最新精準醫(yī)學(xué)｜基因個體化治療在心血管疾病中的應(yīng)用前景

1、精品文檔精準醫(yī)學(xué)I基因個體化治療在心血管疾病中的應(yīng)用前景洪葵 劉欣南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科專家簡介 洪葵.主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師；南昌大學(xué)二附院心內(nèi)科教授、科副主任；江西省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所副所長；江西省醫(yī)學(xué)遺傳和基因治療研究所所長；南昌大學(xué)心血管病研究所所長。兼任中華醫(yī)學(xué)會心血管病分會青年委員，中華醫(yī)學(xué)會心電生理和起搏分會青年委員，中國心電學(xué)會委員，中國心律學(xué)會青年委員、江西省醫(yī)學(xué)會心血管病分會常委、江西省醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)會主任委員、中國心臟和起搏電生理雜志和臨床心血管病雜志編委等學(xué)術(shù)兼職。前言 心血管系統(tǒng)疾病是人類第一大疾病，全世界每3 例死亡中便有1 人死于心血管病。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計及預(yù)測

2、，全球每年死于心血管病的人數(shù)將由2008 年的 17,300,000 上升至 2030 年的 23,30,000 人，這也跟預(yù)計的全球人口增長及老齡化相關(guān)。傳統(tǒng)治療方法是基于臨床隨機對照實驗指導(dǎo)普遍群體治療，這種方法往往不適用于所有患者，對部分患者甚至可能造成傷害。個體化治療則完全不同，它是根據(jù)每個患者特有的遺傳特征，臨床表現(xiàn)及其生活習(xí)慣和環(huán)境，作出準確的診斷，并針對個體制定最有效的治療方法，使患者在最大程度上獲益，這也成為扭轉(zhuǎn)未來龐大心血管病死亡數(shù)量的希望。心血管疾病遺傳學(xué)發(fā)展早在人類基因組計劃完成之前，通過連鎖分析和基因關(guān)聯(lián)研究，許多孟德爾遺傳性即單基因心血管病相關(guān)基因便開始被發(fā)現(xiàn)。這類心

3、血管病在臨床中只占一小部分，如家族性高膽固醇血癥，早發(fā)心肌梗死，擴張性及肥厚性心肌病，長QT 綜合癥（LQTS ）和馬方氏綜合癥等。盡管如此，此類疾病中單個致病基因變異往往對表型造成很大影響，相關(guān)遺傳學(xué)致病機制研究及新型治療方法探索不僅改變了人們對心血管病的認識，更為揭示廣大常見心血管病的遺傳本質(zhì)開辟了道路。更多心血管疾病仍以復(fù)雜形式存在，通常由多基因，環(huán)境，飲食等多因素引起。人類基因組序列草圖完成之前，多基因心血管病研究并不順利。而此之后，遺傳檢測技術(shù)飛速發(fā)展，尤其在高通量并行的下一代測序出現(xiàn)之后，測序時間極大縮短的同時成本也顯著降低。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS ） ，全外顯子組測序以及基因

4、組結(jié)構(gòu)變異相關(guān)研究在心血管疾病中廣泛開展起來。得益于 GWAS ， 通過大規(guī)模病例對照人群檢測篩查疾病相關(guān)基因變異，數(shù)百個心血管病相關(guān)基因座陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上采用基因型陣列，單體型圖譜和統(tǒng)計學(xué)方法對心血管病相關(guān)變異進行組合分類。心血管疾病中仍有一部分無法用遺傳基質(zhì)變異解釋，表觀遺傳學(xué)的發(fā)現(xiàn)正彌補了這個空缺。表觀遺傳學(xué)機制是在不改變DNA 序列的情況下影響遺傳信息的表達，參與機體的發(fā)育與分化，且易隨環(huán)境改變發(fā)生相應(yīng)變化， 主要包括DNA 甲基化， 翻譯后組蛋白修飾，micro RNA和長鏈非編碼RNA 調(diào)控。許多心血管病相關(guān)危險因素，如血漿高同型半胱氨酸，吸煙，壓力和污染等均被發(fā)現(xiàn)可通過表

