Разработка спектрофотометрического метода определения фенотипа ацетилирования на основе метаболизма кофеина

Обоснование. Многочисленность заболеваний и состояний, при которых ключевую роль имеет NAT2, диктует необходимость исследования как генотипа, так и фенотипа ацетилирования. Такие подходы позволят определять группы риска, а также подбирать эффективные дозы лекарств, предотвращая развитие побочных эффектов и определяя оптимальную терапевтическую дозу.

Цель. Разработать экономичный и простой метод определения фенотипа ацетилирования на основе спектрофотометрического определения скорости метаболизма кофеина в качестве тестового препарата.

Методы. Работа проведена в группе из 52 пациентов со стенозами позвоночного канала (средний возраст 51,04 ± 9,671 лет) и 32 условно здоровыми людьми (средний возраст 53,32 ± 0,933 лет). В образцах крови и мочи до и после приема кофеина определяли креатинин и мочевую кислоту, а также измеряли оптическую плотность мочи на 272 нм. Для оценки скорости ацетилирования предложен расчет интегрального прогностического показателя. В качестве референсного метода использовали ПЦР со специфическими праймерами для выявления полиморфизмов NAT2, отражающихся на скорости ацетилирования.

Результаты. Разработан эффективный, легко выполнимый алгоритм, включающий технологию сбора, подготовки и анализа образцов крови и мочи до и после применения кофеина в качестве тестового препарата, расчет интегрального прогностического показателя для оценки скорости реакций ацетилирования. Метод пригоден для косвенной, более простой и мало затратной оценки скорости протекания реакций ацетилирования по сравнению с молекулярно-генетическими исследованиями.

Заключение. Определение фенотипа ацетилирования с помощью предлагаемых аналитических процедур позволяет выявить индивидуальные различия в метаболизме соединительной ткани, искать подходы к прогнозированию исходов лечения в зависимости от полиморфного варианта NAT2 с выделением групп риска. Полученные данные можно использовать для поиска новых звеньев патогенеза, реализации механизмов боли и фиброзирования.

1. Walls KM, Joh JY, Martinez MM, Hong KU, Hein DW. Metabolic effects of heterocyclic amines on insulin-induced AKT phosphorylation and gluconeogenic gene expression are modified by N -acetyltransferase 2 genetic polymorphism. Pharmacogenet Genomics. 2025; 35(4): 119-126. doi: 10.1097/FPC.0000000000000559

2. Тийс Р.П., Осипова Л.П., Галиева Э.Р., Личман Д.В., Воронина Е.Н., Мелихова А.В., и др. Полиморфизм вариантов гена N-ацетилтрансферазы 2 (NAT2) и анализ генной сети. Биомедицинская химия. 2021; 67(3), 213-221. doi: 10.18097/PBMC20216703213

3. Choudhury C, et al. The arylamine N-acetyltransferases as therapeutic targets in metabolic diseases associated with mitochondrial dysfunction. Pharmacological Reviews. 2024; 76(2): 300-320. doi: 10.1124/pharmrev.123.000835

4. Salazar-González RA, Turiján-Espinoza E, Hein DW, Milán-Segovia RC, Uresti-Rivera EE, Portales-Pérez DP. Expression and genotype-dependent catalytic activity of N-acetyltransferase 2 (NAT2) in human peripheral blood mononuclear cells and its modulation by Sirtuin 1. Biochem Pharmacol. 2018; 156: 340-347. doi: 10.1016/j.bcp.2018.08.034

5. Никишина М.В., Вавилин В.А., Макарова С.И., Ляхович В.В. Анализ ассоциаций полиморфизмов гена NAT2 с риском возникновения рака легкого. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2007; 143(1): 89-92.

