遗传药理学与药物基因组学

遗传药理学与药物基因组学刘昭前中南大学临床药理研究所InstituteofClinicalPharmacologyCSU☆遗传药理学和药物基因组学的概况☆遗传因素与药物反应差异☆遗传药理学和药物基因组学在新药研发中的作用☆遗传药理学个体化中药物治疗中作用内容提要一、遗传药理学和药物基因组学的概况长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量临床医生都是根据开发这一药物的国家以当地种族人群为试验对象得出的剂量给药剂量可能并不适合其它国家的人群而导致药物疗效不佳，甚至出现严重的不良反应(propranolol)种族差异个体差异我国，药物剂量基本上是根据国外剂量标准使用，由于个体差异和种族差异(基因序列不同)的原因常常导致相当比例的病人药物疗效差。•0%•10%•20%•30%•40%•50%•60%•70%•80%•90%•100%GenesEnvironment•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•保泰松遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的作用药物反应个体差异年龄老年、儿童、新生儿体重性别身高基因型环境因素食物/吸烟/合并用药合并疾病疾病过程个体差异的主要原因是遗传变异PHARMACOGENETICS–遗传药理学研究遗传因素在药物反应个体变异中的作用。机体内药物作用靶点（受体）、药物转运体和药物代谢酶是在一定基因指导下合成的，所以遗传基因的变异是构成药物反应差异的决定因素。PHARMACOGENOMICS–药物基因组学它从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，即研究基因本身及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，以此为平台开发药物，指导合理用能药，提高用药的安全性和有效性。药物基因组学和遗传药理学等位基因（allele）-人的基因位于成对的染色体上（性染色体除外），因此每一种基因都有一对。基因多态性（geneticpolymorphism）-在正常人群中，由于同一基因位点上多个不同等位基因作用而出现两种或两种以上遗传决定的基因型，如果每种基因型的发生频率超过1%。单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）-在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。表型（phenotype）-个体在一定环境条件下表现的性状。基因型（genotype）-形成表型这种性状有关的遗传结构。人类仅有0.1%的DNA是不同的这0.1%的差别有重要意义吗?所有人的DNA序列99.9%相同0.1%的差别在拥有30亿碱基对的基因组中翻译出3百万个“拼写”差异。野生型纯合子(wt/wt)杂合子(wt/m)突变纯合子(m/m)GATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATAAGCTATTCGluGATAAGCTATTCGATAAGCTATTCLys谷氨酸赖氨酸无碱基突变单碱基突变两个碱基突变药物代谢酶基因多态性药物wt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/m疗效与毒副作用药物作用靶蛋白基因多态性HoursWhites(n=9)Chinese(n=10)0100200300400Propranolol(nmol/L)246810120●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●中国人和白人普萘洛尔代谢差异02004006008006004002000SupineUprightExerciseSupineUprightIC20(nmol/liter)IC20(nmol/liter)*******中国人和白人普萘洛尔反应差异ZhouHH,etal.NEngJMed1989;320:565-70(IF=44.016)最早关于药物反应种族差异的实验证据:中国正常男性对普萘洛尔β阻滞作用比白种人至少敏感两倍，也就是说，白种人应有中国人两倍以上的血浆普萘洛尔浓度，才能产生相同的β受体阻滞效应。药物反应个体差异在临床极为普遍药物代谢、效应和安全性有种族差异PropranololAtropineMorphinePlasmapropranolol三环类抗抑郁药20-50受体阻断药15-35血管紧张素转换酶抑制药10-305-HT再摄取抑制药（SSRI）10-255-HT受体激动药20-453羟-3甲戊二酰辅酶A还原酶抑制药10-30干扰素30-70抗癌药20-70无效率（%）药物药物代谢、效应和安全性在同一种族内不同个体间的差异十分为显著人数血浆浓度A种族治疗无效率增加B种族毒性发生率增加治疗窗2003年SFDA快速批准上市的化疗新药表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼(易瑞沙)，是治疗NSCLC特异性靶向药物。EGFR基因突变(点突变或小片段缺失突变)与吉非替尼的疗效密切相关，获重大突破。基因突变病人：NSCLC有效率90%无突变病人：NSCLC有效率10%NEnglJMed,2004.350(21):2129-39.(IF=40.016)Science,2004.304(5676):1497-500.(IF=29.162)二、遗传变异与药物反应的差异1.细胞色素P450酶系基因多态性细胞色素P450酶系(cytochromep450,CYP450)由一群基因超家族编码的酶蛋白组成。它参与临床上90%以上的药物代谢。因此，P450基因多态性是造成不同个体药物代谢差异的基础。涉及体内大多数药物代谢的CYP主要有3个基因家族CYP1、CYP2、CYP3。