1-药物基因组学与个体化治疗和新药研发

药物基因组学与个体化用药和新药研发周宏灏中国工程院院士中南大学教授中南大学GCP与个体化药物治疗培训班，2009-11-13,长沙─FromSwitzerland─ARenaissancephysician─Firstphysicianusingchemicalstotreatdisease所有药物都有毒性祖国医学：是药三分毒！药物不良反应非常严重!严重药物不良反应在住院病人中的总发生率:6.7%致死性药物不良反应在住院病人中的总发生率:0.32%引起死亡主要原因第4~6位医院费用5~9%与药物不良反应有关20年来因产生严重药物不良反应被淘汰的上市药:40种总住院人数：5000万/年因药物不良反应住院人数：250万/年严重不良反应人数：50万/年因药物不良反应死亡人数：19万/年中国美国ClassenDC,JAMA1997;277:301-17LazarouJ,JAMA.1998;279:1200-5Needetal.NatureGenetics37:671,2005ADRs造成的经济损失惊人！中国：每年因药物不良反应增加医药费40亿。美国：1998年，因剂量过高以及不必要的处方药有关的医疗费用就超过了1000亿美元。2000年，与药物相关的发病率与死亡率所造成的费用超过了1770亿美元。英国：每年因药物不良反应增加医药费11亿英镑。被撤出市场的药物适用症毒性原因阿洛司琼（Alosetron）肠道综合症缺血性结肠炎遗传变异阿司咪唑（Astemizole）变态反应QT延长西立伐他汀（Cerivastin）高脂血症横纹肌溶解西沙必利（Cisapride）胃十二指肠返流QT延长右芬氟拉明（Dexfenfluramine）肥胖肺动脉高压罗非考昔(Rofecoxib,Vioxx)疼痛心脏猝死特非那定（Terfenadine）变态反应QT,扭转型室速地来洛尔（Dilevalol）高血压肝毒性舍吲哚(Sertindole)精神分裂症QT,扭转型室速特罗地林（Terodiline）尿失禁扭转型室性心动过速1990至今因遗传变异致严重毒性而从市场撤出的药物由于严重毒性，近年来被FDA召回的药物达40余种！制药企业损失：400亿美元；药物在部分人中无效和疗效差恶性肿瘤老年滞呆粪尿失禁丙型肝炎骨质疏松症偏头痛（慢性）风湿性关节炎偏头痛（急性）糖尿病哮喘心律失常精神病抑郁症（SSRI）镇痛（Cox2）有效率（%）80706050403020100DatafromFelixW.Frueh,OfficeofClinicalPharmacologyCDER/FDA，32ndInternationalMeetingLouisville,KYMay22,2006受试者人数血浆浓度A种族药物无效率增高B种族药物毒性率增加治疗窗种族间差异种族内差异药物反应有种族内和种族间差异年龄老年，儿童，新生儿性别体重/身高合并症病程决定药物反应的因素器官功能肝脏,肾脏,心脏基因型遗传环境因素食物/吸烟/合并用药药物反应基因环境•0%•10%•20%•30%•40%•50%•60%•70%•80%•90%•100%•II糖尿病•乳腺癌•男性心肌梗死•原发性高血压病•冠心病•I糖尿病•苯妥英•锂•水扬酸•异戊巴比妥•双香豆素•阿司匹林•安替匹林•保泰松遗传在药物代谢中的作用DatafromTrevorNicholls,Oxagenreport,2000...CCATTGAC......CCGTTGAC...…GGTAACTG...…GGCAACTG...A腺嘌呤T胸嘧啶G鸟嘌呤C胞嘧啶药物反应差异的生物学基础:单核苷酸多态性（SNP）发生频率超过1%最常见的遗传变异1SNP/300-600bp5SNPs/基因CAGCGCAACT5’3’染色体10q24.2CYP2C9基因第430bpCYP2C9*1CYP2C9*2T正常酶活性低酶活性细胞细胞核染色体基因碱基DNA分子9个外显子全长55kb编码490个氨基酸10----占人类遗传变异的90%...CCATTGAC......CCATTGAC...…GGTAACTG...…GGTAACTG......CCATTGAC......CCGTTGAC...…GGTAACTG...…GGCAACTG......CCGTTGAC......CCGTTGAC...…GGCAACTG...…GGCAACTG...wt/wt野生型纯合子SNPs的基因型XXXwt/mut野生心型杂合子mut/mut突变纯合子药物代谢酶表型和效应（基因剂量效应）-------药物代谢酶基因型最低有效浓度最小毒性浓度血浆药物浓度慢代谢者中间代谢者超快代谢者口服40mg奥美拉唑后的时间（h）奥美拉唑平均95%可信限(mg/lL)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1XXXCYP2C19的基因型和表型AUC:1.1±0.60.6±0.3mg.h/L5.3±2.21975：异喹胍多态性1985：PCR应用1990：CYP2D6等位基因XXXNortriptylline500mg100-450mg10-20mg（normaldose）Debrisoquin/4-OH-debrisoquin人数PMIMIMUMCYP2D6多态性基因型和表型CYP2D6genotypeandpropafenone02004006008001000120014001600UMEMIMPM33127695108018%Afib15%AfibDose:3x150mg/dayAfibplacebo:33%propafenone:16%ß-blockadeCNS-sideeffectsPropafeneone[ng/ml]乙醛脱氢酶基因突变体（血）内酒精不能变水乙醛脱氢酶基因正常体（血）内酒精变水乙醇脱氢酶乙醛脱氢酶酒精（乙醇）乙醛水为什么喝同样量的酒有的易醉，有的不醉？