药物遗传学与治疗药物监测

药物遗传学与治疗药物监测郭瑞臣山东大学齐鲁医院(济南,250012)药物遗传学（pharmacogenetics）1959年由FriedrichVogel提出，但1957年ArnoMotulsky提出获得性性状的遗传可用来解释某一药物作用和不良反应的个体差异。还有人认为，药物反应的差异性早在公元前510年就被人们所知。当时，Pathagoras发现某些个体进食蚕豆后发生溶血性贫血。几年后科学研究认为该种溶血性贫血是由于葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺陷引起。二战期间，人们发现美国黑人比白种人更易发生“伯氨喹溶血症”，亦与G-6-PD基因缺陷有关。40年代晚期，临床发现某些服用异烟肼患者更易发生外周神经病变，而某些服用琥珀胆碱患者易发生延长性呼吸暂停。治疗药物监测（TherapeuticDrugMonitoring，TDM）通过测定生物体液中药物浓度，并结合患者特点、临床表现、药物效应，评价、修饰、制定药物剂量方案，指导个体化药物治疗。这里，我们假定血浆（或其他体液）药物浓度反映作用部位的药物浓度，而药物浓度将药动学（药物浓度的经时变化过程）与药效学（药物浓度效应关系）结合起来。从分子水平来看，药动学过程部分受药物代谢酶控制，而药效学则由药物作用的蛋白调控。因此，以药物遗传学为背景的TDM，不同于传统TDM所进行的药动学阐述，重点在于对与药物效应（治疗效应和毒性效应）的个体差异相关的药物代谢酶、转运载体物质或受体蛋白的遗传多态性进行评价。开展以药物遗传学研究为先导的TDM，将药物遗传学与TDM结合起来，将药物遗传学信息与药物治疗的个体化结合起来，可昀大限度地提高药物治疗的有效性和合理性。1药物效应的遗传变异基因缺失、单核苷酸多态性或基因重复等分子改变可引起药物代谢酶、药物靶物质/受体和药物转运蛋白水平发生的药物反应的遗传变异。1．1药物代谢酶在已知的存在遗传多态性的药物代谢酶中，了解昀多的为CYP家族，昀重要的当属CYP2D6、CYP2C19、CYP2C9以及NAT2和TPMT多态性。CYP2D6的底物为异喹胍。目前已发现CYP2D6有50余种突变株和70个等位基因，其中多数导致慢代谢表型。CYP2D6等位基因的发生频率存在种族差异，21%的白种人存在无催化活性的CYP2D6·4，而亚洲人仅1%。50%～70%亚洲人表达CYP2D6·10,但白种人仅2%。CYP2D6·10的催化活性低于CYP2D6·1。除遗传多态性外,其他因素，如奎尼丁和SSRIs等，也影响CYP2D6催化的药物代谢的个体变异。CYP2C19为(S)-美芬妥因4ˊ-羟化反应的主要催化酶，已发现CYP2C19的8个等位基因,其中对CYP2C19·2和CYP2C19·9了解昀多。由于异常剪接位点(CYP2C19·2)和密码子提前终止(CYP2C19·3)，所生成的蛋白质无催化活性。CYP2C19·2等位基因的发生频率亚洲人与白种人分别为25%和13%，而CYP2C19-3等位基因的发生频率分别为8%和﹤1%,CYP2C19纯合子对奥美拉唑、安定、普洛奈尔和阿米替林等药物高度敏感，CYP2C19·2和CYP2C19·3变异个体奥美拉唑代谢降低，血浓度增加，药理效应增强。单个变异等位基因个体和两个正常等位基因个体比纯合子变异株个体需给予更高剂量奥美拉唑。CYP2C9存在6种等位基因突变株，但仅CYP2C9·2和CYP2C9·3发生于人类，亚洲人与白种人等位基因发生频率分别为﹤3%和7～10%，底物包括华法林、苯妥因、甲苯磺丁脲、双氯芬酸等，其表型可因其他同服药物改变。如利福平增强甲苯磺丁脲代谢，氟康唑则抑制其代谢。甲苯磺丁脲可作为CYP2C9表型测定的探针药物。NAT多态性主要催化异烟肼、肼苯达嗪、氨苯砜、磺胺类药物的代谢，存在多态性，慢乙酰化表型个体与异烟肼诱导产生外周神经病、肼苯达嗪诱发红斑狼疮、磺胺药和氨苯砜过敏反应、肼类或芳胺类染料相关性膀胱癌密切相关，亦与糖尿病、格雷夫氏病疾病的易感性，发生发展规律相关。TPMT主要催化6-巯基嘌呤、硫脲嘌呤、硫唑嘌呤的失活反应。