1、1,药物基因组学,季敬璋,2,6.1概述,不同病人对同一药物表现出不同的药物治疗效果和毒副作用，一直困扰着临床医疗和制药业。比如，有的人仅仅接触极微量青霉素即发生过敏反应性休克，有的甚至死亡，而更多的人则无不良反应。,3,出现这种现象的原因,个体之间差异性,4,个体差异：P166,5,关注 个体和群体之间的遗传多态性遗传学基础,6,药物代谢遗传因素的决定性,基因,环境,H,G,F,E,D,C,B,A,D: 双香豆素,C: 阿司匹林,B: 安替比林,A: 保泰松,H: 二苯妥因,F: 水杨酸钠,E:异戊巴比妥,亲脂性药物,生物转化,亲水性代谢产物,药物重吸收,药物重吸收,肝脏,药物代谢,G: 锂
2、盐,排泄,7,多态性分子标记 p168,RFLPSTR or MSSNP,8,CYP2C9*2,No enzymatic activity,430CT (Arg144Cys),Cys,单核苷酸多态性 （SNP）,导致人类遗传易感性的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素,GT突变,野生型 突变型,9,SNP,定义： SNP是指基因组DNA双等位基因上单核苷酸的多态性。,10,SNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。因为SNP提供了一个强有力的工具，用于高危群体的发现、疾病相关基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物学的基础研究等。,11,导致了一门新学科药物基因组学的产生,12,早在2
3、0世纪50年代，人们就发现不同的遗传背景会导致药物反应的差异，如一些遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷患者在接受抗疟药伯氨喹治疗后，引发严重的溶血。,13,药物基因组学P165,概念： 通过DNA序列差异分析，从基因组水平上深入认识疾病和药物作用的个体差异机制，指导和优化药物设计和临床用药。,14,1990年10月，美国正式启动当时世界最大规模的“人类基因组计划”。1994年，中国先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能研究”。,人类基因的多态性,15,国外药物基因组学的研究动态 1997年6月28日,金赛特（巴黎）可伯特实验室宣布成立世界
4、上第一个独立的基因与制药公司研究药物基因组学，随后已有几十家公司已涉及此领域。目前，药物基因组学已涉及的研究领域包括：,16,17,药物基因组学就是一般的基因学吗？,18,药物基因组学和一般意义上基因学区别,19,药物基因组学的三个研究目标,20,为什么要研制符合人类不同个体的药物呢？,21,药物反应个体差异,年龄老年、儿童、新生儿,性别,身高、体重,环境因素食物/ 吸烟 / 合并用药,合并症,病程,药物反应个体差异机制,器官功能,基因型,22,身高，体重,年龄（老年人，儿童）,性别（男性，女性）,各人体质、器官功能不同,环境因素（如合并用药),影响药效的个体差异因素有,23,6.2药物基因组
5、学的研究方法p171,24,,LOGO,6.2.1药物基因组学的研究,大致分为三个阶段,1.,对一些相关基因进行研究以期发现它们是否存在一些有害的等位基因，并对其可能造成的结果进行预防,应用各种现代技术对一些不是很清楚的相关基因进行研究,2.,对整个基因组范围内相关基因的关系进行研究,3.,25,,LOGO,6.2.2药物基因组学的研究手段,采取“候选基因”策略,基因组范围内遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究,26,1.“候选基因”策略,主要是在给定某一药物的条件下，比较有反应者及无反应者靶基因多态性出现的频率。该方法的一个局限性是候选基因的选择需以给定药物的假定作用机制和(或)所治疗疾病
6、的病理生理学为根据。,27,2.遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究,SNP是基因组关联研究最常用的标志之一。据推测，人类整个基因组序列约有100万个SNP，它们可分布在编码区、内含子和启动子等区域，因此，进行多基因药理学特性相关研究时，SNP可作为涵盖整个基因组的有用标志物。,28,CYP2C9*2,No enzymatic activity,430CT (Arg144Cys),Cys,单核苷酸多态性 （SNP）,导致人类遗传易感性的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素,GT突变,野生型 突变型,29,6.3药物基因组学研究的内容,基因多态性与抗药性,30,6.3.1. 基因多态性
