最新精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)｜基因個體化治療在心血管疾病中的應(yīng)用前景

1、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)I基因個體化治療在心血管疾病中的應(yīng)用前景洪葵 劉欣南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科專家簡介 洪 葵.主任醫(yī)師、博士生導(dǎo)師；南昌大學(xué)二附院心內(nèi)科教授、科 副主任；江西省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所副所長；江西省醫(yī)學(xué)遺傳和 基因治療研究所所長；南昌大學(xué)心血管病研究所所長。兼任 中華醫(yī)學(xué)會心血管病分會青年委員，中華醫(yī)學(xué)會心電生理和 起搏分會青年委員，中國心電學(xué)會委員，中國心律學(xué)會青年 委員、江西省醫(yī)學(xué)會心血管病分會常委、江西省醫(yī)學(xué)會醫(yī)學(xué) 遺傳學(xué)會主任委員、中國心臟和起搏電生理雜志和臨床心血 管病雜志編委等學(xué)術(shù)兼職。前言心血管系統(tǒng)疾病是人類第一大疾病，全世界每3例死亡中便有1人死于心血管病。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計及預(yù)

2、測， 全球每年死于心血管病的人數(shù)將由2008年的17,300,000上升至2030年的23,30,000人，這也跟預(yù)計的全球人口增長 及老齡化相關(guān)。傳統(tǒng)治療方法是基于臨床隨機(jī)對照實驗指 導(dǎo)普遍群體治療，這種方法往往不適用于所有患者，對部分 患者甚至可能造成傷害。個體化治療則完全不同，它是根據(jù) 每個患者特有的遺傳特征，臨床表現(xiàn)及其生活習(xí)慣和環(huán)境，作由準(zhǔn)確的診斷，并針對個體制定最有效的治療方法，使患 者在最大程度上獲益，這也成為扭轉(zhuǎn)未來龐大心血管病死亡 數(shù)量的希望。心血管疾病遺傳學(xué)發(fā)展 早在人類基因組計劃完成之前，通 過連鎖分析和基因關(guān)聯(lián)研究，許多孟德爾遺傳性即單基因心 血管病相關(guān)基因便開始被發(fā)現(xiàn)

3、。這類心血管病在臨床中只占 一小部分，如家族性高膽固醇血癥，早發(fā)心肌梗死，擴(kuò)張性 及肥厚性心肌病，長 QT綜合癥（LQTS ）和馬方氏綜合癥 等。盡管如此，此類疾病中單個致病基因變異往往對表型造 成很大影響，相關(guān)遺傳學(xué)致病機(jī)制研究及新型治療方法探索 不僅改變了人們對心血管病的認(rèn)識，更為揭示廣大常見心血 管病的遺傳本質(zhì)開辟了道路。更多心血管疾病仍以復(fù)雜形式存在，通常由多基因，環(huán)境，飲食等多因素引起。人類基 因組序列草圖完成之前，多基因心血管病研究并不順利。而 此之后，遺傳檢測技術(shù)飛速發(fā)展，尤其在高通量并行的下一 代測序由現(xiàn)之后，測序時間極大縮短的同時成本也顯著降低。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS ）

4、,全外顯子組測序以及基 因組結(jié)構(gòu)變異相關(guān)研究在心血管疾病中廣泛開展起來。得益 于GWAS ,通過大規(guī)模病例對照人群檢測篩查疾病相關(guān)基因 變異，數(shù)百個心血管病相關(guān)基因座陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ) 上采用基因型陣列，單體型圖譜和統(tǒng)計學(xué)方法對心血管病相關(guān)變異進(jìn)行組合分類。心血管疾病中仍有一部分無法用遺傳基質(zhì)變異解釋，表觀遺傳學(xué)的發(fā)現(xiàn)正彌補(bǔ)了這個空缺。表 觀遺傳學(xué)機(jī)制是在不改變 DNA序列的情況下影響遺傳信息 的表達(dá)，參與機(jī)體的發(fā)育與分化，且易隨環(huán)境改變發(fā)生相應(yīng) 變化，主要包括DNA甲基化，翻譯后組蛋白修飾，micro RNA 和長鏈非編碼RNA調(diào)控。許多心血管病相關(guān)危險因素，如 血漿高同型半胱氨酸，吸煙

