Введение

Сахарный диабет 2 типа (СД2) – хроническое, неуклонно прогрессирующее заболевание, знания о патогенезе которого постоянно расширяются. В 2016 г. сформулирована концепция об 11 патофизиологических дефектах, которые вносят свой вклад в развитие и прогрессирование СД2: дисфункция β-клеток, инсулинорезистентность клеток печени и тканей-мишеней, нарушения инкретинового эффекта, гиперпродукция глюкагона α-клетками островков поджелудочной железы, активация липолиза адипоцитами, усиление реабсорбции глюкозы почками, дисфункция нейротрансмиттерной передачи на уровне центральной нервной системы, системное воспаление, патологическое изменение микрофлоры кишечника и повышение скорости абсорбции глюкозы на уровне желудка и тонкой кишки [1–3].

С другой стороны, современное состояние молекулярной генетики дает информацию о сопряженном с СД2 генетическом риске в зависимости от носительства однонуклеотидных полиморфизмов (ОНП), играющих роль в процессах синтеза и секреции инсулина, в метаболической активности жировой ткани, чувствительности периферических тканей к инсулину. Внедрение системы полногеномного поиска ассоциаций (GWAS – Genome-wide association study) позволило определить альянс более чем 70 полиморфных локусов с метаболическими нарушениями и провести оценку частоты встречаемости аллелей риска в профильных когортах больных [4–6]. В настоящее время генетические исследования не только представляют научный интерес в рамках изучения связи генетических мутаций и особенностей патологического процесса, но и дают ценную информацию об эффективности и безопасности фармакологического лечения в зависимости от гено- и фенотипов пациента. Так, фармакогенетические исследования дают представление о связи между отдельными генетическими вариантами и различными терапевтическими исходами применения различных пероральных сахароснижающих препаратов (ПССП). Клиническое значение фармакогенетических исследований заключается в прогнозировании терапевтической дозы, развития возможных неблагоприятных побочных эффектов и ожидаемой эффективности различных сахароснижающих препаратов на индивидуальной основе. Таким образом, широкое использование фармакогенетических исследований и программ в клинической практике безусловно позволяет персонализировать подходы к лечению, в частности значительно повысить эффективность сахароснижающей терапии для больных СД2 [7].

Общая характеристика генов TCF7L2, KCNJ11 и ABCC8

Механизм действия любых пероральных антидиабетических препаратов, влияющих на дисфункцию островкового аппарата поджелудочной железы (β- и α-клеток), всегда подразумевает сохраненную в той или иной степени секрецию эндогенного инсулина. В связи с этим активно изучаются полиморфизмы таких генов-кандидатов, модулирующих процессы синтеза и секреции инсулина, как TCF7L2, ABCC8 и KCNJ11.

Ген TCF7L2 локализован на длинном плече хромосомы-10 (10q25.3). Было показано, что ОНП rs12255372 и rs7903146 в значительной степени связаны с повышенной экспрессией гена TCF7L2 в β-клетках, изменением высвобождения инсулина и предрасположенностью индивидуумов к СД2 [8, 9]. Транскрипционный фактор 4, кодируемый геном TCF7L2, активно участвует в пролиферации и дифференцировке клеток. Он необходим для секреции стимулированного глюкозой инсулина из β-клеток поджелудочной железы. TCF7L2 является ключевым фактором транскрипции, который регулирует метаболизм глюкозы инсулинозависимым образом. Он служит главным регулятором в координации синтеза проинсулина и его процессинге для синтеза зрелого инсулина [10]. Следовательно, вариабельность нуклеотидов в гене TCF7L2 может приводить к изменению секреции инсулина, в результате чего сниженная секреция инсулина приводит к гипергликемии [11]. Данный ген экспрессируется в развивающихся и зрелых β-клетках поджелудочной железы, у носителей аллелей риска отмечается снижение секреции инсулина [12].