7、与药物毒性,药物代谢即药物生物转化，主要是通过药物分子的氧化、还原、水解等引入极性基团，使多数药物灭活。 这一过程需有药物代谢酶的催化，其中最主要的代谢酶是细胞色素P450 (CYP) 酶系。,31,1、细胞色素P450 (CYP) 酶系,32,（2）基因多态性与酶活性,CYP不仅存在种属差异，还具有基因和酶活性多态性。基因变异类型 超快速代谢型（UM）难达药效浓度 快速代谢型(extensive metabolizer, EM) 中等代谢型（IM） 慢代谢型（poor metabolizer, PM）易蓄积中毒,33,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
8、,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,达不到药物有效浓度而对药物无应答,药物在体内的蓄积而中毒,34,CYP2C19：白种人、美国黑人PM基因型约占3%5%，亚洲人为12%100%，其中中国人为15%，日本人19%23%，朝鲜人13%，均远高于白种人。 最基本的PM基因型是在CYP2C19外显子5的1个单碱基突变（CYP2C19m1），另一种在外显子4的突变（CYP2C19m2）可能只在亚洲人中出现。,35,(1) CYP3A4,CYP3A4是代谢药物最多的一种代谢酶，它代谢目前市场上55%的常用药物，如乙酰氨基酚、卡马西平、洛伐他汀、硝苯地平、长春碱等。,36,(2
9、) CYP2D6,CYP2D6是代谢药物种数仅次于CYP3A4的代谢酶，可代谢异喹胍、丙咪嗪、氯氮平、可待因、苯乙双胍、普罗帕酮、2受体阻滞药等常用药物，现已发现CYP2D6的变异体已超过70 种。,37,(3) CYP2C9,CYP2C9催化代谢大多数的抗凝药物, 该酶的基因变异会导致患者发生出血的严重不良反应, 甚至死亡。,38,抗凝血药物华法林,在标准剂量下CYP2C9变异的个体，通常表现为华法林抗凝作用的显著增强，增加患者发生出血的风险。,39,(4)突变型CYPAC9,突变型CYPAC9，它的144位Arg变为Cys，导致药物与氧化还原酶的亲合力降低,40,41,p179,5-氟尿嘧
10、啶(5-Fu)是临床上最广泛使用的肿瘤化疗药物之一。,42,2、二氢嘧啶脱氢酶 p179,二氢嘧啶脱氢酶(DPD)是5-FU代谢的限速酶，在其分解代谢中起关键作用。 DPD功能缺陷一方面可以提高活性5-FU代谢产物的浓度，但同时也会产生严重的毒性不良反应。,43,二氢嘧啶脱氢酶（DPD）是5-FU分解代谢的限速酶，在不同个体中，其活性最大波动范围可达20倍。DPD活性低的患者不能有效灭活5-FU，导致过量生成5-FdUMP，从而引起致命的胃肠、血液、神经毒性，反之，则降低5-FU的抗瘤作用。 随着对DPYD研究的深入，目前已发现40余种突变位点并对部分位点的发生频率进行了研究。,44,最常见的
11、无活性突变体是一处剪切位点突变（IVS14+1GA突变（DPYD*2A）（发生于第14号外显子和内含子接合处的恒定剪接位点 GT位，使GT突变为AT，在形成mRNA过程中跳过第14号外显子，使DPD mRNA丢失长度为165 bp的片段，导致DPD 氨基酸序列中缺少581-635位的55个氨基酸，生成截短的 DPD）。,45,2. 5-氟尿嘧啶（5-FU）与胸苷合成酶,胸苷合成酶TYMS遗传多态性与5-FU应答变异性相关。,46,TS基因5端启动增强子区存在串联重复序列（TSER）多态性 它含有多个拷贝重复序列的等位基因，分别命名为TSER*2（2R）、 TSER*3（3R） 、 TSER*4
12、（4R） 、 TSER*5（5R） 、 TSER*9（9R）。研究显示2R和3R是最重要的等位基因型。在中国和日本人中3R/3R基因型的发生率（67%）明显高于白种人和西亚人（38%）。许多实验研究认为增加重复序列的数量导致TS mRNA水平及蛋白质表达的升高。 大多数结直肠癌研究表明TSER*2纯合子比TSER*2/*3杂合子和TSER*3纯合子对5Fu为基础的化疗敏感，且预后要好。中位生存期由TSER*2纯合子的16个月下降到TSER*3纯合子的12个月。TS的基因型在研究中表明是一个无进展生存和总生存的独立预测因素。,47,TSER*3等位基因的第二重复区内存在GC SNP（分别称为3R
