基因组学-课件-12药物基因组学

2008-4-20中英联合实验室药物基因组学2008-4-20中英联合实验室概述药物相关基因的分类药物基因组学的研究方法药物基因组学的应用基因芯片技术在药物基因组学研究中的应用2008-4-20中英联合实验室概述1.药物基因组学的定义Pharmacogenomics是研究基因序列多态性与药物效应多样性之间关系，即基因本身及其突变体与药物效应相互关系的一门科学。2008-4-20中英联合实验室药效个体差异：个体对药物的反应在分子水平存在的差异。个体差异早就为人所知基因组学的开展与深入药物基因组学是基因功能学与分子药理学的有机结合2008-4-20中英联合实验室•药物基因组学与一般意义上基因组学的区别–它不以发现人体基因组基因为主要目的–相对简单地运用已知的基因理论改善病人的治疗，•药物基因组学是以药物效应及安全性为目标，研究各种基因变异与药效及安全性的关系。2008-4-20中英联合实验室基因变异安全性药效2008-4-20中英联合实验室2.药物基因组学的诞生•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，而这些差异是由基因多态性造成的•基因组中每500-1000bp就有1个呈现变异，但是直到20世纪80年代这些差异才引入药物遗传学。•人们发现了许多具有基因多态性的酶，在此基础上建立了药物基因组学。2008-4-20中英联合实验室•研究影响药物吸收、转运、代谢、清除、效应等个体差异的基因特性，即决定药物行为和敏感性的全部基因的新学科。•基因多态性与药物效应及不良反应之间的关系，并在此基础上研制新的药物或新的用药方法–药物代谢–药物转运–药物靶分子2008-4-20中英联合实验室3.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特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：2008-4-20中英联合实验室实验室和（或）公司研究领域1.AeiveosSciencesGroup年龄相关的基因及基因作用(Seattle,WA)2.AvitechDiagostics酶基因突变检测方法(Malvern,PA)。3.EuronaMedical,AB药物效应与遗传学关系(Upsala瑞典)4.GeminiResearch,Ltd根据表型发现新的基因，孪生(Cambridge,英国)子研究5.Genaissance遗传多态性、发现相关同源Pharaceeuticals,Inc基因、乳腺癌基因、血管损伤基因等2008-4-20中英联合实验室实验室和（或）公司研究领域6.GenomeTherapeutics人类高分辨率基因多态性数据库Crop,(Waltham,MA)7.金赛特高密度的等位基因图，6万个标识物8.Variagenics,Inc根据杂合型缺失型设计的抗癌治疗，(Gambrige,MA)抗癌药物基因组学9.LionBioscience,AG以药物为目标的个人基因序列鉴定、(Aeidelberg,德国）分析软件、不同情况下的表达数据10.策内卡人类基因多态性分析11.SmithKineBeecham诊断与药物基因组学试剂盒、人类基因图谱2008-4-20中英联合实验室实验室和（或）公司研究领域12.GuraGen整合基因与药物基因组学的平台多样性分析13.EpidaurosBiotechnologie目的基因多态性分析14.Hexagen单链核苷酸多态性分析15.JanssenPharmaceutica线粒体基因多样性分析16.Millenium预防医药公司用于药物基因组学的单链核苷酸17.NovaMollecular中枢神经系统疾病图18.MitoKor线粒体的基因分析19.RosettaInpharmatics基于核苷酸研究的试剂盒20.SequannaTherapeutics高通量基因型2008-4-20中英联合实验室药物相关基因的分类复杂过程•药物进入人体内•到发挥作用•被清除。