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1、基因遗传多态性在药物动力学基因遗传多态性在药物动力学研究中的意义研究中的意义李李 金金 恒恒 南京军区总医院临床药理科南京军区总医院临床药理科 南京南京 2100022100028/11/20241随着医学生物技术的发展日新月异，新的药随着医学生物技术的发展日新月异，新的药物层出不穷，但人类在与疾病作斗争的过程中仍物层出不穷，但人类在与疾病作斗争的过程中仍然面临着许多重大难题，如药物疗效个体差异大，然面临着许多重大难题，如药物疗效个体差异大，总有效率捉摸不定；或药物的不良反应严重，导总有效率捉摸不定；或药物的不良反应严重，导致巨大的精神和经济损失。致巨大的精神和经济损失。临床用药中常可见到同种
2、疾病的患者对相同的临床用药中常可见到同种疾病的患者对相同的药物可以产生不同的反应。有人表现出高度敏感性，药物可以产生不同的反应。有人表现出高度敏感性，或容易产生不良反应；有的却表现为耐受性，即为或容易产生不良反应；有的却表现为耐受性，即为药物反应的个体差异。药物反应的个体差异。8/11/20242生命演化过程中基因的趋异进化和遗传多态性增生命演化过程中基因的趋异进化和遗传多态性增加了临床用药的复杂性。加了临床用药的复杂性。1.小分子药物在体内作用的靶分子不可能具有绝对专小分子药物在体内作用的靶分子不可能具有绝对专一性，如一性，如G蛋白偶联受体超家族约有蛋白偶联受体超家族约有2000个，很难个，
3、很难避免它们与某种药物不发生交叉作用。避免它们与某种药物不发生交叉作用。2.不同个体内所含结合药物的转运蛋白、药物代谢酶不同个体内所含结合药物的转运蛋白、药物代谢酶存在着差异，使机体对药物的处置有所不同。存在着差异，使机体对药物的处置有所不同。8/11/20243药物体内过程的个体差异药物体内过程的个体差异虽然引起药物反应个体差异的原因很多，但遗传虽然引起药物反应个体差异的原因很多，但遗传因素起相当重要的作用。因素起相当重要的作用。Science：药物代谢酶、转运药物的蛋白质、药物代谢酶、转运药物的蛋白质、受体和其它药物靶体的遗传多态性与药物效应和毒性受体和其它药物靶体的遗传多态性与药物效应和
4、毒性的个体差异密切相关。的个体差异密切相关。药物的体内过程：吸收、分布、代谢、排泄药物的体内过程：吸收、分布、代谢、排泄 * * 遗传多态性与药物分布遗传多态性与药物分布 * * 遗传多态性与药物代谢遗传多态性与药物代谢8/11/20244第一部分第一部分与药物分布有关的遗传多态性与药物分布有关的遗传多态性8/11/20245遗传多态性与药物分布遗传多态性与药物分布n药物药物-血浆蛋白结合血浆蛋白结合l弱酸：白蛋白弱酸：白蛋白l弱碱：类粘蛋白弱碱：类粘蛋白(ORM， 1-AGP)n药物的血浆蛋白结合率药物的血浆蛋白结合率-个体差异个体差异l原因：不明确原因：不明确l后果：药效后果：药效 ， ，
5、ADRs8/11/20246类粘类粘蛋白蛋白(orosomucoid,ORM)nORM( 1-AGP)：急性反应相蛋白急性反应相蛋白n合合成：肝脏成：肝脏n分子量：分子量：4041kDn含含量：量：0.51.2g/Ln一级结构：一级结构：183个氨基酸个氨基酸2个二硫键个二硫键(第第5位、位、147位位)5条糖侧链条糖侧链(第第15、38、54、75、86位位)-末端为唾液酸末端为唾液酸8/11/20247ORM遗传多态性遗传多态性ORM基因定位：基因定位：9q3134.1(外显子外显子6，内含子，内含子5)ORM受控于两个基因座：受控于两个基因座：ORM1、ORM2（共显性复等位基因）共显性
