藥物基因組學(xué)20160401

1、1藥物基因組學(xué)藥物基因組學(xué)季敬璋季敬璋26.1概述 不同病人對(duì)同一藥物表現(xiàn)出不同的藥物治療效果和毒副作用，一直困擾著臨床醫(yī)療和制藥業(yè)。 比如，有的人僅僅接觸極微量青霉素即發(fā)生過敏反應(yīng)性休克，有的甚至死亡，而更多的人則無不良反應(yīng)。3出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因12藥代酶、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、藥物作用靶點(diǎn)等藥物相關(guān)基因的多態(tài)性和表達(dá)水平不同3最常見的是SNP（單核苷酸多態(tài)性）個(gè)體之間差異性4 個(gè)體差異：個(gè)體差異：P1665 關(guān)注關(guān)注 個(gè)體和群體之間的遺傳多態(tài)性個(gè)體和群體之間的遺傳多態(tài)性 遺傳學(xué)基礎(chǔ)遺傳學(xué)基礎(chǔ)6藥物代謝遺傳因素的決定性藥物代謝遺傳因素的決定性基因基因環(huán)境環(huán)境0%10%20%30%40%50% 60%

2、70%80%90% 100%HGFEDCBAD: 雙香豆素雙香豆素C: 阿司匹林阿司匹林B: 安替比林安替比林A: 保泰松保泰松H: 二苯妥因二苯妥因F: 水楊酸鈉水楊酸鈉E:異戊巴比妥異戊巴比妥 親脂性藥物親脂性藥物生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化親水性代謝產(chǎn)物親水性代謝產(chǎn)物藥物重吸收藥物重吸收藥物重吸收藥物重吸收肝臟肝臟藥物代謝藥物代謝G: 鋰鹽鋰鹽排泄排泄7多態(tài)性分子標(biāo)記多態(tài)性分子標(biāo)記 p168 RFLP STR or MS SNP810q24.2Chromosome 10CYP2C9 genen9 Exonn55kbn490 AA10q24.2C CGGT TA ASNPCYP2C9*1Normal

3、enzymatic activityG A G G A C C G T G T T C A AGluAspArgValGln53CYP2C9*2No enzymatic activityT430CT (Cys單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性 （SNP）n導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素n導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素GT突變突變野生型野生型 突變型突變型9SNP 定義： SNP是指基因組DNA雙等位基因上單核苷酸的多態(tài)性。10 SNP研究是研究是人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃走向應(yīng)用走向應(yīng)用的重要步驟。因?yàn)榈闹匾襟E。因?yàn)镾NP提供了

4、一個(gè)強(qiáng)有力提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具，用于高危群體的發(fā)現(xiàn)、疾病相關(guān)的工具，用于高危群體的發(fā)現(xiàn)、疾病相關(guān)基因的鑒定、藥物的設(shè)計(jì)和測(cè)試以及生物基因的鑒定、藥物的設(shè)計(jì)和測(cè)試以及生物學(xué)的基礎(chǔ)研究等。學(xué)的基礎(chǔ)研究等。11 導(dǎo)致了一門新學(xué)科藥物基因組學(xué)的產(chǎn)生12 早在20世紀(jì)50年代，人們就發(fā)現(xiàn)不同的遺傳背景會(huì)導(dǎo)致藥物反應(yīng)的差異，如一些遺傳性葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺陷患者在接受抗瘧藥伯氨喹治療后，引發(fā)嚴(yán)重的溶血。13藥物基因組學(xué)藥物基因組學(xué)P165 概念：概念： 通過通過DNA序列差異分析，從基因組水序列差異分析，從基因組水平上深入認(rèn)識(shí)疾病和藥物作用的個(gè)體差異平上深入認(rèn)識(shí)疾病和藥物作用的個(gè)體差異機(jī)制，指導(dǎo)和優(yōu)

5、化藥物設(shè)計(jì)和臨床用藥。機(jī)制，指導(dǎo)和優(yōu)化藥物設(shè)計(jì)和臨床用藥。14 1990年10月，美國(guó)正式啟動(dòng)當(dāng)時(shí)世界最大規(guī)模的“人類基因組計(jì)劃”。 1994年，中國(guó)先后啟動(dòng)了“中華民族基因組中若干位點(diǎn)基因結(jié)構(gòu)的研究”和“重大基因相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究”。人類基因的多態(tài)性人類基因的多態(tài)性15 國(guó)外藥物基因組學(xué)的研究動(dòng)態(tài) 1997年6月28日,金賽特（巴黎）可伯特實(shí)驗(yàn)室宣布成立世界上第一個(gè)獨(dú)立的基因與制藥公司研究藥物基因組學(xué)，隨后已有幾十家公司已涉及此領(lǐng)域。目前，藥物基因組學(xué)已涉及的研究領(lǐng)域包括： 1617 藥物基因組學(xué)就是一般的基因?qū)W嗎？18藥物基因組學(xué)和一般意義上基因?qū)W藥物基因組學(xué)和一般意義上

