醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件：藥物代謝與遺傳

1、1藥物代謝與遺傳三環(huán)類抗抑郁藥 20-50受體阻斷藥 15-35 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制藥 10-305-HT再攝取抑制藥（SSRI） 10-25 5-HT受體激動藥 20-45 3羥-3甲戊二酰輔酶A還原酶抑制藥10-30 干擾素 30-70 抗癌藥 20-70 無效率（%）藥 物藥物反應(yīng)個體差異在臨床極為普遍藥物代謝與遺傳藥物反應(yīng)的群體差異藥物反應(yīng)個體差異年齡老年、兒童、新生兒體重 性別身高基因型環(huán)境因素食物/ 吸煙 / 合并用藥 合并疾病疾病過程 個體差異的主要原因是遺傳變異在日本發(fā)生的Arava（愛若華，來氟米特）事件。法國安萬特(Arentis)公司生產(chǎn)的治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎新藥Arava

2、（愛若華）。1998年被美國FDA批準(zhǔn)在美國上市。2003年在日本上市4個月，應(yīng)用該藥3412名患者，先后有5人死于間質(zhì)性肺炎，還有11名患上了間質(zhì)性肺炎不得不接受治療。原因是藥物劑量存在著種族差異，我國減半量應(yīng)用上萬例患者，無1例發(fā)生間質(zhì)性肺炎。藥物遺傳學(xué) (pharmacogenetics)6研究遺傳因素對藥物代謝動力學(xué)的影響，尤其是在發(fā)生異常藥物反應(yīng)中的作用。臨床醫(yī)生在使用某些藥物時，必須遵循因人而異的用藥原則。因在群體中，不同個體對某一藥物可能產(chǎn)生不同的反應(yīng)，甚至可能出現(xiàn)嚴(yán)重的不良副作用，現(xiàn)象稱為個體對藥物的特應(yīng)性（idiosyncracy）。特應(yīng)性產(chǎn)生的原因相當(dāng)部分取決于個體的遺傳背

3、景79 藥效學(xué)：研究藥物對機體的作用及作用原理藥動學(xué)：研究機體對藥物的影響：吸收（Absorption）轉(zhuǎn)運分布（Distribution）轉(zhuǎn)運代謝（Metabolism）轉(zhuǎn)化排泄（Excretion）轉(zhuǎn)運ADME系統(tǒng) 藥動學(xué) 藥效學(xué)藥物代謝動力學(xué)Pharmacokinetics藥物效應(yīng)動力學(xué)Pharmacodynamics藥物效應(yīng)和毒性差異基因組基因多態(tài)性藥物靶點藥物轉(zhuǎn)運體藥物代謝酶基因8 藥物代謝異常的遺傳變異10藥物攝入機體后面經(jīng)過吸收、分布、與細(xì)胞相互作用發(fā)生藥效，經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化后而排出。這一過程與酶、受體的作用密切相關(guān)。藥物的代謝過程藥物 膜蛋白轉(zhuǎn)運吸收 與血清蛋白結(jié)合運輸與靶細(xì)胞（受

4、體）相互結(jié)合 一系列酶促反應(yīng)生物轉(zhuǎn)化（降解、解毒-）排泄大部分結(jié)構(gòu)基因 藥物的吸收: 一些藥物的吸收需借助膜蛋白的轉(zhuǎn)運，若膜蛋白異常就會影響藥物吸收。藥物的分布：許多藥物在血液中與特殊的血漿蛋白結(jié)合，輸送至身體各處。血漿蛋白的異常會影響藥物在體內(nèi)的分布。藥物與靶細(xì)胞相互作用：主要是通過與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合，從而使藥物產(chǎn)生某種效應(yīng)。受體異常就會使藥物不能產(chǎn)生正常藥效反應(yīng)。藥物的轉(zhuǎn)化和分解：大部分藥物在肝臟經(jīng)酶的分解代謝而失去活性或者被激活，因此酶的活性對藥物的作用至關(guān)重要。酶活性降低，藥物或中間代謝產(chǎn)物貯積，損害正常生物功能；酶活性異常升高，降解速度過快，也可造成毒性物質(zhì)的堆積。藥物的排泄：藥物

