Распространённость полиморфизмов гена CYP3A4*22 (rs35599367) C>T, CYP3A5*3 (rs776746) A>G среди якутов и русских, больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких

Введение

Лекарственно-устойчивый туберкулёз лёгких представляет собой глобальную проблему здравоохранения. По данным систематического обзора в мире распространённость Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) с множественной лекарственной устойчивостью к противотуберкулёзным средствам составляет 11,6% (95% ДИ: 9,1— 14,5%) [1]. В 2024 г. заболеваемость туберкулёзом лёгких с множественной лекарственной устойчивостью (ф. № 33) составила 5,7 на 100 000 населения.

Лечение лекарственно-устойчивого туберкулёза — это сложный процесс, включающий длительную и высокозатратную химиотерапию с не всегда достижимой эффективностью и риском развития нежелательных реакций. В современной фтизиатрии для преодоления резистентности M. tuberculosis к традиционным лекарственным средствам применяют противотуберкулёзные препараты с новым механизмом противомикробного действия. С 2013 г. по рекомендации ВОЗ в комплексной фармакотерапии лекарственно-устойчивого туберкулёза применяют производное диарилхинолина с атомом брома бедаквилин [2].

Бедаквилин оказывает бактерицидное действие на делящиеся и покоящиеся микобактерии туберкулёза, подавляет внеклеточных и внутриклеточных возбудителей. Вызывает гибель лекарственно-чувствительных и лекарственно-устойчивых (в том числе с множественной и широкой лекарственной устойчивостью) штаммов M. tuberculosis в минимальной ингибирующей концентрации ≤ 0,008–0,12 мкг/л. Бедаквилин селективно связывается с субъединицей С аденозин-5'-трифосфат-синтазы (АТФ-синтаза), ингибирует этот фермент, нарушает синтез АТФ у M. tuberculosis и лишает их энергии. АТФ-синтаза частично погружена в клеточную стенку микобактерий и катализирует продукцию АТФ за счёт градиента ионов водорода между цитоплазмой и клеточной стенкой. Фермент человека в 20 000 раз менее чувствителен к действию бедаквилина [3].

При приёме внутрь максимальная концентрация бедаквилина в плазме (C_max) достигается через 5 ч. Он почти полностью связывается с белками плазмы, окисляется в печени изоферментом CYP3A4 цитохрома Р450 с образованием N-монодесметила (М2), в 3–6 раз фармакологически менее активного в отношении M. tuberculosis, чем бедаквилин. Затем метаболит M2 деметилируется в неактивный дидесметил (M3) Бедаквилин выводится из организма с желчью. Терминальный период полуэлиминации (T_1/2) бедаквилина и метаболита М2 составляет около 5 мес. (в среднем от 2 до 8 мес.). Длительный период полуэлиминации обусловлен высокой липофильностью и депонированием в тканях [2].

Бедаквилин добавляют в стандартные схемы химиотерапии туберкулёза с множественной, предширокой и широкой лекарственной устойчивостью M. tuberculosis [4]. Комбинированная химиотерапия, включающая бедаквилин, показала более высокую эффективность по сравнению с результатами терапии больных туберкулёзом, не получавших бедаквилин [5, 6]. В метаанализе, проведённом в 2024 г., установлено, что эффективность лечения с использованием схем, содержащих бедаквилин, составляют 76,9–81,7 % [7].

Большую озабоченность вызывает приобретённая резистентность M. tuberculosis к бедаквилину, её частота составляет от 2,2–4,4 % [8] до 12,2 % [9]. При назначении бедаквилина следует учитывать факторы, способствующих развитию резистентности к этому лекарственному средству: позднее развитие бактерицидного эффекта, высокую связь с белками плазмы, длительный период полуэлиминации [10], а также нежелательные реакции, требующие прекращения терапии.

Побочное действие оказывают сам бедаквилин и его метаболит в М2. Возможны головокружение, удлинение корригированного интервала QT (QTc) на ЭКГ с опасностью желудочковой аритмии типа «пируэт», боль в суставах и мышцах, патология печени, диспепсия [7]. У 1,7 % [0,7–4,2] пациентов из-за развития нежелательных реакций требовалось прекратить приём бедаквилина [11].

