药物基因组学与个体化给药

2009年执业药师培训药物基因组学与个体化给药尹东锋兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述药物基因组学的诞生早在20世纪50年代，人们就发现不同的遗传背景会导致药物反应的差异，如一些遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷患者在接受抗疟药伯氨喹治疗后，引发严重的溶血。1959年Vogel提出的“遗传药理学”就是药物基因组学的一种雏形，它从单基因的角度研究遗传因素对药物代谢和药物反应的影响，特别是遗传因素引起的异常药物反应。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述药物疗效的个体差异性：研究表明，以选择性环氧化酶-2抑制剂为代表的新型抗炎镇痛药的疗效仅为80%，抗抑郁药的有效率为62%，抗哮端药和抗心律失常药分别为60%，抗糖尿病药为57%，抗急性偏头痛药为52%，预防偏头痛药为50%，抗丙型肝炎病毒（HCV）药的有效率为47%，抗尿失禁药为40%，抗阿尔茨海默病药仅为30%，而抗肿瘤药更低，仅为25%。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述1990年10月，美国正式启动当时世界最大规模的“人类基因组计划”。1994年，中国先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能研究”。人类基因的多态性兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述药物基因组学的概念药物基因组学（pharmacogenomics）是研究DNA和RNA特征的变异与药物反应相关性的科学，即研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系。它是一门研究影响药物吸收、转运、代谢、清除、效应等个体差异的基因特性，即决定药物行为和敏感性的全部基因的新学科。主要阐明药物代谢、药物转运、和药物靶分子的基因多态性与药物效应及不良反应之间的关系，并在此基础上研制新的药物或新的用药方法。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述国外药物基因组学的研究动态1997年6月28日,金赛特（巴黎）可伯特实验室宣布成立世界上第一个独立的基因与制药公司研究药物基因组学，随后已有几十家公司已涉及此领域。目前，药物基因组学已涉及的研究领域包括：兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学概述实验室和（或）公司研究领域AeiveosSciencesGroup（Seattle,WA）年龄相关的基因及基因作用AvitechDiagostics(Malvern,PA)酶基因突变检测方法EuronaMedical,AB(Upsala，SE)药物效应与遗传学关系GenomeTherapeuticsCrop(Waltham,MA)人类高分辨的基因多态性数据库金塞特高密度的、等位基因图，6万个标识物Variagenics,Inc(Gambrige,MA)根据杂合型缺失型设计的抗癌治疗，抗癌药物基因组学LionBioscience,AG(Aeidelberg,DE)以药物为目标的个人基因序列鉴定、分析软件、不同情况下的表达数据GuraGen整合基因与药物基因组学的平台多样性分析EpidaurosBiotechnologie目的基因多态性分析JanssenPharmaceutica线粒体基因多样性分析NovaMollecular中枢神经系统疾病图兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法药物基因组学的研究大致分为三个阶段第一、对一些相关基因进行研究以期发现它们是否存在一些有害的等位基因，并对其可能造成的结果进行预防。第二、应用各种现代技术对一些不是很清楚的相关基因进行研究。第三、对整个基因组范围内相关基因的关系进行研究。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法药物基因组学的研究方法第一、构建全基因组基因多态性图谱；第二、发现各种疾病和各种药物反应表现型差异与基因多态性的统计关联；第三、根据基因多态性对人群或患者进行疾病易感性和药物反应分类，并开发这种诊断试剂盒；第四、在临床上，针对易感人群进行疾病防治，针对不同药物反应的患者进行个性化治疗。