6、基因?qū)W區(qū)別區(qū)別1藥物基因組學(xué)藥物基因組學(xué)不是以發(fā)現(xiàn)人不是以發(fā)現(xiàn)人體基因組基因體基因組基因?yàn)橹饕康臑橹饕康?相對(duì)簡(jiǎn)單地運(yùn)相對(duì)簡(jiǎn)單地運(yùn)用已知的基因用已知的基因理論改善病人理論改善病人的治療的治療3以藥物效應(yīng)及以藥物效應(yīng)及安全性為目標(biāo)，安全性為目標(biāo)，研究各種基因研究各種基因變異與藥效及變異與藥效及安全性的關(guān)系安全性的關(guān)系19藥物基因組學(xué)的三個(gè)研究目標(biāo)研究人類對(duì)疾病的治療研究人類對(duì)疾病的治療研制符合人類不同個(gè)體的藥物研制符合人類不同個(gè)體的藥物把藥物或療法的副作用降至最把藥物或療法的副作用降至最低，而把療效提至最高低，而把療效提至最高20 為什么要研制符合人類不同個(gè)體的藥物呢？21藥物反應(yīng)個(gè)體差異年

7、年齡齡老老年年、兒童兒童、新生兒新生兒 性性別別身身高高、體、體重重環(huán)環(huán)境境因素因素食食物物/ 吸吸煙煙 / 合合并并用藥用藥 合并合并癥癥病病程程 藥物反應(yīng)個(gè)體差異機(jī)制藥物反應(yīng)個(gè)體差異機(jī)制器器官官功能功能基因型基因型22身高，體重身高，體重年齡（老年人，兒童）年齡（老年人，兒童）性別（男性，女性）性別（男性，女性）各人體質(zhì)、器官功能不同各人體質(zhì)、器官功能不同環(huán)境因素（如合并用藥環(huán)境因素（如合并用藥)影響藥效的個(gè)體影響藥效的個(gè)體差異因素有差異因素有236.2藥物基因組學(xué)的研究方法LOGO6.2.1藥物基因組學(xué)的研究大致分為三個(gè)階段大致分為三個(gè)階段1.對(duì)一些相關(guān)基因?qū)σ恍┫嚓P(guān)基因進(jìn)行研究以期發(fā)進(jìn)

8、行研究以期發(fā)現(xiàn)它們是否存在現(xiàn)它們是否存在一些有害的等位一些有害的等位基因，并對(duì)其可基因，并對(duì)其可能造成的結(jié)果進(jìn)能造成的結(jié)果進(jìn)行預(yù)防行預(yù)防應(yīng)用各種現(xiàn)代技應(yīng)用各種現(xiàn)代技術(shù)對(duì)一些不是很術(shù)對(duì)一些不是很清楚的相關(guān)基因清楚的相關(guān)基因進(jìn)行研究進(jìn)行研究2.對(duì)整個(gè)基因組范對(duì)整個(gè)基因組范圍內(nèi)相關(guān)基因的圍內(nèi)相關(guān)基因的關(guān)系進(jìn)行研究關(guān)系進(jìn)行研究LOGO6.2.2藥物基因組學(xué)的研究手段采取采取“候選基因候選基因”策略策略基因組范圍內(nèi)遺傳標(biāo)志物和藥物反應(yīng)基因組范圍內(nèi)遺傳標(biāo)志物和藥物反應(yīng)表型之間的關(guān)聯(lián)研究表型之間的關(guān)聯(lián)研究261.“候選基因”策略 主要是在給定某一藥物的條件下，比較有反應(yīng)者及無反應(yīng)者靶基因多態(tài)性出現(xiàn)的頻率。該