Гены KCNJ11 и ABCC8 расположены на коротком плече 11-й хромосомы (11р15.1) и кодируют субъединицы АТФ-зависимых калиевых каналов Kir6.2 и SUR-1 соответственно, играющих ключевую роль в механизме секреции инсулина β-клетками поджелудочной железы [13, 14]. Калиевые каналы внутреннего выпрямления Kirs имеют сложную октамерную организацию, включающую четыре центральных α-субъединицы Kir6.2, формирующих проводящую пору, снаружи комплекса находятся четыре регуляторные субъединицы SUR – специфические рецепторы сульфонилмочевины: SUR-1 (с молекулярной массой 177 кДа), а также SUR-X (с молекулярной массой 65 кДА, сопряженные с АТФ-зависимыми калиевыми каналами). Проводимость канала регулируется внеклеточным K+, внутриклеточным Mg2+, внутриклеточными полиаминами, АТФ- и G-белками. В 2002 г. С. Schwanstecher et al. предоставили доказательства того, что полиморфизм E23K (С>Т) в KCNJ11 (ОНП rs5219) изменяет функцию белка, индуцируя спонтанную сверхактивацию β-клеток поджелудочной железы, что приводит к увеличению пороговой концентрации АТФ, необходимой для выделения инсулина [15]. Многими исследователями показана ассоциация ОНП rs5219 KCNJ11 в регионе 11p15.1 с повышением риска развития сахарного диабета в различных этнических популяциях [16–18]. При этом влияние ОНП rs757110 гена ABCC8 S1369A (T>G) на возможный риск развития нарушений углеводного обмена до конца не изучено. Необходимо особо отметить, что в большинстве проведенных исследований полиморфный вариант Е23К демонстрирует очень сильную аллельную ассоциацию с кодирующим вариантом S1369A в соседнем гене SUR-1 (r2=0,98) [19]. Практически 95% людей, гомозиготных по аллели K23, также гомозиготны по A1369. E23K в KCNJ11 и S1369A в ABCC8 находятся в сильной неравновесности сцепления, составляя гаплотип 23K/1369A, который предрасполагает к СД2 [отношение шансов (ОШ)=1,15; 95% доверительный интервал (ДИ) – 1,03–1,29; p=0,01]. Однако до настоящего времени не удалось установить, какой из полиморфных локусов представляет этиологический вариант, т.к. носители аллели риска Т rs5219 гена KCNJ11 служили также носителями аллели риска G rs757110 гена ABCC8 [20, 21].

К настоящему времени в мировой научной литературе накоплена информация о влиянии мутаций в генах TCF7L2, KCNJ11 и ABCC8 на фармакодинамику ингибиторов ДПП-4 и ПСМ.

