Будущее инсулинотерапии может принадлежать терапевтической диагностике

Для некоторых лекарств, например, антикоагулянта варфарина, чувствительность к которому может сильно различаться в зависимости от аллельных вариантов двух генов, дозу подбирают индивидуально, время от времени беря анализ крови и оценивая параметры свертываемости. Больные диабетом теперь часто приобретают домашний глюкометр, несколько раз в день измеряют уровень сахара в крови и корректируют дозы инсулина, исходя из результатов измерений. Есть даже возможность установить инсулиновую помпу – прибор, который будет сам измерять уровень сахара в крови, сам рассчитывать нужную дозу инсулина и сам ее вводит.

Для людей, постоянно принимающих антикоагулянты и инсулин очень важно не превышать дозу, фактически, это вопрос жизни и смерти. Превышение индивидуальной дозы антикоагулянтов грозит кровотечениями, а слишком большая доза инсулина – очень опасной гипогликемической комой. Низкий уровень глюкозы в крови сиюминутно более опасная вещь, чем высокий. Не удивительно, что именно в этих ситуациях, в которых, с одной стороны, состояния пациентов и их реакция на лекарства могут быть очень разными, а, с другой стороны, есть угроза для жизни, медицина начала становиться персонализированной.

Следующий шаг на пути к персонализированной медицине – это перестать подбирать нужную дозу методом проб и ошибок, а сделать в самом начале анализы и определить, чем и в какой дозе лечить конкретного пациента. Этот подход сравнительно легко реализовать в тех случаях, когда различия в реакции на лекарства происходят из уже известных генетических различий. Так, например, цитохром P450 – группа белков, участвующая в метаболизме многих лекарств. У него есть более быстрые и более медленные разновидности. Некоторые лекарства выпускаются и принимаются не в том виде, в котором работают в организме. Чтобы стать активными, они должны пройти превращение, в котором и участвует цитохром P450. Если P450 работает слишком медленно, концентрация терапевтического вещества ниже, чем нужно. А если слишком быстро – может произойти передозировка. Несколько летальных случаев такой передозировки произошло в 2012 году в США с детьми, которым после операций давали обезболивающее – кодеин. Кодеин при участии P450 в организме человека постепенно превращается в морфин, и у троих детей с очень быстрыми вариантами P450 превращение в морфин оказалось недостаточно постепенным, и дети погибли фактически от передозировки морфина.

С развитием технологий секвенирования появилась возможность быстро и дешево узнать, какой вариант белка у человека. Такие анализы, правда, еще не вошли в рутинную практику. Вероятно, они смогли бы помочь в ситуации с кодеином. Однако мета-анализ попыток подобрать дозу варфарина по генетическим тестам показал, что такие тесты не имеют преимуществ перед оценкой непосредственно свертываемости крови: они не быстрее, не дешевле и не снижают числа побочных эффектов. Со временем цена секвенирования еще снизится, а его скорость – вырастет. Параллельно с этим будут накапливаться знания о связи между генотипами и фенотипами у людей. Поэтому век персонализированной медицины уже точно не за горами. Можно предположить, что наиболее востребованной областью будет чтение геномов опухолей. В опухолевых клетках всегда очень много мутаций и, узнав, какие именно гены работают аномально в опухоли конкретного пациента, можно будет узнать, где у опухоли слабые места, и выбрать оптимальный вариант лечения.

Но есть и плохие новости: далеко не вся вариабельность патологических состояний и реакции на лечение объясняется генетически. А в некоторых случаях, может, и объясняется, но ученые об этом пока ничего не знают. Или знают, что наследственная составляющая существует, но не могут указать на конкретные гены.

В этом случае можно анализировать не гены, а состояние организма в реальном времени. Собственно, именно так и поступают при определении дозы варфарина, следя за свертываемостью крови, или подбирая дозу инсулина по показаниям глюкометра. Вопрос в том, можно ли автоматизировать этот процесс, чтобы он доставлял минимум неудобств пациенту и не требовал от него пристального внимания и ежедневного посещения врача и лаборатории.

Инсулин у человека и сам по себе не попадает в кровь все время с постоянной скоростью. Если бы это было так, даже сейчас, когда никакого дефицита еды нет, у людей время от времени наступала бы гипогликемия. Например, если долго спать. Или задержаться вечером на работе. Или если попался нерасторопный официант. И все эти ситуации были бы опасны или, как минимум, неприятны. А уж наши предки, на долю которых не выпало такого изобилия, которым зачастую вообще приходилось ходить голодными, и вовсе не прожили бы сколько-нибудь долго. Поэтому с самого начала инсулин должен был попадать в кровь только тогда, когда в крови становилось много глюкозы.