6. Silva IMD, Vacario BGL, Okuyama NCM, Barcelos GRM, Fuganti PE, Guembarovski RL, et al. Polymorphisms in drug-metabolizing genes and urinary bladder cancer susceptibility and prognosis: Possible impacts and future management. Gene. 2024; 907: 148252. doi: 10.1016/j.gene.2024.148252

7. Elsalem L, Al Shatnawi A, A Alfaqih M, Alshoh A, Al Demour S, Al-Daghmin A, Halalsheh O, et al. Discovery of a novel genetic variant in the N-acetyltransferase2 (NAT2) gene that is associated with bladder cancer risk. Acta Biochim Pol. 2023; 70(3): 575-582. doi: 10.18388/abp.2020_6590

8. Camporez JP, Wang Y, Faarkrog K, Chukijrungroat N, Petersen KF, Shulman GI. Mechanism by which arylamine N-acetyltransferase 1 ablation causes insulin resistance in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017; 114(52): E11285-E11292. doi: 10.1073/pnas.1716990115

9. Walls KM. Heterocyclic amines and arylamine N-acetyltransferase 2 polymorphism in pathogenesis of insulin resistance. – 2021.

10. Самгина Т.А. Влияние некоторых факторов риска и полиморфизма rs1799930 гена NAT2-590 G>A на развитие хронического панкреатита. Научные результаты биомедицинских исследований. 2021; 7(2): 143-148. doi: 10.18413/2658-6533-2021-7-2-0-4

11. Schnuch A, Westphal GA, Müller MM, Schulz TG, Geier J, Brasch J, et al. Genotype and phenotype of N-acetyltransferase 2 (NAT2) polymorphism in patients with contact allergy. Contact Dermatitis. 1998; 38(4): 20911. doi: 10.1111/j.1600-0536.1998.tb05709.x

12. Santos EC, Pinto AC, Klumb EM, Macedo JM. Polymorphisms in NAT2 (N-acetyltransferase 2) gene in patients with systemic lupus erythematosus. Rev Bras Reumatol Engl Ed. 2016; 56(6): 521-529. doi: 10.1016/j.rbre.2016.09.015

13. Petryszyn P, Zurakowski G, Dudkowiak R, Machowska M, Gruca A, Ekk-Cierniakowski P, et al. The N-Acetyltransferase 2 Polymorphism and Susceptibility to Inflammatory Bowel Disease: A Case-Control Study. Pharmacol Res Perspect. 2025; 13(1): e70040. doi: 10.1002/prp2.70040

14. Amorim G, Jaworski J, Yang J, Cordeiro-Santos M, Kritski AL, Figueiredo MC, et al. Pharmacogenetics of tuberculosis treatment toxicity and effectiveness in a large Brazilian cohort. Pharmacogenet Genomics. 2025; 35(2): 5564. doi: 10.1097/FPC.0000000000000552

15. van Amerongen CCA, Kramer D, Pas HH, Schuttelaar MLA. The expression pattern of N-acetyltransferase 1 in healthy human skin. Contact Dermatitis. 2021; 85(1): 1-6. doi: 10.1111/cod.13821

16. Salazar-González RA, Turiján-Espinoza E, Hein DW, Milán-Segovia RC, Uresti-Rivera EE, Portales-Pérez DP. Expression and genotype-dependent catalytic activity of N-acetyltransferase 2 (NAT2) in human peripheral blood mononuclear cells and its modulation by Sirtuin 1. Biochem Pharmacol. 2018; 156: 340-347. doi: 10.1016/j.bcp.2018.08.034

17. Hernández-González O, Martínez-Leija ME, Paz-Rodríguez VA, Portales-Pérez DP. Arylamines N-acetyltransferases 1 and 2: physiology, genetics and epigenetics. Gac Med Mex. 2024; 160(5): 473-479. doi: 10.24875/GMM.M24000946

18. Kresyun VJ, Меhlnychenko MG, Antonenko PB, Аntonenko KO, Кvashnina AA. Adhesion ileus in children in the connective tissues dysplasia. Klin Khir. 2016; (10): 21-5.

