遗传药理学

2019/8/191遗传药理学PHARMACOGENETICS2019/8/192研究药物效应的遗传变异及其规律在正常个体间，药物代谢酶的动力学参数(米氏常数Km,反应最大速率Vmax)存有很大差异在体内试验测量到的药物消除速率差异可自4倍~40倍以上大量的孪生子女和家族的研究显示遗传是造成高度个体间差异的主要因素遗传药理学2019/8/193不同病人清除药物的固有能力是不同的一位具有迅速代谢药物能力的人，为获得适宜的治疗浓度，可能需要更高的剂量、更频繁地给药一位代谢能力缓慢的病人，为避免发生毒性反应，可能需要较低的剂量和较少的给药次数对于安全范围较窄的药物尤为重要2019/8/19420世纪50年代，Motulsky和Vogel正式将遗传药理学作为一门药理学分支提出来对药物的异常反应有时是由于遗传决定的酶缺损而引起的1959年正式提出“遗传药理学（pharmacogenetcis）”遗传药理学的建立2019/8/195遗传药理学的里程碑工作1956，Carson等发现对伯氨喹敏感者的G6PD缺乏1957，Kalow证实对琥珀胆碱反应异常是胆碱酯酶的亲和力异常所致1960，Evans等发现异烟肼代谢率的遗传差异2000，人类基因组项目完成2019/8/196人类基因组计划促进了遗传药理学的发展受体多态性和蛋白质多态性大多数药物代谢酶系统的特征是基因和基因产物的多重性CYP450超家族由13个家族和许多亚家族组成人类基因组计划将最终提供所有CYP450系列、解释基因的复杂性2019/8/197遗传药理学的任务1.阐明遗传在机体对药物反应个体变异中的作用2.建立以单核苷酸多态性为遗传标志的基因分型与药物反应的关系3.对药物敏感性异常的遗传机制4.遗传变异对药代和药效的影响5.对药物有无遗传性异常反应的预测方法6.药物代谢酶、载体、受体多态性7.药物对基因的影响(致癌、致畸)8.遗传病的药物和基因治疗2019/8/198认识和阐明药物反应个体和群体间差异的发生机制，提高药物治疗效果阐明遗传在机体对药物和外源性物质反应个体变异中的作用从生物化学、药理学、遗传学和基因组学多学科研究与药物反应有关的蛋白质和相关基因，阐明决定药物反应个体差异的根本机制2019/8/199蛋白质和相关基因的多态性CYP450、N-乙酰基转移酶、磺基转移酶UDP-葡萄醛酸基转移酶、p-gp、有机阴离子和阳离子的转运、5-羟色胺受体、-受体、DA受体脂氧化酶、磷酸二酯酶、GTP-结合蛋白其它可能有关的蛋白质和相关基因2019/8/1910遗传药理学的研究方法1.临床观察全身麻醉药引起体温升高琥珀胆碱引起长时间呼吸停止香豆素类抗凝血药的耐受性2.双生子法(twinmethod)单卵双生(monozygotictwin)二卵双生(dizygotictwin)3.动物模型4.基因组DNA多态性检测限制性片段长度多态性检测小卫星DNA和微卫星DNA多态性检测单核苷酸多态性检测2019/8/1911遗传药理学的研究内容1.以对药物的敏感性增高或降低为特征的异常反应及引起这些反应异常的遗传机理2.因对药物耐受而引起的治疗失败3.因药物代谢酶诱导导致恶化的疾患4.可能因长期慢性用药而引起的疾患5.病因不明的可能与药物有关的疾患6.与食物有关的疾患7.药物代谢多态性、受体多态性2019/8/19121.药物生物转化(代谢)酶2.调控细胞内向和外向通透的转运蛋白3.靶受体和靶酶4.信号传递复合物5.上述系统和物质的调控6.上述系统和物质的相互作用和多效反应阐明在决定药物反应个体差异中起作用的、最终可能有功能意义的候选蛋白及导致药物反应多态性的常见基因多态性2019/8/19131.转基因动物模型2.有相似遗传机制的其它有机生物体模型3.细胞培养和微生物模型4.可用于分析功能效应的计算机模型5.发现和确立可用于确定表型的工具药建立离体/在体模型和计算机模型；以此来研究人类基因及其多态性，阐明它们在药物反应个体差异中的功能作用2019/8/1914C.