5、和其代謝產(chǎn)物最后都要被排出體外，排泄途徑主要是腎臟，遺傳基礎(chǔ)會影響藥物排出的速度。通過分析群體用藥后的反應(yīng)便可以了解控制藥物代謝的基因是單基因還是多基因。個體數(shù)多基因RRRrrr單基因個體數(shù)單基因RRRrrr個體數(shù)15 藥物代謝異常揭示的遺傳變異異煙肼(isoniazid)慢滅活 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏癥異煙肼(isoniazid)慢滅活 異煙肼 + CH3CO-SCoA 乙酰化異煙肼 + HSCoA 異煙酸+乙酰肼在肝臟中N-乙?；D(zhuǎn)移酶對肝臟有毒害可以產(chǎn)生肝壞死異煙肼滅活過程在體內(nèi)與VB6發(fā)生反應(yīng)，使VB6失活，從而導(dǎo)致VB6缺乏，引起得神經(jīng)損害。是治療結(jié)核的藥物，在體內(nèi)吸收迅速，滅活

6、后排出，排出快的病人稱為快滅活者，而排出慢的病人稱為慢滅活者。研究表明快滅活者肝內(nèi)N-乙?；D(zhuǎn)移酶的活性較高，而慢滅活者肝內(nèi)該酶的活性較低。人群中有兩種類型：快滅活者 ( rapid inactivator ) ：R R，半衰期 4580 min 慢滅活者 ( slow inactivator ) ：r r 半衰期 24.5 hrs不同種族的人慢滅活者發(fā)生率不同： 埃及人： 83 % 白種人： 50 % 黃種人： 10 % - 30 % 愛斯基摩人： 5 %快滅活者（RR）容易發(fā)生異煙肼肝炎。因為異煙肼在肝臟內(nèi)會被N乙?；D(zhuǎn)移酶成為乙酰異煙肼，再進一步被降解為異煙酸和乙酰肼，后者在肝臟內(nèi)又形成

7、乙酰作用物質(zhì)，進而導(dǎo)致肝組織壞死。而快失活者肝內(nèi)有較多乙酰異煙肼，易產(chǎn)生較多的乙酰肼而導(dǎo)致異煙肼肝炎。慢滅活者（rr）體內(nèi)過高的異煙肼濃度有兩個效應(yīng)：1）異煙肼可與VitB6發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成異煙腙，導(dǎo)致VitB6缺乏；2）異煙肼能抑制苯妥英鈉羥化酶活性。 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶 ( glucose-6-phosphate dehydrogenease ，G6PD ) 缺乏是一種臨床表現(xiàn)為溶血性貧血的遺傳病，平時一般沒有癥狀，但是在吃蠶豆，或者服用伯氨喹啉類藥物后出現(xiàn)血紅蛋白尿、黃疸、貧血等急性溶血反應(yīng)。 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺乏癥產(chǎn)生溶血的機理G6PDNADPH 生成不足GSHH2O2 增多

8、GSH 破壞過多H2O2氧化Hb表面的-SH基Hb 的四條鏈接觸不穩(wěn)定而散開Hb內(nèi)部的-SH也被氧化導(dǎo)致Hb變性，變性后形成珠蛋白小體附著于紅細(xì)胞膜上此外，H2O2 還可以氧化紅細(xì)胞表面的 SH 基，所以這種紅細(xì)胞容易在血管中破壞。最近得研究表明，NADPH的減少，本身也降低了紅細(xì)胞對H2O2的抵抗作用。由于上述原因，紅細(xì)胞變形性降低，不易通過脾（或者肝）竇，而遭遇破壞，引起血管內(nèi)、或者血管外溶血。G6PD基因定位于：Xq28，有13 Exon，18kb，515AAG6PD缺乏遺傳方式：XR，X不完全顯性 G6PD 缺乏有基因突變產(chǎn)生，其生化變異型可以達(dá)400多種，我國有300多種。 酶活性嚴(yán)

9、重缺乏： 檢測不到酶的活性 酶活性中度-嚴(yán)重缺乏： 10%-60% 酶活性輕度缺乏： 60 %遺傳基礎(chǔ) 女性雜合子具不同的臨床表現(xiàn)度： 酶活性20%70% X染色體隨機失活 正常G6PD缺乏或X染色體隨機失活女性雜合子酶活性約70%女性雜合子酶活性約20%G6PD變異型分類：類：酶活性嚴(yán)重缺乏（活性10%），伴有非代償性慢性溶血 特點：無誘因，反復(fù)出現(xiàn)慢性溶血類：酶活性中度或顯著缺乏（活性60%）， 表現(xiàn)代償性溶血性貧血 特點：在誘因作用下，才誘發(fā)急性溶血類：酶活性輕度降低或升高（活性60150%， 或150%）表型基本正常 類型 順序( cDNA ) 堿基改變 氨基酸置換Ch1 1376 G