Глюкозозависимое поступление инсулина в кровь обеспечивают β-клетки островков Лангерганса. И это, в основном, происходит не за счет того, что инсулин глюкозозависимо синтезируется, а именно за счет глюкозозависимого выпуска инсулина из клеток. Это очень сложный многостадийный процесс, и никакие другие клетки так не умеют. Когда, как это происходит при диабете первого типа, иммунная система убивает β-клетки, больным приходится брать их работу на себя: отслеживать уровень глюкозы и делать в нужные моменты инъекции инсулина. С развитием генной и клеточной терапии появилась новая опция: внедрить активный ген инсулина, например, в клетки печени. Но оказалось, что такая стратегия плоха: она не обеспечивает глюкозозависимого попадания инсулина в кровь. Это умеют только β-клетки. В теории возможно получить новые β-клетки из стволовых (например, из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) или перепрограммируя клетки другого типа (например, гепатоциты). Потом такие клетки можно будет пересадить обратно в поджелудочную железу. Надо только понимать, что такой метод лечения очень дорогой, и нет никакой гарантии, что иммунная система не поступит с новыми β-клетками так же, как она поступила со старыми.

Третья, не такая очевидная стратегия опирается в большую степень на генную инженерию. Даже у гена, кодирующего инсулин (на самом деле, предшественник инсулина, который еще должен созреть), в регуляторной области есть участки, чувствительные к глюкозе. Есть они и у многих других генов: печеночной пируваткиназы, белка-переносчика глюкозы, глюкагонового рецептора – белков, задействованных в обмене веществ. Комбинируя эти регуляторные участки, удалось получить генетические конструкции, которые, работая у больных диабетом мышей в клетках печени, поддерживают нормальный уровень глюкозы в крови, как при усиленном питании, так и при голодании.

Если говорить о генной терапии хронических болезней, полезно сделать конструкции такими, чтобы они сами следили за состоянием организма, и в зависимости от него, регулировали бы синтез терапевтических белков. В связи с этим последнее время употребляют термин тераностика (theranostics), то есть терапия и диагностика одновременно. Генетическая конструкция определяет условия и, в случае необходимости, поставляет нужное вещество. Например, экспрессия некоторых генов в человеческом организме активируется при недостатке кислорода. Вооружившись такими регуляторными элементами, можно сделать генетические конструкции для лечения ишемической болезни сердца или диабетической стопы.

В декабре была опубликована работа, предлагающая такую генетическую конструкцию для лечения псориаза. Псориаз – кожное, предположительно аутоимунное заболевание, точные причины которого неизвестны. Псориаз, конечно, не смертелен, но заметно снижает качество жизни. Как правило, его течение неравномерно: обострения сменяются ремиссиями. Хотя и считается, что некоторые факторы (болезни, стресс и т.п.) могут провоцировать обострение, в жизни часто встречаются обострения на ровном месте и такие же спонтанные ремиссии. На раннем этапе обострения происходит избыточное размножение лимфоцитов, синтезирующих провоспалительные цитокины, и клеток кожи – кератиноцитов (из-за этого возникает самый характерный симптом псориаза – чешуйки на коже). Основных провоспалительных цитокина синтезируется два – интерлейкин 22 (IL22) и фактор некроза опухолей α (ФНОα, TNFα). Название ФНОα отражает историю его открытия, а не специализацию – это универсальный воспалительный агент, призывающий клетки иммунной системы на борьбу с врагами. Современные таргетные лекарства против псориаза – это антитела к веществам-медиаторам воспаления или молекулы, убивающие лимфоциты. Эти лекарства достаточно эффективны, но, видимо, недостаточно специфичны: их применение повышает риск инфекций. Протививоспалительные цитокины – IL4 и IL10 – оказались лучшими лекарствами, но слишком дорогими. Это белки с довольно коротким временем жизни.

Кроме того, подъем концентрации провоспалительных молекул в крови можно заметить раньше, чем обострение на коже. Если бы удалось начать лечение в этот момент, обострение можно было бы предотвратить. Волшебным образом предложенная в статье конструкция может и это.

Авторы работы разработали клетки, которые в ответ на ОДНОВРЕМЕННОЕ появление в окружающей их среде провоспалительных цитокинов ФНОα и IL22 синтезируют противовоспалительные цитокины IL4 и IL10. Для этого понадобилось ввести в клетку дополнительно искусственные рецепторы и конструкции, в которых синтез IL4 и IL10 управляется сигналами от этих рецепторов.

Клетки упаковали в полимерные капсулы и имплантировали мышам. Оказалось, что такие капсулы работают хорошо. Будучи имплантированы заранее, они предотвращали развитие у мышей аналога псориаза, а будучи имплантированы уже во время болезни, смягчали ее симптомы. Кроме того, клетки никак не реагировали на другие, не связанные с псориазом, болезни. Вероятно, это объясняется тем, что сочетание ФНОα+IL22 специфично именно для псориаза.