В фармакогенетических исследованиях установлено, что полиморфизм генов, кодирующих ферменты I и II фаз биотрансформации противотуберкулёзных средств, влияет на эффективность и переносимость химиотерапии туберкулёза [12].

Бедаквилин окисляется изоферментом CYP3A4 цитохрома P450. Аллельные варианты генов, кодирующих этот изофермент, могут потенциально влиять на фармакокинетику, клинические результаты лечения туберкулёза и токсичность бедаквилина.

В настоящее время в доступной научной литературе отсутствуют сведения о распространённости аллельных вариантов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 среди больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких якутской и русской национальностей.

Цель исследования: изучить частоту носительства полиморфизмов генов CYP3A4*22 (rs35599367) C>T, CYP3A5*3 (rs776746) A>G среди якутов и русских, больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом, в сравнении с изменчивостью аллельных вариантов изучаемых генов в восточноазиатских и европейских популяциях.

Методы

Дизайн исследования: проспективное, одноцентровое. В исследовании принимали участие пациенты, госпитализированные в 2021–2023 гг. в Государственное бюджетное учреждение Республики Саха (Якутия) «Научно-практический центр «Фтизиатрия» имени Е.Н. Андреева» для проведения интенсивной фазы лечения туберкулёза лёгких, вызванного M. tuberculosis с множественной лекарственной устойчивостью. Исследование одобрено локальным этическим комитетом (протокол №1/2020 от 27.01.2020 г.). В исследовании участвовали 171 якутов [мужчин — 121 (70,76 %), женщин — 50 (29,24 %)] и 84 русских [мужчин — 61 (72,62 %), женщин — 23 (27,38 %)]. Средний возраст якутов составил 40,00±0,83, русских — 40,00±0,67 лет. Этническую принадлежность определяли самоидентификацией пациентов и их родителей, анализировали родословную до второго поколения.

Критерии включения: 1) туберкулёз органов дыхания с множественной лекарственной устойчивостью M. tuberculosis; 2) возраст 18 лет и старше; 3) этническая принадлежность: якуты, русские; 4) подписанное информированное согласие. Критерии невключения: 1) несоответствие любому из критериев включения; 2) в исследование не включали потомков разноэтнических браков.

Фармакогенетическое тестирование проводилось ФГБОУ ДПО «Российская медицинская академия непрерывного профессионального образования», Москва и ГАУ РС(Я) «Республиканская клиническая больница №3», Якутск. Для генетического исследования осуществляли забор 3–4 мл крови из вены локтевого сгиба в вакуумные пробирки с помощью закрытой вакуумной системы (Zhejiang Gongdong Medical Technology Co., Ltd, Китай). Пробирки имели мелкодисперсное напыление антикоагулянта К3 ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота). ДНК выделяли из цельной крови с помощью набора реагентов «S-Сорб» («Синтол», Россия). Генотипирование полиморфизмов выполняли методом полимеразной цепной реакции в реальном времени на ДНК-амплификаторе CFX96 Touch™ Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, Inc.; USA) с использованием наборов реактивов CYP3A4*22 (rs35599367) C>T (ООО «ТестГен», Россия, CYP3A5*3 (rs776746) A>G («Синтол», Россия).

Фенотип CYP3A определяли согласно данным таблицы 1 [13]. 

Таблица 1

Соответствие генотипов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 фенотипам метаболизма CYP3A

• Для сравнительного анализа использовали данные о частоте носительства аллельных вариантов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 в восточноазиатских и европейских популяциях. Группы сравнения для якутов были сформированы по принципу географической близости к Восточной Азии. Данные о частоте аллелей и генотипов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 получали из базы данных IGSR: The International Genome Sample Resource (https://www.internationalgenome.org/).
• Результаты анализировали статистически с помощью пакета прикладных программ IBM SPSS Statistics, версия 23 (лицензия Северо-Восточного федерального университета). При оценке распределения частот аллелей и генотипов генов CYP3A4, CYP3A5 и ABCB1 проверяли соблюдение равновесия Харди−Вайнберга. Для сравнения частот применяли стандартный критерий χ² с поправкой Йейтса. Различия между сравниваемыми показателями считали статистически значимыми при значении p <0,05.

Результаты

Генотипы полиморфных генов CYP3A4*22 (rs35599367), CYP3A5*3 (rs776746) и ABCB1 (rs4148738) выявляются в популяциях якутов, русских, восточных азиатов и европейцев.