13、G和3RC等位基因）。该多态性破坏转录因子上游刺激因子1（USF1）结合位点而影响TS表达。3非翻译区终止密码子下游447bp处的6bp缺失，这个多态性能预测结直肠癌对含5Fu的方案敏感。,48,3. 他莫昔芬与CYP2D6,他莫昔芬（Tamoxifen）是一种选择性雌激素受体调节剂。它的结构与雌激素相似，能与雌激素竞争结合雌激素受体，阻止雌激素作用的发挥，从而抑制雌激素介导的乳腺癌细胞的增殖。,他莫昔芬与CYP2D6,49,CYP2D6是他莫昔芬的主要代谢酶之一，能活化他莫昔芬成为endoxifen而产生药效。CYP2D6酶活性同基因型密切相关，分为超快代谢（Wt/Wt），强代谢（Wt/Vt
14、），中间代谢（Vt/Vt 携带致酶功能降低的等位基因，），弱代谢（Vt/Vt 携带两个无效等位基因）。CYP2D6基因型同癌症复发风险和热潮红的发生率相关，CYP2D6 *10/*10，CYP2D6 *4/*4复发风险较高。,50,51,CYP2D6基因型同他莫昔芬治疗的乳腺癌患者的无疾病进展期，中位生存期密切相关，可作为他莫昔芬治疗的疗效预测指标；CYP2D6 Wt/Wt疗效最佳，CYP2D6 *4/*4，CYP2D6 *10/*10（亚洲人群约占53%）或杂合型*4/Wt疗效较差，血液中活性代谢产物endoxifen浓度显著降低。,52,6.4 药物基因组学研究的应用前景p185,53,6
15、.4.1.在新药开发中的应用,54,（1）加速新药的发现 由于基因组学规模大、手段新、系统性强，药物基因组学可以直接加速新药的发现。,55,（2）挽救试验中失败的药物 已被淘汰的或未被批准的药物中，可能存在对某些病人有很好疗效的药物。如果对这类药物配上基因标签，表明对某类人群有效，那么应用基因芯片技术对特定人群的前期基因诊断，可能有助于新药的开发。,56,6.4.2.在合理用药中的应用,合理用药是指根据疾病种类、患者状况和药理学理论选择最佳的药物及其制剂,制定或调整给药方案,以期有效、安全、经济地防治和治愈疾病的措施。其核心是个体化给药,57,把“试误医学”当做标准医疗模式是不完善的,旧的医学
16、模式: 反复尝试，不断摸索-“试误医学” （Trial and Error Medicine）,个体化用药,循证医学：以群体数据为依据，对个体来说，仍为反复尝试，不断摸索，达到理想治疗的过程,58,个体化给药,对于个体的病人要确保药物的安全性、有效性和个体化的合适剂量，需要个体化给药。药物基因组学可以针对不同的基因型“量身定做”药物，从而将药物的药效充分发挥而不良反应减少到最小。,59,1999年4月19日，美国首次向世界提出了开发以遗传为导向的个体化用药。2005年3月22日，美国FDA颁布了“药物基因组学资料呈递（Pharmacogenomic Data Submissions）指南”。
17、该新指南表明，美国政府正在通过官方途径来支持和提倡个体化用药。,60,风险分析,筛选/诊断,个体化医学,预测,监测,发病易感遗传缺陷,预后,早期查出,预测可能的发病过程,预测对药物的可能反应,监测药物反应和发病反复,健康状态,无症状疾病状态,慢性疾病/接受治疗状态,合理治疗的适应,病人分层 / 治疗选择,有症状疾病状态,61,个体化医学-基因组学医学-21世纪医学,针对每个个体的基因谱，进行个体化的终身疾病检测、预防和治疗,预警(Predictive) 疾病概率史-DNA序列定期体检和血液带白参数检测预防(Preventive) 生活方式的改变和避免危险因素疫苗重点在疗养个体化治疗(Perso
18、nalized therapy) 根据个体的独特遗传变异, 选择合适药物和治疗方案开发针对独特遗传变异人群的药物参与(Participatory) 病人了解疾病并参与用药选择,62,个体化用药,新的医学模式:个体化治疗 （Personalized Therapy），根据分子诊断提出治疗方案,诊断,分子诊断-预测反应,治疗,理想反应,打破试误医学的循环,63,个体化用药-个体化医学的先行领域,病人,A 药,ADR,B 药,循证医学,病人,分子诊断,ADR,目标药,个体化用药,健康体系,循证医学,个体化用药,疗效不同-浪费资源和时间常见和不可预知的药物不良反应,量体裁衣治疗提高疗效，减少不良反应,