截止目前，已知与药物代谢有关的遗传变异尚包括过氧化氢酶缺乏、苯妥英钠慢羟化、双香豆素高敏性等，涉及药物、变异部位、遗传方式，如表1所示。表1遗传变异所致药物代谢异常代谢异常表现药物变异部位遗传方式慢乙酰化代谢异烟肼、磺胺二甲嘧啶、苯乙腈、氨苯砜、肼苯哒嗪、普鲁卡因酰胺、甲基硫氧嘧啶肝乙酰基转移酶活力降低常染色体隐性瑚珀酰胆碱水解障碍瑚珀酰胆碱、苯甲酰胆碱、丁酰基胆碱及其他脂肪酸、芳香酸血浆中假性胆碱脂酶活力降低或缺乏常染色体隐性过氧化氢缺乏过氧化氢红细胞或组织过氧化氢酶常染色体隐性苯妥英钠慢羟化苯妥英钠肝微粒体氧化酶缺乏常染色体或X-连锁显性双香豆素高敏性双香豆素肝微粒体氧化酶羟化作用缺乏常染色体隐性非那西丁脱乙基障碍非那西丁肝微粒体氧化酶缺乏，不能脱乙基不详葡萄糖醛酸转移酶缺乏水杨酸类、薄荷脑、皮质激素葡萄糖醛酸转移酶常染色体隐性次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基酶（HGPRT）完全或部分缺乏别嘌呤醇、6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、硫唑嘌呤次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖基酶缺乏X-连锁显性1．2物或受体与药物代谢酶相比，对药物底物和受体遗传多态性的了解知之甚少。β2-肾上腺素能受体（β2AR）呈多态性表达，临床表现为哮喘患者对β2-肾上腺素受体激动效应和抑制效应的较大个体差异。β2AR编码应在两个多态性位点，分别为第16位和27位氨基酸。第16位密码子编码甘氨酸者（Gly-16）与第16位密码子编码精氨酸者（Ar9-16）相比，β2-肾上腺素受体激动剂诱发的β2AR下调增加，相反，27位密码子编码谷氨酸者（Glu-27）与第27位密码子编码甘氨酸者（Gln-27）相比，共同表达Ar9-16时，下调耐受或抑制。97.8%携带Ar9-16染色体者，同时携带GIu-27、Gly-16纯合子，对沙丁醇胺的反应性为Ar9-16纯合子的5～3倍，β2AR-16杂合子对沙丁醇胺的反应性为Gly-16纯合子的2～3倍。此外，从花生四烯酸生成白三烯的重要催化酶5-脂氧合酶（A10X-5）的基因变异个体对哮喘患者白三烯修饰剂反应性降低。1．3药物转运蛋白药物转运P-糖蛋白存在多态性。一般认为肿瘤细胞中P-糖蛋白的过度表达是肿瘤细胞内在和获得性耐受一类结构不同的细胞毒药物（多耐药或MDR）的主要机制。P-糖蛋白在正常组织也有表达，决定药物于肠道吸收、于肾、肝消除，以及血脑屏障的通透性。已知MDR-1基因外显子26的序列变异与P-糖蛋白在肠壁的表达以及血浆地高辛浓度密切相关，但其遗传多态性的临床意义有待进一步研究证实。2以药物遗传学为主导的TDM6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、硫唑嘌呤硫喹呤-S-甲基转移酶（TPMT）的基因分型和功能分析可防止携带无功能TPMT的急性淋巴细胞白血病患者6-巯基嘌呤、硫鸟嘌呤、硫唑嘌呤等药物治疗时发生严重的血液学毒性，甚至死亡。与正常个体相比，TPMT功能缺陷者，给予常规剂量，治疗效应相差10～15倍。Trastuzumab该药为一单克隆抗体，有抑制HER2基因作用。HER2过度表达与临床预后较差有关，可作为Trastuzumab单独应用或联合应用反应性标志。可通过鉴定患者群，评价耐受程度和效应，而选择性使用rastuzumab。该药上市后已发现过敏反应、输液反应及肺部反应。因此，根据不同患者群选择药物治疗方案更合理。他克林载脂蛋白E（apoE）等位基因纯合子患者对他克林反应性降低，用于治疗阿尔茨默病时可对其基因型进行筛选，以指导临床用药。3进行药物遗传学检测的药物药物代谢遗传态性的临床意义取决于（1）多态代谢途径是否为该药的主要代谢途径；（2）治疗指数小；（3）代谢产物是否有药理效性，包括治疗效性和毒性效应；（4）能简单地根据临床判断药物效应的个体差异。