藥物基因組學(xué)

藥物基因組學(xué)6.1概述不同病人對同一藥物表現(xiàn)出不同的藥物治療效果和毒副作用，一直困擾著臨床醫(yī)療和制藥業(yè)。比如，有的人僅僅接觸極微量青霉素即發(fā)生過敏反應(yīng)性休克，有的甚至死亡，而更多的人則無不良反應(yīng)。第2頁,共60頁，2024年2月25日，星期天出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因12藥代酶、藥物轉(zhuǎn)運蛋白、藥物作用靶點等藥物相關(guān)基因的多態(tài)性和表達水平不同3最常見的是SNP（單核苷酸多態(tài)性）個體之間差異性第3頁,共60頁，2024年2月25日，星期天個體差異：P166第4頁,共60頁，2024年2月25日，星期天關(guān)注個體和群體之間的遺傳多態(tài)性遺傳學(xué)基礎(chǔ)第5頁,共60頁，2024年2月25日，星期天藥物代謝遺傳因素的決定性基因環(huán)境0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%HGFEDCBAD:雙香豆素C:阿司匹林B:安替比林A:保泰松H:二苯妥因F:水楊酸鈉E:異戊巴比妥

親脂性藥物生物轉(zhuǎn)化親水性代謝產(chǎn)物藥物重吸收藥物重吸收肝臟藥物代謝G:鋰鹽排泄第6頁,共60頁，2024年2月25日，星期天多態(tài)性分子標記p168RFLPSTRorMSSNP第7頁,共60頁，2024年2月25日，星期天10q24.2Chromosome10CYP2C9gene9Exon55kb490AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1NormalenzymaticactivityGAGGACCGTGTTCAAGluAspArgValGln5’3’CYP2C9*2NoenzymaticactivityT430C>T(Arg144Cys)Cys單核苷酸多態(tài)性（SNP）導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素GT突變野生型突變型第8頁,共60頁，2024年2月25日，星期天SNP定義：

SNP是指基因組DNA雙等位基因上單核苷酸的多態(tài)性。第9頁,共60頁，2024年2月25日，星期天SNP研究是人類基因組計劃走向應(yīng)用的重要步驟。因為SNP提供了一個強有力的工具，用于高危群體的發(fā)現(xiàn)、疾病相關(guān)基因的鑒定、藥物的設(shè)計和測試以及生物學(xué)的基礎(chǔ)研究等。第10頁,共60頁，2024年2月25日，星期天導(dǎo)致了一門新學(xué)科——藥物基因組學(xué)的產(chǎn)生

第11頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

早在20世紀50年代，人們就發(fā)現(xiàn)不同的遺傳背景會導(dǎo)致藥物反應(yīng)的差異，如一些遺傳性葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺陷患者在接受抗瘧藥伯氨喹治療后，引發(fā)嚴重的溶血。第12頁,共60頁，2024年2月25日，星期天藥物基因組學(xué)P165概念：通過DNA序列差異分析，從基因組水平上深入認識疾病和藥物作用的個體差異機制，指導(dǎo)和優(yōu)化藥物設(shè)計和臨床用藥。第13頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1990年10月，美國正式啟動當時世界最大規(guī)模的“人類基因組計劃”。1994年，中國先后啟動了“中華民族基因組中若干位點基因結(jié)構(gòu)的研究”和“重大基因相關(guān)基因的定位、克隆、結(jié)構(gòu)與功能研究”。人類基因的多態(tài)性第14頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

國外藥物基因組學(xué)的研究動態(tài)

1997年6月28日,金賽特（巴黎）可伯特實驗室宣布成立世界上第一個獨立的基因與制藥公司研究藥物基因組學(xué)，隨后已有幾十家公司已涉及此領(lǐng)域。目前，藥物基因組學(xué)已涉及的研究領(lǐng)域包括：第15頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

藥物基因組學(xué)就是一般的基因?qū)W嗎？第17頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

