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1、1药物基因组学药物基因组学季敬璋季敬璋26.1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12药代酶、药物转运蛋白、药物作用靶点等药物相关基因的多态性和表达水平不同3最常见的是SNP（单核苷酸多态性）个体之间差异性4个体差异：个体差异：P1665关注关注 个体和群体之间的遗传多态性个体和群体之间的遗传多态性遗传学基础遗传学基础6药物代谢遗传因素的决定性药物代谢遗传因素的决定性基因基因环境环境0%10%20%30%40%50%60%70%80%
2、90%100%HGFEDCBAD: 双香豆素双香豆素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: 水杨酸钠水杨酸钠E:异戊巴比妥异戊巴比妥 亲脂性药物亲脂性药物生物转化生物转化亲水性代谢产物亲水性代谢产物药物重吸收药物重吸收药物重吸收药物重吸收肝脏肝脏药物代谢药物代谢G: 锂盐锂盐排泄排泄7多态性分子标记多态性分子标记 p168RFLPSTR or MSSNP810q24.2Chromosome 10CYP2C9 genen9 Exonn55kbn490 AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1Normal enzymatic activit
3、yG A G G A C C G T G T T C A AGluAspArgValGln53CYP2C9*2No enzymatic activityT430CT (Arg144Cys)Arg144Cys)Cys单核苷酸多态性单核苷酸多态性 （SNP）n导致人类遗传易感性的重要因素导致人类遗传易感性的重要因素n导致人类药物代谢和反应差异的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素GT突变突变野生型野生型 突变型突变型9SNP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研究是研究是人类基因组计划人类基因组计划走向应用走向应用的重要步骤。因为的重要步骤。因为SNP提
4、供了一个强有力提供了一个强有力的工具，用于高危群体的发现、疾病相关的工具，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基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物学的基础研究等。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20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药物基因组学药物基因组学P165概念：概念： 通过通过DNA序列差异分析，从基因组水序列差异分析，从基因组水平上深入认识疾病和药物作用的个体差异平上深入认识疾病和药物作用的个体差异机制，指导和优
5、化药物设计和临床用药。机制，指导和优化药物设计和临床用药。141990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： 1617 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药物基因组学和一般意义上基因
6、学区别区别1药物基因组学药物基因组学不是以发现人不是以发现人体基因组基因体基因组基因为主要目的为主要目的2相对简单地运相对简单地运用已知的基因用已知的基因理论改善病人理论改善病人的治疗的治疗3以药物效应及以药物效应及安全性为目标，安全性为目标，研究各种基因研究各种基因变异与药效及变异与药效及安全性的关系安全性的关系19药物基因组学的三个研究目标1.1.研究人类对疾病的治疗研究人类对疾病的治疗2.2.研制符合人类不同个体的药物研制符合人类不同个体的药物3.3.把药物或疗法的副作用降至最把药物或疗法的副作用降至最低，而把疗效提至最高低，而把疗效提至最高20为什么要研制符合人类不同个体的药物呢？21
7、药物反应个体差异年年龄龄老老年年、儿童儿童、新生儿新生儿 性性别别身身高高、体、体重重环环境境因素因素食食物物/ 吸吸烟烟 / 合合并并用药用药 合并合并症症病病程程 药物反应个体差异机制药物反应个体差异机制器器官官功能功能基因型基因型22身高，体重身高，体重年龄（老年人，儿童）年龄（老年人，儿童）性别（男性，女性）性别（男性，女性）各人体质、器官功能不同各人体质、器官功能不同环境因素（如合并用药环境因素（如合并用药)影响药效的个体影响药效的个体影响药效的个体影响药效的个体差异因素有差异因素有差异因素有差异因素有236.2药物基因组学的研究方法LOGO6.2.1药物基因组学的研究1.对一些相关
8、基因对一些相关基因进行研究以期发进行研究以期发现它们是否存在现它们是否存在一些有害的等位一些有害的等位基因，并对其可基因，并对其可能造成的结果进能造成的结果进行预防行预防应用各种现代技应用各种现代技术对一些不是很术对一些不是很清楚的相关基因清楚的相关基因进行研究进行研究2.对整个基因组范对整个基因组范围内相关基因的围内相关基因的关系进行研究关系进行研究LOGO6.2.2药物基因组学的研究手段1.ONE1.ONE2.TWO2.TWO采取采取“候选基因候选基因”策略策略基因组范围内遗传标志物和药物反应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表型之间的关联研究261.“候选基因”策略 主要
9、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)所治疗疾病的病理生理学为根据。272.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。2810q24.2Chromosome 10CYP2C9 genen9 Exonn55kbn490 AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1Normal enzyma
10、tic activityG A G G A C C G T G T T C A AGluAspArgValGln53CYP2C9*2No enzymatic activityT430CT (Arg144Cys)Arg144Cys)Cys单核苷酸多态性单核苷酸多态性 （SNP）n导致人类遗传易感性的重要因素导致人类遗传易感性的重要因素n导致人类药物代谢和反应差异的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素GT突变突变野生型野生型 突变型突变型296.3药物基因组学研究的内容基因多态性与药物毒性基因多态性与药物毒性1基因多态性与药效基因多态性与药效23基因多态性和群体基因多态性和群体4基因多态性