对家系、病人、人群进行遗传学、分子生物学方面的流行病学研究，发现和阐明与药物反应变异相关的候选基因1.系譜连锁分析2.同胞配对研究3.相关等位基因研究4.相关全基因组研究5.人群的流行病学研究2019/8/19151.影响恶性肿瘤生成的药物反应蛋白和基因2.与心血管、肺、血液学系统有关的药物反应蛋白和相关基因3.小儿反应蛋白和相关基因的发育4.环境对药物反应蛋白和相关基因的影响5.参与精神疾患和认知障碍治疗的药物反应蛋白和相关基因6.参与酒精效应或是改变酒精效应的药物反应蛋白和相关基因阐明药物反应蛋白和相关基因在疾病发生等方面的作用2019/8/1916乙酰化作用：50%的美国人肝脏N-乙酰转移酶活性低(慢乙酰化者)，乙酰化反应需要的时间长，因而这些药物更易引起不良反应(如异烟肼引起周围神经炎，肼屈嗪和普鲁卡因胺引起红斑样狼疮)在其他人群中，乙酰化反应是快的，需要用较大的剂量或较多的给药次数，以获得所期望的治疗效应；同时乙酰化产物在体内积聚，更易发生肝脏毒性药物生物转化的差异2019/8/1917血浆假性胆碱酯酶缺乏的人(约1:1500)对琥珀胆碱灭活能力减弱当应用常规剂量时，可以引起呼吸肌长时间麻痹、持久的呼吸暂停，需要进行机械通气，直到该药物能被其他代谢途径消除为止水解作用2019/8/19185%~10%的白种人对异喹胍转化能力弱，服用异喹胍治疗高血压时会增加中毒危险(如直立性低血压)药物的羟化作用降低，可引起药物效应增强(如用美托洛尔时出现高度的受体阻断作用)；也可增加毒性(苯妥英出现过度的CNS抑制)受低羟化代谢影响的其他药物：某些抗心律失常药、三环类抗抑郁药、镇咳药氧化作用2019/8/1919大多数药物性肝损害是不可预测性的发生机制分为代谢异常和过敏反应两类即代谢特异质(metabolicidiosyncrasy)过敏特异体质(hypersensitiveidiosyncrasy)特异体质与个体的细胞色素P450(CYP450)遗传多态性有关代谢差异产生的原因2019/8/1920超强代谢者(ultrarapidmetabolizer,UM)强代谢者（extensivemetabolizer,EM）弱代谢者(poormetabolizer,PM)2019/8/1921华法林活性降低某些个体在应用治疗量的华法林后表现出非常低的抗凝血活性，要产生期望的药理效应，剂量要高达正常量的20倍这些病例对华法林生物转化作用并无异常，这种低活性是由遗传控制的华法林和其受体的亲和力降低所致恶性高热这种紊乱来自于并用去极化肌松药(琥珀胆碱)和挥发性全身麻醉药(氟烷、异氟烷和七氟烷)引起的反应，出现威胁生命的体温升高药物效应动力学差异2019/8/1922三者是对基因的功能所作的区分，以直线形式排列在染色体上结构基因决定某种蛋白质分子结构的一段DNA，能把携带的遗传信息转录给mRNA，再以mRNA为模板合成具有特定氨基酸序列的蛋白质受体的遗传多态性结构基因、调节基因、操纵基因2019/8/1923调节基因转录翻译合成调节蛋白，指导结构基因在需要时合成某种酶；不需要时则停止合成操控基因当操控基因“开动”时，由它控制的结构基因就开始转录、翻译和合成蛋白质；当“关闭”时，结构基因就停止转录2019/8/1924结构基因外显子的突变引起受体蛋白质多态性调节基因突变引起受体蛋白质表达量的异常受体的遗传多态性2019/8/1925药物靶蛋白分子的基因多态性2－adrenergicreceptor基因存在多态性1.受体蛋白的第16位氨基酸残基的差异1)Arg16/Arg16（纯合子）2)Gly16/Gly16（纯合子）3)Arg16/Gly16（杂合子）2019/8/1926Gly16/Gly16纯合子可加强2受体表达的负调节Arg16/Arg16纯合子对支气管扩张剂沙丁胺醇的作用更快、更有效，是决定沙丁胺醇支气管扩张效应的主要因素2019/8/19272.