Актуальные аспекты генетической токсикологии лекарственных средств

Генотоксические поражения рассматриваются не только как причина наследственной и онкологической патологий, но и как наиболее общий фактор, играющий существенную роль в этиопатологии сердечно-сосудистых, нейродегенеративных заболеваний, репродуктивных потерь, бесплодия и старения. Это определяет необходимость тщательного контроля за распространением потенциальных генотоксикантов, в том числе среди лекарственных средств (ЛС), как группы соединений, направленно и регулярно используемых человеком. Оценка генотоксичности является неотъемлемым элементом в системе доклинических исследований безопасности ЛС. Цель работы — анализ современного состояния и возможных путей решения методологических и регуляторных проблем в области генотоксикологии для надлежащего проведения доклинических исследований безопасности лекарственных средств. В работе обобщены сведения о фундаментальных представлениях, составивших базу для развития современной генетической токсикологии, рассмотрена история развития исследований, направленных на выявление мутагенных, кластогенных и анеугенных эффектов. Проанализированы регуляторные аспекты генотоксикологических исследований ЛС, рассмотрены вопросы совершенствования стратегии проведения тестирования на генотоксичность. Представлены сведения о тестах на генотоксичность, регламентированных для ЛС, рекомендации по выбору взаимозаменяемых тестов в зависимости от особенностей конкретного исследования. Проведен сравнительный анализ преимуществ и недостатков тестов. Подчеркнуто, что исследование каждого ЛС является самостоятельной научной задачей. Обсуждены вопросы интерпретации и трактовки результатов, предиктивность генотоксикологических исследований для прогноза потенциальной канцерогенности. Даны предложения по совершенствованию стратегии оценки генотоксичности ЛС, в частности рассмотрены возможности ее частичного совмещения с исследованиями по общей токсичности. Подчеркнута необходимость разработки методов регистрации генотоксических событий в генеративных клетках, оценены перспективы внедрения новых тестов, рассмотрены направления фундаментальных и поисковых исследований в области лекарственной генотоксикологии.

1. Дурнев АД, Жанатаев АК, Шредер ОВ, Середенина ВС. Генотоксические поражения и болезни. Молекулярная медицина. 2013;(3):3–19.

2. Choudhuri S, Kaur T, Jain S, Sharma C, Asthana S. A review on genotoxicity in connection to infertility and cancer. Chem Biol Interact. 2021;345:109531. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2021.109531

3. Dearfield KL, Cimino MC, McCarroll NE, Mauer I, Valcovic LR. Genotoxicity risk assessment: a proposed classification strategy. Mutat Res. 2002;521(1–2):121– 35. https://doi.org/10.1016/s1383-5718(02)00236-x

4. Дурнев АД. Генетическая токсикология. Вестник РАМН. 2011;(9):35–44.

5. Ames BN, Gold LS. Endogenous mutagens and the causes of aging and cancer. Mutat Res. 1991;250(1– 2):3–16. https://doi.org/10.1016/0027-5107(91)90157-j

6. Бочков НП, Шрам РИ, Кулешов НП, Журков ВС. Система оценки химических веществ для человека: общие принципы, практические рекомендации и дальнейшие разработки. Генетика. 1975;11(10):156–69.

7. Bridges BA. Some general principles of mutagenicity screening and possible framework for testing procedure. Environ Health Perspect. 1973;6:221–7. https://doi.org/10.1289/ehp.7306221

8. Steiblen G, Benthem JV, Johnson G. Strategies in genotoxicology: acceptance of innovative scientific methods in a regulatory context and from an industrial perspective. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2020;853:503171. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2020.503171

9. Müller L, Tweats D, Galloway S, Hayashi M. The evolution, scientific reasoning and use of ICH S2 guidelines for genotoxicity testing of pharmaceuticals. In: van der Laan JW, DeGeorge JJ, eds. Global Approach in Safety Testing: ICH Guidelines Explained. Springer; 2013.