6、复等位基因）lORM1座位：高度多态座位：高度多态常见等位基因：常见等位基因：ORM1*F1,ORM1*F2,ORM1*SlORM2座位：单态座位：单态“一个基因一个多态链一个基因一个多态链”l个体的遗传性质可表现在蛋白质的结构、数量、构型上个体的遗传性质可表现在蛋白质的结构、数量、构型上lORM1的的基基因因遗遗传传多多态态性性决决定定了了编编码码合合成成的的各各种种表表型型的的ORM1蛋白质具有不同的结构和功能。蛋白质具有不同的结构和功能。8/11/20248研究目的研究目的l中中国国汉汉族族人人群群ORM1遗遗传传多多态态性性的的分分布布、ORM1表型、基因频率；表型、基因频率；l不不同
7、同ORM1表表型型对对弱弱碱碱性性药药物物奎奎尼尼丁丁、阿阿米米替林血浆蛋白结合率和游离药物的影响；替林血浆蛋白结合率和游离药物的影响；8/11/20249中国南京地区汉族人中国南京地区汉族人ORM遗传多态性遗传多态性8/11/202410样样 品品 南京地区南京地区220名无血缘关系的健康男性受试者名无血缘关系的健康男性受试者采血后采血后2小时内分离血清，小时内分离血清，-20OC保存备用保存备用ORM表现型参考血清由表现型参考血清由ThymannM博士提供博士提供血清血清ORM表型分型表型分型 去唾液酸血清去唾液酸血清ORM等电聚焦等电聚焦电泳电泳、免疫印迹方法、免疫印迹方法按按Thyma
8、nn等命名法判定等命名法判定ORM表型，并计算表型，并计算ORM基因频率基因频率数据处理：用数据处理：用 2检验对有关数据进行统计分析检验对有关数据进行统计分析8/11/202411结结 果果8/11/202412ORM1座位座位检出了由检出了由ORM1 F1、ORM1 F2和和ORM1 S3个复等位基个复等位基因控制的因控制的5种表现型：种表现型：F1，S，F1F2，F1S、F2S；纯合子纯合子F1、S：分别为近阳极侧或近阴极侧的一组蛋白带；分别为近阳极侧或近阴极侧的一组蛋白带；杂合子杂合子F1S，F1F2、F2S：相应具有相应具有F1、F2、S蛋白带特征；蛋白带特征；ORM2座位座位全全部
9、部检检出出了了由由ORM2 A基基因因控控制制的的ORM2A型型，其其较较为为浅浅色色的蛋白带位于的蛋白带位于ORM1S带的近阴极侧。带的近阴极侧。8/11/202413ORM1F1ORM1F2123456789ORM1SORM2A等电聚焦电泳等电聚焦电泳- -免疫印迹图免疫印迹图Lane 1: ORM1 F1 F2 Lanes 2, 6: ORM1 F1 Lanes 3, 9: ORM1 SLanes 4, 5, 7: ORM1 F1S Lane 8: ORM1 F2S8/11/202414ORM1表型表型-基因频率基因频率n n ORM1座位：座位：F1： 47.27%S：5.46%F1F
10、2：3.18%F1S：43.64%F2S：0.45%nORM1基因频率：基因频率：ORM1 F1：0.7068ORM1 F2：0.0182ORM1 S：0.27508/11/202415表表表表1 1 1 1 中国南京地区汉族人中国南京地区汉族人中国南京地区汉族人中国南京地区汉族人ORM1ORM1表型及基因频率表型及基因频率表型及基因频率表型及基因频率 表表型型观察值观察值期望值期望值基基因因频频率率(n)(n)ORM1F1104109.91ORM1 F1=0.7068ORM1F200.07ORM1 F2=0.0182ORM1S1216.64ORM1 S=0.2750ORM1F1F275.66
11、 2=1.5074ORM1F1S9685.52df=3ORM1F2S12.20P0.05Total220220.008/11/202416ORM1遗传表型遗传表型l理理论论上上：ORM1座座位位的的3个个复复等等位位基基因因控控制制着着ORM1的的6种表现型种表现型l本本文文结结果果：5种种ORM1表表型型，即即F1，S，F1F2，F1S和和F2S，未发现未发现ORM1F2纯合子纯合子l文文献献结结果果：印印度度和和东东南南亚亚地地区区的的人人群群中中极极少少有有检检出出纯纯合子合子F2的报道的报道8/11/202417不同人群不同人群ORM1基因频率的比较基因频率的比较ORM1座位的基因频率