10、 T 精 亮Ch2 1388 G A 精 組Ch3 1311 C T 無Ch4 392 G T 甘 纈Ch5 1024 C T 亮 苯丙Ch6 95 A G 精 組Ch7 592 C T 精 半胱“chinese 1” 835 A T 蘇 絲“chinese 2” 1360 G T 精 半胱“chinese 3” 493 A G 冬酰 天冬CT2 487 G A 甘 絲 中國人 G6PD 缺乏者中的 11 種點突變 本病呈現(xiàn)世界性分布，但是比較集中于熱帶及亞熱帶。據(jù)估計全球患者達(dá)2億人以上。 我國主要分布在黃河流域以南各省，尤其是以廣東、廣西、海南、貴州、云南、四川的發(fā)生率較高。G6PD 缺乏

11、癥的分布抗瘧藥：伯氨喹啉、撲瘧母星、氯喹、氨苯砜 磺胺類：磺胺、乙?；前?、磺胺吡啶、TMP-SMZ 等砜類藥：氨苯砜、普洛明止痛藥：阿司匹林、非拉西丁、安替比林 殺蟲藥：萘酚、銻波酚、來銳達(dá)唑 (nitridazole)抗菌藥：喹諾酮、硝基呋喃類、氯霉素、對氨基水楊酸、黃連素 局麻藥：苯佐卡因、利多卡因、普魯卡因、丙胺卡因 其 他：蠶豆、丙磺舒、bal、奎尼丁、亞硝酸和硝酸化合物、大 量的維生素K等G6PD 缺乏癥患者禁用的藥物30藥物代謝酶對藥物代謝的影響藥物代謝酶 (drug metabolism enzyme) 藥物的生物轉(zhuǎn)化 相代謝反應(yīng) 相代謝反應(yīng)藥物代謝酶 細(xì)胞色素P450酶；N-乙

12、?；D(zhuǎn)移酶；N- 甲基轉(zhuǎn)移酶等 藥物代謝酶的多態(tài)性對藥代學(xué)和藥效學(xué)的影響 類型藥代學(xué)藥效學(xué)弱代謝者1.降低首過效應(yīng)，增加口服生物利用度和提高血藥濃度2.降低清除率，延長半衰期，藥物在體內(nèi)蓄積3、前體藥物蓄積，不能產(chǎn)生活性代謝物1、加強藥物的反應(yīng)與毒性2、延長藥物效應(yīng)及毒性時間3、前體藥的活性代謝物生成減少或缺乏，致使治療失敗強代謝者則相反則相反不同病人清除藥物的固有能力是不同的一位具有迅速代謝藥物能力的人，為獲得適宜的治療濃度，可能需要更高的劑量、更頻繁地給藥一位代謝能力緩慢的病人，為避免發(fā)生毒性反應(yīng)，可能需要較低的劑量和較少的給藥次數(shù)對于安全范圍較窄的藥物尤其重要 33相反應(yīng) 通過氧化、還原

13、和水解反應(yīng), 在底物加上(脫去)化學(xué)基團轉(zhuǎn)化藥物失去藥理活性。 如P450氧化酶氧化異喹胍(降壓藥)反應(yīng)。相反應(yīng) 相產(chǎn)物與內(nèi)源性小分子物質(zhì)結(jié)合藥物脂溶性, 極性, 水溶性易于排出。 如硫酸、醋酸等與相產(chǎn)物結(jié)合。AB細(xì)胞色素P450酶系基因多態(tài)性CYP450分子構(gòu)象基因超家族編碼的酶蛋白酶蛋白結(jié)構(gòu)與血紅蛋白相似以 Fe2+為中心的血紅素血紅素與CO結(jié)合后在 450 nm 有最大吸收CYP450超家族分為家族、亞家族和酶個體3級酶蛋白一級結(jié)構(gòu)中氨基酸順序的同源程度55%者劃入同一亞家族，用大寫英文字母表示，如CYP1A根據(jù)同一亞家族各個酶被鑒定的先后順序再用阿拉伯?dāng)?shù)字編序，如CYP1A1;再以*1