Распределение частот генотипов и соответствие равновесию Харди–Вайнберга представлены в таблице 2.

Таблица 2

Распределение частот аллелей и генотипов полиморфизмов генов CYP3A4 и CYP3A5 в популяциях якутов, русских, восточных азиатов и европейцев

Примечания: ^* данные по популяциям восточных азиатов и европейцев получены из общедоступной базы – 1000 Genomes Project;  NaN – вычислить соответствие равновесию Харди–Вайнберга не представляется возможным ввиду отсутствия полиморфизма в выборке по данному локусу.

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов изоферментов CYP между русскими и европеоидами.

Сравнение русской популяции с европейской группой выявило единственное значимое различие по гетерозиготному генотипу CYP3A4*22 (таблица 3).

Распределение аллелей и генотипов CYP3A5*3 в русской выборке не показало отличий от общеевропейского профиля (таблица 4).

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов изоферментов CYP между якутами и восточными азиатами.

При сравнении распределения аллелей и генотипов CYP3A4*22, CYP3A5*3 якутской популяции с восточноазиатской группой обнаружены статистически значимые различия по всем изучаемым параметрам (таблица 3, 4).

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов изоферментов CYP между русскими и якутами.

Распределение аллелей и генотипов генов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 не имеет статистически значимых различий между русскими и якутами (таблица 3, 4).

Результаты анализа распространенности фенотипов скорости метаболизма, ассоциированных с генетическими вариантами CYP3A4*22 и CYP3A5*3, в исследуемых группах якутских и русских пациентов с туберкулёзом представлены в таблице 5.

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов изоферментов CYP между объединённой группой сибирских популяций и объединёнными евразийцами.

Частота аллелей и генотипов полиморфизма CYP3A4*22 статистически значимо различалась между объединённой группой сибирских популяций [якуты и русские, проживающие на территории Республики Саха (Якутия)] и объединённой группой референсных популяций Евразии (восточные азиаты и европейцы).

Частота аллеля T гена CYP3A4*22 была достоверно ниже в сибирской группе (0,39 %; 2 аллеля из 510) по сравнению с частотой в евразийской популяции (2,43 %; 49 аллелей из 2014) (χ²=8,551; p=0,003).

Распределение генотипов CYP3A4*22 также выявило существенные различия. Генотип дикого типа (CC) встречался чаще в сибирской группе (99,2 %; 253 индивида из 255) по сравнению с евразийской популяции (95,1 %; 958 индивидов из 1007) (χ²=8,734; p=0,003). Напротив, гетерозиготный генотип (CT) был значительно реже представлен в сибирской популяции (0,78 %; 2 индивида) относительно евразийской группы (4,77 %; 48 индивидов) (χ²=8,734; p=0,003). Гомозиготный генотип по аллелю T не был обнаружен ни у одного представителя сибирской группы, в евразийской группе он был идентифицирован у одного индивида (0,1 %). Формальная статистическая значимость для генотипа TT CYP3A4*22 (χ²=601,662; p≈0) должна интерпретироваться с осторожностью из-за крайне низкой ожидаемой частоты данного генотипа в сравниваемых группах; для подтверждения этого различия предпочтительно применение точных статистических критериев.

Статистический анализ выявил значимые различия в распределении генотипов полиморфизма CYP3A5*3 между объединённой группой сибирских популяций и объединённой группой популяций Евразии, несмотря на отсутствие статистически значимого различия в частоте аллеля А. Частота аллеля А была ниже в сибирской группе (8,43 %; 43 аллеля из 510), чем в евразийской группе (17,18 %; 346 аллелей из 2014). Однако это различие не достигало уровня статистической значимости (χ²=2,578, p=0,108).

Генотип AA реже встречался в сибирской группе (1,18%; 3 из 255 индивидов) по сравнению с его частотой в евразийской группе (4,17 %; 42 из 1007 индивидов) (χ²=5,301, p=0,021). Гетерозиготный генотип AG намного меньше представлен в сибирской группе (14,51 %; 37 из 255 индивидов) относительно евразийской группы (26,02 %; 262 из 1007 индивидов) (χ²=14,893, p <0,001). Генотип GG достоверно преобладал в сибирской группе (84,31%; 215 из 255 индивидов) и реже выявлялся в евразийской группе (69,81 %; 703 из 1007 индивидов) (χ²=21,565, p <0,001).

