Бронхиальная астма (БА) – заболевание дыхательных путей, характеризующееся обратимой бронхиальной обструкцией, развитие которой определяется взаимодействием генетических и средовых факторов. В патогенезе БА ключевыми являются изменения в системе врожденного и адаптивного иммунитета, приводящие к поляризации иммунного ответа в виде дифференцировки наивных СD4-лимфоцитов-хелперов в Th2-лимфоциты с последующей IgE-сенсибилизацией и формированием аллергического воспаления в дыхательных путях. Для БА характерна гетерогенность клинической картины. С учетом особенностей ее клинических и морфологических проявлений выделен ряд фенотипов БА (аллергическая, аспириновая, вирусиндуцированная, астма физического напряжения и др.). Доказано участие патобиологических процессов на молекулярном уровне (эндотипов) в механизмах развития этого заболевания [1]. Проведение геномных исследований позволило установить сильную ассоциацию БА у детей с маркерами на хромосоме 17q21 [2].
С позиций современной фармакогенетики наследственные факторы в значительной мере определяют выраженность терапевтического ответа на лекарственные препараты [3]. Установлено, что ответ организма на лечение генетически детерминирован, при этом доля влияния генетических факторов составляет от 20 до 95%.
В отличие от многих других факторов наследственная детерминированность ответа остается постоянной в течение жизни. В связи с этим в клинической медицине постулируется положение о том, что результаты генетических исследований могут быть использованы для проведения индивидуальной терапии и в широком смысле указанное направление исследований обозначается как персонализированная терапия [4]. В настоящее время для лечения БА наиболее широкое применение получили ингаляционные глюкокортикостероиды, ингибиторы цистеиновых лейкотриенов и агонисты β2-адренорецепторов. БА свойственны вариабельность ответа на используемые для ее лечения медикаментозные препараты. По своему ответу на указанное лечение пациенты могут отличаться друг от друга. Эта вариабельность ответа на лечение у 60–80% из них может быть обусловлена генетической изменчивостью и связана с генотипом больных [5, 6]. В генах обнаружены различные полиморфные локусы, которые имеют значение в реализации терапевтического воздействия противоастматических лекарственных средств. Полиморфные варианты генов могут прямо или косвенно изменять ответ больных БА на проводимую терапию, и определение их может быть использовано в качестве предикторов эффективности конкретных фармакологических средств. Использование фармакогенетических методов способствует достижению максимума терапевтического эффекта у больных астмой и минимизации нежелательных побочных явлений.
Эффективность назначаемой при БА медикаментозной терапии может зависеть от распределения и метаболизма лекарственных препаратов в организме, от изменений, происходящих в органе-мишени (легких), и наследственного предрасположения к болезни, при которой должно быть назначено лечение [7, 8]. В настоящее время доминирующие механизмы формирования терапевтической резистентности при БА окончательно не определены. Однако наблюдаемый у половины пациентов с БА недостаточный ответ на лечение ингаляционными глюкокортикостероидами, антагонистами лейкотриеновых рецепторов и β2-агонистами связывают с влиянием генетических факторов на терапевтический ответ [9].
Ингаляционные глюкокортикостероиды
Ингаляционные глюкокортикостероиды обладают выраженной противовоспалительной активностью [10]. Противовоспалительное и противоаллергическое их действия определяются способностью тормозить синтез прововоспалительных цитокинов, липидных медиаторов (лейкотриенов, простагландинов). Глюкокортикостероиды уменьшают количество тучных клеток в тканях за счет торможения синтеза интерлейкина-3 (ИЛ-3), ингибируют экскрецию медиаторов эозинофилами и тормозят процесс участия эозинофилов в формировании аллергического воспаления за счет ингибирования синтеза ИЛ-5, гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (GM-CSF) и активации апоптоза эозинофилов. Глюкокортикостероиды обладают способностью тормозить синтез GM-CSF и регулируемый фактор экспрессии Т-лимфоцитов (RANTES) в эпителиальных клетках дыхательных путей и секрецию ими провоспалительных цитокинов и липидных медиаторов, уменьшать сосудистую проницаемость и продукцию слизи. Обладая высокой противовоспалительной активностью, ингаляционные глюкокортикостероиды хорошо переносятся и в связи с этим находят широкое применение в терапии БА у детей.