藥物基因組學(xué)和一般意義上基因?qū)W區(qū)別

1藥物基因組學(xué)不是以發(fā)現(xiàn)人體基因組基因為主要目的2相對簡單地運用已知的基因理論改善病人的治療3以藥物效應(yīng)及安全性為目標，研究各種基因變異與藥效及安全性的關(guān)系第18頁,共60頁，2024年2月25日，星期天藥物基因組學(xué)的三個研究目標1.研究人類對疾病的治療2.研制符合人類不同個體的藥物3.把藥物或療法的副作用降至最低，而把療效提至最高第19頁,共60頁，2024年2月25日，星期天為什么要研制符合人類不同個體的藥物呢？第20頁,共60頁，2024年2月25日，星期天藥物反應(yīng)個體差異年齡老年、兒童、新生兒

性別身高、體重環(huán)境因素食物/吸煙/合并用藥

合并癥病程

藥物反應(yīng)個體差異機制器官功能基因型第21頁,共60頁，2024年2月25日，星期天身高，體重年齡（老年人，兒童）性別（男性，女性）各人體質(zhì)、器官功能不同環(huán)境因素（如合并用藥)影響藥效的個體差異因素有第22頁,共60頁，2024年2月25日，星期天6.2藥物基因組學(xué)的研究方法

p171第23頁,共60頁，2024年2月25日，星期天LOGO6.2.1藥物基因組學(xué)的研究大致分為三個階段1.對一些相關(guān)基因進行研究以期發(fā)現(xiàn)它們是否存在一些有害的等位基因，并對其可能造成的結(jié)果進行預(yù)防應(yīng)用各種現(xiàn)代技術(shù)對一些不是很清楚的相關(guān)基因進行研究2.對整個基因組范圍內(nèi)相關(guān)基因的關(guān)系進行研究3.第24頁,共60頁，2024年2月25日，星期天LOGO6.2.2藥物基因組學(xué)的研究手段1.ONE2.TWO采取“候選基因”策略基因組范圍內(nèi)遺傳標志物和藥物反應(yīng)表型之間的關(guān)聯(lián)研究第25頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1.“候選基因”策略

主要是在給定某一藥物的條件下，比較有反應(yīng)者及無反應(yīng)者靶基因多態(tài)性出現(xiàn)的頻率。該方法的一個局限性是候選基因的選擇需以給定藥物的假定作用機制和(或)所治療疾病的病理生理學(xué)為根據(jù)。第26頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2.遺傳標志物和藥物反應(yīng)表型之間的關(guān)聯(lián)研究SNP是基因組關(guān)聯(lián)研究最常用的標志之一。據(jù)推測，人類整個基因組序列約有100萬個SNP，它們可分布在編碼區(qū)、內(nèi)含子和啟動子等區(qū)域，因此，進行多基因藥理學(xué)特性相關(guān)研究時，SNP可作為涵蓋整個基因組的有用標志物。第27頁,共60頁，2024年2月25日，星期天10q24.2Chromosome10CYP2C9gene9Exon55kb490AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1NormalenzymaticactivityGAGGACCGTGTTCAAGluAspArgValGln5’3’CYP2C9*2NoenzymaticactivityT430C>T(Arg144Cys)Cys單核苷酸多態(tài)性（SNP）導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素GT突變野生型突變型第28頁,共60頁，2024年2月25日，星期天6.3藥物基因組學(xué)研究的內(nèi)容基因多態(tài)性與藥物毒性1基因多態(tài)性與藥效23基因多態(tài)性和群體4基因多態(tài)性與抗藥性第29頁,共60頁，2024年2月25日，星期天6.3.1.基因多態(tài)性與藥物毒性

藥物代謝即藥物生物轉(zhuǎn)化，主要是通過藥物分子的氧化、還原、水解等引入極性基團，使多數(shù)藥物滅活。這一過程需有藥物代謝酶的催化，其中最主要的代謝酶是細胞色素P450(CYP)

酶系。第30頁,共60頁，2024年2月25日，星期天1、細胞色素P450(CYP)酶系CYPCYPAC9CYP2C9CYP3A4CYP2D6第31頁,共60頁，2024年2月25日，星期天（2）基因多態(tài)性與酶活性CYP不僅存在種屬差異，還具有基因和酶活性多態(tài)性。基因變異類型超快速代謝型（UM）難達藥效濃度快速代謝型(extensivemetabolizer,EM)