在这个过程中的任何一个环节出现问题都可能引起药物效应的各种异常。药物作用的差异是药物动力学/药效学差异。2008-4-20中英联合实验室药代动力学差异：将药物转运至介导药物的效果和（或）毒性的关键分子部位或自该部位除去的差异。涉及这些过程的分子•药物代谢酶：细胞色素P450酶超家族成员•药物转运分子：介导药物摄入和排出2008-4-20中英联合实验室药效学差异：等量药物转运到分子作用部位但出现不同的药物疗效。反映了药物取得疗效的靶分子功能的差异，或是各种药物与分子靶位间的相互作用存在的广泛病理生理上的差异。2008-4-20中英联合实验室基于目前的认识，药物相关的基因大致可分为四类编码基因：1）药物代谢相关的酶2）药物结合相关的受体3）药物转运相关的膜通道4）信号传导相关的蛋白质2008-4-20中英联合实验室1.药物代谢酶相关基因•细胞色素P450酶（CYP）--血红蛋白超级家族，大的酶系统，包含大量与药物代谢有关的酶，是药物代谢的主要酶系•与一氧化碳结合和还原时，分光光度法测得的吸收峰在450nm附近•普遍存在于细菌、真菌及动植物中•催化内源性和外源性化合物的代谢。•参与外源性物质（如药物、酒精、抗氧化剂、有机溶剂、麻醉药、染料、环境污染物质、化学制品）的代谢，产生的代谢产物可能有毒性或致癌性2008-4-20中英联合实验室Nehert在常见氨基酸序列的基础上提出了通用的系统命名法，将同工酶及基因分为家族和亚家族，CYP命名所有物种的细胞色素P450同工酶17家族：所有来源的细胞色素P450蛋白的氨基酸若有40%以上的同源性，则归于同一家族，并以阿拉伯数字来标示，CYP2亚家族：氨基酸序列有55％以上同源性，以大写字母标示，字母后面阿拉伯数字表示不同的酶，CYP2C、CYP2D、CYP2E2008-4-20中英联合实验室肝脏代谢：细胞色素P450系统和肝脏代谢有关。CYP1，2，3家族占总肝P450含量的70%，负责大多数药物的代谢。CYP3A占总肝P450的30%，CYP2约占20%，CYP1A2占13%，CYP2E1占7%，CYP2A6占4%，CYP2D6占2%。小肠、胰、脑、肺、肾上腺、肾、骨髓、肥大细胞、皮肤、卵巢及睾丸均发现细胞色素P4502008-4-20中英联合实验室CYP2家族亚家族：2A、2B、2C、2D、2ECYP2C亚家族：使安定、三环类抗抑郁药（阿米替林、丙米嗪）去甲基，氧化奥美拉唑。2C9的底物是苯妥英、甲苯磺丁脲（tolbutamine）和双氯芬酸(diclofenec)。2C10酶参与甲苯磺丁脲和环已巴比妥的羟化。苯磺唑酮(sulfinpyrazone)和硫苯拉唑(sulfaphenaxole)可抑制这两种酶。2C19参与环已巴比妥、安定和S-美芬妥英(S-mephenytoin)的代谢。2008-4-20中英联合实验室CYP2D6：异喹胍(debrisoquine)羟化酶，研究很多，参与大量药物的代谢，如异喹胍（抗高血压）、三环类抗抑郁药、镇痛药(可待因、右美沙芬)、抗心律失常药。奎尼丁和选择性5－羟色胺为抑制剂CYP2E1（二甲基亚硝胺、N－去甲基酶）：负责许多挥发性麻醉药（如七氟醚、安氟醚、甲氧氟烷、异氟醚、乙醚、三氯乙烯和氯仿、乙醇及芳香类化合物，如苯、扑热息痛及亚硝基二甲胺）的代谢CYP3A4酶：参与多种麻醉药物的代谢2008-4-20中英联合实验室CYP2D6、CYP2C9和CYP2C19对许多药物的效应非常重要。对作用于神经系统或需要通过血脑屏障的亲脂性药物而言，肾脏排出的方式只有分泌，而且分泌量很小。细胞色素P450的代谢作用就显得尤其重要2008-4-20中英联合实验室CYP2D6非功能性等位基因纯合子携带者不能代谢和分泌许多药物，如异喹呱、美托洛尔、去甲替林、普罗帕酮等。