоангидразы и альфа-2-адреномиметики.

Таким образом, дальнейшее развитие фармакогенетики антиглаукомной терапии требует проведения крупных многоцентровых исследований с достаточной статистической мощностью, стандартизированной оценкой эффективности и безопасности, а также комплексным учетом этнической принадлежности, сопутствующих заболеваний и системной терапии. Перспективной стратегией представляется сочетание анализа генов-кандидатов с полногеномными подходами и обязательной клинической валидацией выявленных ассоциаций. Такой подход позволит создать надежные алгоритмы персонализированного выбора терапии при ПОУГ. 

Финансирование. Работа выполнена без внешнего финансирования.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.