9、方法的一個(gè)局限性是候選基因的選擇需以給定藥物的假定作用機(jī)制和(或)所治療疾病的病理生理學(xué)為根據(jù)。272.遺傳標(biāo)志物和藥物反應(yīng)表型之間的關(guān)聯(lián)研究 SNP是基因組關(guān)聯(lián)研究最常用的標(biāo)志之一。據(jù)推測(cè)，人類整個(gè)基因組序列約有100萬個(gè)SNP，它們可分布在編碼區(qū)、內(nèi)含子和啟動(dòng)子等區(qū)域，因此，進(jìn)行多基因藥理學(xué)特性相關(guān)研究時(shí)，SNP可作為涵蓋整個(gè)基因組的有用標(biāo)志物。2810q24.2Chromosome 10CYP2C9 genen9 Exonn55kbn490 AA10q24.2C CGGT TA ASNPCYP2C9*1Normal enzymatic activityG A G G A C C G T

10、G T T C A AGluAspArgValGln53CYP2C9*2No enzymatic activityT430CT (Cys單核苷酸多態(tài)性單核苷酸多態(tài)性 （SNP）n導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素n導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素GT突變突變野生型野生型 突變型突變型296.3藥物基因組學(xué)研究的內(nèi)容基因多態(tài)性與藥物毒性基因多態(tài)性與藥物毒性1基因多態(tài)性與藥效基因多態(tài)性與藥效23基因多態(tài)性和群體基因多態(tài)性和群體4基因多態(tài)性與抗藥性基因多態(tài)性與抗藥性306.3.1. 基因多態(tài)性與藥物毒性 藥物代謝即藥物生物轉(zhuǎn)化，主要是通過

11、藥物分子的氧化、還原、水解等引入極性基團(tuán)，使多數(shù)藥物滅活。 這一過程需有藥物代謝酶的催化，其中最主要的代謝酶是細(xì)胞色素P450 (CYP) 酶系。311、細(xì)胞色素P450 (CYP) 酶系CYPCYPAC9CYP2C9CYP3A4CYP2D632（2）基因多態(tài)性與酶活性 CYP不僅存在種屬差異，還具有基因和酶活性多態(tài)性。 基因變異類型 超快速代謝型（UM）難達(dá)藥效濃度 快速代謝型(extensive metabolizer, EM) 中等代謝型（IM） 慢代謝型（poor metabolizer, PM）易蓄積中毒33藥物代謝酶表型和效應(yīng) （基因劑量效應(yīng)）-藥物代謝酶基因型最低有效濃度最小毒性

12、濃度血漿藥物濃度慢代謝者 中間代謝者 超快代謝者達(dá)不到藥物有效濃度而對(duì)藥物無應(yīng)答藥物在體內(nèi)的蓄積而中毒34 CYP2C19：白種人、美國(guó)黑人PM基因型約占3%5%，亞洲人為12%100%，其中中國(guó)人為15%，日本人19%23%，朝鮮人13%，均遠(yuǎn)高于白種人。 最基本的PM基因型是在CYP2C19外顯子5的1個(gè)單堿基突變（CYP2C19m1），另一種在外顯子4的突變（CYP2C19m2）可能只在亞洲人中出現(xiàn)。 35(1) CYP3A4 CYP3A4是代謝藥物最多的一種代謝酶，它代謝目前市場(chǎng)上55%的常用藥物，如乙酰氨基酚、卡馬西平、洛伐他汀、硝苯地平、長(zhǎng)春堿等。36(2) CYP2D6 CYP2

13、D6是代謝藥物種數(shù)僅次于CYP3A4的代謝酶，可代謝異喹胍、丙咪嗪、氯氮平、可待因、苯乙雙胍、普羅帕酮、2受體阻滯藥等常用藥物，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)CYP2D6的變異體已超過70 種。37(3) CYP2C9 CYP2C9催化代謝大多數(shù)的抗凝藥物, 該酶的基因變異會(huì)導(dǎo)致患者發(fā)生出血的嚴(yán)重不良反應(yīng), 甚至死亡。38抗凝血藥物華法林 在標(biāo)準(zhǔn)劑量下CYP2C9變異的個(gè)體，通常表現(xiàn)為華法林抗凝作用的顯著增強(qiáng)，增加患者發(fā)生出血的風(fēng)險(xiǎn)。39(4)突變型CYPAC9 突變型CYPAC9，它的144位Arg變?yōu)镃ys，導(dǎo)致藥物與氧化還原酶的親合力降低 4041p179p179 5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-Fu)(5-F