Таблица 3

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов полиморфизма CYP3A4*22 в исследованных популяциях

Примечание: ^* – сравнение распределения аллелей и генотипов популяций русских и якутов.

Таблица 4

Сравнительный анализ распределения аллелей и генотипов полиморфизма CYP3A5*3 в исследованных популяциях

Примечание: ^* – сравнение распределения аллелей и генотипов популяций русских и якутов.

Таблица 5

Распространённость вариантов скорости метаболизма при участии CYP3A у якутов и русских, больных туберкулёзом

Обсуждение

Цитохром P450 играет ключевую роль в реакции окисления ксенобиотиков.  Он имеет более 1000 изоферментов, 5 из них (CYP3A4, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 и CYP1A2) метаболизируют до 90% всех лекарственных средств [14]. Наиболее распространённым изоферментом является CYP3A4, участвующий в биотрансформации 50% лекарств [15].

Гены изоферментов CYP3A4 и CYP3A5 располагаются в соседних локусах 7-й хромосомы, имеют схожую каталитическую специфичность, но активность CYP3A5 ниже, чем активность CYP3A4. Ген CYP3A4 является низкополиморфным, CYP3A5 считается высокополиморфным [17].

Аллельные варианты гена CYP3A4*22 существенно влияют на метаболизм лекарств, в первую очередь из-за изменения экспрессии и активности изофермента CYP3A4. Эта аллель, идентифицированная как однонуклеотидный полиморфизм (SNP) rs35599367 C>T в интроне 6, связана со снижением экспрессии и активности CYP3A4 в печени, что приводит к вариабельности метаболизма лекарств. CYP3A4*22 более распространён у европеоидов (частота аллелей составляет 5–7 %), но в других популяциях, таких как японцы, встречается редко или отсутствует [18, 19]. Этот полиморфизм в сочетании с другими вариантами CYP3A, такими как CYP3A5*3, может ещё больше усугубить замедление метаболизма лекарств, что характерно для некоторых когорт пациентов [20].

CYP3A5 обладает высокой степенью полиморфности, при этом аллели *1, *3, *6 и *7, влияют на экспрессию и активность ферментов. Полиморфизм CYP3A5*3 относится к генетическому варианту гена CYP3A5. Аллель CYP3A5*3 характеризуется SNP, при котором аденин (A) заменяется гуанином (G) в положении 776746 (rs776746). Аллель CYP3A5*3 наиболее распространена и отличается низкой экспрессией во многих популяциях [21, 22].

Аллель G гена CYP3A5*3 встречается также широко. Распределение CYP3A5*3 значительно различается между этническими группами, причём чаще выявляется в европейских и азиатских популяциях по сравнению с распространённостью в африканских популяциях, где чаще присутствует аллель А гена CYP3A5*3 [23, 24]. Так, в китайской популяции частота аллелей CYP3A5*3 составляет 76,1 %, при этом распределение генотипов составляет 5,6 % для CYP3A5*1/1, 36,7 % – для CYP3A5*1/3 и 57,8 % – для CYP3A5*3/3 [25].

Генотип GG гена CYP3A5*3 связан с низкой скоростью метаболизма лекарственных средств, повышением их концентрации в плазме и органах, потенциальным ростом риска нежелательных реакций [26]. Эта вариабельность подчёркивает важность учёта генетического фона в клинической практике и обусловливает необходимость применения фармакогенетического тестирования для оптимизации дозирования лекарственных средств и терапевтических результатов.

Связь между полиморфизмами CYP3A*4/5 и концентрацией бедаквилина при лечении туберкулёза с множественной лекарственной устойчивостью является важной областью исследований. Бедаквилин метаболизируется изоферментом цитохрома P450 CYP3A*4, и генетические вариации этого фермента могут существенно влиять на метаболизм препарата. Гомозиготное и гетерозиготное носительство аллельного варианта CYP3A5*3 (rs776746) связано с более медленным клиренсом бедаквилина (p =0,0017), но не метаболита M2 (p0,25) [27].