19. Nakai T, Sakai D, Nakamura Y, Horikita N, Matsushita E, Naiki M, et al. Association of NAT2 genetic polymorphism with the efficacy of Neurotropin® for the enhancement of aggrecan gene expression in nucleus pulposus cells: a pilot study. BMC Med Genomics. 2021; 14(1): 79. doi: 10.1186/s12920-021-00926-x

20. Родионова Л.В., Сороковиков В.А., Кошкарева З.В. Активность ферментных систем и метаболизм соединительной ткани в патогенезе стенозирующего процесса позвоночного канала (обзор литературы). Acta Biomedica Scientifica. 2015; 1: 77-83. .

21. Lopes MQP, Teixeira RLF, Cabello PH, Nery JAC, Sales AM, Nahn JREP, et al. Human N-acetyltransferase 2 (NAT2) gene variability in Brazilian populations from different geographical areas. Front Pharmacol. 2023; 14: 1278720. doi: 10.3389/fphar.2023.1278720

22. Al-Ahmad MM, Amir N, Dhanasekaran S, John A, Abdulrazzaq YM, Ali BR, et al. Studies on N-Acetyltransferase (NAT2) Genotype Relationships in Emiratis: Confirmation of the Existence of Phenotype Variation among Slow Acetylators. Ann Hum Genet. 2017; 81(5): 190-196. doi: 10.1111/ahg.12198

23. Буловская Л.Н., Борисенко Г.Н., Дробаченко О.А. и др. Определение фенотипа N-ацетилтрансферазной активности. Лабораторное дело. 1990; 10: 28-30.

24. Chen X, Guo Q, Li J, et al. The association between urinary caffeine and caffeine metabolites and diabetic retinopathy in individuals with diabetes: NHANES 2009–2014. Sci Rep. 2025; 15: 15827. doi: 10.1038/s41598-025-01088-x

25. Hill GM, Moriarity DM, Setzer WN. Attenuation of cytotoxic natural product DNA intercalating agents by caffeine. Sci Pharm. 2011; 79(4): 729-47. doi: 10.3797/scipharm.1107-19

26. Палковский О.Л., Михайлова Е.И., Кудря А.А., Шестопалов М.Ю. Клиренс мочевой кислоты как фармакогенетический маркер в определении фенотипа N-ацетилирования. Мат.конф. «Вопросы организации и информатизации здравоохранения». 2015: 79–83.

27. Chavez Valdez R, Ahlawat R, Wills-Karp M, Nathan A, Ezell T, Gauda EB. Correlation between serum caffeine levels and changes in cytokine profile in a cohort of preterm infants. J Pediatr. 2011; 158(1): 57-64. doi: 10.1016/j.jpeds.2010.06.051

28. Fujii R, Nakatochi M, Del Greco MF. Coffee Intake, Plasma Caffeine Levels, and Kidney Function: Two-Sample Mendelian Randomization among East Asian and European Ancestries. Kidney Int Rep. 2024; 9(4): 1083-1092. doi: 10.1016/j.ekir.2024.01.024

29. Chen S, Zhang H, Su Q, Lin X, Kang K, Zhou Z, et al. Caffeine Intake Attenuates the Association of Cadmium Exposure with Cardiovascular Disease: National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES) 2003-2016. Cardiovasc Toxicol. 2025; 25(10): 1506-1522. doi: 10.1007/s12012-025-10031-5

30. Jaeschke H, Ramachandran A. Oxidant Stress and Lipid Peroxidation in Acetaminophen Hepatotoxicity. React Oxyg Species (Apex). 2018; 5(15): 145-158.

31. Wu D, Chen R, Zhang W, Lai X, Sun L, Li Q, et al. Tea and its components reduce the production of uric acid by inhibiting xanthine oxidase. Food Nutr Res. 2022; 66. doi: 10.29219/fnr.v66.8239