11、与抗药性基因多态性与抗药性306.3.1. 基因多态性与药物毒性 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。311、细胞色素P450 (CYP) 酶系CYPCYPAC9CYP2C9CYP3A4CYP2D632（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,
12、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
13、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) 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
14、与氧化还原酶的亲合力降低 4041p179p179 5-5-氟尿嘧啶氟尿嘧啶(5-(5-Fu)Fu)是临床上最广泛使是临床上最广泛使用的用的肿瘤化疗肿瘤化疗药物之药物之一。一。422 2、二氢嘧啶脱氢酶、二氢嘧啶脱氢酶 p179p179 二氢嘧啶脱氢酶二氢嘧啶脱氢酶(DPD)(DPD)是是5-FU5-FU代谢的代谢的限限速酶速酶，在其分解代谢中起关键作用。，在其分解代谢中起关键作用。 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代谢产物的浓度，但同时也会产生严重的代谢产物的浓度，但同时也会产生严重的毒性不良反应。毒性不良反应。43二氢嘧啶脱氢酶（DPD）是5
15、-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
16、，生成截短的 DPD）。452. 5-氟尿嘧啶（5-FU）与胸苷合成酶 TSN5, N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+ 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（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
17、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。47TSER*3等位基因的第二重复区内存在GC SNP（分别称为3RG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。483. 他莫昔芬与CYP2D6 他
18、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。他莫昔芬与他莫昔芬与CYP2D6CYP2D649CYP2D6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），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
19、发风险较高。5051CYP2D6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。526.4 药物基因组学研究的应用前景p185中医药现代化的研究中医药现代化的研究4.巨大的商业机会巨大的商业机会3.在合理用药中的应用在合理用药中的应用2.在新药开发中的应用在新药开发中的应用 1.536.4.1.在新药开发中的应用加速新药开发的进程挽救试验中失败的药物54
20、（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。566.4.2.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把把“试误医学试误医学”当做标准医疗模当做标准医疗模式是不完善的式是不完善的旧的医学模式旧的医学
21、模式: 反复尝试，不断摸索反复尝试，不断摸索-“试误医学试误医学” （Trial and Error Medicine）个体化用药个体化用药循证医学：以群体数据为依据，循证医学：以群体数据为依据，对个体来说，仍为反复尝试，不对个体来说，仍为反复尝试，不断摸索，达到理想治疗的过程断摸索，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。 591999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FD
22、A颁布了“药物基因组学资料呈递（Pharmacogenomic Data Submissions）指南”。 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风险分析风险分析筛选筛选/诊断诊断个体化医学个体化医学预测预测监测监测发病易感遗发病易感遗传缺陷传缺陷预后预后早期查出早期查出预测可能的发预测可能的发病过程病过程预测对药物的预测对药物的可能反应可能反应监测药物反应和监测药物反应和发病反复发病反复健康状态健康状态无症状疾病状态无症状疾病状态慢性疾病慢性疾病/接受接受治疗状态治疗状态合理治疗的适应合理治疗的适应病人分层病人分层 / 治疗选择治疗选择有症状疾病状态有症状疾病状态
23、61个体化医学个体化医学-基因组学医学基因组学医学-21世纪医学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、针对每个个体的基因谱，进行个体化的终身疾病检测、预防和治疗预防和治疗预警预警(Predictive) 疾病概率史疾病概率史-DNA序列序列定期体检和血液带白参数检测定期体检和血液带白参数检测预防预防(Preventive) 生活方式的改变和避免危险因素生活方式的改变和避免危险因素疫苗疫苗重点在疗养重点在疗养个体化治疗个体化治疗(Personalized therapy) 根据个体的独特遗传变异根据个体的独特遗传变异, 选择合适药物和治疗方案选择合适药物和治疗方案开发针对独特遗
24、传变异人群的药物开发针对独特遗传变异人群的药物参与参与(Participatory) 病人了解疾病并参与用药选择病人了解疾病并参与用药选择62个体化用药个体化用药新的医学模式新的医学模式:个体化治疗个体化治疗 （Personalized Therapy），根据），根据分子诊断提出治疗方案分子诊断提出治疗方案诊断诊断分子诊断分子诊断- -预测反应预测反应 治疗治疗理想反应理想反应打破试误医学的循环打破试误医学的循环63个体化用药个体化用药-个体化医学的先行领域个体化医学的先行领域病人病人病人病人A A 药药药药ADRADRB B 药药药药 循证医学循证医学病人病人病人病人分子诊断分子诊断分子诊断分子诊断ADRADR目标药目标药目标药目标药个体化用药个体化用药健康体系健康体系循证医学循证医学个体化用药个体化用药l疗效不同疗效不同-浪费资源和时间浪费资源和时间l常见和不可预知的药物不良反应常见和不可预知的药物不良反应l量体裁衣治疗量体裁衣治疗l提高疗效，减少不良反应提高疗效，减少不良反应
