药物基因组学20160401

1药物基因组学季敬璋26.1概述•不同病人对同一药物表现出不同的药物治疗效果和毒副作用，一直困扰着临床医疗和制药业。•比如，有的人仅仅接触极微量青霉素即发生过敏反应性休克，有的甚至死亡，而更多的人则无不良反应。3出现这种现象的原因12药代酶、药物转运蛋白、药物作用靶点等药物相关基因的多态性和表达水平不同3最常见的是SNP（单核苷酸多态性）个体之间差异性4•个体差异：P1665•关注个体和群体之间的遗传多态性–遗传学基础6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7多态性分子标记p168•RFLP•STRorMS•SNP810q24.2Chromosome10CYP2C9gene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9SNP•定义：•SNP是指基因组DNA双等位基因上单核苷酸的多态性。10•SNP研究是人类基因组计划走向应用的重要步骤。因为SNP提供了一个强有力的工具，用于高危群体的发现、疾病相关基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物学的基础研究等。11•导致了一门新学科——药物基因组学的产生12•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，如一些遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷患者在接受抗疟药伯氨喹治疗后，引发严重的溶血。13药物基因组学P165•概念：通过DNA序列差异分析，从基因组水平上深入认识疾病和药物作用的个体差异机制，指导和优化药物设计和临床用药。14•1990年10月，美国正式启动当时世界最大规模的“人类基因组计划”。•1994年，中国先后启动了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研究”和“重大基因相关基因的定位、克隆、结构与功能研究”。人类基因的多态性15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立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：16实验室和（或）公司研究领域AeiveosSciencesGroup（Seattle,WA）年龄相关的基因及基因作用AvitechDiagostics(Malvern,PA)酶基因突变检测方法EuronaMedical,AB(Upsala，SE)药物效应与遗传学关系GenomeTherapeuticsCrop(Waltham,MA)人类高分辨的基因多态性数据库金塞特高密度的、等位基因图，6万个标识物Variagenics,Inc(Gambrige,MA)根据杂合型缺失型设计的抗癌治疗，抗癌药物基因组学LionBioscience,AG(Aeidelberg,DE)以药物为目标的个人基因序列鉴定、分析软件、不同情况下的表达数据GuraGen整合基因与药物基因组学的平台多样性分析EpidaurosBiotechnologie目的基因多态性分析JanssenPharmaceutica线粒体基因多样性分析NovaMollecular中枢神经系统疾病图17•药物基因组学就是一般的基因学吗？18药物基因组学和一般意义上基因学区别1药物基因组学不是以发现人体基因组基因为主要目的2相对简单地运用已知的基因理论改善病人的治疗3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19药物基因组学的三个研究目标1.研究人类对疾病的治疗2.研制符合人类不同个体的药物3.把药物或疗法的副作用降至最低，而把疗效提至最高20•为什么要研制符合人类不同个体的药物呢？21药物反应个体差异年龄老年、儿童、新生儿性别身高、体重环境因素食物/吸烟/合并用药合并症病程药物反应个体差异机制器官功能基因型22身高，体重年龄（老年人，儿童）性别（男性，女性）各人体质、器官功能不同环境因素（如合并用药)影响药效的个体差异因素有236.2药物基因组学的研究方法p17124对一些相关基因进行研究以期发现它们是否存在一些有害的等位基因，并对其可能造成的结果进行预防应用各种现代技术对一些不是很清楚的相关基因进行研究2.对整个基因组范围内相关基因的关系进行研究3.25采取“候选基因”策略基因组范围内遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究261.“候选基因”策略•主要是在给定某一药物的条件下，比较有反应者及无反应者靶基因多态性出现的频率。该方法的一个局限性是候选基因的选择需以给定药物的假定作用机制和(或)所治疗疾病的病理生理学为根据。272.遗传标志物和药物反应表型之间的关联研究SNP是基因组关联研究最常用的标志之一。据推测，人类整个基因组序列约有100万个SNP，它们可分布在编码区、内含子和启动子等区域，因此，进行多基因药理学特性相关研究时，SNP可作为涵盖整个基因组的有用标志物。2810q24.2Chromosome10CYP2C9gene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296.3药物基因组学研究的内容基因多态性与药物毒性1基因多态性与药效23基因多态性和群体4基因多态性与抗药性306.3.1.