14、表示野生型，*2以后表示變異型，如CYP1A1*236命名： CYP1A1 酶系 家族 亞家族 酶個體 基因：CYP1A1人體P450家族及其亞族家族 亞族 分子種類CYP1 1A 1A1 1A2 CYP2 2A 2A1 2B 2B1 2B6 2C 2C8 2C9 2C18 2C19 2D 2D6 2E 2E1CYP3 3A 3A4 3A5 3A7CYP4 4B 4B1在藥物代謝中起重要作用的CYPCYP3A4亞族，參與全部藥物的50%代謝CYP2D6約為30%CYP2C9約占10%CYP1A2約占4%CYP2A6和CYP2C19分別占2% 人類許多藥物代謝CYP450s酶具有遺傳變異,大量研

15、究表明：CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6和CYP2E1酶活性的人群分布特征呈遺傳多態(tài)性CYP2D6代謝的臨床常用藥物: 抗心律失常藥受體阻斷藥抗高血壓藥三環(huán)抗抑郁藥CYP2D6超快代謝者（UM)強代謝者（EM)中間代謝者（IM)弱代謝者（PM)Fux et al., CPT 20060102030405060708090100UMEMEM/het.IMPMMetoprolol plasma con.(ng/ml)1.33.914.250.880.5Dose mg1001001007874 濃度相差： 60 倍美托洛爾血漿藥物濃度與CYP2D6

16、基因多態(tài)性的關(guān)系 產(chǎn)婦，因外陰切開術(shù)止痛而給予可待因60mg/q12h，產(chǎn)后10天喂養(yǎng)不佳改用母乳泵喂養(yǎng)，出生后第12天嬰兒皮膚呈灰色，呼吸困難，于第13 天死亡。監(jiān)測血濃度嗎啡為70ng/ml， 而第10天時母親的嗎啡血濃度為87ng/ml。經(jīng)基因酶譜檢查，該產(chǎn)婦也是CYP2D6 基因多態(tài)性的UM 者。一般正常母親口服可待因60mg/q6h，多次服用后嗎啡血濃度為1.920.5 ng/ml，新生兒為02.2 ng/ml。曾經(jīng)已有多次報告和試驗證實，UM 者與EM 者服用同等劑量可待因后，血清嗎啡濃度至少增加50%，嚴(yán)重中毒者可致死42迄今已發(fā)現(xiàn)CYP2D6有50多處突變和70多個等位基因。其

17、中許多可導(dǎo)致慢代謝表型的出現(xiàn)。白種人PM發(fā)生率5%-10%，中國人低于1%。中國人存在約36%酶活性稍下降的IM代謝者，分子機制為活性下降的CYP2D6*10等位基因頻率在中國人中高。CYP2D6*3A，CYP2D6*4A和*4B，CYP2D6*5和CYP2D6*6A。這些突變基因使酶的活性消失，并因此產(chǎn)生PM表型。CYP2D6種族差異地昔帕明（Desipramine）口服清除率中國人中比白種人低40%氯米帕明（Clomipramine）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（Haloperidol ）中國人的 AUC 比白人和黑人高 40-50%中國

18、人CYP2D6*10 的高頻率導(dǎo)致其底物代謝顯著低于白人44藥物轉(zhuǎn)運體對藥效學(xué)的作用轉(zhuǎn)運蛋白在調(diào)節(jié)藥物的吸收、分布、排泄中扮演非常重要的作用。藥物轉(zhuǎn)運蛋白存在于細(xì)胞膜上，分為兩大類， 1、三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體超家族（ATP-binding cassette transporters，ABC轉(zhuǎn)運體） 2、溶質(zhì)轉(zhuǎn)運蛋白（Solute carriers，SLC）家族。細(xì)胞膜表面表達(dá)的轉(zhuǎn)運蛋白，能量依賴性外排泵（排出細(xì)胞內(nèi)底物），依靠能量將細(xì)胞內(nèi)底物轉(zhuǎn)運至細(xì)胞外。底物范圍很廣，包括抗癌藥物，免疫抑制劑，糖皮質(zhì)激素，地高辛，地塞米松等。多藥耐受相關(guān)蛋白1(MDR1，P-糖蛋白)47P-糖蛋白 P-gp

19、過量表達(dá)分布作 用胃腸道下部腸黏膜上皮細(xì)胞頂膜區(qū)域促進藥物從細(xì)胞排泌到胃腸道中，限制外源性物質(zhì)從腸道到血液循環(huán)的攝人和吸收肝細(xì)胞毛細(xì)膽管區(qū)腎近曲小管刷狀緣對外源性物質(zhì)和內(nèi)源性底物經(jīng)膽汁和尿液的排泄起重要作用腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)腔膜使血腦屏障限制藥物進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)胎盤、睪丸阻止外源性物質(zhì)進入胎兒和生殖腺，保護組織細(xì)胞MDR1基因型與人體Pgp的底物代謝相關(guān) P糖蛋白是由多藥耐藥（multidrug resistance, MDR）基因編碼。編碼P-糖蛋白的MDR1基因至少有48個單核苷酸多態(tài)性，多態(tài)性分布呈明顯的種族差異。MDR1 3435TT 基因型個體其腸道Pgp表達(dá)水平明顯低于CT和CC