В настоящее время в клинической практике применяют следующие ингаляционные глюкокортикостероиды: бекламетазона дипропионат, будесонид, флутиказона пропионат, циклесонид, мометазона фуроат. Эти ингаляционные глюкокортикостероиды отличаются друг от друга по своим физико-химическим свойствам, в значительной мере определяющим их противовоспалительное действие. Ингаляционные глюкокортикостероиды обладают высоким сродством к глюкокортикостероидным рецепторам, способностью продолжительно сохранять терапевтические концентрации препаратов в тканях. Наибольшей противовоспалительной активностью обладает флутиказона пропионат и будесонид, наибольшее сродство к рецепторам выявляется у мометазона фуроата, будесонида и флутиказона пропионата.
Действие глюкокортикостероидов осуществляется через кортикостероидные рецепторы, расположенные в цитоплазме клетки в связанном с белками состоянии. Проникнув через мембрану клетки, глюкокортикостероиды связываются с глюкокортикостероидными рецептами, высвобождающимися из мультипротеинового комплекса и перемещающимися затем в направлении ядра клетки, где они взаимодействуют с другими молекулами и принимают участие в транскрипции генов. Чувствительность индивидов к экзогенным глюкокортикостероидам зависит от фармакокинетики глюкокортикостероидов, их количества, числа аффинных рецепторов, их функциональной активности (транслокации к ядру и транскрипции генов). При проведении сравнения тяжести течения БА у детей с различными генотипами глюкокортикостероидного рецептора по полиморфизму 1220А>G было установлено, что при тяжелом течении болезни у девочек чаще, чем при легком течении, встречается генотип GG [11].
S.J. Szefler et al. впервые установили гетерогенность терапевтического ответа на ингаляционные кортикостероиды; по их данным, у трети больных БА отсутствовал прирост объема форсированного выдоха за 1 секунду (ОФВ1) и снижение реакции с метахолином при увеличении дозы ингаляционных кортикостероидов [12].
В клинической практике у пациентов с БА разных возрастов наблюдается вариабельность в отношении выраженности терапевтического ответа на лечение ингаляционными кортикостероидами: от достижения полного контроля БА до частичного контроля и уменьшения выраженности ее симптомов. У детей со среднетяжелым и тяжелым течением БА положительный эффект лечения ингаляционными кортикостероидами отмечается на 5–7-й день лечения в виде уменьшения одышки, сухих хрипов, кашля, уменьшения количества используемых ингаляционных β2-агонистов короткого действия. Нормализация показателя ОВФ1 к 3-й неделе лечения отмечается у 91,8% больных тяжелым и у 100% среднетяжелым течением БА. Через 3 месяца лечения ингаляционными глюкокортикостероидами частота обострений БА уменьшается в 3,6 раза [12]. Число госпитализаций больных по поводу обострения БА, получавших лечение ингаляционными глюкокортикостероидами регулярно, меньше в 2,4 раза, чем среди пациентов, получавших их периодически.
У небольшого количества пациентов (от 1 до 10 на 10 тыс. больных БА) отмечается отсутствие терапевтического эффекта на проводимое ими лечение [13]. Такие пациенты считаются стероидрезистентными или не чувствительными к глюкокортикостероидам больными БА. Пациенты с резистентностью к глюкокортикостероидам имеют сниженные клеточные иммунные ответы на глюкокортикостероиды со стороны Т-лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов [14]. Для больных БА также характерна низкая аффинность рецепторов к глюкокортикостероидам [15]. Тяжелое течение БА у детей с развитием резистентности к лечению ингаляционными глюкокортикостероидами сопровождается выраженными нарушениями бронхиальной проходимости, сохраняющимися на фоне терапии ингаляционными глюкокортикостероидами, и ассоциировано с генами ADRβ2*46GG, ADRβ2*79GG, CYP2D6*1934GG, CYP2D6*1934GA [8]. Показано развитие ассоциативной связи С589Т гена IL-4 с резистентностью к ингаляционным глюкокортикостероидам [16]. Идентифицирован вариант гена FCER2, кодирующий низкоаффинный рецептор иммуноглобулина Е (IgE), ассоциированный с обострениями БА на фоне применения ингаляционных глюкокортикостероидов: риск обострения БА у детей, получающих лечение ингаляционными глюкокортикостероидами, несмотря на наличие протективного эффекта у этих препаратов, был связан с заменой аденина гуанином в интроне 9-го гена [17].