10. Baldrick P. Genotoxicity test battery — an assessment of its utility in early drug development. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2021;868–869:503388. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2021.503388

11. Richmond J. Refinement, reduction, and replacement of animal use for regulatory testing: future improvements and implementation within the regulatory framework. ILAR J. 2002;43 Suppl:S63–8. https://doi.org/10.1093/ilar.43.suppl_1.s63

12. McCann J, Ames BN. Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella microsome test: assay of 300 chemicals: discussion. Proc Nat Acad Sci USA. 1976;73(3):950–4. https://doi.org/10.1073/pnas.73.3.950

13. McCann J, Choi E, Yamasaki E, Ames BN. Detection of carcinogens as mutagens in the Salmonella/ microsome test: assay of 300 chemicals: discussion. Proc Nat Acad Sci USA. 1975;72(12):5135–9. https://doi.org/10.1073/pnas.72.12.5135

14. Kirkland D, Aardema M, Henderson L, Muller L. Evaluation of the ability of a battery of three in vitro genotoxicity tests to discriminate rodent carcinogens and non-carcinogens I. Sensitivity, specificity and relative predictivity. Mutat Res. 2005;584(1–2):1–256. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2005.02.004

15. Kirkland D, Pfuhler S, Tweats D, Aardema M, Corvi R, Darroudi F, et al. How to reduce false positive results when undertaking in vitro genotoxicity testing and thus avoid unnecessary follow-up animal tests: report of an ECVAM workshop. Mutat Res. 2007;628(1):31–55. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2006.11.008

16. Fischer I, Milton C, Wallace H. Toxicity testing is evolving! Toxicol Res (Camb). 2020;9(2):67–80. https://doi.org/10.1093/toxres/tfaa011

17. Dertinger SD, Bhalli JA, Roberts DJ, Stankowski LF, Gollapudi BB, Lovell DP, et al. Recommendations for conducting the rodent erythrocyte Pig–a assay: a report from the HESI GTTC Pig–a Workgroup. Environ Mol Mutagen. 2021;62(3):227–37. https://doi.org/10.1002/em.22427

18. Salk JJ, Kennedy SR. Next-generation genotoxicology: using modern sequencing technologies to assess somatic mutagenesis and cancer risk. Environ Mol Mutagen. 2020;61(1):135–51. https://doi.org/10.1002/em.22342

19. Heflich RH, Johnson GE, Zeller A, Marchetti F, Douglas GR, Witt KL, et al. Mutation as a toxicological endpoint for regulatory decision-making. Environ Mol Mutagen. 2020;61(1):34–41. https://doi.org/10.1002/em.22338

20. Morita T, Hamada S, Masumura K. Evaluation of the sensitivity and specificity of in vivo erythrocyte micronucleus and transgenic rodent gene mutation tests to detect rodent carcinogens. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2016;802:1–29. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2016.03.008

21. Kirkland D, Zeiger E, Madia F, Corvi R. Can in vitro mammalian cell genotoxicity test results be used to complement positive results in the Ames test and help predict carcinogenic or in vivo genotoxic activity? II. Construction and analysis of a consolidated database. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2014;775–776:69–80. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2014.10.006

22. Kirkland D, Uno Y, Luijten M, Beevers C, van Benthem J, Burlinson B, et al. In vivo genotoxicity testing strategies: Report from the 7th International workshop on genotoxicity testing (IWGT). Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2019;847:403035. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2019.03.008

23. Elespuru R, Pfuhler S, Aardema MJ, Chen T, Doak SH, Doherty A, et al. Genotoxicity assessment of nanomaterials: recommendations on best practices, assays, and methods. Toxicol Sci. 2018;164(2):391–416. https://doi.org/10.1093/toxsci/kfy100

24. Goodman JI. Goodbye to the bioassay. Toxicol Res (Camb). 2018;7(4):558–64. Erratum in: Toxicol Res (Camb). 2018;7(5):994. https://doi.org/10.1039/c8tx00004b