中等代謝型（IM）慢代謝型（poormetabolizer,PM）易蓄積中毒第32頁,共60頁，2024年2月25日，星期天藥物代謝酶表型和效應(yīng)（基因劑量效應(yīng)）-------藥物代謝酶基因型最低有效濃度最小毒性濃度血漿藥物濃度慢代謝者

中間代謝者

超快代謝者達不到藥物有效濃度而對藥物無應(yīng)答藥物在體內(nèi)的蓄積而中毒第33頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

CYP2C19：白種人、美國黑人PM基因型約占3%～5%，亞洲人為12%～100%，其中中國人為15%，日本人19%～23%，朝鮮人13%，均遠高于白種人。最基本的PM基因型是在CYP2C19外顯子5的1個單堿基突變（CYP2C19m1），另一種在外顯子4的突變（CYP2C19m2）可能只在亞洲人中出現(xiàn)。

第34頁,共60頁，2024年2月25日，星期天(1)CYP3A4CYP3A4是代謝藥物最多的一種代謝酶，它代謝目前市場上55%的常用藥物，如乙酰氨基酚、卡馬西平、洛伐他汀、硝苯地平、長春堿等。第35頁,共60頁，2024年2月25日，星期天(2)CYP2D6CYP2D6是代謝藥物種數(shù)僅次于CYP3A4的代謝酶，可代謝異喹胍、丙咪嗪、氯氮平、可待因、苯乙雙胍、普羅帕酮、β2受體阻滯藥等常用藥物，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)CYP2D6的變異體已超過70種。第36頁,共60頁，2024年2月25日，星期天(3)CYP2C9CYP2C9催化代謝大多數(shù)的抗凝藥物,該酶的基因變異會導(dǎo)致患者發(fā)生出血的嚴重不良反應(yīng),甚至死亡。第37頁,共60頁，2024年2月25日，星期天抗凝血藥物華法林

在標準劑量下CYP2C9變異的個體，通常表現(xiàn)為華法林抗凝作用的顯著增強，增加患者發(fā)生出血的風險。第38頁,共60頁，2024年2月25日，星期天(4)突變型CYPAC9

突變型CYPAC9，它的144位Arg變?yōu)镃ys，導(dǎo)致藥物與氧化還原酶的親合力降低

第39頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共60頁，2024年2月25日，星期天p179

5-氟尿嘧啶(5-Fu)是臨床上最廣泛使用的腫瘤化療藥物之一。第41頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2、二氫嘧啶脫氫酶p179

二氫嘧啶脫氫酶(DPD)是5-FU代謝的限速酶，在其分解代謝中起關(guān)鍵作用。

DPD功能缺陷一方面可以提高活性5-FU代謝產(chǎn)物的濃度，但同時也會產(chǎn)生嚴重的毒性不良反應(yīng)。第42頁,共60頁，2024年2月25日，星期天二氫嘧啶脫氫酶（DPD）是5-FU分解代謝的限速酶，在不同個體中，其活性最大波動范圍可達20倍。DPD活性低的患者不能有效滅活5-FU，導(dǎo)致過量生成5-FdUMP，從而引起致命的胃腸、血液、神經(jīng)毒性，反之，則降低5-FU的抗瘤作用。隨著對DPYD研究的深入，目前已發(fā)現(xiàn)40余種突變位點并對部分位點的發(fā)生頻率進行了研究。第43頁,共60頁，2024年2月25日，星期天最常見的無活性突變體是一處剪切位點突變（IVS14+1G→A突變（DPYD*2A）（發(fā)生于第14號外顯子和內(nèi)含子接合處的恒定剪接位點GT位，使GT突變?yōu)锳T，在形成mRNA過程中跳過第14號外顯子，使DPDmRNA丟失長度為165bp的片段，導(dǎo)致DPD氨基酸序列中缺少581-635位的55個氨基酸，生成截短的DPD）。第44頁,共60頁，2024年2月25日，星期天2.5-氟尿嘧啶（5-FU）與胸苷合成酶TSN5,N10-甲烯FH4FH2FH2還原酶FH4NADP+NADPH+H+胸苷合成酶TYMS遺傳多態(tài)性與5-FU應(yīng)答變異性相關(guān)。第45頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