Генетические варианты, влияющие на фармакологический эффект ингибиторов ДПП-4

Имеющиеся данные о снижении инкретинового эффекта для больных СД2 способствовали разработке концепции использования экзогенных инкретиновых гормонов в качестве терапии данного заболевания. Разработанные препараты группы ингибиторов ДПП-4 заняли достойное место в комплексном лечении больных СД2 благодаря таким своим свойствам, как усиление глюкозозависимой активности β-клеток, низкий риск развития гипогликемии, подавление повышенной секреции глюкагона, способность контролировать массу тела и хорошей переносимости [22, 23]. Несомненный интерес представляют исследования (P. Aschner, 2012; Y. Aso, 2012), в которых показана значительная биологическая вариабельность реакции пациентов в ответ на прием ингибиторов ДПП-4 [24, 25]. Хотя точные причины выраженного или слабого ответа на терапию в настоящее время до конца не изучены, опубликованные работы по фармакогенетике подтверждают важность генно-лекарственных взаимодействий. Ген TCF7L2 кодирует транскрипционный фактор wnt-сигнального пути, представляющего собой сеть белков, которые передают сигналы с поверхности клетки в ядерную ДНК, осуществляя регуляцию экспрессии генов. Исследования последних лет демонстрируют пересечение wnt-сигнального пути с инкретиновой осью, т.е. его способность модулировать действие инкретиновых гормонов [26]. Zimdahl et al. (2014) сообщили о потенциальном взаимодействии между геном TCF7L2 и ингибитором ДПП-4 линаглиптином [27]. В плацебо-контролируемом исследовании 961 пациент с СД2 получал линаглиптин в течение 24 недель. Было обнаружено, что гомозиготные носители минорного Т-аллеля rs7903146 C>T имеют HbA1c-ответ, сниженный на 0,26% по сравнению с гомозиготами СС. Фактор транскрипции в свою очередь в результате нисходящего каскада реакций от рецептора глюкагоноподобного пептида-1 регулирует экспрессию генов инсулина, инкретиновых рецепторов и прогормонов конвертазы-1 и -2 [28–30]. Следовательно, взаимодействие между TCF7L2 и ингибиторами ДПП-4 действительно может представлять собой фармакодинамическое взаимодействие. Недавно был описан еще один фактор транскрипции, имеющий пересечение с инкретиновой осью, ядерный орфановый рецептор NOR1, который также является важным регулятором экспрессии гена инсулина и секреции инсулина [31]. Полиморфный локус rs12686676 G>A гена Nor1 NR4A3, который маркирует блок сцепления, составляющий бóльшую часть второй половины гена, был связан с секрецией инсулина в исследовании метаболического синдрома у мужчин в Финляндии (METSIM), в ходе которого носители основной G-аллели демонстрировали снижение секреции инсулина [32]. Поскольку rs12686676 гена NR4A3 взаимодействует с rs 7903146 гена TCF7L2, носители T-аллели TCF7L2 и G-аллели NR4A3 могут представлять собой подгруппу индивидуумов, проявляющих заметно более низкий ответ на ингибиторы ДПП-4 или инкретиномиметики. Эта гипотеза в настоящее время исследуется. Геномный локус, ранее не описанный как пересекающийся с инкретиновым сигнальным путем, представляет собой локус CTRB1/CTRB2, несущий гены химотрипсиногена B1 и B2. Используя массивы олигонуклеотидов, представляющих интерес для метаболических и сердечно-сосудистых заболеваний (Metabochips), Hart et al. (2013) идентифицировали некодирующий ОНП, расположенный между CTRB1 и CTRB2, rs7202877 T>G, который был связан с ГПП1-индуцированной секрецией инсулина во время гипергликемического клэмпа у 232 недиабетических субъектов [33]. В исследовании DCS West-Friesland и GoDARTS авторы продемонстрировали, что у пациентов, несущих минорную G-аллель, реакция HbA1c на лечение ингибитором DPP4 была снижена на 0,5%. Интересно, что не было отмечено взаимодействия с инкретиновыми миметиками.

Практически отсутствуют исследования, посвященные оценке влияния полиморфизма генов KCNJ11 и ABCC8 на эффективность терапии иДПП-4.

В единичных исследованиях продемонстрировано, что ответ на терапию ситаглиптином, вилдаглиптином и линаглиптином зависит от носительства полиморфизма rs 2285676 гена KCNJ11. При этом учитывался также уровень триглицеридов крови и диастолического артериального давления [34].

Таким образом, представленные на сегодняшний день в научной литературе фармакогенетические исследования, освещавшие влияние полиморфизма генов – кандидатов на фармакодинамику ингибиторов ДПП-4, весьма немногочисленны.

Генетические варианты, влияющие на фармакологический эффект препаратов сульфонилмочевины