12、与人群所在的地理位置座位的基因频率与人群所在的地理位置(经度经度)有显著关系有显著关系地理倾群地理倾群(geographicalcline)ORM1*F1：西西东东逐渐上升逐渐上升(r=0.80,P0.01)ORM1*S：西西东东逐渐降低逐渐降低(r=0.84,P0.05.8/11/202424Fig.Serumtotalquinidineconcentration-timecurveafterasingleoraldoseof200mgquinidinesulfateinthehealthysubjectswiththethreeORM1phenotypes. x s.:ORM1F1(n=1
13、0)，:ORM1S(n=8)，:ORM1F1S(n=10)8/11/202425Fig.Unboundquinidineserumconcentration-curveafterasingleoraldoseof200mgquinidinesulfateinthehealthysubjectswiththethreeORM1phenotypes. x s.:ORM1F1(n=10)，:ORM1S(n=8)，:ORM1F1S(n=10)8/11/202426Fig.Percentageforunboundserumquinidineafterasingleoraldoseof200mgquini
14、dinesulfateinthehealthysubjectswiththethreeORM1phenotypes. x s.:ORM1F1(n=10)，:ORM1S(n=8)，:ORM1F1S(n=10)*P0.01vsORM1F1phenotype.*8/11/202427Tab.Pharmacokineticsparametersoftotalquinidineafterasingleoraldoseof200mgquinidinesulfateinthehealthymalesubjectswiththethreeORM1phenotypes. x s.ORM1n kelCmaxtma
15、xt1/2Cl/FVdAUCPhenotypesh-1 g L-1hhL h-1L kg1 g h L-1F1100.1241015.52.25.6523.603.098845.30.012220.50.30.555.160.571916.2S80.1131055.91.86.2223.063.458857.20.015232.50.50.903.960.611257.3F1S100.120988.61.96.0624.623.238543.60.029145.70.41.395.680.582047.98/11/202428Tab.Proteinbindingpercentage(%)ofs
16、erumquinidineafterasingleoraldoseof200mgquinidinesulfateinthehealthymalesubjectswiththethreeORM1phenotypes. x s.ORM1n Timeafterdosing(h)Phenotypes8 12 24F11093.64 2.9891.88 4.1180.21 6.13S894.38 0.8993.18 1.8289.31 4.83*F1S1094.38 1.2792.26 2.5787.26 3.42*P0.05,*P0.05)。8/11/202434表表单剂量口服盐酸阿米替林片单剂量口服
