孙奋勇-药物代谢酶及药物作用靶点基因检测及临床应用 同济大学附属第十人民医院

药物基因组学与临床应用孙奋勇同济大学附属第十人民医院内 容 提 要 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种族差异个体差异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)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。遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的作用保泰松安替匹林阿司匹林双香豆素Genes异戊巴比妥水扬酸锂Environment苯妥英I糖尿病冠心病原发性高血压病男性心肌梗死乳腺癌II糖尿病20%30%0 4%0%50%60%70%80%90%100%个体差异的主要原因是遗传变异身高基因型体重环境因素食物/吸烟/合并用药年龄老年、儿童、新生儿疾病过程合并疾病性别药物基因组学和遗传药理学 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。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（genetic polymorphism）-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（single nucleotide polymorphism，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。所有人的DNA序列99.9%相同 人类仅有0.1%的DNA是不同的 这0.1%的差别有重要意义吗?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。药 物药物代谢酶基因多态性wt/wtwt/mm/mwt/wt wt/m m/mwt/wt wt/m m/mwt/wtwt/m m/m药物作用靶蛋白基因多态性疗效与毒副作用药物反应个体差异在临床极为普遍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，才能产生相同的受体阻滞效应。400 Whites(n=9)Chinese(n=10)600400200080060040020003002001000*Supine Upright*024681012Supine Upright ExerciseHours中国人和白人普萘洛尔代谢差异中国人和白人普萘洛尔反应差异Zhou HH,et al.N Eng J Med 1989;320:565-70(IF=44.016)药物代谢、效应和安全性有种族差异AtropineMorphinePlasma propranololPropranolol无效率（%）药 物 三环类抗抑郁药2 501 351 301 252 45 受体阻断药 血管紧张素转换酶抑制药 H 再摄取抑制药（SSR）H 受体激动药 羟 甲戊二酰辅酶 还原酶抑制药 1 30 干扰素 抗癌药3 702 70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治疗窗A 种族治疗无效率增加B 种族毒性发生率增加血浆浓度二、遗传变异与药物反应的差异1 细胞色素P45 酶系基因多态性细 胞 色 素 P450 酶 系(cytochrome p450,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分子构象与药物作用相关的基因多态性很多均表现基因剂量效应基因组基因基因多态性药物代谢酶药物转运体药物靶点药物代谢动力学药物效应动力学药物效应和毒性差异YP45 超家族中各酶的基因多态性CYPs1A12A6 2B62C8-2C9 2C192D62E13A占肝CY 总量的%1 154-1-1551.2.52 2571-2 404 60-在药物代谢中所占%导致慢代谢的重要突变5-1 20-*2,*3,*2,*3*2,*3,*3,*4,*5,*4,4,*520%6%7%-10,*17中国 黄种 人（PM）白人(PM)-1%1%1%-2%-10%19%黑人（PM）-导致极快代谢的突变-*N(N=2,3,4,5,13)中国 黄种 人（UM）白人(UM)-1%7%-黑人（UM）埃塞俄比亚)2 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。中国人CYP2D6*10 的高频率导致其底物代谢显著低于白人CYP2D6种族差异地昔帕明（Desipramin）口服清除率中国人中比白种人低40%氯米帕明（Clomipramin）日本人口服清除率是瑞典白人的1/5（12 vs 62.7 L/hr)氟哌啶醇（Haloperido）中国人的 AUC 比白人和黑人高 4 50%美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系Fux et al.,CPT 20061009080706050403020100浓度相差：60 倍80.550.814.23.91.3UM100EMEM/het.IMPM100100100100Dose mg普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系16001400120010008006004002000剂量：3 x 150 mg/day房颤：安慰剂：普罗帕酮：33%16%-阻滞CNS副反应108069515%Afib12718%Afib33EMEMIMPM野生/野生野生/突变 低活性突变/无活性突变/低活性突变 无活性突变CYP2C9 CYP2C 是药物代谢酶中的主要成员，占肝微粒体P45 总量的25%，仅次于CYP3 居于第二位.CYP2C9 的遗传多态性存在明显的种族差异。CYP2C9*、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*3CYP2C9*3/*3CYP2C9*1/*3CYP2C9*1/*1100806040200甲苯磺丁脲格列本脲格列甲嗪格列美脲那格列奈Shon 2002,Niemi 2002Kidd 1999Niemi 2002Kirchheiner 2004Lee 2002,Kirchheiner 2002Kirchheiner 2002收缩压舒张压PC)Thr73lle(218CT)Arg723Gln(2168GA)Arg1058Gln(3173GA)W-MRP1/ABCC1Cisplatin0.9 0.241.1 0.0917.8 3.1514.3 0.7512.6 2.0910.8 1.335.4 1.3611.3 3.110.9 0.140.9 0.1617.2 2.3715.1 0.9111.5 1.9210.5 1.585.7 1.6011.1 2.910.8 0.180.9 0.2119.7 1.9814.6 1.5213.0 1.846.7 0.955.6 1.048.8 2.400.7 0.201.1 0.229.0 1.683.6 1.204.4 0.676.2 0.902.8 1.263.7 1.151.1 0.101.0 0.168.7 2.622.3 1.036.6 1.0510.7 1.265.4 1.6211.1 2.82PaclitaxelDaunorubicinDoxorubicinEtoposideMethotrexateVinblastineVincristineYin et al.Pharmacogenetics and Genomics 2009,19:206-216那格列奈(nateglinide)的药物代谢动力学受SLCO1B1 T521C 多态性影响SLCO1B1genotypes(ng/mL)CmaxT1/2(h)AUC(ngh/mL)AUC(ngh/mL)8521TT27081.245350.35705.1 244 0.12 529.7 523.4521TC&521CC4887 4751.84 0.3110156.9 667.610829.1824.4P value 0.0010.05 0.001 DDII DDII DDII DDII DD依那普利AC 活性降低左心室肥厚康复和左室损伤性舒张期充盈度改善肾血流量增加和肾血管阻力降低DB 降低卡托普利咪达普利福辛普利SB 和DB 降低The efficacy rate of enalapril in the treatment ofhypertensive patients with different ACE genotypesACEHighefficacy inefficacyTotalgenotypes efficacyefficacy rateDD(n=2）15623591.30%*85.71%*79.16%ID(n=21)II(n=24)7511142受体基因ADRB2 的两个多态性100-75-50-25-0-16Arg/Arg27Gln/GluGln/Gln Glu/Glu异丙肾上腺素的血管扩张作用20151050024 6 8 10 12 14沙丁胺醇的气管扩张作用1 受体多态性异丙肾上腺素的1 受体激动作用与基因多态性相关Ser49GlyArg389Gly389Concentration of isoprenaline美托洛尔对心血管系统的影响与 1-受体的基因型相关Resting r=0.585 P0.01 r=0.746 P0.011614121412101086420864201020406080100020406080Plasma metoprolol(ng/mL)Plasma metoprolol(ng/mL)r=0.807 P0.0114 r=0.663 P0.01454035302520151210861420100550020406080100020406080Plasma metoprolol(ng/mL)Plasma metoprolol(ng/mL)Arg389 Gly389美托洛尔不同剂量在1-受体不同基因型中的心血管效应152016128Gly/GlyArg/ArgP=0.017Gly/GlyArg/ArgP=0.00810540075mg150mg225mg75mg150mg225mg2516128P=0.442Gly/GlyArg/ArgP=0.011Gly/GlyArg/Arg2015105