药物基因组学的研究及应用进展

药物基因组学的研究及应用进展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学研究中的应用概述1.药物基因组学的定义药物基因组学（pharmacogenomics）是研究基因序列的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。概述个体对药物的反应在分子水平存在差异（人们通常称之为“个体差异”），这个概念人们已知道很久了，但近几年药物基因组学的研究给人们留下了非常深的印象。药物基因组学可以说是基因功能学与分子药理学的有机结合。概述药物基因组学区别于一般意义上的基因学，它不是以发现人体基因组基因为主要目的，而是相对简单地运用已知的基因理论改善病人的治疗。也可以这么说，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。概述基因工程药物是先确定对某种疾病有预防和治疗作用的蛋白质，然后将控制该蛋白质合成过程的基因取出来，经过基因重组，将该基因植入可以大量生产的受体细胞中去，使其在受体细胞不断繁殖，大规模生产具有预防和治疗这些疾病的蛋白质，即基因工程药物。概述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100个碱基就有1个呈现变异，但是直到20世纪80年代这差异才引入药物遗传学。此后，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。概述它是一门研究影响药物吸收、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。主要阐明药物代谢、药物转运、和药物靶分子的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。概述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：概述实验室和（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遗传多态性的相关、发现同源Pharaceeuticals,Inc基因、乳腺癌基因、血管损伤基因等概述实验室和（或）公司研究领域6.GenomeTherapeutics人类高分辨的基因多态性数据库Crop,(Waltham,MA)7.金塞特高密度的、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、人类基因图谱概述实验室和（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单连核苷酸多态性分析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连核苷酸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高通量基因型药物相关基因的分类药物从进人体内到发挥作用直至被清除，是一个较为复杂的过程。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。药物作用的差异可以是药物动力学或药效学差异。药物相关基因的分类药代动力学指的是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包括药物代谢酶（如细胞色素P450酶超家族成员）和介导药物摄入和排出的细胞内部的药物转运分子。药物相关基因的分类药效学差异指的是等量药物转运到分子作用部位但出现不同的药物疗效。这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。药物相关基因的分类基于目前的认识，药物相关的基因大致可分为四类：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等的编码基因药物相关基因的分类1.药物代谢酶相关基因细胞色素P450酶（CYP）是一个很大的酶系。它包含大量的与药物代谢有关的酶，也是药物代谢的主要酶系。在细胞色素P450的亚群中，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。药物相关基因的分类这样一来，细胞色素P450的代谢作用就显得尤其重要，而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。这种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。药物相关基因的分类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。研究发现其第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，但尚未投入临床应用。药物相关基因的分类在临床治疗一例深静脉血栓患者，用华法林（5mg/日）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-华法林的消除几乎只限于CYP2C9介导的氧化作用。已经明确CYP2C9的变异会削弱其催化能力，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。药物相关基因的分类这一病例阐述了如下“高风险药物动力学”概念：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。这种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。药物相关基因的分类CYP2C19基因多态性药物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。因此，CYP2C19的基因多态性会影响质子泵抑制剂的药动学，从而影响后者治疗酸相关疾病的临床效果。药物相关基因的分类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。药物相关基因的分类根据对CYP2C19的基因型分析，PM有3种基因型，也就是m1/m1，m2/m2或m1/m2。而EM包括2种基因型，纯合子（即wt/wt）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。药物相关基因的分类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，因此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。药物相关基因的分类有研究表明，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。如果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。药物相关基因的分类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道1.华法林CYP2C9功能不良的等位基因使抗凝作用增强2.氯沙坦、厄贝沙坦CYP2C9功能不良的等位基因使降压作用增强3.美托洛尔、噻吗咯尔CYP2D6弱代谢者表现为较弱普罗帕酮的β阻断作用4.奥美拉唑等质子泵CYP2C19代谢加速，多差异，抑制剂疗效变化药物相关基因的分类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道5.巯嘌呤（6MP）二氧嘧啶脱氢酶毒性增加6.巯嘌呤（6MP）胸腺嘧啶甲基骨髓毒性，肝脏损伤转移酶7.降酯药物肝脏脂酶降脂作用不同8.普鲁卡因胺NAT2慢性乙酰化者药源性痕疮的风险更大药物相关基因的分类2．药物受体相关的基因药物受体变异与药物作用之间有着密切的关系。关于鸦片类药物的主要作用位点µ鸦片受体，已研究显示鸦片受体基因的118位点具有多态性，其变异的发生率约为10％，在不同的种族中这种多态性有很大差别。突变后的鸦片受体蛋白对β-内啡肽的结合能力比天然受体的亲和力大3倍。药物相关基因的分类不难想象，除该受体基因本身突变外，受体基因调节部位的多态性对于应激、疼痛的耐受以及对药物的成瘾性等方面均具有重要作用。药物相关基因的分类临床医生在治疗高血压时发现1例46岁非裔美国男性，血压170mmHg/120mmHg以赖诺普列治疗1周后，血压没有变化，说明ACEI类药物对非裔美国人高血压患者并不适合作为首选药物。这是种族背景如何用于现代医学治疗方案选择的例子。非裔美国人高血压患者对ACEI没有反应并不奇怪。然而，这不是严格的法则，更确切的说法是非裔美国人高血压患者不象白人那样对ACEI有效。药物相关基因的分类种族因素是否可能或必须用于现代基因组学研究已成为争论的焦点。深入了解决定高血压发病机理及其对药物治疗反应的遗传因素，似乎能解决这个问题。人们可以根据种族间特异多态性频度的差异来选择治疗方法，而不仅仅按种族划分。药物相关基因的分类血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）是常用的降药物。如果病人ACE基因的第16位内含子出现一种删除变后，其转化活性就比出现一种插入突变明显加强。另一研究表明，如果病人携带插入ACE等位基因，对6个月疗程的依那普利治疗有较好疗效，而有杂合子删除突变的等位基因，则对该药几乎不起反应。药物相关基因的分类哮喘是由多种因素引起的。临床上通过5-脂氧酶（ALOX-5）途径进行治疗,其实就是依据病人对ALOX-5的反应来判断其所患哮喘是否为白三烯依赖性的。Silverman等人在ALOX-5基因的启动子区发现多态性，认为这种多态性与体外条件下报告的基因的转录有关。药物相关基因的分类Drazen等人发现这些序列的变异可以引起基因转录减慢，ALOX-5基因表达产物减少，以致病人对相应治疗不敏感。这种情况表明，受体基因的启动子与药物的治疗反应之间同样有着重要的关系。药物相关基因的分类药物受体相关基因的变异与药物反应药物基因相关报道β受体阻断剂β1和β2肾上改变心率减慢程度腺素受体或血压下降幅度雌激素雌激素受体雌激素治疗期间高密度脂蛋白升高程度不同降压药物AT1受体与降压效果有关苯二氮卓类多巴胺D3受体形成迟发性运动障碍精神分裂症药物相关基因的分类3.药物转运基因药物进入体内方