5、，壓力和污染等均被發(fā)現(xiàn)可通過 表觀遺傳學(xué)標(biāo)記的修飾作用致病，但這些表觀遺傳學(xué)改變是 否會遺傳給下一代仍不明確?，F(xiàn)階段人們對表觀遺傳學(xué)的認(rèn) 識大多來源于基礎(chǔ)研究，它們對基因組的潛在調(diào)控作用也許 同遺傳基質(zhì)本身一樣重要，參與基因的穩(wěn)定垂直傳播以及表 型傳承。隨著越來越多心血管致病基因，以及危險因素，亞臨床指標(biāo)和疾病終點等相關(guān)新型基因及基因修飾物質(zhì)被 發(fā)現(xiàn)，人們對心血管疾病生物學(xué)通路的了解也越來越深入。這些發(fā)現(xiàn)也正逐漸應(yīng)用于心血管疾病的風(fēng)險預(yù)測及防治，盡 管基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用之間的轉(zhuǎn)化仍處于不成熟階段，但基 因個體化治療是未來心血管疾病防治的必然趨勢。心血管疾病個體化治療個體化藥物治療(Cardio

6、vascularPharmacogenomics: Expectations and Practical Benefits )人們對個體化藥物治療的認(rèn)識起源于個體間對藥物反應(yīng)的巨大差異，這種差異主要取決于個體一般特征(如年齡，體 重指數(shù)和性別等)，環(huán)境(如藥物間或藥物與食物的相互作 用)和基因型。研究發(fā)現(xiàn)藥物代謝酶，轉(zhuǎn)運體以及藥物靶點 相關(guān)基因變異可通過影響藥代動力學(xué)及藥效動力學(xué)改變藥 物的分布及清除，從而影響個體對藥物有效性及毒性的反 應(yīng)。遺傳藥理學(xué)研究在心血管領(lǐng)域較為活躍，主要包括抗凝 藥物華法林，抑制血小板聚集藥物氯叱格雷以及他汀類降脂 藥物。華法林 作為全世界最常用的口服抗凝藥，華法林

7、被廣泛用 于治療靜脈血栓栓塞，心房顫動和機(jī)械性心臟瓣膜患者。盡 管華法林的臨床使用已有超過 60年的歷史，但由血或血栓 栓塞仍然是患者常由現(xiàn)的不良反應(yīng)。將國際標(biāo)準(zhǔn)化比值(INR)控制在2.0-3.0是監(jiān)測華法林使用劑量的通用指標(biāo)， 然而不同個體維持劑量卻有極大差異，從0.6mg/天至15.5mg/天不等?；颊邔θA法林反應(yīng)差異相關(guān)遺傳藥理學(xué)研 究指由，近30-40%取決于參與藥物代謝的細(xì)胞色素P4502C9同工酶編碼基因 CYP2C9和維生素K編碼基因 VKORC1 單核昔酸多態(tài)性 (SNPs )。CYP2C9 R144C (*2) 和CYP2c9 I359L (*3)是白種人CYP2C9中最常

8、見的兩個 次要等為基因，在亞洲人中少見，而非裔美國人中極罕見。CYP2C9*2和CYP2C9*3可分別引起酶活性降低 30-40%和80-90% ,減慢華法林清除，導(dǎo)致半衰期延長，INR加速到達(dá) 治療水平，從而降低劑量需求。非裔美國人中常見的其他幾型 CYP2c9 D360E(*5) , 10601del A (*6) , R150H (*8)和R335E (*11),同樣需減少華法林劑量。VKORC1相關(guān)SNPs -1639G>A 則改變啟動子區(qū)域轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點引起酶表 達(dá)降低，增加對華法林的敏感性。以遺傳藥理學(xué)為基礎(chǔ)指導(dǎo)華法林的使用，本該從縮短起始用藥時間，穩(wěn)定 INRs , 優(yōu)化治療