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法药物基因组学的研究手段药物基因组学通常采用两种研究手段。第一种即“候选基因”策略，第二种是基因组范围内遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法“候选基因”策略，主要是在给定某一药物的条件下，比较有反应者及无反应者靶基因多态性出现的频率。该方法的一个局限性是候选基因的选择需以给定药物的假定作用机制和(或)所治疗疾病的病理生理学为根据。因此，该方法的成功建立在上述假设的真实性上，且不能鉴定那些根据药物作用或疾病生物学难以预测的新基因。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法基因组范围内遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究。单核苷酸多态性（SNP）是基因组关联研究最常用的标志之一。SNP是指基因组DNA双等位基因上单核苷酸的多态性，这些等位基因的丰度(abundance）不小于1％，有时丰度1%的等位基因也会被错误的标为SNP，但这些偶发的改变应称为“稀有突变”。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因组学的研究方法据推测，人类整个基因组序列约有100万个SNP，它们可分布在编码区、内含子和启动子等区域，因此，进行多基因药理学特性相关研究时，SNP可作为涵盖整个基因组的有用标志物。另外，SNP因具有双等位特性亦适合高通量的基因型测定。该手段的一个重要优势，是并非建立在药物作用机制的推测上，因此可以帮助发现那些与药物反应相关的全新基因。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类药物从进人体内到发挥作用直至被清除，是一个较为复杂的过程。在这个过程中的任何一个环节出现问题都可能引起药物效应的各种异常。药物作用的差异可以是药物动力学或药效学差异。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类药代动力学差异指的是将药物转运至介导药物的效果和（或）毒性的关键分子部位或自该部位除去的差异。涉及这些过程的分子包括药物代谢酶（如细胞色素P450酶超家族成员）和介导药物摄入和排出的细胞内部的药物转运分子。药效学差异指的是等量药物转运到分子作用部位但出现不同的药物疗效。这反映了药物取得疗效的靶分子功能的差异，或是各种药物与分子靶位间的相互作用存在的广泛病理生理上的差异。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类药物代谢酶基因多态性药物代谢即药物生物转化，可分为2相，第Ⅰ相主要是通过药物分子的氧化、还原、水解等引入极性基团，使多数药物灭活。这一过程需有药物代谢酶的催化，其中最主要的代谢酶是细胞色素P450(CYP)酶系。笫Ⅱ相为极性基团与受体内源性成分结合，生成极性强、水溶性好、药理惰性的化合物。催化该反应的酶主要是硫嘌呤甲基转移酶(TPMT)、N-乙酰基转移酶(NAT)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)等。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类细胞色素P450酶(CYP)根据酶活性强弱将CYP分为超强、强、中等及弱代谢型4种表型,每种表型在不同的种族人群中分布不同。临床所用的药物中,有近80%的Ⅰ相代谢反应由CYP催化,有报道的由于基因多态性引起的不良反应中,有80%是被CYP催化的药物。目前已发现至少有53个CYP基因和24个假基因,其中有显著意义的基因多态性的酶有CYP3A4，CYP2D6，CYP2C19，CYP1A2，CYP2E。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类CYP3A4是代谢药物最多的一种代谢酶，它代谢目前市场上55%的常用药物，如乙酰氨基酚、卡马西平、洛伐他汀、硝苯地平、长春碱等。现已发现CYP3A4的变异体近20种，不过能导致个体对药物反应改变的不多。1998年发现了CYP3A42V变异体，带有这种变异体的人，用化疗药物治疗时白血病发病率比未带者低。