第七章药物基因组学

第七章药物基因组学7.1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。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SNP•定义：•SNP是指基因组DNA双等位基因上单核苷酸的多态性。•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。•导致了一门新学科——药物基因组学的产生•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，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。药物基因组学•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。•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：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•药物基因组学就是一般的基因学吗？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把药物或疗法的副作用降至最低，而把疗效提至最高•为什么要研制符合人类不同个体的药物呢？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6.2药物基因组学的研究方法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.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1.“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。2.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。6.3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6.3.1.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。1、细胞色素P450(CYP)酶系CYPCYPAC9CYP2C9CYP3A4CYP2D6(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。(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。(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。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。(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2、二氢嘧啶脱氢酶•二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)是5-FU代谢的限速酶，在其分解代谢中起关键作用。•DPYD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。5-氟尿嘧啶(5-Fu)是临床上最广泛使用的肿瘤化疗药物之一。6.3.2.基因多态性与药效大多数药物作用于药物靶蛋白，使其产生药理学效应，如受体、酶或涉及信号转导、细胞周期调控或其他细胞功能的蛋白质。药物靶蛋白的基因多态性对于药物作用可有明显的影响。•例如，阿片类药物的主要作用位点µ阿片受体，研究显示阿片受体基因的118位点具有多态性，其变异的发生率约为10％。突变后的阿片受体蛋白对β-内啡肽的结合能力比天然受体的亲和力大3倍。6.3.3.基因多态性与抗药性•Q：临床上，为什么许多药物长期使用会导致疗效下降？•A：与病原微生物耐药性的形成密切相关。微生物的耐药性变异定义：微生物的耐药性变异是指微生物对某种抗菌药物由敏感变成耐药而成为耐药菌株的变异。病原微生物耐药性变异的危害•当前，病原微生物耐药性问题突出表现为发生耐药的速度越来越快，耐药的程度越来越重。•研究显示，我国的金黄色葡萄球菌的耐青霉素比例已经高达90%，肺炎链球菌已有45%耐青霉素，70%耐红霉素。导致肠道疾病的大肠杆菌有70%耐环丙沙星。防止病原微生物耐药性变异的措施•1.明确诊断、合理使用抗菌药物首先必须明确是否存在感染，是否需要使用抗菌药物；其次是确定为何种微生物的感染。•2、将药物敏感试验列为抗感染治疗前的常规检查项目6.3.4.基因多态性和群体•许多多态性基因在群体中的频率与人种或种族的特异性有关。•例1:•6－磷酸脱氢酶缺陷的多态性主要影响了非洲、亚洲、地中海人种的男性对许多药物的敏感以及日本人对酒精的敏感性。•例2：•N-乙酰基转移酶NAT2的底物基因多态性中的慢乙酰化型在高加索人种中发生的频率高达50%，而在日本人群中只占10%。在新药开发中的应用加速新药开发的进程挽救试验中失败的药物（1）加速新药的发现•由于基因组学规模大、手段新、系统性强，药物基因组学可以直接加速新药的发现。（2）挽救试验中失败的药物•已被淘汰的或未被批准的药物中，可能存在对某些病人有很好疗效的药物。如果对这类药物配上基因标签，表明对某类人群有效，那么应用基因芯片技术对特定人群的前期基因诊断，可能有助于新药的开发。6.4.2.在合理用药中的应用•合理用药是指根据疾病种类、患者状况和药理学理论选择最佳的药物及其制剂,制定或调整给药方案,以期有效、安全、经济地防治和治愈疾病的措施。其核心是个体化给药个体化给药•对于个体的病人要确保药物的安全性、有效性和个体化的合适剂量，需要个体化给药。药物基因组学可以针对不同的基因型“量身定做”药物，从而将药物的药效充分发挥而不良反应减少到最小。•1999年4月19日，美国首次向世界提出了开发以遗传为导向的个体化用药。2005年3月22日，美国FDA颁布了“药物基因组学资料呈递（PharmacogenomicDataSubmissions）指南”。•该新指南表明，美国政府正在通过官方途径来支持和提倡个体化用药。6.4.3.巨大的商业机会•（1）新药的发现速度明显增快•用药物基因组学原理开发新药，生产更有效的诊断和治疗药品已经引起有关部门和企业的高度重视。••（2）减少参试人群数量•Ⅲ期临床试验是新药临床试验过程中花销最大的阶段，上千人的临床试验，如果能事先知道他们可能对药物反应的话，如代谢酶的基因型，这样可以大大节约时间和费用。1998年和2005年药物基因组产品和服务市场（百万美元）适应证1998年2005年心血管疾病8.2139.1传染病7.3123.3中枢神经系统疾病4.372.30癌症2.441.30其他24.8419.0合计47.0795.06.4.4.中医药现代化的研究•中医药是中华民族的瑰宝，但中医药还不能与现代主流医学平起平坐，其原因除文化背景外，还包括中药有效成分尚不清晰，药品质量控制不够标准，疗效判断不够规范等多种因素。•当前中医药的现代化研究应重视中药化学组学和中药基因组学，将生物芯片等为核心的技术引入到现代中药研究中去，通过研究结果使中药得到更好地推广。谢谢！