Выявлена ассоциация между полиморфизмом гена CRHR1, который кодирует рецептор кортикотропин-рилизинг-гормона, с ответом на ингаляционные глюкокортикостероиды, оцененным с помощью параметров легочной функции как у взрослых, так и у детей: замена G на T в интроне 2-го гена была ассоциирована с увеличением показателя ОВФ1 в 1,5 раза [18]. Обнаруженный эффект авторы связывают с большой структурной инверсией, затрагивающей хромосомный участок, где находится ген CRHR1, но не в связи с полиморфизмом гена [19].
В отношении применения ингаляционных глюкокортикостероидов помимо ассоциативного анализа выполнены также и экспрессивные фармакологические исследования [20]. Последние были проведены на основе предиктивной способности профилей генной экспрессии в отношении предсказания категории чувствительности к ингаляционным глюкокортикостероидам – для 15 генов точность предсказания составила 84%.
Антагонисты лейкотриеновых рецепторов
Патогенетическую основу БА составляет аллергическое воспаление дыхательных путей, в развитии которого принимают участие различные провоспалительные клетки и медиаторы и среди них цистеиновые лейкотриены (LTC4, LTD4, LTE4, LTB4). Ген липокиназы-5 (ALOX5) кодирует фермент арахидонат 5-липоксигеназу, который является ключевым ферментом в биосинтезе лейкотриенов и липоксинов. Цистеиниловые лейкотриены образуются из арахидоновой кислоты под воздействием 5-липоксигеназы. Они обладают выраженным провоспалительным действием и вызывают бронхоспазм, повышенное образование слизи, стимулируют приток эозинофилов и других провоспалительных клеток в дыхательные пути, повышают проницаемость кровеносных сосудов. Большинство патологических эффектов цистеиниловых лейкотриенов при БА реализуется через активацию специфических цистеиниловых рецепторов, экспрессируемых на тучных клетках, моноцитах, макрофагах, эозинофилах, базофилах, гладкомышечных клетках, Т- и В-лимфоцитах, эндотелиальных клетках и бронхиальных фибробластах. Использование антагонистов (блокаторов) cys-LT1-рецепторов (монтелукаст, зафирлукаст, проклукаст) способствует расширению фармакотерапевтических возможностей для достижения и поддержания контроля бронхиальной астмы. В Российской Федерации для лечения астмы в последние годы широко используется монтелукаст.
Механизм терапевтического действия антилейкотриеновых препаратов имеет в своей основе противодействие эффектам лейкотриенов на уровне их рецепторов. Так, монтелукаст является специфическим конкурентным антагонистом рецепторов типа 1 цистеиниловых лейкотриенов (cys-LT1-рецепторов) в дыхательных путях [21]. Монтелукаст и зафирлукаст обладают приблизительно одинаковой способностью связываться с cys-LT1-рецепторами. Наличие специ-
фического и обратимого антагонизма к лейкотриеновым рецепторам является определяющим для достижения противовоспалительного и бронходилатирующего эффектов у пациентов с БА. Монтелукаст способствует снижению и такого маркера воспаления дыхательных путей, как оксид азота в выдыхаемом воздухе [22]. По данным контролируемого исследования 336 детей 6–14 лет, страдающих БА, с исходным значением ОФВ1 от 50 до 85% должной величины терапия монтелукастом в дозе 5 мг в сутки в течение 8 недель способствовала значительному приросту этого показателя функции легких. Также было отмечено существенное снижение частоты обострений БА, уменьшение потребности в β2-симпатомиметиках и повышение качества жизни [23]. Проведенное исследование 689 детей в возрасте 2–5 лет с персистирующей БА показало, что применение монтелукаста в дозе 4 мг в сутки способствовало значительному снижению частоты дневных и ночных симптомов астмы, уменьшению количества обращений к врачу, а также снизило потребность в использовании глюкокортикостероидов [24]. При исследовании монтелукаста у 549 детей в возрасте 2–5 лет с вирусиндуцированной обструкцией бронхов было установлено, что при его применении уменьшилась частота эпизодов обструкции бронхов на 32%, при этом среднее количество обострений за год составило 1,6 раза (в группе плацебо-контроля – 2,34 раза); увеличилась продолжительность ремиссии и снизилась частота применения глюкокортикостероидов [25]. При изучении нами влияния монтелукаста на клинические проявления и показатели аллергического воспаления у 41 ребенка 6–15 лет с БА положительный терапевтический эффект, проявлявшийся исчезновением затруднения дыхания, кашля, уменьшением потребности в ингаляционных β2-агонистах, положительной динамикой бронхиальной проходимости, повышением толерантности к физической нагрузке, снижением частоты обострений, имелся у 35 (85,4%) детей [26]. При дополнительном обследовании детей, леченных монтелукастом, на содержание оксида азота в выдыхаемом воздухе (NOexh) у 7 (64%) из 11 обследованных пациентов определялось существенное снижение его уровня (p<0,02, медиана – 7 ppb, 25-й перцентиль – 5,3 ppb, 75-й перцентиль – 25 ppb). Сочетанное использование монтелукаста с ингаляционными глюкокортикостероидами позволило снизить дозу последних в 2 раза. Переносимость монтелукаста была хорошей, побочных явлений не было.