17、盐酸阿米替林片50mg后血浆阿米替林总浓度后血浆阿米替林总浓度的药物动力学参数的药物动力学参数. x s.ORM1n TmaxCmaxCl/FVdt1/2 t1/2 AUC036AUC0表表型型h g L-1L h-1L kg1hh g h L-1 g h L-1F1103.940.3186.8314.882.4521.22535.5639.90.610.2529.975.450.807.41175.2220.1S83.934.5592.9117.262.5222.97424.8544.00.87.5617.695.160.695.3067.4120.1F1S104.138.7986.0013
18、.972.4823.37496.8612.20.69.0829.173.980.978.61132.3182.28/11/202435阿米替林血浆蛋白结合率阿米替林血浆蛋白结合率阿米替林血浆蛋白结合率阿米替林血浆蛋白结合率(%)(%)ORM1S表型：表型：ORM1F1表型表型ORM1F1S表型：介于上述两者之间表型：介于上述两者之间ORM1n 给药后时间给药后时间(h)表表型型81224F1 1090.05 2.4282.77 4.0579.99 4.39S891.35 2.24*88.58 2.22*86.76 2.08*F1S 1090.71 2.36*85.98 3.95*83.43 4
19、.65*与与ORM1F1表型组比较，表型组比较，*P0.05,*P0.01.8/11/202436遗传表型遗传表型- -蛋白结合率蛋白结合率nORM和白蛋白是药物在血浆中的二种主要的结合蛋白质，和白蛋白是药物在血浆中的二种主要的结合蛋白质，其浓度水平可影响蛋白结合率。各组受试者的血浆药物其浓度水平可影响蛋白结合率。各组受试者的血浆药物结合蛋白质含量的一致对于维持本实验条件的均衡性有结合蛋白质含量的一致对于维持本实验条件的均衡性有重要意义。重要意义。n作为观察不同作为观察不同ORM1表型对弱碱性药物表型对弱碱性药物(奎尼丁、阿米替奎尼丁、阿米替林等林等)蛋白结合率影响的控制因素，本研究中三蛋白结
20、合率影响的控制因素，本研究中三组组ORM1表型受试者的血清表型受试者的血清ORM和白蛋白浓度均较为接近，组间和白蛋白浓度均较为接近，组间无显著性差异无显著性差异。8/11/202437遗传表型遗传表型- -蛋白结合率蛋白结合率n研究发现，给药后研究发现，给药后24h即药物的体内分布达完全平衡时即药物的体内分布达完全平衡时，ORM1F1表型者的游离药物浓度显著高于表型者的游离药物浓度显著高于ORM1S表型表型者。但者。但t1/2 及其它药动学参数等不及其它药动学参数等不受受ORM1表型的影响；表型的影响；n结果表明结果表明，ORM1表型的多态性主要影响弱碱性药物的表型的多态性主要影响弱碱性药物的
21、分布分布(转运转运)，而对肝代谢和消除的影响不大；，而对肝代谢和消除的影响不大；n提示：提示：ORM1遗传变异引起其功能上的差别能够解释药遗传变异引起其功能上的差别能够解释药物血浆蛋白结合率的个体间差异物血浆蛋白结合率的个体间差异。8/11/202438遗传表型遗传表型- -蛋白结合率蛋白结合率n阿米替林、美沙酮等体外蛋白结合率实验：阿米替林、美沙酮等体外蛋白结合率实验：ORM1S蛋白与蛋白与各种弱碱性药物的亲和力比各种弱碱性药物的亲和力比ORM1F蛋白高：蛋白高：ORM1S蛋白蛋白的结合位点数为的结合位点数为0.56 0.06，而而ORM1F蛋白仅为蛋白仅为0.17 0.09。所以后者表现为
22、较低的蛋白结合率、较高的游离药物水平，所以后者表现为较低的蛋白结合率、较高的游离药物水平，而前者则反之。而前者则反之。n由此可见，各种由此可见，各种ORM1表型个体表现出不同的药物血浆蛋白表型个体表现出不同的药物血浆蛋白结合率。可以预料，对于结合率。可以预料，对于ORM1F1表型个体，过高的游离药表型个体，过高的游离药物浓度将引起过强的药理效应；物浓度将引起过强的药理效应；8/11/202439遗传表型遗传表型- -蛋白结合率蛋白结合率n不同不同ORM1遗传表型明显影响弱碱性药物奎尼丁、阿米遗传表型明显影响弱碱性药物奎尼丁、阿米替林的游离浓度和蛋白结合率替林的游离浓度和蛋白结合率；ORM1F1
