周宏灏-药物基因组学与个体化用药与床与创新药物开发

药物基因组学与个体化用药及新药创制周宏灏中国工程院院士中南大学临床药理（遗传药理）研究所新药创制前沿理论全国研究生暑期学校，2010-7-16,长沙人类基因组计划1990年正式启动人类基因组测序计划,2003年完成。̶识别人类基因组的所有大约3万个DNA̶测定组成人类基因组DNA的约30亿对核苷酸的序列各种“组学”（omics）应运而生蛋白质组学(Proteomics)过敏原组学(Allergenomics)文献组学(Bibliomics)生物组学(Biomics)心血管基因组学(Cardiogenomics)细胞组学(Cellomics)化学基因组学(Chemogenomics)化学蛋白质组学(Chemogenomics)染色质组学(Chromonomics)染色体学(Chromosomics)组合多肽组学(CombinatorialPeptidomics)计算RNA组学(ComputationalRNomics)低温生物组学(Cryobionomics)结晶组学(Fragonomics)细胞色素组学(Cytomics)降解组学(Degradomics)生态毒理基因组学(Ecotoxicogenomics)脂类组学(Eicosanomics)胚胎基因组学(Embryogenomics)环境组学(Epitomics)表观基因组学(Epigenomics)表达组学(Expressomics)通量组学(Fluxomics)碎片组学(Fragonomics)等等药物基因组学和遗传药理学药物基因组学(Pharmacogenomics,PGx):−研究DNA如何影响药物反应遗传药理学（Pharmacogenetics,PGt):−研究DNA变异如何引起药物反应差异属于药物基因组学的范畴=药理学+基因组学,目标:药物反应的遗传易感性个体化药物治疗根据个体的遗传结构选择适合病人的药物种类和剂量传统用药的新变革药物治疗的有效性和毒性个体差异相同剂量、不同体内药物浓度和总量恶性肿瘤老年滞呆粪尿失禁丙型肝炎骨质疏松症偏头痛(慢性)风湿性关节炎偏头痛(急性)糖尿病哮喘心律失常精神病抑郁症(SSRI)镇痛(Cox2)无效安全有效毒性有效率:25%-80%药物ADR严重全球死亡主要原因第4~6位我国因药物不良反应住院人数：250万/年;因药物不良反应死亡人数：20万/年80-60-40-20-0-年龄老年人儿童新生儿性别身高/体重并发症病程药物个体差异的影响因素脏器功能肝,肾,心环境因素饮食/吸烟/合并用药药物反应个体差异基因多态性药物代谢遗传因素的决定性基因环境•0%•10%•20%•30%•40%•50%•60%•70%•80%•90%•100%HGFEDCBAD:双香豆素C:阿司匹林B:安替比林A:保泰松H:二苯妥因F:水杨酸钠E:异戊巴比妥亲脂性药物生物转化亲水性代谢产物药物重吸收药物重吸收肝脏药物代谢G:锂盐排泄10q24.2Chromosome10CYP2C9gene9Exon55kb490AA10q24.2CGTASNPCYP2C9*1NormalenzymaticactivityGAGGACCGTGTTCAAGluAspArgValGln5’3’CYP2C9*2NoenzymaticactivityT430CT(Arg144Cys)Cys单核苷酸多态性（SNP）导致人类遗传易感性的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素GT突变野生型突变型服用40mg奥美拉唑后Mean±95%可信区间奥美拉唑(mg/L)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1CYP2C19基因型/表型基因剂量效应AUC:1.1±0.60.6±0.3mg.h/L5.3±2.2CYP2D6基因型/表型传统用药个体化用药100mg500mg100mg10mg超强代谢者强代谢者中等代谢者弱代谢者根据CYP2D6基因型选择去甲替林剂量功能性：CYP2D6*1功能降低：CYP2D6*2,*9,*10,*17无功能：CYP2D6*3,*4,*6基因缺失：CYP2D6*5XieHG,PersonalizedMedicine(2005)2(4),325–337药物作用受药物代谢、转运、靶点多态性控制药代动力学药效动力学药物疗效和毒性的个体差异基因组基因变异(单核苷酸多态性)药物靶点药物转运体药物代谢酶举例:6-巯基嘌呤代谢和巯基嘌呤甲基转移酶6-巯基嘌呤(6-MP)硫唑嘌呤非酶代谢硫尿酸巯基嘌呤次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶硫基次黄嘌呤单磷酸盐(6-TIMP)Yimercaptopurinenucleotides(6-MMP)Thioguaninenucleotides(6-TGN)TPMT内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶IMPDH与DNA/RNA整合骨髓毒性肝毒性黄嘌呤氧化酶XOTPMTTPMT基因多态性及6-MP毒性s放射性肿瘤累计发生率放射治疗后时间(年)McLeodetal.,200010.80.60.40.20突变纯合子突变杂合子野生纯合子00.511.522.5AmerJHumGen63(1),11-16,1998500040003000200010000突变纯合子突变杂合子野生纯合子TGN(pmol/8·106RBC)1086420051015202530TPMT活性%根据TPMT基因型调整6-MP剂量010203005005000毒性风险高毒性风险低CellularTGN常规剂量01020300246810*2,*3A,*3C*1TPMTActivityConventionaldose010203005005000CellularTGN6-10%65%基于TPMT基因型的剂量基因检测急性淋巴性白血病是小儿白血病中最常见的一类基因检测可确定小儿白血病的亚型，从而有助于及时和正确的诊断小儿白血病治愈率由1960s的4%提高到现在的80%基因检测和依据基因型的化疗药物治疗对小儿白血病生存率的影响NewEnglandJournalofMedicine,2006,200l;个体化给药使ALL治愈率显著提高基因测试有助于确定小儿白血病的变异基因，帮助医生选择合适的药物种类和剂量。