5、觀遺傳學(xué)標記的修飾作用致病，但這些表觀遺傳學(xué)改變是否會遺傳給下一代仍不明確?，F(xiàn)階段人們對表觀遺傳學(xué)的認識大多來源于基礎(chǔ)研究，它們對基因組的潛在調(diào)控作用也許同遺傳基質(zhì)本身一樣重要，參與基因的穩(wěn)定垂直傳播以及表型傳承。隨著越來越多心血管致病基因，以及危險因素，亞臨床指標和疾病終點等相關(guān)新型基因及基因修飾物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，人們對心血管疾病生物學(xué)通路的了解也越來越深入。這些發(fā)現(xiàn)也正逐漸應(yīng)用于心血管疾病的風(fēng)險預(yù)測及防治，盡管基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用之間的轉(zhuǎn)化仍處于不成熟階段，但基 因個體化治療是未來心血管疾病防治的必然趨勢。心血管疾病個體化治療個體化藥物治療(CardiovascularPharmacogenomi

6、cs: Expectations and Practical Benefits ) 人們對個體化藥物治療的認識起源于個體間對藥物反應(yīng)的巨大差異，這種差異主要取決于個體一般特征（如年齡，體重指數(shù)和性別等），環(huán)境（如藥物間或藥物與食物的相互作用）和基因型。研究發(fā)現(xiàn)藥物代謝酶，轉(zhuǎn)運體以及藥物靶點相關(guān)基因變異可通過影響藥代動力學(xué)及藥效動力學(xué)改變藥物的分布及清除，從而影響個體對藥物有效性及毒性的反 應(yīng)。遺傳藥理學(xué)研究在心血管領(lǐng)域較為活躍，主要包括抗凝 藥物華法林，抑制血小板聚集藥物氯吡格雷以及他汀類降脂藥物。華法林 作為全世界最常用的口服抗凝藥，華法林被廣泛用于治療靜脈血栓栓塞，心房顫動和機械性心臟瓣膜

7、患者。盡管華法林的臨床使用已有超過60 年的歷史，但出血或血栓栓塞仍然是患者常出現(xiàn)的不良反應(yīng)。將國際標準化比值（INR）控制在2.0-3.0是監(jiān)測華法林使用劑量的通用指標，然而不同個體維持劑量卻有極大差異，從0.6mg/ 天至15.5mg/ 天不等?；颊邔θA法林反應(yīng)差異相關(guān)遺傳藥理學(xué)研究指出，近30-40% 取決于參與藥物代謝的細胞色素P4502C9 同工酶編碼基因CYP2C9 和維生素K 編碼基因VKORC1 單核苷酸多態(tài)性（ SNPs ） 。 CYP2C9 R144C （ *2）和 CYP2C9 I359L （ *3） 是白種人CYP2C9 中最常見的兩個次要等為基因，在亞洲人中少見，而非

8、裔美國人中極罕見。CYP2C9*2 和 CYP2C9*3 可分別引起酶活性降低30-40% 和80-90% ， 減慢華法林清除，導(dǎo)致半衰期延長，INR 加速到達治療水平，從而降低劑量需求。非裔美國人中常見的其他幾型 CYP2C9 D360E （ *5） , 10601del A （ *6） , R150H （ *8）和 R335E （ *11 ） ，同樣需減少華法林劑量。VKORC1 相關(guān)SNPs -1639G>A 則改變啟動子區(qū)域轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點引起酶表達降低，增加對華法林的敏感性。以遺傳藥理學(xué)為基礎(chǔ)指導(dǎo)華法林的使用，本該從縮短起始用藥時間，穩(wěn)定INRs ，優(yōu)化治療窗內(nèi)時間以及減少副作用這