23、表型者药物的表型者药物的血浆蛋白结合率最低，而游离药物浓度最高。血浆蛋白结合率最低，而游离药物浓度最高。n奎尼丁、阿米替林等血浆药物总浓度测定结果可能引起奎尼丁、阿米替林等血浆药物总浓度测定结果可能引起误导；误导；n对于弱碱性、蛋白结合率较高的治疗药物，不同的个体对于弱碱性、蛋白结合率较高的治疗药物，不同的个体血中游离药物浓度有显著差别；依靠总浓度获得的药代血中游离药物浓度有显著差别；依靠总浓度获得的药代动力学参数对临床用药的指导意义受到限制。动力学参数对临床用药的指导意义受到限制。8/11/202440第二部分第二部分与药物代谢有关的遗传多态性与药物代谢有关的遗传多态性8/11/202441
24、遗传多态性与药物代谢遗传多态性与药物代谢n大多数药物由肝脏的药酶代谢，以利于通过肾脏或胆汁大多数药物由肝脏的药酶代谢，以利于通过肾脏或胆汁排泄。排泄。n肝药酶的遗传多态性具有临床意义的有三大类：肝药酶的遗传多态性具有临床意义的有三大类：氧化代谢酶：氧化代谢酶：CYP2D6、CYP2C19，等等S-甲基转移酶甲基转移酶N-乙酰转移酶乙酰转移酶(NAT)8/11/202442人类人类N-乙酰化酶乙酰化酶n人类的人类的N-乙酰化反应：由乙酰化反应：由NAT1、NAT2所介导所介导。nNAT1：涉涉及及少少数数药药物物的的代代谢谢(对对氨氨水水扬扬酸酸，氨氨苯苯甲甲酸酸，磺磺胺胺甲甲基异恶唑等基异恶唑
25、等)一般认为：单态分布，近年提示有多态性一般认为：单态分布，近年提示有多态性nNAT2：许许多多药药物物的的代代谢谢酶酶，如如肼肼类类药药物物(异异烟烟肼肼，肼肼苯苯达达嗪嗪)，芳芳基基胺胺类类药药物物(氨氨苯苯砜砜，普普鲁鲁卡卡因因胺胺，醋醋丁丁洛洛尔尔，磺磺胺胺嘧嘧啶啶、磺磺胺二甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶胺二甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶)，咖啡因，安乃近等。，咖啡因，安乃近等。具有遗传多态性具有遗传多态性8/11/202443人类人类N-乙酰化酶乙酰化酶n控制人控制人NAT2的基因：第的基因：第8号染色体号染色体n若若NAT2基因的外显子密码发生不同形式的点突变基因的外显子密码发生不同形式的点突变M1型
26、型(NAT2*5A)：T341CM2型型(NAT2*6A)：G590AM3型型(NAT2*7A)：G857A肝内肝内NAT2含量不足，相关药物的乙酰化速率减慢，含量不足，相关药物的乙酰化速率减慢，相应个体为慢乙酰化表型相应个体为慢乙酰化表型n野生型基因野生型基因NAT2*4纯合子：快乙酰化表型纯合子：快乙酰化表型n野生型基因杂合子：中间乙酰化表野生型基因杂合子：中间乙酰化表型型8/11/202444人类人类N-乙酰化酶乙酰化酶n药物乙酰化能力在人群中表现出遗传多态性药物乙酰化能力在人群中表现出遗传多态性n快、慢乙酰化的发生率有明显的种族差异快、慢乙酰化的发生率有明显的种族差异慢乙酰化的发生率慢
27、乙酰化的发生率(%)埃及、中东人埃及、中东人8090欧洲、北美高加索人欧洲、北美高加索人4070亚洲人亚洲人10208/11/202445慢乙酰化个体的临床意义慢乙酰化个体的临床意义n慢乙酰化者易产生药物不良反应慢乙酰化者易产生药物不良反应结核病的流行有重新加剧之势结核病的流行有重新加剧之势nWHO：全全球球感感染染者者近近20亿亿人人，结结核核病病人人2000万万，每每年年病病死死亡亡200万，是世界上单一致病菌死亡率最高的疾病。万，是世界上单一致病菌死亡率最高的疾病。n中中国国是是全全球球22个个结结核核病病高高负负担担国国家家之之一一，仅仅次次于于印印度度，居居世世界界第第二。全国感染人