基因多态性与药物毒性•药物代谢即药物生物转化，主要是通过药物分子的氧化、还原、水解等引入极性基团，使多数药物灭活。•这一过程需有药物代谢酶的催化，其中最主要的代谢酶是细胞色素P450(CYP)酶系。311、细胞色素P450(CYP)酶系CYPCYPAC9CYP2C9CYP3A4CYP2D632（2）基因多态性与酶活性•CYP不仅存在种属差异，还具有基因和酶活性多态性。•基因变异类型超快速代谢型（UM）难达药效浓度快速代谢型(extensivemetabolizer,EM)中等代谢型（IM）慢代谢型（poormetabolizer,PM）易蓄积中毒33药物代谢酶表型和效应（基因剂量效应）-------药物代谢酶基因型最低有效浓度最小毒性浓度血浆药物浓度慢代谢者中间代谢者超快代谢者达不到药物有效浓度而对药物无应答药物在体内的蓄积而中毒34CYP2C19：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。35(1)CYP3A4•CYP3A4是代谢药物最多的一种代谢酶，它代谢目前市场上55%的常用药物，如乙酰氨基酚、卡马西平、洛伐他汀、硝苯地平、长春碱等。36(2)CYP2D6•CYP2D6是代谢药物种数仅次于CYP3A4的代谢酶，可代谢异喹胍、丙咪嗪、氯氮平、可待因、苯乙双胍、普罗帕酮、β2受体阻滞药等常用药物，现已发现CYP2D6的变异体已超过70种。37(3)CYP2C9•CYP2C9催化代谢大多数的抗凝药物,该酶的基因变异会导致患者发生出血的严重不良反应,甚至死亡。38抗凝血药物华法林•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，增加患者发生出血的风险。39(4)突变型CYPAC9•突变型CYPAC9，它的144位Arg变为Cys，导致药物与氧化还原酶的亲合力降低40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华法林CYP2C9功能不良的等位基因使抗凝作用增强氯沙坦、厄贝沙坦CYP2C9功能不良的等位基因使降压作用增强美托洛尔、噻吗咯尔普罗帕酮CYP2D6弱代谢者表现为较弱的β阻断作用奥美拉唑等质子泵抑制剂CYP2C19代谢加速，多差异，疗效变化巯嘌呤二氧嘧啶脱氢酶毒性增加巯嘌呤胸腺嘧啶甲基转移酶骨髓毒性，肝脏损伤降酯药物肝脏脂酶降脂作用不同普鲁卡因胺N-乙酰基转移酶2慢性乙酰化者药源性痕疮的风险更大41p1795-氟尿嘧啶(5-Fu)是临床上最广泛使用的肿瘤化疗药物之一。422、二氢嘧啶脱氢酶p179•二氢嘧啶脱氢酶(DPD)是5-FU代谢的限速酶，在其分解代谢中起关键作用。•DPD功能缺陷一方面可以提高活性5-FU代谢产物的浓度，但同时也会产生严重的毒性不良反应。43•二氢嘧啶脱氢酶（DPD）是5-FU分解代谢的限速酶，在不同个体中，其活性最大波动范围可达20倍。DPD活性低的患者不能有效灭活5-FU，导致过量生成5-FdUMP，从而引起致命的胃肠、血液、神经毒性，反之，则降低5-FU的抗瘤作用。•随着对DPYD研究的深入，目前已发现40余种突变位点并对部分位点的发生频率进行了研究。44•最常见的无活性突变体是一处剪切位点突变（IVS14+1G→A突变（DPYD*2A）（发生于第14号外显子和内含子接合处的恒定剪接位点GT位，使GT突变为AT，在形成mRNA过程中跳过第14号外显子，使DPDmRNA丢失长度为165bp的片段，导致DPD氨基酸序列中缺少581-635位的55个氨基酸，生成截短的DPD）。452.5-氟尿嘧啶（5-FU）与胸苷合成酶TSN5,N10-甲烯FH4FH2FH2还原酶FH4NADP+NADPH+H+胸苷合成酶TYMS遗传多态性与5-FU应答变异性相关。46•TS基因5′端启动增强子区存在串联重复序列（TSER）多态性它含有多个拷贝重复序列的等位基因，分别命名为TSER*2（2R）、TSER*3（3R）、TSER*4（4R）、TSER*5（5R）、TSER*9（9R）。研究显示2R和3R是最重要的等位基因型。在中国和日本人中3R/3R基因型的发生率（67%）明显高于白种人和西亚人（38%）。许多实验研究认为增加重复序列的数量导致TSmRNA水平及蛋白质表达的升高。大多数结直肠癌研究表明TSER*2纯合子比TSER*2/*3杂合子和TSER*3纯合子对5Fu为基础的化疗敏感，且预后要好。中位生存期由TSER*2纯合子的16个月下降到TSER*3纯合子的12个月。TS的基因型在研究中表明是一个无进展生存和总生存的独立预测因素。47•TSER*3等位基因的第二重复区内存在G→CSNP（分别称为3RG和3RC等位基因）。该多态性破坏转录因子上游刺激因子1（USF1）结合位点而影响TS表达。•3’非翻译区终止密码子下游447bp处的6bp缺失，这个多态性能预测结直肠癌对含5Fu的方案敏感。483.他莫昔芬与CYP2D6他莫昔芬（Tamoxifen）是一种选择性雌激素受体调节剂。它的结构与雌激素相似，能与雌激素竞争结合雌激素受体，阻止雌激素作用的发挥，从而抑制雌激素介导的乳腺癌细胞的增殖。他莫昔芬与CYP2D649•CYP2D6是他莫昔芬的主要代谢酶之一，能活化他莫昔芬成为endoxifen而产生药效。CYP2D6酶活性同基因型密切相关，分为超快代谢（Wt/Wt），强代谢（Wt/Vt），中间代谢（Vt/Vt携带致酶功能降低的等位基