9、窗內(nèi)時間以及減少副作用這幾方面使患者獲益，然 而實際臨床應(yīng)用的效果卻存在爭議。近來，兩大關(guān)于基因型 指導(dǎo)華法林治療效用的多中心隨機(jī)對照研究相繼報道。來自 歐洲的EU-PACT研究顯示，根據(jù)基因型決定華法林劑量組 治療窗內(nèi)時間所占百分比更高，且不良事件明顯減少。而美 國COAG研究并未發(fā)現(xiàn)基因型特異的華法林治療比傳統(tǒng)治 療方法效果好。兩大試驗中截然不同的結(jié)果也許取決于實驗 設(shè)計差異，主要表現(xiàn)在藥物劑量計算策略上，EU-PACT采用負(fù)荷劑量，而COAG中使用維持劑量；以及納入人群的不 同，COAG中的研究人群較 EU-PACT存在明顯的多樣性， 尤其是非裔美國人對基因型計算的藥物劑量反應(yīng)不佳，影響

10、 了整體效果。根據(jù)基因型指導(dǎo)用藥能否成為未來華法林治療 的方向期待更多大規(guī)模臨床試驗加以確立。氯叱格雷 氯叱格雷作為冠心病中常規(guī)使用的抗血小板聚集 藥物，臨床療效在不同個體間卻存在較大差異。盡管在臨床中存在一些預(yù)測因素，如老齡(>65歲)，高體重指數(shù)，藥物相互作用抑制CYP酶，糖尿病和腎衰竭等，可拮抗血小板 對氯叱格雷的反應(yīng)，但這些情況僅能解釋少部分病例。CYP2C19是參與氯叱格雷體內(nèi)活化的重要代謝酶，研究發(fā) 現(xiàn)CYP2c19至少存在25個變異體，但大部分并不改變酶 的活性，除外 CYP2C19 c.681G>A(*2)和 CYP2C19c.636G>A (*3)。CYP2

11、C19 *2 在非洲人和白種人中的等位 基因頻率為 0.15,在亞洲人中W 0.35 CYP2C19 *3 則主要 存在于亞洲人，頻率W0.89 ,分別通過異常剪切和提前終止密碼導(dǎo)致酶功能失活，從而減少體內(nèi)循環(huán)活化氯叱格雷代謝 產(chǎn)物，引起患者治療后高血小板反應(yīng)性。CYP2C19c.-806C>T (*17)是另一個常見的多態(tài)性，在非洲人，白種 人以及亞洲人中的等位基因頻率分別為0.16 ,0.027和0.18 ,然而不同的是，它可通過增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄作用引起功能獲得。多項薈萃分析一致認(rèn)為 CYP2C19功能喪失性等位基因(尤其 是CYP2C19*2 )可顯著增加冠狀動脈介入治療(PCI)術(shù)后 支

12、架血栓形成風(fēng)險，但是否增加主要心血管不良事件風(fēng)險還 存在爭議，盡管如此，基因型指導(dǎo)氯叱格雷治療劑量仍將成 為主導(dǎo)趨勢。2013年更新的臨床遺傳藥理學(xué)實施協(xié)會指南 就指由，攜帶功能喪失性 CYP2C19基因變異的冠心病患者 PCI術(shù)后應(yīng)更換抗血小板治療方案，如改用普拉格雷或替卡 格雷。CYP2C19 *17 也并非想象中對減少支架血栓形成有益，反而可能增加由血風(fēng)險。他汀類藥物 目前，已超過40個候選基因與他汀類藥物的降 脂效果相關(guān)。然而，主要研究仍然集中于他汀類藥物致肌肉 毒性相關(guān) SLCO1B1 基因變異。SLCO1B1*5(c.521T>C, V174A)被發(fā)現(xiàn)與他汀類藥物， 尤其是辛