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类CYP2D6是代谢药物种数仅次于CYP3A4的代谢酶，可代谢异喹胍、丙咪嗪、氯氮平、可待因、苯乙双胍、普罗帕酮、β2受体阻滞药等常用药物，现已发现CYP2D6的变异体已超过70种。变异可导致病人对药物呈现快代谢和慢代谢两种不同的代谢方式，慢代谢型病人体内的CYP2D6酶不能很快地分解药物，使病人血液中的活性药物浓度升高，易导致体温过低、惊厥或肾衰。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类CYP2C19代谢多种临床常用药物,如奥美拉唑、安定、环己巴比妥、普萘洛尔等。目前至少已确定6种有缺陷的等位基因。CYP2C19基因多态性对质子泵抑制剂影响的程度为：奥美拉唑潘托拉唑兰索拉唑雷贝拉唑。在低剂量给药时，慢代谢型患者质子泵抑制剂的效果要优于快代谢型。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类抗凝药物大多由CYP2C9催化代谢,该酶的基因变异会导致患者发生出血的严重不良反应,甚至死亡。如华法林，它的活性对映体S-华法林的消除几乎只限于CYP2C9介导的氧化作用。已经明确CYP2C9的变异会削弱其催化能力，极少数变异体的纯合子个体表现为S-华法林血浓度的明显升高，因此，在标准剂量下CYP2C9变异的个体，通常表现为华法林抗凝作用的显著增强，增加患者发生出血的风险。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类对于治疗白血病药物巯嘌呤来说，多数人可以通过药物代谢酶腺嘌呤甲基转移酶（PTMT）的作用很快将其代谢，因此常需要使用较高剂量。某些病人对这种药物的代谢较慢，其用药量就要相对减少，以降低其毒性作用。另一些病人对这种药物的代谢率非常低，使用很小剂量治疗类风湿关节炎或白血病也会引起致死性粒细胞缺乏。有研究表明，PTMT至少存在四种等位基因的变异，从而导致药物代谢的多态性。如果在治疗前进行药物代谢类型检测，对确定用药剂量无疑有重要意义。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类N-乙酰基转移酶（NAT）有NAT1和NAT2。NAT1的底物有对氨基苯甲酸和对氨基水杨酸等，其基因多态性至少有17种；NAT2的底物有异烟肼、普鲁卡因胺、肼屈嗪、磺胺类等，其基因多态性可导致两种代谢方式，即快乙酰化型和慢乙酰化型，慢乙酰化型在高加索人种中发生的频率高达50%，而在日本人群中只占10%。在用氨萘非特治疗癌症时，发现快乙酰化型病人的骨髓毒性比慢乙酰化型者高得多。慢乙酰化型患者在服用异烟肼治疗过程中易发生周围神经炎及中枢神经系统毒性反应,原因是异烟肼代谢较慢竞争性引起的维生素B6缺乏。而快乙酰化型患者则由于体内有毒的乙酰化产物增多常导致肝损害发生,特别是当其与利福平等有肝毒性的抗结核药合用时应更警惕。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类药物代谢酶相关基因多态性与药物反应药物基因相关的报道华法林CYP2C9功能不良的等位基因使抗凝作用增强氯沙坦、厄贝沙坦CYP2C9功能不良的等位基因使降压作用增强美托洛尔、噻吗咯尔普罗帕酮CYP2D6弱代谢者表现为较弱的β阻断作用奥美拉唑等质子泵抑制剂CYP2C19代谢加速，多差异，疗效变化巯嘌呤二氧嘧啶脱氢酶毒性增加巯嘌呤胸腺嘧啶甲基转移酶骨髓毒性，肝脏损伤降酯药物肝脏脂酶降脂作用不同普鲁卡因胺N-乙酰基转移酶2慢性乙酰化者药源性痕疮的风险更大兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类药物受体基因多态性大多数药物作用于药物靶蛋白，使其产生药理学效应，如受体、酶或涉及信号转导、细胞周期调控或其他细胞功能的蛋白质。许多编码药物靶蛋白的基因具有多态性。药物靶蛋白的基因多态性对于药物作用可有明显的影响。已发现25种以上药物靶蛋白的遗传变异能影响药物效应。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类关于阿片类药物的主要作用位点µ阿片受体，已研究显示阿片受体基因的118位点具有多态性，其变异的发生率约为10％，在不同的种族中这种多态性有很大差别。突变后的阿片受体蛋白对β-内啡肽的结合能力比天然受体的亲和力大3倍。不难想象，除该受体基因本身突变外，受体基因调节部位的多态性对于应激、疼痛的耐受以及对药物的成瘾性等方面均具有重要作用。兰州军区乌鲁木齐总医院药剂科药物基因多态性的分类血管紧张素转