9、幾方面使患者獲益，然而實際臨床應(yīng)用的效果卻存在爭議。近來，兩大關(guān)于基因型指導(dǎo)華法林治療效用的多中心隨機對照研究相繼報道。來自歐洲的 EU-PACT 研究顯示，根據(jù)基因型決定華法林劑量組治療窗內(nèi)時間所占百分比更高，且不良事件明顯減少。而美國 COAG 研究并未發(fā)現(xiàn)基因型特異的華法林治療比傳統(tǒng)治療方法效果好。兩大試驗中截然不同的結(jié)果也許取決于實驗設(shè)計差異，主要表現(xiàn)在藥物劑量計算策略上，EU-PACT 采用負荷劑量，而 COAG 中使用維持劑量；以及納入人群的不同， COAG 中的研究人群較EU-PACT 存在明顯的多樣性，尤其是非裔美國人對基因型計算的藥物劑量反應(yīng)不佳，影響了整體效果。根據(jù)基因型指

10、導(dǎo)用藥能否成為未來華法林治療的方向期待更多大規(guī)模臨床試驗加以確立。氯吡格雷氯吡格雷作為冠心病中常規(guī)使用的抗血小板聚集藥物，臨床療效在不同個體間卻存在較大差異。盡管在臨床中存在一些預(yù)測因素，如老齡（ >65 歲） ， 高體重指數(shù)，藥物相互作用抑制CYP 酶，糖尿病和腎衰竭等，可拮抗血小板對氯吡格雷的反應(yīng)，但這些情況僅能解釋少部分病例。CYP2C19 是參與氯吡格雷體內(nèi)活化的重要代謝酶，研究發(fā)現(xiàn) CYP2C19 至少存在25 個變異體，但大部分并不改變酶的活性，除外CYP2C19 c.681G>A （ *2）和CYP2C19c.636G>A （ *3） 。 CYP2C19 *2

11、在非洲人和白種人中的等位基因頻率為 0.15,在亞洲人中W 0.35 ,CYP2c19 *3 則主要 存在于亞洲人，頻率W 0.89 ,分別通過異常剪切和提前終止 密碼導(dǎo)致酶功能失活，從而減少體內(nèi)循環(huán)活化氯吡格雷代謝產(chǎn)物，引起患者治療后高血小板反應(yīng)性。CYP2C19c.-806C>T （ *17）是另一個常見的多態(tài)性，在非洲人，白種人以及亞洲人中的等位基因頻率分別為0.16， 0.027 和 0.18 ，然而不同的是，它可通過增強轉(zhuǎn)錄作用引起功能獲得。多項薈萃分析一致認為CYP2C19 功能喪失性等位基因（尤其是 CYP2C19*2 ）可顯著增加冠狀動脈介入治療（PCI ） 術(shù)后支架血栓

12、形成風(fēng)險，但是否增加主要心血管不良事件風(fēng)險還存在爭議，盡管如此，基因型指導(dǎo)氯吡格雷治療劑量仍將成為主導(dǎo)趨勢。2013 年更新的臨床遺傳藥理學(xué)實施協(xié)會指南就指出，攜帶功能喪失性CYP2C19 基因變異的冠心病患者PCI 術(shù)后應(yīng)更換抗血小板治療方案，如改用普拉格雷或替卡格雷。 CYP2C19 *17 也并非想象中對減少支架血栓形成有益，反而可能增加出血風(fēng)險。他汀類藥物目前， 已超過 40 個候選基因與他汀類藥物的降脂效果相關(guān)。然而，主要研究仍然集中于他汀類藥物致肌肉毒性相關(guān)SLCO1B1 基因變異。SLCO1B1*5(c.521T>C,V174A) 被發(fā)現(xiàn)與他汀類藥物，尤其是辛伐他汀強烈相關(guān)