В нашем исследовании полиморфизм CYP3A4*22 демонстрирует выраженные межпопуляционные различия. Они характеризуются значительно более низкой частотой аллеля T и гетерозиготного генотипа CT, а также практически фиксированной частотой генотипа CC у сибирских популяций (якуты и русские) по сравнению с частотой в объединённых популяциях Восточной Азии и Европы.

В сибирских популяциях (якуты и русские) статистически значимо смещается распределения генотипов CYP3A5*3 в сторону гомозиготного генотипа GG. Частоты как гетерозиготного (AG), так и гомозиготного (AA) генотипов распространены меньше, чем в объединённой группе популяций Восточной Азии и Европы, хотя значимое различия частот аллелей отсутствуют. Следовательно, влияние генотипа GG CYP3A5*3 на метаболизм лекарственных средств и терапевтические результаты может быть более значительным в сибирской популяции. У носителей этого аллеля возможны вариации лекарственного ответа, что потребует индивидуального подхода к лечению.

Подавляющее большинство как якутских, так и русских больных туберкулёзом являются промежуточными метаболизаторами по CYP3A. Фенотип медленного метаболизма был очень редким и выявлен только у якутов. Фенотип нормального метаболизма встречался реже промежуточного, но чаще медленного, с тенденцией к несколько большей распространённости в группе русских пациентов.

Большинство больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом является промежуточными метаболизаторами, это необходимо учитывать при оценке эффективности лечения и риска развития нежелательных реакций при применении противотуберкулёзных средств, в частности бедаквилина.

Заключение

Исследование выявило значительные различия в распределении полиморфизмов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 у больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом в якутской и русской популяциях по сравнению с другими евразийскими популяциям. Это подчёркивает важность учёта генетической вариабельности при химиотерапии туберкулёза, особенно в отношении лекарственных средств, в метаболизме которых участвуют изоферменты CYP3A.

Понимание генетических факторов, влияющих на метаболизм лекарственных средств, может привести к разработке более индивидуальных схем лечения и улучшению результатов химиотерапии пациентов, страдающих лекарственно-устойчивым туберкулёзом. Необходимы дальнейшие исследования распространённости изучаемых генов в разных этнических группах, их влияния на эффективность и безопасность лечении бедаквилином больных туберкулёзом с множественной лекарственной устойчивостью к M. tuberculosis.

Ограничения исследования

Исследование даёт предварительную информацию о распространённости аллельных вариантов CYP3A4*22 и CYP3A5*3 среди больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких у лиц якутской и русской национальностей, но важно признать недостатки размера выборки исследования, что может не в полной мере отразить генетическую вариабельность исследуемых генов в более широких популяциях. Кроме того, при сосредоточении внимания на конкретных полиморфизмах можно упустить из виду другие негенетические и генетические факторы, способные влиять на метаболизм лекарственных средств, эффективность и безопасность лечения туберкулёза.

Выводы

1. Частота аллеля T гена CYP3A4*22 у больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких была достоверно ниже в сибирской группе по сравнению с частотой в евразийской группе (p=0,003).
2. Генотип дикого типа (CC) CYP3A4*22 встречался чаще в сибирской группе больных, чем в евразийской группе, гетерозиготный генотип (CT) значительно меньше представлен в сибирской популяции (p=0,003).
3. Генотип AA CYP3A5*3 реже встречался в сибирской группе пациентов с лекарственно-устойчивым туберкулёзом относительно его частоты в евразийской группе (p=0,021), гетерозиготный генотип AG намного реже представлен в сибирской популяции больных (p <0,001), генотип GG преобладал в сибирской группе и реже выявлялся в евразийской популяции (p <0,001).
4. Частоты аллелей и генотипов гена CYP3A5*3 у больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких не отличались в популяциях якутов и русских (p >0,05). Распределение аллелей и генотипов CYP3A5*3 в русской популяции были такими же как у общеевропейского профиля (p >0,05). Между якутами и восточными азиатами выявлены статистически значимые различия по всем анализируемым параметрам (p <0,05).
5. Различия аллельных вариантов и генотипов CYP3A4 и CYP3A5 в популяциях русских и якутов, больных лекарственно-устойчивым туберкулёзом лёгких, может существенно влиять на клиническую эффективность и развитие нежелательных реакций при лечении бедаквилином, так в его окислении основное значение имеет изофермент CYP3A цитохрома Р450.