28、数超过二。全国感染人数超过4亿，结核病人亿，结核病人200万。万。n常常规规剂剂量量的的异异烟烟肼肼，易易发发生生外外周周神神经经炎炎等等不不良良反反应应；普普鲁鲁卡卡因因胺胺：易发生红斑狼疮样综合征。易发生红斑狼疮样综合征。n慢乙酰化者易产生药物不良反应慢乙酰化者易产生药物不良反应有人认为慢乙酰化者易发生直肠癌或膀胱癌有人认为慢乙酰化者易发生直肠癌或膀胱癌识别慢乙酰化个体具有重要的临床意义识别慢乙酰化个体具有重要的临床意义8/11/202446慢乙酰化的意义慢乙酰化的意义n来自动物实验结果的启示：来自动物实验结果的启示：Beagle犬犬的的氧氧化化代代谢谢酶酶遗遗传传多多态态性性对对COX-
29、2抑抑制制剂剂celecoxib药药代代动力学的影响。动力学的影响。PMandEMphenotypeswithinapopulationofbeagledogs(n=242)强代谢强代谢(EM)表型表型弱代谢弱代谢(PM)表型表型无法定型无法定型45.0%53.5%1.65%8/11/202447TAB.Pharmacokineticparameters(means)ofCelecoxibini.v.-dosedmaleandfemaledogsPopulationaSex/nT1/2 ClVd AUC0-hml/min/kgL/kgg/ml*hMale/111.770.919.27.72.6
30、31.374.951.80EMFemale/81.660.4316.94.22.320.415.201.23MandF/191.720.7918.26.42.501.075.051.55Male/84.691.257.431.232.950.6011.52.0PMFemale/115.541.246.951.553.270.7212.52.6MandF/195.181.297.151.413.130.6712.12.33aCelecoxibT1/2,Cl,andAUC0-werestatisticallydifferentbetweenEMandPMdogs(p0.001).Celecoxib
31、VdwerestatisticallydifferentbetweenEMandPMdogs(p0.058/11/202458表表健康男性成人血清健康男性成人血清ORM浓度的实际分布浓度的实际分布与理论分布比较与理论分布比较 x sORM浓度范围浓度范围实际分布实际分布理论分布理论分布(mg/L)人数人数(%)(%) x 1s564.0 130.1533.9594.1160(75.12)68.27 x 1.96s564.0 1.9630.1505.0623.0206(96.71)95.00 x 2.58s564.0 2.5830.1486.3641.7209(98.12)99.00 8/11/
32、202459图图健康男性成人血清健康男性成人血清ORM浓度与年龄的关系浓度与年龄的关系Y=560.70+0.15Xr=0.0353,P0.058/11/202460nORM的合成与释放：受多种激素尤为雌激素的调节的合成与释放：受多种激素尤为雌激素的调节n选用男性健康人：选用男性健康人：雌激素可抑制雌激素可抑制ORM的的产生产生n健康男性成人血清健康男性成人血清ORM浓度水平较低；浓度水平较低；95%以上的个体浓度在以上的个体浓度在505.0623.0mg/L之间。之间。(较高的浓度提示存在某种疾病或病理状态较高的浓度提示存在某种疾病或病理状态)n健康男性成人血清健康男性成人血清ORM浓度与年龄无关：浓度与年龄无关：r=0.0353,P0.058/11/202461