体（血）内药物适量0个突变体（血）内药物过少药物代谢酶药物在体内生成代谢产物（药效改变）体（血）内药物过多药物转化过多1个突变药物转化居中2个突变药物转化过少无效安全有效毒性遗传变异在药物毒性发生中的作用环节怀镜因素药物毒性药物相互作用遗传变异靶点代谢细胞转运体药物药物代谢动力学药物效应动力学药物毒性基因组基因变异(基因多态性)药物靶点药物转运体药物代谢酶遗传变异在药物毒性发生中的作用环节CaseReport特罗地林，抗胆碱药，治疗尿失禁引起QT延长，产生严重心脏毒性，主要是尖端扭转型心动过速，导致1991年从市场撤出发生毒性的个体血浓度显著升高，与CYP2C19基因突变相关MonahanBPetal.JAMA1990;264:2788–2790Torsadesdepointes尖端扭转型心动过速特罗地林（Terodiline）CaseReport62y.o.男，因肺炎住院以“标准”剂量的可待因镇咳发生昏迷查吗啡血浓度为预期的20倍查CYP2D6基因型，为超快代谢者NEJM,30Dec2004可待因O-去甲基反应N-去甲基结合反应吗啡吗啡-3-葡萄苷酸结合物可待因-6-葡萄苷酸结合物去甲可待因去甲可待因-6-葡萄苷酸结合物CYP2D6CYP3A4可待因代谢TPMT:硫嘌呤甲基转移酶（thiopurinemethyltransferase）XO:黄嘌呤氧化酶（xanthineoxidase）HGPRT:次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶（hypoxanthineguaninephosphoribosyltransferase）TIMP:磷酸硫肌苷（6-thioinosinemonophosphate）MTMP:甲基硫肌苷6-S-methylthioinosinemonophosphateTGN:硫鸟嘌呤核苷酸（6-thioguaninenucleotides）6-MP:巯嘌呤（6-mercaptopurine）MeMP:甲基巯嘌呤（6-S-methylmercaptopurine）6-TU:硫尿酸（6-thiouricacid）6-MPTGNMeMPTPMT6-TUXOHGPRTDNATPMT生物激活途径解毒途径TIMPMTMPNNNNHSHTPMT(多种)酶促进反应步骤(嘌呤再利用)TPMT在6-巯基嘌呤代谢中的作用TPMT和生物激活酶均存在于造血细胞（hematopoiteticcells）;XO仅存在于肝脏内TPMT多态性与TGN蓄积量和6-MP毒性10.80.60.40.20Cumulativeincidence500040003000200010000DeficientHeterozygoteWild-typeTPMTphenotypeTGN(pmol/8·106RBC)DeficientHeterozygoteWild-type00.511.522.5yr180ALLchildren/6-MP75mg/m²JNCI1999;91:2001%withtoxicity1008060401200LowHigh根据病人TPMT基因型选择6-MP剂量减少毒性010203005005000毒性毒性CellularTGN常规剂量的MP减少6-MP剂量TPMT-缺损01020300246810*2,*3A,*3CPercent*1TPMTActivity常规剂量010203005005000CellularTGNTPMTAllelesATGATGG238CATGG460AA719CATGA719C*1*2*3A*3Cw/m:65%剂量m/m:6-10%剂量急性淋巴细胞性白血病是最常见的小儿白血病基因检测确定患者基因型有助于制定较为精确的适合个体的治疗方案治愈率在1960年代仅为4%,而现在可达80%010203040506070809019622007基因检测导向抗癌药物应用显著提高了小儿白血病的治愈率Source:NewEnglandJournalofMedicine,2006,200l;PersonalizedMedicineCoalition,2006.个体化治疗使急淋治愈率显著提高遗传检测确定小儿白血病患者的DNA突变,令医生能精确选择适合个体的治疗方案治愈率(%)依立替康代谢依立替康(前药-无活性)(羧酸)酯酶SN-38(活性)UGT1A1(肝内)SN-38G胆汁(TA)6TAA12345(TA)7TAA12345UGT1A1activitySN-38concentration6/67/76/67/7抗癌药依立替康毒性和其代谢酶基因突变(UGT1A*28)相同临床诊断病人毒性：10%2个突变:*28/*28毒性发生率高：50%换药或减量1个突变:wt/*28毒性发生率居中：12.5%换药或减量0个突变:wt/wt毒性发生率低：0%应用常规剂量异烟肼(Isoniazid,INH)肼(Hydrazine,Hz)酰胺酶(Amidase)乙酰异烟肼(Acetylisoniazid,AcINHNAT2泛影葡胺肼(Diacetylhydrazine)(肝)毒性代谢产物GST解毒乙酰肼(Acetylhydrazine,AcHz)NAT2NAT2酰胺酶(amidase)异烟肼代谢INH-利福平(RFP)引起的肝脏毒性与NAT2基因型正常肝脏毒性发生率(%)020406080100合计(n=114)RA(n=46)SA(n=15)IA(n=53)***P0.01卡马西平因引起的SJS卡马西平癫痫性发作,神经痛等神经性疾病多形糜烂性红斑(Stevens-JohnsonSyndrome，SJS)中毒性皮肤溶解坏死(ToxicEpidermalNecrolysis,TEN)HLA-B*1502多形性红斑，发热、喉咙痛、畏寒、头痛和全身不适，小胞、紫癜、坏死，死亡率30~40%Stevens-JohnsonSyndrome(SJS)andToxicEpidermalNecrolysis(TEN)国家/地区正常人群中的HLA-B*1502(%)CBZ-SJS