14、u)是臨床上最廣泛使用是臨床上最廣泛使用的的腫瘤化療腫瘤化療藥物之一。藥物之一。422 2、二氫嘧啶脫氫酶、二氫嘧啶脫氫酶 p179p179 二氫嘧啶脫氫酶二氫嘧啶脫氫酶(DPD)(DPD)是是5-FU5-FU代謝的代謝的限限速酶速酶，在其分解代謝中起關(guān)鍵作用。，在其分解代謝中起關(guān)鍵作用。 DPDDPD功能缺陷一方面可以提高活性功能缺陷一方面可以提高活性5-FU5-FU代謝產(chǎn)物的濃度，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的代謝產(chǎn)物的濃度，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的毒性不良反應(yīng)。毒性不良反應(yīng)。43 二氫嘧啶脫氫酶（DPD）是5-FU分解代謝的限速酶，在不同個(gè)體中，其活性最大波動(dòng)范圍可達(dá)20倍。DPD活性低的患者不能有效

15、滅活5-FU，導(dǎo)致過量生成5-FdUMP，從而引起致命的胃腸、血液、神經(jīng)毒性，反之，則降低5-FU的抗瘤作用。 隨著對(duì)DPYD研究的深入，目前已發(fā)現(xiàn)40余種突變位點(diǎn)并對(duì)部分位點(diǎn)的發(fā)生頻率進(jìn)行了研究。44 最常見的無活性突變體是一處剪切位點(diǎn)突變（IVS14+1GA突變（DPYD*2A）（發(fā)生于第14號(hào)外顯子和內(nèi)含子接合處的恒定剪接位點(diǎn) GT位，使GT突變?yōu)锳T，在形成mRNA過程中跳過第14號(hào)外顯子，使DPD mRNA丟失長(zhǎng)度為165 bp的片段，導(dǎo)致DPD 氨基酸序列中缺少581-635位的55個(gè)氨基酸，生成截短的 DPD）。452. 5-氟尿嘧啶（5-FU）與胸苷合成酶 TSN5, N10-

16、甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+ 胸苷合成酶TYMS遺傳多態(tài)性與5-FU應(yīng)答變異性相關(guān)。46 TS基因5端啟動(dòng)增強(qiáng)子區(qū)存在串聯(lián)重復(fù)序列（TSER）多態(tài)性 它含有多個(gè)拷貝重復(fù)序列的等位基因，分別命名為TSER*2（2R）、 TSER*3（3R） 、 TSER*4（4R） 、 TSER*5（5R） 、 TSER*9（9R）。研究顯示2R和3R是最重要的等位基因型。在中國(guó)和日本人中3R/3R基因型的發(fā)生率（67%）明顯高于白種人和西亞人（38%）。許多實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為增加重復(fù)序列的數(shù)量導(dǎo)致TS mRNA水平及蛋白質(zhì)表達(dá)的升高。 大多數(shù)結(jié)直腸癌研究表明TSER*2純合子比TSE

17、R*2/*3雜合子和TSER*3純合子對(duì)5Fu為基礎(chǔ)的化療敏感，且預(yù)后要好。中位生存期由TSER*2純合子的16個(gè)月下降到TSER*3純合子的12個(gè)月。TS的基因型在研究中表明是一個(gè)無進(jìn)展生存和總生存的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。47 TSER*3等位基因的第二重復(fù)區(qū)內(nèi)存在GC SNP（分別稱為3RG和3RC等位基因）。該多態(tài)性破壞轉(zhuǎn)錄因子上游刺激因子1（USF1）結(jié)合位點(diǎn)而影響TS表達(dá)。 3非翻譯區(qū)終止密碼子下游447bp處的6bp缺失，這個(gè)多態(tài)性能預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌對(duì)含5Fu的方案敏感。483. 他莫昔芬與CYP2D6 他莫昔芬（Tamoxifen）是一種選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑。它的結(jié)構(gòu)與雌激素相似，能與雌激

18、素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合雌激素受體，阻止雌激素作用的發(fā)揮，從而抑制雌激素介導(dǎo)的乳腺癌細(xì)胞的增殖。他莫昔芬與CYP2D649 CYP2D6是他莫昔芬的主要代謝酶之一，能活化他莫昔芬成為endoxifen而產(chǎn)生藥效。CYP2D6酶活性同基因型密切相關(guān)，分為超快代謝（Wt/Wt），強(qiáng)代謝（Wt/Vt），中間代謝（Vt/Vt 攜帶致酶功能降低的等位基因，），弱代謝（Vt/Vt 攜帶兩個(gè)無效等位基因）。 CYP2D6基因型同癌癥復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和熱潮紅的發(fā)生率相關(guān)，CYP2D6 *10/*10，CYP2D6 *4/*4復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較高。5051 CYP2D6基因型同他莫昔芬治療的乳腺癌患者的無疾病進(jìn)展期，中位生存期密切相關(guān)，可作