В то же время при своей высокой эффективности и безопасности антилейкотриеновые препараты могут быть гетерогенными по своему терапевтическому ответу, что связывается с возможным существованием полиморфных вариантов генов их метаболизма. Установлено, что лечение монтелукастом снижает риск возникновения обострений БА у носителей мутантного варианта (4 копии повтора по сравнению с гомозиготами дикого типа) гена 5-липоксигеназы (ALOX5). [27]. В другом исследовании выявлена обратная зависимость: монтелукаст снижает количество обострений БА, улучшает показатели ОФВ1 и способствует снижению частоты приема β2-агонистов у пациентов с генотипами, гомозиготными по аллелю с 5 повторами (5/5) или гетерозиготными с 4 повторами (4/5), но не 4/4 [28]. Обнаружена несинонимическая замена G1999A (Arg312Gly) гена SLCO2B1 (кодирует переносчика органических анионов), ассоциированная с варьированием симптомов БА и сывороточного уровня монтелукаста. Оба эти показателя выше у индивидуумов, гомозиготных по 312R, чем гетерозиготных. Продукт гена SLCO2B1 экспрессируется в желудочно-кишечном тракте, в связи с этим можно полагать, что он связан с фармакокинетикой монтелукаста и таким путем влияет на его терапевтический ответ [29]. Применение монтелукаста достаточно эффективно при аспириновой астме, препарат предупреждает возникновение бронхоспазма, вызванного физическим напряжением, уменьшает проявления сопутствующего сезонного и круглогодичного аллергического ринита [26, 30]. Монтелукаст может применяться в качестве монотерапии при легком течении БА. Монтелукаст в комбинации с ингаляционными глюкокортикостероидами эффективен в лечении детей с тяжелой БА и позволяет снижать дозу глюкокортикостероидов. Монтелукаст также может применяться на этапе отмены или уменьшения дозы ингаляционных глюкокортикостероидов для поддержания достигнутого контроля.
Антагонисты β2-адренорецепторов
Селективные симпатомиметики (агонисты β2-адренорецепторов короткого действия) находят широкое применение при БА для оказания неотложной помощи при острых состояниях. Назначение ингаляционных β2-агонистов способствует быстрому, через 15–20 минут, купированию возникших симптомов БА и восстановлению бронхиальной проходимости. К β2-агонистам относят сальбутамол (вентолин), фенотерол (беротек), тербутамин. Дюрантные β2-агонисты (сальметерол, формотерол) – препараты пролонгированного действия, они находят применение в качестве бронхопротективных средств для проведении базисной противовоспалительной терапии в сочетании с ингаляционными глюкокортикостероидами. Терапевтический эффект β2-агонистов реализуется через β2-адренорецепторы, которые в большом количестве присутствуют в гладкомышечных, эпителиальных и железистых клетках дыхательных путей, а также представлены на лимфоцитах, макрофагах и других клетках. Активация β2-адренергических рецепторов оказывает бронходилатирующее действие, тормозит высвобождение медиаторов из провоспалительных клеток, снижает проницаемость капилляров, повышает мукоцилиарный клиренс. При продолжительном применении высоких доз β2-агонистов может отмечаться снижение чувствительности к ним рецепторов (десенситизация), которая может быть причиной возникновения толерантности к препарату. Существенное значение в снижении чувствительности адренорецепторов к β2-агонистам придается полиморфизму гена ADRβ2, изменениям аминокислотной последовательности в этом гене. Ген ADRβ2 располагается на длинном плече хромосомы 5 (5q31-32) рядом с кластером генов, кодирующих цитокины и глюкокортикостероидный рецептор. Идентифицировано 19 однонуклеотидных (точечных) замен в кодирующей и промоторной области этого гена, из них 4 замены в аминокислотной последовательности в кодирующей части гена ADRβ2 имеют большое значение в функционировании рецептора. Существенную значимость имеет замена в 46-м нуклеотиде азотистого основания аденина на гуанин, приводящая к замене аминокислоты аргинина на глицин в 16-й позиции (Arg16Gly) [31]. Указанная замена находится на участке гена, кодирующем три первых трансмембранных домена рецептора, при этом один из них является лигандсвязывающим. Полиморфизм Arg16Gly связан с десенситизацией рецептора. Рецептор, имеющийся в структуре гена Gly/Gly 16, в большей степени подвержен десенситизации эндогенными катехоламинами по сравнению с рецептором, имеющим в своей структуре Arg/Arg16 или Arg/Gly16 [32]. Отмечено снижение ОФВ1 у детей с генотипом Gly/Gly16 (как с нормальным фенотипом, так и с БА) при однократном назначении альбутерола по сравнению с детьми с гомозиготным аллелем аргинина [33].
