Цитохром Р450 - фермент, отвечающий за метаболизм многих классов лекарственных препаратов. В настоящее время расшифрованы структуры основных форм данного фермента, присутствующих в организме человека, и установлена их субстратная специфичность, что позволяет уже на этапе разработки лекарственных препаратов достаточно точно прогнозировать их возможные взаимодействия с другими фармакологическими средствами. Данный факт имеет большое экономическое и научное значение, позволяя снизить затраты на выполнение клинических исследований, а также проводить разработку антимикробных (в частности, противотуберкулёзных) препаратов на качественно новом уровне.
Цитохром Р450 (CYP450) - фермент, отвечающий за превращения многих лекарственных препаратов. С изоформами цитохрома Р450 связан метаболизм многих классов лекарственных средств: антигистаминных препаратов, ингибиторов ретровирусной протеазы, бензодиазепинов, блокаторов кальциевых каналов и многих других. Ингибирование функции данного фермента приводит к кумуляции в организме веществ, метаболизирующихся этим путем, что может приводить не только к развитию токсических эффектов у отдельных пациентов, но и к изъятию препаратов, влияющих на активность Р450, с фармацевтического рынка.
Известно, что основной рост затрат на разработку нового лекарственного препарата происходит на заключительном ее этапе, при непосредственном изучении его свойств в условиях живого организма (адсорбция, распределение, метаболизм, экскреция, токсичность). Поэтому фармацевтические компании предпочитают проводить исследования данных параметров на моделях in vitro. Исследователи компании Astex Technology установили структуру цитохрома человека 3A4 и других близких ему ферментов. Полученные данные позволят проводить скрининг метаболических свойств новых препаратов in silico на основании анализа их структуры.
Эффекты цитохрома Р450 связаны с его каталитическим действием на присоединение различных химических групп к молекулам в процессе метаболических превращений. В организме человека обнаружено около 55 различных изоформ цитохрома Р450, каждая из которых кодируется отдельным геном. Цитохромы разделены на семейства (обозначаются цифрами), подсемейства (обозначаются буквами) и изоформы (обозначаются цифрами).
Одной из наиболее значимых проблем, связанных с цитохромом Р450 и способных приводить к задержке внедрения препаратов в клиническую практику, ограничению их применения и даже к неэффективной терапии в клинической практике, является ингибирование функции фермента, приводящее к накоплению токсических продуктов в процессе метаболизма. Ингибирование функции цитохрома Р450 под действием ингибиторов печеночных ферментов (например, противогрибковых препаратов - кетоконазола или итраконазола, являющихся мощными ингибиторами цитохрома Р450, и др.) приводит к удлинению периодов полувыведения лекарственных препаратов, метаболизирующихся с участием цитохрома Р450. Наоборот, индукция функции цитохрома Р450 под действием индукторов печеночных ферментов (например, фенобарбитала) приводит к укорочению периода полувыведения других лекарственных веществ и, тем самым, к необходимости повышения их дозировок.
На начальном этапе исследований цитохромов их структуру и функции изучали на основе анализа бактериального цитохрома Р450, который имеет ряд принципиальных отличий от цитохромов млекопитающих. Поэтому значительным научным открытием явилась работа P. Williams и соавт., в результате которой была расшифрована структура изоформы 2С5 цитохрома Р450 кролика. Впоследствии, Р. Williams продолжала работы по изучению структуры цитохрома Р450 человека с использованием такой же методики в компании Astex (Кембридж, Великобритания). В результате проведенных исследований в конце 2001 г. была расшифрована структура человеческого цитохрома 2С9. В настоящее время компания Astex представила предварительную информацию о структуре цитохрома 3A4, метаболизирующего большинство применяемых в клинической практике лекарственных препаратов.
Обычно при изучении семейств белков-ферментов нет необходимости в установлении структуры каждого белка семейства, поскольку во многих случаях для практических целей бывает достаточно создания модели, построенной на примере ближайших родственных молекул. Однако для цитохрома Р450 данный принцип оказался не вполне применимым. К примеру, структура белковых цепей 2С9 и 2С19 идентична на 90%, в то время как небольшие, но принципиальные различия активных центров изменяют субстратную специфичность.
В настоящее время с учетом высокой частоты назначения комбинированной терапии несколькими лекарственными препаратами особенно важно обращать внимание на их возможные взаимодействия, в том числе на основании изменения функции цитохрома P450.
Знание структуры цитохромов может играть важную роль в самых различных областях исследований лекарственных средств, в том числе при разработке новых средств для лечения туберкулёза. Было обнаружено, что геном микобактерий туберкулёза содержит гены, кодирующие 20 различных цитохромов Р450, в том числе ферментов, являющихся мишенью действия для противогрибковых препаратов. На основании этого, азольные антимикотики могут в последующем стать новым поколением средств для химиотерапии туберкулёза. Интересно, что из протестированных противогрибковых препаратов для системного применения можно использовать лишь флуконазол, оказавшийся в отношении микобактерий туберкулёза неэффективным. Антимикотики местного применения для терапии туберкулёза не подходят, так как угнетают цитохромы организма человека.
Предполагается, что по мере накопления новой информации о структуре цитохрома Р450 процесс создания новых противотуберкулёзных препаратов, механизм действия которых связан с цитохромом Р450, и не имеющих выраженных метаболических эффектов будет значительно упрощен.
Catalytic converter: harnessing the P450
Scrip Magazine Apr. 2003, p. 9-11.
