Микросомальное окисление и его влияние на кинетические свойства лекарственных веществ и ксенобиотиков в контексте оценки активности CYPOR

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 24-76-10011

НазваниеМикросомальное окисление и его влияние на кинетические свойства лекарственных веществ и ксенобиотиков в контексте оценки активности CYPOR

Руководитель Понамарёв Владимир Сергеевич, Кандидат ветеринарных наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт‑Петербургский государственный университет ветеринарной медицины» , г Санкт-Петербург

Конкурс №98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-203 - Ветеринария

Ключевые слова Гепатобилиарная система, микросомальное окисление, ксенобиотики, лекарственные препараты, фармакокинетика, токсикокинетика, цитохром P450, цитохром P450-редуктаза

Код ГРНТИ68.41.41, 68.41.37, 34.15.63

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Традиционные методы диагностики патологий гепатобилиарной системы, такие как биохимический анализ крови и ультразвуковое исследование, являются важными, но они не всегда обладают достаточной точностью и возможностями раннего обнаружения заболеваний. Более того, многие печеночные заболевания, такие как жировой гепатоз, часто диагностируются на поздних стадиях, когда лечение становится более сложным и неэффективным. Поэтому, для повышения эффективности диагностики патологий гепатобилиарной системы, актуальной задачей является разработка и внедрение новых, более точных и ранних методов диагностики. Одна из перспективных областей исследования в этой сфере - создание новых диагностических моделей, основанных на современных технологиях молекулярной диагностики. В то же время, современный подход к хозяйственной деятельности в сельском хозяйстве характеризуется усилением производства и использованием различных фармацевтических субстанций и химических веществ, которые непосредственно влияют на организм животных. Поэтому крайне необходимо иметь возможность точно прогнозировать и контролировать их фармако- и токсикокинетику, то есть процессы взаимодействия этих веществ с организмом. Современные математические модели определения данных параметров имеют значительный недостаток, так как в большинстве своём расчётные показатели в них связаны, в первую очередь, с анализом фармако- и токсикокинетики сходных соединений, без учёта молекулярных взаимодействий фармацевтических субстанций и ксенобиотиков с ферментными системами организма в процессе их биотрансформации. Одной из подобных моделей, способных как определять биотрансформацию фармасубстанций и ксенобиотиков, так и полноценно свидетельствовать о функциональном состоянии гепатобилиарной системы, является реакция микросомального окисления, которая, являясь первой фазой биотрансформации экзогенных соединений, катализируется ферментными системами мембран эндоплазматического ретикулума гепатоцитов при участии цитохрома Р450. Изучению активности цитохрома Р450 посвящено множество научных работ, однако недостаточно изучены процессы его каталитического цикла, связанные с его активацией. Так, активация цитохрома Р450 происходит путём переноса электронов к нему от восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФН) при мембраносвязывающей активности фермента Цитохром-P450-редуктазы (НАДФН-ферригемопротеиноксидоредуктаза, НАДФН-гемопротеиноксидоредуктаза, CYPOR), референсные значения которого не встречаются в научной литературе, но исходя из сути каталитической реакции цитохромов, именно данный фермент является лимитирующим в данной реакции, что и лежит в основе нашей научной гипотезы. Актуальность проекта связана со следующим: 1) Потребность Российской Федерации в получении сельскохозяйственной продукции ; 2) Возможность детекции патологий гепатобилиарной системы с помощью усовершенствованных методик, позволяющих с большой долей вероятности свидетельствовать о степени наличия или отсутствия той или иной патологии; 3) Создание и апробация новой высокодостоверной диагностической модели (с возможностью экстраполяции на другие виды животных) для своевременного выявления и коррекции гепатопатий различного генеза у продуктивных животных. 4) Создание и апробация модели построения фармако- и токсикинетики с дальнейшей перспективой коррекции данных процессов Основная цель проекта - исследования референсных значений CYPOR как лимитирующего фермента в реакциях активации цитохрома P450 для его использования в ветеринарии (для продуктивных животных, в частности, КРС) и исследование возможности его промышленной применимости как индикатора состояния гепатобилиарной сиситемы, так и основного предиктора процесса биотрансформации экзогенных соединений с перспективой коррекции.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
1) Теоретические вопросы, подтверждающие научную гипотезу: По результатам анализа научной и научно-технической литературы было выявлено следующее: - В последние десятилетия исследование влияния различных препаратов на печень стало важным направлением в фармакологии и токсикологии. Печень, как главный орган метаболизма и детоксикации, подвержена воздействию множества химических веществ. Для создания адекватных моделей, позволяющих оценить степень этого влияния, необходимо рассматривать как экспериментальные, так и клинические данные. Цитохромы семейства Р450 являются инициаторами процесса биотрансформации ксенобиотиков и лекарственных средств у млекопитающих, поэтому играют первостепенную роль в превращении и стимуляции последующей экскреции чужеродных метаболитов. Данные ферментные системы включают десятки различных типов энзимов, имеющих определенный спектр экспрессии и метаболической активности у разных видов животных, что напрямую обуславливает особенности процесса детоксикации, а также фармакокинетики и фармакодинамики лекарственных средств. Исследовательская деятельность по изучению цитохромов семейства Р450 у животных имеет статус перспективного направления в сфере клинической фармакологии и ветеринарной токсикологии. 2) Определение референсных интервалов для CYPOR В ходе данного исследования (методом иммунноферентного анализа) было выявлено, что референсные интервалы CYPOR у лабораторных животных зависят от биологического материала, а именно: - в сыворотке крови являются нестабильными и часто "выпадают" за пределы чувствительности метода определения - в гомогенатах печени являются стабильными и лежат в диапазоне ≈0,650-11,8 нг/мл. Одной из главных причин нестабильности концентраций CYPOR в сыворотке крови является динамический характер метаболизма и полураспад самого фермента. CYPOR в печени активно участвует в процессах редукции и метаболизма. По мере выполнения этих процессов уровень CYPOR в сыворотке может меняться из-за его перемещения в ткани, адсорбции на клеточной мембране и факторами, влияющими на его биодоступность. Сыворотка крови содержит множество переменных, которые могут влиять на результат анализа, таких как белковые компоненты и прочие метаболиты. Эти факторы могут затруднять точное измерение концентрации CYPOR и вносить дополнительные колебания в результаты анализов. Поскольку гомогенат печени позволяет измерять уровень CYPOR непосредственно в органе, и он не подвержен влиянию тех же факторов, что и сыворотка, результаты оказываются более стабильными. Гомогенаты представляют собой более однородные матрицы, что снижает интерференцию от других компонентов. 3) Изучение корреляционных взаимозависимостей между CYPOR и биохимическими показателями В ходе исследования на лабораторных животных установлена значимая прямая устойчивая корреляция между активностью системы цитохрома P450 и уровнем CYPOR (𝜏 = 0,81, γ = 91%) с использованием метода корреляционно-регрессионного анализа. Устойчивость корреляции свидетельствует о ее значимости в разных условиях и образцах. Анализ данных выявил, что увеличение количества CYPOR напрямую связано с активностью различных изоформ цитохрома Р450, что подтверждает ключевую роль CYPOR в метаболических процессах организма. Также отмечена связь между выраженностью этих процессов и возрастом животных. Таким образом, CYPOR является лимитирующим фактором для реакции активации цитохрома. - В эксперименте наблюдалось повышение активности CYPOR, коррелирующее с изменением уровней печеночных ферментов, таких как АЛТ и АСТ. Кроме того, анализ глюкозы выявил закономерности, которые могут указывать на связь между углеводным обменом и функциями CYPOR. Заключение: Результаты исследования продемонстрировали статистически значимые корреляции, что свидетельствует о потенциальном влиянии CYPOR на метаболизм и функцию печени. Эти данные открывают новые горизонты для дальнейших исследований, направленных на изучение молекулярных механизмов взаимодействия биохимических компонентов. Таким образом, результаты нашего анализа подчеркивают важность комплексного подхода к оценке биохимических показателей и их взаимосвязей в контексте здоровья лабораторных животных. 4) Изучение корреляционных взаимозависимостей между CYPOR и фармакокинетическими показателями Целью данного исследования является анализ корреляционных взаимозависимостей между концентрацией CYPOR, определяемой в гомогенатах печени, и клиренсом кофеина и сорбитола, что позволит уточнить роль CYPOR в метаболических процессах печени и её функциональном состоянии. Полученные результаты показали, что концентрация CYPOR в печени имеет высокую степень положительной корреляции с клиренсом как кофеина, так и сорбитола. Коэффициенты корреляции Спирмена для кофеина и CYPOR составили 0.85, а для сорбитола – 0.78, что указывает на значимые взаимосвязи между уровнем CYPOR и метаболической активностью печени. Эти результаты подтверждают, что CYPOR является важным фактором, влияющим на скорость метаболизма этих веществ. Высокая степень корреляции между концентрацией CYPOR и клиренсом кофеина и сорбитола может быть объяснена ролью этого фермента в метаболизме. Кофеин, как субстрат для различных изоферментов CYP450, метаболизируется в печени, где CYPOR выполняет ключевую функцию редукции. Подобным образом, сорбитол, метаболизирующийся через специфические пути, также зависит от активности CYPOR.