20、型個體。P-gp 基因ABCB1 (或MDR1)的 3435CT多態(tài)性地高辛的生物利用度 在TT中增高3435C/T2677G/TMDR1 （P-gp） 基因變異對底物代謝動力學(xué)的影響多態(tài)性藥物臨床效應(yīng)3435CT地高辛T/T：BA ; 單劑量AUC和多劑量AUC 與 Cmax 非索非那定T/T：單劑量AUC 和 Cmax 環(huán)孢素T/T：多劑量的穩(wěn)態(tài)AUC 他克莫司T/T： 穩(wěn)態(tài)時的 Cmin 苯妥英T/T：多劑量的穩(wěn)態(tài)AUC 2677G(T/A)地高辛T/T：AUC 和 Cmax 環(huán)孢素T/T：多劑量的穩(wěn)態(tài)AUC 他克莫司T/T & G/T：穩(wěn)態(tài)血濃度和Cmin 他林洛爾T/T & T/C：

21、多劑量的穩(wěn)態(tài)AUC 個體化治療51風(fēng)險分析篩選/診斷個體化醫(yī)學(xué)預(yù)測監(jiān)測發(fā)病易感遺傳缺陷預(yù)后早期查出預(yù)測可能的發(fā)病過程預(yù)測對藥物的可能反應(yīng)監(jiān)測藥物反應(yīng)和發(fā)病反復(fù)健康狀態(tài)無癥狀疾病狀態(tài)慢性疾病/接受治療狀態(tài)合理治療的適應(yīng)病人分層 / 治療選擇有癥狀疾病狀態(tài)53藥物基因組學(xué)的影響對藥物開發(fā)過程的影響對藥物治療個體化的影響“藥物基因組學(xué)將改變藥物開發(fā)的方式”“運用藥物基因組學(xué)開發(fā)藥物將使藥物開發(fā)周期縮短1.5 2年”“藥物基因組學(xué)將能通過預(yù)測易發(fā)生藥物毒性的人群而使從市場撤出的藥物重新回到市場應(yīng)用”“藥物基因組學(xué)將使我們很快能對病人個體化地應(yīng)用合適的藥物和合適的劑量”藥物基因組學(xué)將改變藥物開發(fā)過程42

22、新藥開發(fā)過程合成篩選II期臨床試驗III期臨床試驗I期臨床試驗動物藥理動物藥代和毒理藥物制劑候選化合物設(shè)計申請證書上市高風(fēng)險過程： 美國：11 15 年, 8億美元以上100 設(shè)計方案臨床前藥理學(xué)臨床前毒理學(xué)篩選數(shù)百萬化合物11 15 年1 2 產(chǎn)品I 期II 期III 期015510臨床藥理、毒理學(xué)臨床前創(chuàng)意被撤出市場的藥物適用證毒性相關(guān)基因突變阿洛司瓊（Alosetron）腸道綜合征缺血性結(jié)腸炎SLC6A4 （羥色胺轉(zhuǎn)運體）阿司咪唑（Astemizole）變態(tài)反應(yīng)QT 延長CYP2J2，西立伐他?。–erivastin）高脂血癥橫紋肌溶解CYP2C8, SLCO1B1西沙必利（Cisapride）胃十二指腸反流QT 延長SCN5A （鈉離子通道亞單位基因），KCNQ1右芬氟拉明（Dexfenfluramine）肥胖肺動脈高壓CYP2D6, BMPR2 （骨形態(tài)發(fā)生蛋白 II型受體）羅非考昔 （Rofecoxib, Vioxx）疼痛心血管毒性UDP-葡萄糖苷酸轉(zhuǎn)移酶: UGT2B7, UGT2B15特非那定（Terfenadine）變態(tài)反應(yīng)QT, 扭轉(zhuǎn)型室速KCNQ1（鉀離子通道基因）地來洛爾（Dilevalol）高血壓肝毒性UGT （2001, UK）舍吲哚 （Sertindole）精神分裂癥QT, 扭轉(zhuǎn)型室速K