受体蛋白的第27位氨基酸残基的差异Glu27/Glu27纯合子型可阻止受体的下调1)Gln27/Gln272)Gln27/Glu273)Glu27/Glu272019/8/1928相关概念等位基因(allele)一个基因出现在同源染色体的相同座位常染色体显性遗传变异基因是显性基因，纯合子、杂合子都表现出疾病常染色体隐性遗传变异基因为隐性基因，只有纯合子表现疾病，杂合子不表现疾病2019/8/1929性连锁显性遗传X染色体所携带的基因遗传，女性获得显性基因的几率比男性高1倍性连锁隐性遗传位于X染色体的隐性基因，男性发病率高于女性单基因变异(monogenicvariance)由一对等位基因所引起的遗传变异2019/8/1930药物疗效的个体差异为表型（phenotype）与药物作用有关的基因结构为基因型（genotype）以临床观察到的表型为起点，进一步研究与表型相关的基因型以已知的基因型为起点，进而寻找与有关表型间的联系2019/8/1931药物代谢酶的变异遗传因素引起药物代谢酶的结构变异，改变代谢功能；环境因素影响代谢酶的活性高低2019/8/1932药物代谢酶变异的类型和原因药物代谢的差异实质上是酶的变异1.酶结构的变异——遗传性2.酶活性调控机制的变异——环境性3.酶含量(浓度)的变异——遗传性或环境性2019/8/1933遗传变异与药物吸收先天性内因子缺乏影响维生素B12的吸收，引起恶性贫血乳糖酶功能低下乳糖吸收不良，引起遗传性乳糖不耐受症醛缩酶B缺陷果糖吸收障碍，诱发腹痛P-糖蛋白过量表达MDR及某些药物的生物利用度降低2019/8/1934遗传变异与药物分布白蛋白(HAS)变异或缺失血浆蛋白结合率高的药物作用增强1酸性糖蛋白(AGP)变异A、F1、S三种变异型对碱性药物的亲和力不同2019/8/1935基因遗传与环境因素对药物作用的影响及流行病学研究方法2019/8/1936双生子研究同卵双生子(monozygotictwin,MZ)具有相同的基因组，差异由母体宫内或出生后的环境因素所致，该差异可作为环境对表型变异影响的量度异卵双生子(dizygotictwin,DZ)遗传特征不尽相同，但因有相同的出生顺序，出生时母亲的年龄相同，在环境方面比非双生子有更多的相似性，为评价基因的影响程度提供了量度2019/8/1937双生子安替比林半衰期与合子特性的关系共同生活分开生活合子特性安替比林t1/2合子特性安替比林t1/2MZ13.313.8MZ9.69.0MZ11.911.2MZ13.513.8MZ11.510.8MZ14.712.4MZ11.311.2MZ11.012.3MZ9.211.2DZ10.511.1MZ13.511.2DZ15.713.5DZ9.717.1DZ14.712.2DZ9.18.3DZ13.314.3DZ11.011.3DZ13.310.6DZ14.416.7DZ9.014.22019/8/1938细胞色素P450酶系统(CYP)的遗传药理学2019/8/1939细胞色素P450酶系统(CYP)命名原则CYP450超家族分为家族、亚家族和酶个体3级酶蛋白一级结构中氨基酸顺序的同源程度40%者归入不同家族，用阿拉伯数字表示，如CYP1~CPY4将同源性55%者划入同一亚家族，用大写英文字母表示，如CYP1A根据同一亚家族各个酶被鉴定的先后顺序再用阿拉伯数字编序，如CYP1A1;再以*1表示野生型，*2以后表示变异型，如CYP1A1*22019/8/1940CYP450具有共同的结构特征所有CYP450都含有一个非共价结合的血红蛋白牢固地结合在细胞的内膜上，是一种内膜蛋白均通过NADPH/NADH的还原等价物以及氧分子来氧化底物2019/8/1941哺乳动物的CYP450可分为3大类1.线粒体P450，主要分布于肾上腺皮质细胞的线粒体，参与类固醇