010203040506070809019622007治愈率(%)90807060504030201001960年代当今4%80%伊立替康（转移性结肠直肠癌）代谢伊立替康(前药-无活性)酯酶SN-38(活性)UGT1A1(肝脏内)SN-38G胆汁(TA)6TAA12345(TA)7TAA12345UGT1A1活性SN-38浓度6/6野生型7/7突变型UGT1A1TA重复序列与伊立替康35.716.38.6051015202530354045506/66/77/7P=0.007UGT1A1genotype%grade4/5neutropeniaN=52441.933.814.30510152025303540456/66/77/7UGT1A1genotypeObjectiveresponse(%)P=0.045FromMcLeodetal,2004UGT1A*28相关的伊立替康疗效(4～5级嗜中性白血球低下)结肠癌(n=59)毒性:10%*28/*28毒性：50%减少剂量或换药wt/*28毒性：12.5%减少剂量或换药wt/wt毒性：0%常规剂量Innocentietal,JClinOncology22:1-7,2004EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗NUCLEUSRafMEKKERKsekMAPKjnk/sapkC-mycC-junPI3KAktintermediatesApoptosisRho-BKi-67ExtracellularIntracellularRasEGFRTKI（吉非替尼，厄洛替尼）mAb(Cetuximab，西妥昔单抗，爱必妥)凋亡增殖增殖K-ras带有K-ras突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的疗效降低K-ras变异和恶性肿瘤的抗-EGFR治疗12,13外显子(96%)and6112外显子35GA(甘天门冬）为主GCTGATGCCGCetuximab(西妥昔单抗)无效应EGFRTKG细胞膜突变K-rasK-ras的功能突变不受上游信号控制K-ras发生率及药物疗效LicarA,IntlJOncology,2010;36:1137转移性结肠直肠癌273例检测K-ras基因：12，13密码子7个常见突变野生型：54.5%突变型：45.5%（Gly12Asp最多：38.5%）西妥昔单抗（Cetuximab）治疗有效者的野生型为85.7%有效者中也有突变型；无效者中也有野生型个体化用药能够提高结肠癌的药物疗效Langreth,R.(2008),‘Imclone’sGeneTestBattle’,Forbes.com,16MayK-ras基因型检测不用西妥昔治疗用西妥昔治疗西妥昔治疗治疗成功个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用-美国治疗有效者平均每人节省60%费用40%疗效不好的病人避免罕见副作用有效率没有改变，为25%Langreth,R.(2008),‘Imclone’sGeneTestBattle’,Forbes.com,16May进行Kras检测不进行Kras检测$22.800$38.000$97.022$156.554是否进行Kras检测实行爱必妥个体化治疗费用的比较$0$50,000$100,000$150,000$200,000平均治疗费用/人平均治疗费用/有效病人个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用–我国西妥昔临床用法：每周注射一次。初始量第一周400mg/m2，随后每周250mg/m2。按中国人平均体表面积计算，第一次用7瓶（100毫克/瓶），以后每次用4瓶。4400元/瓶。首次量：4400×7=30800元；其后每次：4400×4=17600元。西妥昔停用指针为肿瘤进展（药物治疗无效，病情恶化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为16周，也即注射16次，合计费用为294800元。K-ras基因突变患者可平均节约30万元。Hanetal.JClinOncology23(11),2006MutationWilt-typeMutationWilt-typeEGFR主要功能突变:19号外显子：Glu746-Ala750缺失21号外显子：Leu858Arg携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者对吉非替尼(gefitinib,TKI)疗效更好19-21外显子突变纯合子19-21外显子突变杂合子19-21外显子野生纯合子用TKI(gefitinib)治疗用TKI(gefitinib)治疗不用TKI(gefitinib)治疗ECFR检测根据非小细胞肺癌患者EGFR基因型应用吉非替尼(gefitinib,TKI)售价：550元/片。每天口服药物费用550元，每月费用16500元。基因检测EGFR无突变患者可节省1-6个月的药费：16500元至99000元。个体化用药降低非小细胞肺癌治疗费用高血压病n=422CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389ArgCYP2D6*10*10+Gly389GlyCYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly随机分两组CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389Ar