19、為他莫昔芬治療的療效預(yù)測(cè)指標(biāo)；CYP2D6 Wt/Wt療效最佳，CYP2D6 *4/*4，CYP2D6 *10/*10（亞洲人群約占53%）或雜合型*4/Wt療效較差，血液中活性代謝產(chǎn)物endoxifen濃度顯著降低。526.4 藥物基因組學(xué)研究的應(yīng)用前景p185中醫(yī)藥現(xiàn)代化的研究中醫(yī)藥現(xiàn)代化的研究4.巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)3.在合理用藥中的應(yīng)用在合理用藥中的應(yīng)用2.在新藥開發(fā)中的應(yīng)用在新藥開發(fā)中的應(yīng)用 1.536.4.1.在新藥開發(fā)中的應(yīng)用加速新藥開發(fā)的進(jìn)程挽救試驗(yàn)中失敗的藥物54 （1）加速新藥的發(fā)現(xiàn) 由于基因組學(xué)規(guī)模大、手段新、系統(tǒng)性強(qiáng)，藥物基因組學(xué)可以直接加速新藥的發(fā)現(xiàn)。55 （

20、2）挽救試驗(yàn)中失敗的藥物 已被淘汰的或未被批準(zhǔn)的藥物中，可能存在對(duì)某些病人有很好療效的藥物。如果對(duì)這類藥物配上基因標(biāo)簽，表明對(duì)某類人群有效，那么應(yīng)用基因芯片技術(shù)對(duì)特定人群的前期基因診斷，可能有助于新藥的開發(fā)。566.4.2.在合理用藥中的應(yīng)用 合理用藥是指根據(jù)疾病種類、患者狀況和藥理學(xué)理論選擇最佳的藥物及其制劑,制定或調(diào)整給藥方案,以期有效、安全、經(jīng)濟(jì)地防治和治愈疾病的措施。其核心是個(gè)體化給藥57把把“試誤醫(yī)學(xué)試誤醫(yī)學(xué)”當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療模當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)療模式是不完善的式是不完善的舊的醫(yī)學(xué)模式舊的醫(yī)學(xué)模式: 反復(fù)嘗試，不斷摸索反復(fù)嘗試，不斷摸索-“試誤醫(yī)學(xué)試誤醫(yī)學(xué)” （Trial and Error M

21、edicine）個(gè)體化用藥個(gè)體化用藥循證醫(yī)學(xué)：以群體數(shù)據(jù)為依據(jù)，循證醫(yī)學(xué)：以群體數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)個(gè)體來說，仍為反復(fù)嘗試，不對(duì)個(gè)體來說，仍為反復(fù)嘗試，不斷摸索，達(dá)到理想治療的過程斷摸索，達(dá)到理想治療的過程58個(gè)體化給藥 對(duì)于個(gè)體的病人要確保藥物的安全性、有效性和個(gè)體化的合適劑量，需要個(gè)體化給藥。藥物基因組學(xué)可以針對(duì)不同的基因型“量身定做”藥物，從而將藥物的藥效充分發(fā)揮而不良反應(yīng)減少到最小。 59 1999年4月19日，美國(guó)首次向世界提出了開發(fā)以遺傳為導(dǎo)向的個(gè)體化用藥。2005年3月22日，美國(guó)FDA頒布了“藥物基因組學(xué)資料呈遞（Pharmacogenomic Data Submissions）指南”。 該新指南表明，美國(guó)政府正在通過官方途徑來支持和提倡個(gè)體化用藥。60風(fēng)險(xiǎn)分析風(fēng)險(xiǎn)分析篩選篩選/診斷診斷個(gè)體化醫(yī)學(xué)個(gè)體化醫(yī)學(xué)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)發(fā)病易感遺發(fā)病易感遺傳缺陷傳缺陷預(yù)后預(yù)后早期查出早期查出預(yù)測(cè)可能的發(fā)預(yù)測(cè)可能的發(fā)病過程病過程預(yù)測(cè)對(duì)藥物的預(yù)測(cè)對(duì)藥物的可能反應(yīng)可能反應(yīng)監(jiān)測(cè)藥物反應(yīng)和監(jiān)測(cè)藥物反應(yīng)和發(fā)病反復(fù)發(fā)病反復(fù)健康狀態(tài)健康狀態(tài)無癥狀疾病狀態(tài)無癥狀疾病狀態(tài)慢性疾病慢性疾病/接受接受治療狀態(tài)治療狀態(tài)合理治療的適