TS基因5′端啟動增強子區(qū)存在串聯(lián)重復(fù)序列（TSER）多態(tài)性

它含有多個拷貝重復(fù)序列的等位基因，分別命名為TSER*2（2R）、TSER*3（3R）、TSER*4（4R）、TSER*5（5R）、TSER*9（9R）。研究顯示2R和3R是最重要的等位基因型。在中國和日本人中3R/3R基因型的發(fā)生率（67%）明顯高于白種人和西亞人（38%）。許多實驗研究認為增加重復(fù)序列的數(shù)量導(dǎo)致TSmRNA水平及蛋白質(zhì)表達的升高。

大多數(shù)結(jié)直腸癌研究表明TSER*2純合子比TSER*2/*3雜合子和TSER*3純合子對5Fu為基礎(chǔ)的化療敏感，且預(yù)后要好。中位生存期由TSER*2純合子的16個月下降到TSER*3純合子的12個月。TS的基因型在研究中表明是一個無進展生存和總生存的獨立預(yù)測因素。第46頁,共60頁，2024年2月25日，星期天TSER*3等位基因的第二重復(fù)區(qū)內(nèi)存在G→CSNP（分別稱為3RG和3RC等位基因）。該多態(tài)性破壞轉(zhuǎn)錄因子上游刺激因子1（USF1）結(jié)合位點而影響TS表達。3’非翻譯區(qū)終止密碼子下游447bp處的6bp缺失，這個多態(tài)性能預(yù)測結(jié)直腸癌對含5Fu的方案敏感。第47頁,共60頁，2024年2月25日，星期天3.他莫昔芬與CYP2D6

他莫昔芬（Tamoxifen）是一種選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑。它的結(jié)構(gòu)與雌激素相似，能與雌激素競爭結(jié)合雌激素受體，阻止雌激素作用的發(fā)揮，從而抑制雌激素介導(dǎo)的乳腺癌細胞的增殖。他莫昔芬與CYP2D6第48頁,共60頁，2024年2月25日，星期天CYP2D6是他莫昔芬的主要代謝酶之一，能活化他莫昔芬成為endoxifen而產(chǎn)生藥效。CYP2D6酶活性同基因型密切相關(guān)，分為超快代謝（Wt/Wt），強代謝（Wt/Vt），中間代謝（Vt/Vt攜帶致酶功能降低的等位基因，），弱代謝（Vt/Vt攜帶兩個無效等位基因）。CYP2D6基因型同癌癥復(fù)發(fā)風險和熱潮紅的發(fā)生率相關(guān)，CYP2D6*10/*10，CYP2D6*4/*4復(fù)發(fā)風險較高。第49頁,共60頁，2024年2月25日，星期天第50頁,共60頁，2024年2月25日，星期天CYP2D6基因型同他莫昔芬治療的乳腺癌患者的無疾病進展期，中位生存期密切相關(guān)，可作為他莫昔芬治療的療效預(yù)測指標；CYP2D6Wt/Wt療效最佳，CYP2D6*4/*4，CYP2D6*10/*10（亞洲人群約占53%）或雜合型*4/Wt療效較差，血液中活性代謝產(chǎn)物endoxifen濃度顯著降低。第51頁,共60頁，2024年2月25日，星期天6.4藥物基因組學(xué)研究的應(yīng)用前景p185中醫(yī)藥現(xiàn)代化的研究4.巨大的商業(yè)機會3.在合理用藥中的應(yīng)用2.在新藥開發(fā)中的應(yīng)用1.第52頁,共60頁，2024年2月25日，星期天6.4.1.在新藥開發(fā)中的應(yīng)用加速新藥開發(fā)的進程挽救試驗中失敗的藥物第53頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

（1）加速新藥的發(fā)現(xiàn)由于基因組學(xué)規(guī)模大、手段新、系統(tǒng)性強，藥物基因組學(xué)可以直接加速新藥的發(fā)現(xiàn)。第54頁,共60頁，2024年2月25日，星期天

（2）挽救試驗中失敗的藥物已被淘汰的或未被批準的藥物中，可能存在對某些病人有很好療效的藥物。如果對這類藥物配上基因標簽，表明對某類人群有效，那么應(yīng)用基因芯片技術(shù)對特定人群的前期基因診斷，可能有助于新藥的開發(fā)。第55頁,共60頁，2024年2月25