这些与TDM的指征相似，代表性药物包括华法林、苯妥因等。华法林华法林治疗指数小，临床应用有严重出血危险，不良反应的发生呈剂量依赖性，有效剂量（1～60mg/日）存在较大个体差异，临床实践中很难预测其有效初始剂量。此外，华法令以消旋混合物形式给药，药理活性较强的S-对映体经肝脏代谢为无活性的S-7-羟华法林，主要由CYP2C9催化。CYP2C9变异株酶动力学研究表明，CYP2C9·3变异株代谢能力减弱，以昀大代谢速率（Vmax）与表观米氏常数（Km）比值所表示的催化效能计，CYP2C9·2的催化效能仅为野生型（CYP2C9·1）的12％，CYP2C9·3仅为5％。体外研究结果与临床研究资料相一致，与纯合子CYP2C9·1相比，CYP2C9·3纯合子和杂合子S-华法林的口服表观清除率分别为9.5％和66％。此外，变异株CYP2C9·2和CYP2C9·3还与华法林药理反应改变有关。与随机对照组相比，低剂量有效个体（＜1.5mg/日）可能有一种或多种CYP2C9变异株等位基因（OR值为6.1），华法林的初始治疗更为困难（OR值为5.97），发生出血的危险性增加（OR值为3.68）。CYP2C9·3/·3或CYP2C9·2/·3基因型，即华法林慢代谢者，华法林初剂量仅为标准剂量的20％～30％，而CYP2C9·1/·3或CYP2C9·2/·3基因型者，即华法林中间代谢者，仅为50％。但以基因型为依据的华法林治疗，需进行大量前瞻性药物遗传学研究。苯妥因苯妥因治疗指数小，呈非线性动力学过程，于肝脏失活，由CYP2C9代谢为S-4’-羟化苯妥因和少量R-4’-羟化苯妥因。家族和孪生子苯妥因药动学和毒性研究证实，苯妥因清除受遗传因素控制。羟化苯妥因经尿排泄的双峰分布特征也证实了这一点。CYP2C9·3催化苯妥因4-羟化作用的Vmax小于CYP2C9·1。CYP2C9·3等位基因杂合子个体，其羟化苯妥因的Vmax值比野生型CYP2C9·1纯合子个体低33%～42%，CYP2C19也催化苯妥因4-羟代作用，但Km值更高。当给予高剂量苯妥因时，CYP2C19慢代谢者，该药清除受损。研究人员在癫痫患者鉴定到一新的CYP2C9突变株，其第359个氨其酸残基上的异亮氨酸被苏氨酸代替（CYP2C9-Thr359）。与CYP2C9·3（CYP2C9-Leu359）相比，CYP2C9-Thr359代谢苯妥因的能力减弱。据测算，苯妥因慢代谢者，即CYP2C9·2/·3或CYP2C9·3/·3基因型，苯妥因的初剂量仅为标准日剂量（300mg）的50％。可待因可待因对U-阿片受体亲和力很低，其治疗作用主要源于O-去甲基化代谢的产物吗啡，该过程由多态性CYP2D6催化。因此，可待因-O去甲基化速率呈双峰分布，人群中存在可待因快、慢代谢个体。慢代谢个体，血浆中吗啡浓度很低，极小或无镇痛作用。因此，CYP2D6慢代谢者不建议选用可待因镇痛。而可待因超快代谢个体，尽管可产生良好镇痛效果，不良反应亦相应增加，临床使用时应相应减小剂量。口服降糖药主要由CYP2C9代谢失活，小部分由CYP2C9代谢。药物遗传学研究表明，CYP2C9·3纯合子个体，甲苯磺丁脲消除半衰期为37h左右，而普通人群仅为8h。体外研究表明，CYP2C9·3等位基因催化甲苯磺丁脲羟化作用的能力约为CYP2C9·1的10％，临床表现为消除存在较大个体差异，导致部分个体药理效应增强。除此之外，磺脲类受体SUR1的遗传多态性也可引起磺脲类药物药理效应的异常改变。CYP2C9·3纯合子个体，格列吡嗪药时曲线下面积增加5.5倍。因此有人建议，CYP2C9慢代谢个体甲苯磺丁脲初剂量应为标准剂量（500mg）的40％，格列吡嗪约为标准剂量（100mg）的20％。三环类抗抑郁剂包括阿米替林、丙咪嗪、去甲替林和去甲丙咪嗪。由于代谢该类药物的CYP2D6氧化作用存在多态性，因此治疗指数小，血浓度个体差异大。CYP2D6功能性基因缺失比携带3个CYP2D6功能性基因个体去甲替林表观口服清除率低80％。此外，尚存在单核苷酸改变的多态性，如50％亚州人含CYP2D6·10，而白种人仅为1％～2％。与CYP2D6·1纯合子个体相比，CYP2D6·10杂合