Наряду с инсулинорезистентностью недостаточная функция β-клеток поджелудочной железы играет важную роль в патогенезе СД2. АТФ-зависимый К+-канал, имеющий гетерооктамерное строение, структурные субъединицы которого кодируются генами KCNJ11 и ABCC8, необходим для стимулированной глюкозой секреции инсулина из β-клеток поджелудочной железы и модулирует поглощение глюкозы в скелетных мышцах, выработку глюкозы, а также ее высвобождение из печени [35]. Наиболее широко изучаемым полиморфизомом гена KCNJ11 в отношении вариабельности сахароснижающего эффекта ПСМ является ОНП rs5219 в результате миссенс-мутации в 23-м кодоне 1-го экзона, происходит замена глутамина (Е) на лизин (К) в соответствующей последовательности аминокислот. Исследование Sesti et al. (2006) показало, что носители аллели К имели повышенный риск вторичной неэффективности ПСМ (ОШ=1,45; 95% ДИ – 1,01–2,09; р=0,04), которая определялась как потребность в инсулинотерапии, когда на фоне комбинированной терапии метформином и ПСМ глюкоза плазмы натощак была выше 16,7 ммоль/л. При этом коррекция по возрасту, полу, уровню глюкозы плазмы натощак и уровню гликозилированного гемоглобина (HbA1c), а также длительности анамнеза СД2 в ходе логистического регрессионного анализа не изменила этой ассоциации (ОШ=1,69; 95% ДИ – 1,02–2,78; р=0,04) [36]. Похожая картина, предполагающая возможную роль полиморфного локуса rs5219 в слабом ответе на терапию ПМС, продемонстрирована еще в ряде исследований различных когорт пациентов. В данных исследованиях носители мутантной аллели Е23К имели повышенный уровень HbA1c [37], риск вторичной неэффективности ПСМ (относительный риск [ОР]=1,65%, 95% ДИ – 1,04–2,60; р=0,04) [38] или же у них отмечалась более ранняя необходимость в начале инсулинотерапии (7,7±4,6 года) по сравнению с гомозиготами по дикой аллели (11,1±6,1 года) [39]. Эти данные не согласуются с рядом других исследований, в ходе которых была выявлена повышенная восприимчивость носителей минорной аллели риска к терапии ПСМ, в частности гликлазидом. Так, Feng и et al. в 2008 г. описали существенное снижение уровня глюкозы плазмы натощак у носителей полиморфизма rs5219 (р=0,002) [40], а Javorsky et al. (2012) отметили значимое снижение уровня HbA1c после 6-месячной терапии гликлазидом (∆ HbA1c EK+KK против EE 1,15±0,09% против 0,80±0,13% соответственно; р=0,036), при этом влияния генотипа пациента на эффективность терапии глимепиридом и глибенкламидом выявлено не было [41]. Ряд исследований демонстрирует статистически значимые изменения уровня глюкозы и инсулина в крови натощак у пациентов – носителей минорной аллели лизина гена KCNJ11 [42]. И наконец, ряд авторов не выявили каких-либо статистически значимых различий в эффективности и безопасности ПСМ у лиц с различным генотипом по rs5219 гена KCNJ11 [43–46]. Таким образом, различия в дизайне исследования, продолжительности наблюдения и противоречивые результаты не позволяют сделать однозначные выводы о влиянии полиморфизма Е23К гена KCNJ11 на фармакологический эффект ПСМ.

Полиморфизмы гена ABCC8 также активно изучаются благодаря его непосредственному участию в действии ПСМ. Наиболее изучен к настоящему моменту полиморфизм по референсному сиквенсу 757110 T>G, который локализуется в экзоне 33 и приводит к замене серинa (S) на аланин (А) в позиции 1369 белка SUR-1. В исследовании Zhang et al. (2007) у гетерозиготных и гомозиготных по аллели риска G пациентов наблюдалось более выраженное снижение уровня HbA1c по сравнению с гомозиготами ТТ (TG+GG: 1,60% против TT: 0,76%; p=0,044), хотя различий в уровне глюкозы плазмы натощак отмечено не было [47]. Эти данные подтверждаются результатами исследования Feng et al. [40], в ходе которого выявлено, что пациенты с гетерозиготным генотипом TG и мутантным гомозиготным генотипом GG имеют более высокие шансы ответа на терапию гликлазидом (ОШ=1,4; 95% ДИ – 1,0–2,1; р=0,006 и ОШ=2,2; 95% ДИ – 1,4–3,6; р=0,001 соответственно), чем гомозиготы без мутации. В то же время по результатам, полученным Klen et al. (2014), существенных различий в уровне HbA1c у пациентов с различным генотипом выявлено не было в ходе 3-месячного наблюдения (р=0,724) [46]. Также не было выявлено корреляции с риском тяжелой гипогликемии у пациентов с различным генотипом по полиморфному локусу S1369A [48]. В процессе изучения более редко встречающихся полиморфизмов гена ABCC8, таких как rs1799854 и rs1799859 в интроне 15 и экзоне 31 соответственно, отмечен более выраженный ответ на терапию ПСМ у носителей аллели риска A (G>A) по rs1799859 (уровень HbA1c составил 6,3% [5,7–6,8%] и 7,8% [6,9–8,8%] для AA и GG соответственно) [44, 49]. В ряде исследований [44, 49, 50] были подтверждены данные о более низком уровне HbA1c (p=0,009) и уровне глюкозы плазмы натощак (р=0,026) у носителей мутантной аллели С по полиморфному локусу rs1799854. Однако в других работах [51] подобной динамики изучаемых показателей не наблюдалось. Необходимо отметить, что методологические различия в исследованиях делают сравнения исходов лечения более сложными. А полученные к настоящему моменту результаты требуют подтверждения и уточнения в ходе дальнейших наблюдений.