13、。該變異可干擾OATP1B1 在肝細胞膜上定位，降低其轉(zhuǎn)運能力，從而升高血漿辛伐他汀濃度，增加藥物在骨骼肌的暴露時間。值得注意的是，近來有研究通過基因表達譜發(fā)現(xiàn)參與肌酸合成的甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶編碼基因GATM 可防御他汀藥物引起的肌性病變，體內(nèi)實驗也顯示它可能與他汀類藥物有效性和毒性功能相關(guān)。由于體內(nèi)他汀類藥物暴露程度與肌性病變的關(guān)系并不像INR 水平與出血或血栓的關(guān)系一樣直接明了，相關(guān)基因變異對臨床他汀類藥物應(yīng)用策略的影響需進一步明確。心血管疾病基因治療最初作為單基因遺傳病治療策略的基因療法，逐漸被發(fā)現(xiàn)可廣泛應(yīng)用于獲得性多基因疾病，包括外周血管疾病，缺血性心臟病，心律失常和心力衰竭?；蛑委煹?/p>

14、臨床試驗已迎來第25 個年頭，進展雖然緩慢但卻穩(wěn)步走向臨床成功。作為繼腫瘤之后第二大基因治療臨床研究對象， 心血管疾病基因療法已呈現(xiàn)出巨大潛力。LQTS 是基因型與表現(xiàn)型關(guān)系研究的典范，也是最早成為基因特異性治療研究的對象。LQTS 的三大臨床類型具有不同特性，一般情況下，LQT1 應(yīng)避免劇烈活動等交感神經(jīng)刺激；LQT2 好發(fā)于睡眠或突然的噪音干擾，對血清鉀離子也較為敏感，應(yīng)注意給患者提供適當(dāng)生活環(huán)境，避免鉀離子攝入；SCN5A基因功能獲得性的LQT3 則建議常規(guī)測試鈉離子通道阻滯劑的使用，以輔助治療。然而藥物，起搏器或埋藏式心臟復(fù)律除顫器植入和左側(cè)心交感神經(jīng)切除術(shù)等治療方法仍然局限。誘導(dǎo)多功

15、能干細胞（ iPSC ） 是近來研究疾病發(fā)生機制的新型手段。繼LQT2 相關(guān)人 c.G1681A 突變通過皮膚組織通過iPSC 被成功誘導(dǎo)為特異的心肌細胞后，研究采用等位基因特異的 RNA 干擾（ RNAi ）將突變基因敲除后，細胞功能重新恢復(fù)正常。目前，人心肌細胞等位基因特異性RNAi 轉(zhuǎn)導(dǎo)方案尚未見報道，它的呈遞方法，安全性，劑量以及時效性在心血管疾病中的臨床應(yīng)用還有待更多實驗驗證。腺相關(guān)病毒（AAV ）高效轉(zhuǎn)導(dǎo)，持續(xù)表達，非致病原性以及有絲分裂后組織如心臟，骨骼肌，大腦等中高度易感性的優(yōu)勢，使之成為臨床試驗中最常用的基因轉(zhuǎn)運工具。在心血管AAV基因治療領(lǐng)域中，唯一進入臨床二期試驗的CUPID 心衰治療研究已初見成效，他們通過AAV1 將肌漿網(wǎng)鈣離子ATP酶（ SERCA2a ）經(jīng)冠脈內(nèi)注入，提高心肌細胞肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子回收能力。在為期 6 個月的治療后，心衰患者包括癥狀，功能狀態(tài)，左室功能/重構(gòu)和臨床后果在內(nèi)的多項參數(shù)指標得到顯著改善。越來越多AAV 相關(guān)心血管病基因治療研究在心肌病，心律失常，動脈粥樣硬化以及高血壓動物模型中取得成效，如兒茶酚胺敏感性室性心動過速（CPVT ） R33Q小鼠模型中，通過AAV9 將野生型CASQ2 基因經(jīng)腹腔導(dǎo)入體內(nèi)，可長期逆轉(zhuǎn)CPVT 表現(xiàn)。