25. MacGregor JT, Frötschl R, White PA, Crump KS, Eastmond DA, Fukushima S, et al. IWGT report on quantitative approaches to genotoxicity risk assessment I. Methods and metrics for defining exposure-response relationships and points of departure (PoDs). Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2015;783:55–65. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2014.09.011

26. Adler ID, Ashby J. The present lack of evidence for unique rodent germ-cell mutagens, Mutat. Res. 1989;212(1):55– 66. https://doi.org/10.1016/0027-5107(89)90022-5

27. Yauk CL, Aardema MJ, Benthem J, Bishop JB, Dearfield KL, DeMarini DM, et al. Approaches for identifying germ cell mutagens: report of the 2013 IWGT workshop on germ cell assays. Mutat Res Genet Toxicol Environ Mutagen. 2015;783:36–54. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2015.01.008

28. Дурнев АД. Анализ и значение мутаций в зародышевых клетках. Медицинская генетика. 2011;(2):3– 11.

29. Adler ID, Carere A, Eichenlaub-Ritter U, Pacchierotti F. Gender differences in the induction of chromosomal aberrations and gene mutations in rodent germ cells. Environ Res. 2007;104(1):37–45. https://doi.org/10.1016/j.envres.2006.08.010

30. Sudman PD, Generoso WM. Female-specific chemical mutagens. Environ Mol Mutagen. 1990;15 Suppl 17:58.

31. Плигина КЛ, Жанатаев АК, Чайка ЗВ, Дурнев АД. Методика цитогенетического анализа ооцитов мышей. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013;156(7):128–32.

32. Турпаев КТ. Сигнальная система Keap1-Nrf2. Механизмы регуляции и значение для защиты клеток от токсического действия ксенобиотиков и электрофильных соединений. Биохимия. 2013;78(2):147–66.

33. Shaw P, Chattopadhyay A. Nrf2-ARE signaling in cellular protection: Mechanism of action and the regulatory mechanisms. J Cell Physiol. 2020;235(4):3119– 30. https://doi.org/10.1002/jcp.29219

34. Дурнев АД. Антимутагенез и антимутагены. Физиология человека. 2018;44(3):116–37. https://doi.org/10.7868/S013116461803013X

35. Дурнев АД. Фармакология мутагенеза. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2021;84(2):8–14. https://doi.org/10.30906/0869-2092-2021-84-2-8-14

36. Дурнев АД, Середенин СБ. Мутагены: скрининг и фармакологическая профилактика воздействий. М.: Медицина; 1998.

37. Дурнев АД, Середенин СБ. Комутагенез — новое направление исследований в генотоксикологии. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2003;135(6):604–12.

38. Дурнев АД, Даугель-Дауге НО, Середенин СБ. Комутагенное взаимодействие верапамила и рибавирина. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2006;69(1):56–9.

39. Дурнев АД, Даугель-Дауге НО, Жанатаев АК, Лапицкая АС, Середенин СБ. Комутагенные эффекты валокордина. Экологическая генетика. 2012;10(3):53–8.

40. Дурнев АД, Кулакова АВ, Жанатаев АК, Оганесянц ЛА. Оценка цитогенетической и мутаген-модифицирующей активности кофеина в клетках костного мозга мышей. Гигиена и санитария. 2015;94(3):106–10.

41. Brambilla G, Mattioli F, Robbiano L, Martelli A. Genotoxicity and carcinogenicity studies of bronchodilators and antiasthma drugs. Basic Clin Pharmacol Toxicol. 2013;112(5):302–13. https://doi.org/10.1111/bcpt.12054

42. Еремина НВ, Жанатаев АК, Лисицын АА, Дурнев АД. Генотоксические свойства гипогликемических лекарств (систематический обзор). Экологическая генетика. 2021;19(3):219–40. https://doi.org/10.17816/ecogen70691

43. Дурнев АД, Еремина НВ, Жанатаев АК, Колик ЛГ. Генотоксичность психотропных лекарств в экспериментальных и клинических исследованиях (в печати).