病人对这些药物不能进行正常的代谢，故对这类药物非常敏感。这种基因型的发生率在不同的种族中有很大的差异，如日本人的发生率约为1%，而尼日利亚人的发生率为5%。这就要求临床用药中要特别注意药物的用量。2008-4-20中英联合实验室CYP2C19基因缺陷的病人对于一些药物如苯妥英、环已烯巴比妥等高度敏感。其第５外显子上单个碱基的突变（A→G）就可以导致功能的丧失。目前已被制成相应的生物芯片，即将投入临床应用。2008-4-20中英联合实验室CYP2C9：介导S-华法林消除临床用华法林（5mg/日）治疗深静脉血栓患者一例：治疗一周后，发生颅内出血。患者使用的华法林为消旋体，它的活性对映体S-华法林的消除依赖于CYP2C9，几乎只限于CYP2C9的氧化作用。CYP2C9的变异削弱其催化能力，仅极少数变异体的纯合子个体表现为S-华法林血浓度的明显升高，因此，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。2008-4-20中英联合实验室“高风险药物动力学”：有效浓度和中毒浓度相近的药物经单一途径消除时，这条途径的遗传变异将导致药物清除、血药浓度和效应的较大（有时大几个数量级）改变。高风险药物动力学也成为药物相互作用致药效大幅度变化的基础，如奎尼丁加地高辛或特非那丁加酮康唑。2008-4-20中英联合实验室奎尼丁和地高辛：经常合用，成功治愈了多种心脏疾患。地高辛的半衰期无明显变动特非那丁：季节性、常年性过敏性鼻炎、急慢性荨麻疹、过敏性花粉症酮康唑：治疗浅表和深部真菌病，如皮肤和指甲癣、阴道白色念珠菌病、胃肠真菌感染特非那丁加酮康唑：头晕加重，头痛，继而意识丧失，摔倒撞伤头部，四肢抽搐，小便失禁2008-4-20中英联合实验室CYP2C19基因多态性影响临床疗效的另一实例是质子泵抑制剂。奥美拉唑、兰索拉唑和潘托拉唑等质子泵抑制剂（抗酸及抗溃疡药）由P450酶代谢，主要由S-美芬妥英羟化酶（S-mephenytoin4’-hydroxylase,CYP2C19）,部分由CYP3A4代谢。CYP2C19的基因多态性会影响质子泵抑制剂的药动学，从而影响后者治疗相关疾病的临床效果。2008-4-20中英联合实验室CYP2C19分弱代谢型（poormetabolisher,PM）和强代谢型(extensivemetabolisher,EM)。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。2008-4-20中英联合实验室•PM3种基因型：m1/m1，m2/m2或m1/m2。•EM2种基因型：纯合子wt/wt和杂合子型wt/m1或wt/m2。•对健康自愿者的研究表明，CYP2C19是奥美拉唑、兰索拉唑、潘托拉唑和雷贝拉唑（rabeprazole）的代谢酶•其基因多态性对它们影响的程度为：奥美拉唑潘托拉唑兰索拉唑雷贝拉唑。在低剂量给药时，PM型患者质子泵抑制剂的效果要优于EM型。2008-4-20中英联合实验室腺嘌呤甲基转移酶TPMT：嘌呤类抗肿瘤药物体内代谢关键酶。减少嘌呤类药物在代谢中生成的巯基鸟嘌呤磷酸盐(导致造血系统毒性)。TPMT活性降低或缺失的患者，在接受标准剂量的嘌呤类药物治疗时,极易造成骨髓抑制。–对于治疗白血病药物巯嘌呤来说，多数人可以通过药物代谢酶腺嘌呤甲基转移酶（PTMT）的作用很快将其代谢，常需要使用较高剂量。–某些病人对这种药物的代谢较慢，其用药量就要相对减少，以降低其毒性作用。–另一些病人对这种药物的代谢率非常低，即使用很小剂量治疗类风湿关节炎或白血病也会引起致死性粒细胞缺乏。2008-4-20中英联合实验室•TPMT至少存在四种等位基因的变异，从而导致药物代谢的多态性。•在治疗前进行药物代谢类型检测，对确定用药剂量无疑有重要意义。2008-4-20中英联合实验室药物代谢酶相关基因多态性与药物反应药物基因相关的报