Ген TCF7L2, влияющий на ФД сахароснижающих препаратов, представляет особый интерес в плане изучения влияния его генетических вариантов на эффекты от терапии ПСМ. Результаты масштабного исследования GoDARTS (2007) показали повышенный риск недостаточной эффективности ПСМ у носителей аллели риска Т ОНП rs7901346 (ОШ=1,27; р=0,017) [52]. Holsten et al. (2011) подкрепили эти выводы, получив аналогичные результаты в своем исследовании (ОШ=1,57; 95% ДИ – 1,01–2,45; р=0,046) [53]. Еще одно исследование продемонстрировало меньшее снижение уровня HbA1c у пациентов с генотипом СТ и ТТ по сравнению с генотипом ТТ (СТ+ТТ 0,86% против СС 1,16%; р=0,003) [54]. Однако необходимо отметить, что в исследованиях Holsten et al. (2011) и Schroner et al. (2011) пациенты получали комбинированную терапию: ПСМ назначались на фоне терапии метформином, небольшая часть пациентов дополнительно получала инсулин.

Таким образом, несмотря на отсутствие противоречий в результатах ранее проведенных исследований полиморфизма гена TCF7L2, связь генетических особенностей пациента с восприимчивостью к терапии ПСМ еще предстоит уточнить.

Заключение

Подводя итог вышесказанному, необходимо отметить, что в процессе изучения полиморфизма генов TCF7L2, KCNJ11 и ABCC8 доказано их влияние на ФД ингибиторов ДПП-4 и ПСМ. С другой стороны, представленные на сегодняшний день в научной литературе фармакогенетические исследования, определяющие влияние полиморфизма генов-кандидатов на ФД ингибиторов ДПП-4, весьма немногочисленны. Что же касается роли мутаций обсуждаемых генов в изменении ФД ПСМ, то различия в методологии и дизайне исследований, противоречивые данные, полученные от различных групп пациентов, требуют подтверждения и уточнения в ходе дальнейших наблюдений.

Фармакогенетика как активно развивающаяся область научных исследований предоставляет доказательную базу для понимания и улучшения фармакологического лечения СД2. За последнее десятилетие количество доступных антидиабетических препаратов значительно увеличилось. Однако увеличение числа групп пероральных гипогликемизирующих препаратов с различным механизмом действия не привело к прорывным успехам в области лечения больных СД2.

Это связано, с одной стороны, с различной приверженностью пациентов терапии, с другой – с индивидуальной реакцией, прежде всего показателей углеводного обмена у пациентов на вводимый препарат. Индивидуальные различия в реакции на терапию ПССП связаны с генетическим полиморфизмом молекул – транспортеров лекарственных средств, молекул-мишеней, метаболизирующих ферментов и генами риска развития СД. И хотя межиндивидуальные различия в отношении эффективности и безопасности сахароснижающих препаратов в значительной степени определяются генотипом пациента, тем не менее представляется, что выраженность фармакологического эффекта гипогликемизирующего препарата нельзя предсказать, изучая только генетические различия.

Роль генетических вариаций в отношении терапевтических исходов должна быть многократно проверена в ходе клинических испытаний, результаты которых в дальнейшем послужат отправным материалом в разработке персонализированной фармакотерапии.