CYP450分子构象药物代谢动力学药物效应动力学药物效应和毒性差异基因组基因多态性药物靶点药物转运体药物代谢酶基因与药物作用相关的基因多态性很多均表现基因剂量效应CYP450超家族中各酶的基因多态性CYPs1A12A62B62C82C92C192D62E13A占肝CYP总量的%13-1541-1551.5-2.5728-40在药物代谢中所占%5--19-2020-25145-60导致慢代谢的重要突变---*2,*3,*4*2,*3,*2,*3,*4,*5*3,*4,*5,*10,*17--中国(黄种)人（PM）----1%5-20%1-2%--白人(PM)----1%2-6%5-10%--黑人（PM）----1%2-7%0-19%--导致极快代谢的突变------*2N(N=2,3,4,5,13)--中国(黄种)人（UM）------1%--白人(UM)------1-7%--黑人（UM）(埃塞俄比亚)------20-29%--CYP2D6占P450代谢药物的18％代谢的临床常用药物:心血管药物：异喹胍、美托洛尔、普萘洛尔、噻吗洛尔、卡维地洛、氟卡尼、恩卡尼、普鲁帕酮、美西律、阿义马林、司马丁、哌克昔林抗精神病药物：利培酮、奋乃静、阿米替林、丙咪嗪、地昔帕明、氯米帕明、米安色林、麦普替林、氟伏沙明、帕罗西汀、氟西汀、氟哌啶醇其他：右美沙芬、吗啡、可待因、塞来考昔、奎尼丁、利托那韦、右芬氟拉明、芬太尼、哌替啶、托特罗定、选择性5羟色胺再吸收抑制剂。CYP2D6种族差异地昔帕明（Desipramine）口服清除率中国人中比白种人低40%氯米帕明（Clomipramine）日本人口服清除率是瑞典白人的1/5（12vs62.7L/hr)氟哌啶醇（Haloperidol）中国人的AUC比白人和黑人高40-50%中国人CYP2D6*10的高频率导致其底物代谢显著低于白人Fuxetal.,CPT20060102030405060708090100UMEMEM/het.IMPMMetoprololplasmacon.(ng/ml)1.33.914.250.880.5Dose[mg]1001001007874浓度相差：60倍美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系02004006008001000120014001600血浆普罗帕酮（ng/ml）EM野生/野生EM野生/突变IM低活性突变/低活性突变PM无活性突变/无活性突变剂量：3x150mg/day房颤：安慰剂：33%普罗帕酮：16%331276951080ß-阻滞CNS副反应18%Afib15%AfibCYP2C9CYP2C9是药物代谢酶中的主要成员，占肝微粒体P450总量的25%，仅次于CYP3A居于第二位.CYP2C9的遗传多态性存在明显的种族差异。CYP2C9*1、CYP2C9*2和CYP2C9*3在白种人中发生频率分别为70%、22%和8%(酶活性异常达30%)，东方人中分别为92%、0%和8%(酶活性异常8%)。磺脲类降糖药的清除率与CYP2C9*3Shon2002,Lee2002,Kirchheiner2002Niemi2002Kirchheiner2002Kidd1999Kirchheiner2004Niemi2002020406080100甲苯磺丁脲格列本脲格列甲嗪格列美脲那格列奈CYP2C9*3/*3CYP2C9*1/*3CYP2C9*1/*1百分率比较All18patientsweretaken50mglosartanoncedailyforfourconsecutiveweeks.Group1:CYP2C9*1/*3,AT1(AA)Group2:CYP2C9*1/*1,AT1(AA)Group3:CYP2C9*1/*1,AT1(AC)123DBP(mmHg)051015200510152025SBP(mmHg)123P0.01P0,01收缩压舒张压狭窄的抗凝治疗指数范围和抗凝不当所致的并发症就一直困扰着每一位临床医生。直到近年来突破性地明确了CYP2C9基因多态性与华法林敏感有关之后，一切才为之而改变。CYP2C9*3纯合子病人每天只需0.5mg消旋华法林，而CYP2C9野生型病人每天需5-8mg(相差十多倍)才能达到相同的治疗效果。CYP2C9*3病人治疗之初还表现更多的不良反应以及出血并发症的危险性。华法林（Warfarin）CYP2C19CYP2C19(S-美芬妥因羟化代谢酶)，基因突变是形成羟化代谢多态性的主要原因。PM的发生率存在显著差异。白种人群中PM的发生率为3%～5%，东方人中PM的发生率高达13%～23%（我国约1.7-3亿人）。CYP2C19酶活性在我国呈两态分布，即PM(酶活性低下或无活性)和EM(酶活性正常)。最常见的突变为CYP2C19*2和CYP2C19*3。酶活性的大小:正常基因纯合子(w/w)正常基因与突变基因杂合子(w/m)突变基因纯合子(m/m)。CYP2C19蛋白含量与其酶活性呈正相关-基因剂量效应。许多药物如地西泮、奥美拉唑、氟西汀、西酞普兰和舍曲林等的代谢和疗效依赖于CYP2C19的基因型，且这种催化作用呈底物剂量依赖性和基因剂量效应，即EM和PM对药物的处置有显著差异（ClinicalPharmacoTher,IF=8.028,12篇）Dlazepam(ng/ml)DMDZDZ024487214428802448722885205010020050010203050100150Time(hr)m/mwt/mwt/wtCYP2C19*1/*1CYP2C19*1/*2CYP2C19*2/*2AUCofdiazepam(mgh/L)AUCCL*500CLofdiazepam(ml/min)5004030201040302010*****BrJClinPharmacol1996JPharmacolExpTher2000050100150200250▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲01020304001002003000100200300■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■