У детей с БА выявлена вариабельность фармакологического ответа на применение β2-агонистов [34]. Вариабельность терапевтического ответа на β2-агонисты у пациентов с БА может быть обусловлена полиморфизмом гена β2-адренергического рецептора. Влияние полиморфизма гена β2-адренергического рецептора в 16-й аминокислотной позиции на эффективность бронхоспазмолитической терапии изучена у 208 детей с атопической БА, госпитализированных в клинику нашего центра [35]. Тип гена ADRβ2 определялся с помощью полимеразной цепной реакции. Пациенты были распределены на две группы в зависимости от эффективности терапии β2-адреномиметиками в период резвившегося обострения БА. В результате выполненных исследований было установлено, что полиморфизм Arg/Gly β2-адренергического рецептора связан с вариабельностью ответа на β2-агонисты. Гомозиготный аллель Gly/Gly16 в группе детей с БА с недостаточным ответом на β2-агонисты выявлялся в 2 раза чаще, чем в группе детей с хорошим ответом (66 против 38%, p<0,001); в распределении гетерозиготного аллеля была выявлена обратная закономерность (55 против 28%, p<0,001). Подобная закономерность была обнаружена и при оценке эффективности лечения пролонгированными β2-адреномиметиками. Выявлена ассоциация генотипа Gly16 гена β2-адренергического рецептора с недостаточным эффектом бронхоспазмолитической терапии β2-агонистами короткого действия. Доказано участие аллеля Gly/Gly16 в формировании фенотипа с тяжелым течением БА у детей и толерантности у них к терапии как β2-агонистами, так и ингаляционными глюкокортикостероидами.
F.D. Martinez et al. полагают, что количество Gly16 рецепторов у детей с БА может быть снижено вследствие возможного воздействия эндогенных катехоламинов, что, вероятно, и является причиной сниженного бронхоспазмолитического ответа на начальную дозу β2-агониста [33]. Полиморфизм гена ADRβ2 в локусе 16 рассматривается как значимый генетический предиктор тахифилаксии к β2-агонистам [36]. Установлено, что аллель ADRβ2*16Gly ассоциирована с ночной и более тяжелой БА и что у этих пациентов отмечена большая зависимость от глюкокортикостероидов [37]. Выявление у больных БА полиморфных вариантов гена β2-адренорецептора дает возможность прогнозировать эффективность лечения β2-агонистами короткого действия.
По мере увеличения тяжести течения БА число пациентов с хорошим ответом на β2-адреномиметики короткого действия уменьшается, а число пациентов с недостаточным ответом на лечение ими увеличивается [38]. Таким образом, отмечаемая у пациентов с БА вариабельность ответа на фармакотерапию связана с генетической изменчивостью, проявляемой полиморфизмом генов. Фармакогенетическое исследование позволяет оценивать характер этих изменений с учетом результативности проводимого лечения и на этой основе осуществлять оптимальный подбор лекарственных средств для продолжения терапии.
Фармакогенетические методы исследования начинают постепенно внедряться в клиническую практику; в настоящее время в США более 120 медикаментозных препаратов маркированы фармакогенетическими данными, которые врач может учитывать при их назначении [39]. Использование данных фармакогенетического тестирования при назначении лечения может снижать финансовые затраты на одного пациента [40]. Выявление генетических особенностей больных с помощью молекулярно-генетических исследований позволяет врачу-клиницисту выбирать из существующего арсенала терапевтических средств наиболее эффективные и безопасные для данного пациента методы лечения, а также прогнозировать продолжительность их применения. Дальнейшее развитие фармакогенетики, несомненно, будет способствовать росту рекомендуемых для использования в клинической медицине фармакогенетических тестов для противоастматических лекарственных средств.