Публикации

1. Попова О.С., Былинская Д.С., Никитина А.А., Украинская О.А. The role of nicotinamide-β-adenine dinucleotide phosphate-H-cytochrome P450 oxidoreductase in the activation of cytochromes BIO Web of Conferences (год публикации - 2025)

2. Попова О.С., Былинская Д.С. Особенности концентраций CYPOR в зависимости от характера исследуемого материала Научно-производственный журнал "Международный вестник ветеринарии", - (год публикации - 2025)

3. Понамарёв В.С., Попова О.С., Украинская О.А. РОЛЬ СИСТЕМЫ ЦИТОХРОМОВ В БИОТРАНСФОРМАЦИИ КСЕНОБИОТИКОВ И ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ (ОБЗОР) АГРАРНАЯ НАУКА ЕВРО-СЕВЕРО-ВОСТОКА, Понамарев, В. С. Роль системы цитохромов в биотрансформации ксенобиотиков и лекарственных средств (обзор) / В. С. Понамарев, О. С. Попова, О. А. Украинская // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. – 2025. – Т. 26, № 1. – С. 21-39. – DOI 10.30766/2072-9081.2025.26.1.21-39. (год публикации - 2025)
10.30766/2072-9081.2025.26.1.21-39

4. Понамарёв В.С. METHODS FOR DETERMINING CYTOCHROME P450 REDUCTASE IN BIOLOGICAL FLUIDS OF ANIMALS BIO WEB OF CONFERENCES (год публикации - 2025)
10.1051/bioconf/202516001030

5. Понамарёв В.С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ ЦИТОХРОМА P-450 (1A1) У ЛАБОРАТОРНЫХ КРЫС ИППОЛОГИЯ И ВЕТЕРИНАРИЯ (год публикации - 2025)

6. Попова О.С., Былинская Д.С., Никитина А.А., Украинская О.А. The processes of the catalytic cycle of the cytochrome system associated with its activation by means of the enzyme Nicotinamide-β-adenine dinucleotide phosphate-H-ferrihemoprotein oxidoreductase BIO Web of Conferences (год публикации - 2025)