13、伐他汀強(qiáng)烈相關(guān)。該變異可干擾OATP1B1在肝細(xì)胞膜上定位，降低其轉(zhuǎn)運能力， 從而升高血漿辛伐他汀濃度，增加藥物在骨骼肌的暴露時 間。值得注意的是，近來有研究通過基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)參與肌 酸合成的甘氨酸瞇基轉(zhuǎn)移酶編碼基因GATM可防御他汀藥物引起的肌性病變，體內(nèi)實驗也顯示它可能與他汀類藥物有 效性和毒性功能相關(guān)。由于體內(nèi)他汀類藥物暴露程度與肌性 病變的關(guān)系并不像INR水平與生血或血栓的關(guān)系一樣直接 明了，相關(guān)基因變異對臨床他汀類藥物應(yīng)用策略的影響需進(jìn) 一步明確。心血管疾病基因治療 最初作為單基因遺傳病治療策略的基 因療法，逐漸被發(fā)現(xiàn)可廣泛應(yīng)用于獲得性多基因疾病，包括 外周血管疾病，缺血性心臟病，心

14、律失常和心力衰竭?；?治療的臨床試驗已迎來第 25個年頭，進(jìn)展雖然緩慢但卻穩(wěn) 步走向臨床成功。作為繼腫瘤之后第二大基因治療臨床研究對象，心血管疾病基因療法已呈現(xiàn)由巨大潛力。LQTS是基因型與表現(xiàn)型關(guān)系研究的典范，也是最早成為基因特異性治 療研究的對象。LQTS的三大臨床類型具有不同特性，一般 情況下，LQT1應(yīng)避免劇烈活動等交感神經(jīng)刺激；LQT2好發(fā)于睡眠或突然的噪音干擾，對血清鉀離子也較為敏感，應(yīng) 注意給患者提供適當(dāng)生活環(huán)境，避免鉀離子攝入；SCN5A基因功能獲得性的LQT3則建議常規(guī)測試鈉離子通道阻滯劑 的使用，以輔助治療。然而藥物，起搏器或埋藏式心臟復(fù)律 除顫器植入和左側(cè)心交感神經(jīng)切除

15、術(shù)等治療方法仍然局限。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞（iPSC ）是近來研究疾病發(fā)生機(jī)制的新型 手段。繼LQT2相關(guān)人C.G1681A突變通過皮膚組織通過 iPSC被成功誘導(dǎo)為特異的心肌細(xì)胞后，研究采用等位基因 特異的RNA干擾（RNAi）將突變基因敲除后，細(xì)胞功能重 新恢復(fù)正常。目前，人心肌細(xì)胞等位基因特異性RNAi轉(zhuǎn)導(dǎo)方案尚未見報道，它的呈遞方法，安全性，劑量以及時效性 在心血管疾病中的臨床應(yīng)用還有待更多實驗驗證。腺相關(guān)病毒（AAV）高效轉(zhuǎn)導(dǎo)，持續(xù)表達(dá)，非致病原性以及有絲分 裂后組織如心臟，骨骼肌，大腦等中高度易感性的優(yōu)勢，使 之成為臨床試驗中最常用的基因轉(zhuǎn)運工具。在心血管AAV基因治療領(lǐng)域中，唯一進(jìn)入臨床二期試驗的CUPID心衰治療研究已初見成效，他們通過 AAV1將肌漿網(wǎng)鈣離子ATP 酶（SERCA2a ）經(jīng)冠脈內(nèi)注入，提高心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣 離子回收能力。在為期6個月的治療后，心衰患者包括癥狀， 功能狀態(tài)，左室功能/重構(gòu)和臨床后果在內(nèi)的多項參數(shù)指標(biāo)得 到顯著改善。越來越多 AAV相關(guān)心血管病基因治療研究在 心肌病，心律失常，動脈粥樣硬化以及高血壓動物模型中取 得成效，如兒茶酚胺敏感性室性心動過速（ CPVT ） R33Q 小鼠模型中，通過 AAV9將野生型CASQ2基因經(jīng)腹腔導(dǎo)入 體內(nèi)，可長期逆轉(zhuǎn) CPVT表現(xiàn)。盡管