第五章 药物基因组学.doc

目录第五章 药物基因组学的临床应用第一节 药物基因组学基础一、遗传药理学的发展二、药物基因组学的遗传学基础三、基因多态性的类型四、多态性研究的整体思路第二节 药物代谢酶的遗传药理学一、I相代谢酶二、II相代谢酶第三节 药物转运体基因多态性一、ABC转运体二、SLC超家族第四节 药物受体基因多态性一、b肾上腺素受体基因多态性二、血管紧张素型受体三、过氧化物酶体增殖物激活受体四、阿片受体五、磺脲类受体六、维生素K环氧化物还原酶复合体1第五节 基因芯片技术在药物基因组学研究中的应用一、 基因芯片的原理二、 基因芯片的分类三、 基因芯片的产品四、 基因芯片的应用前景第六节 药物基因组学临床应用的机遇与挑战 第五八章 药物基因组学的临床应用影响患者对药物反应的因素有很多，包括患者本身的内在因素如年龄、性别、种族/民族、遗传、疾病状态和器官功能，还有其它生理变化，包括怀孕、哺乳,以及外源性因素如吸烟和饮食。基因变异可导致疾病表现和药物反应的多样性这一观念目前已得到广泛认可，并经许多的研究证实。对于一些遗传因素影响研究比较明确的药物，在治疗上可以根据基因信息的指导进行给药，避免其毒性并使治疗效果达到最优化。此外，对于药物反应个体化差异的遗传机制的研究，有助于降低新药研发中不可预期毒性的风险，明确哪些病人将会有最好的治疗效果，收益程度最大；或者淘汰那些对患者疗效不佳、容易出现严重不良反应的新药。越来越多的经美国FDA批准的药品说明书中都提供了药物基因组学方面的信息。生物学信息在药物的研发、管理和临床应用方面的融合和使用在以后将会继续增长。 药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是，这个机会的利用却受到阻碍和挑战，源于要学习过去几十年内遗传药理学大量的研究结果，并且新的知识还在不断的更新。本章节将通过药物基因组学基础知识和具体疾病结合应用的学习帮助医师和临床药师迎接这一挑战，提高将药物基因组学知识运用到日常临床实践中的能力。第一节 药物基因组学基础一、遗传药理学的提出发展美国药学科学家协会（AAPS）将遗传药理学（Pharmacogenetics）定义为一门研究药物反应个体差异遗传机制的科学。遗传药理学的研究历史可以追溯到公元前510年，当时Pythagoras发现有一些人摄入蚕豆后会发生致死性的发应，而其它大部分人则不会有这种反应。从那时起，许多里程碑性的发现（见表1）逐渐形成了现在的研究领域。遗传药理学较重要的发展时期是在20世纪50年代，Motulsky和Vogel正式将遗传药理学作为一门药理学分支提出来。Motulsky在1957年认为对药物的异常反应有时是由遗传决定的酶缺损而引起的，Vogel则首先使用“遗传药理学（Pharmacogenetics）”这一名词。20世纪90年代，药物基因组学（pharmacogenomics）这一术语开始出现在一些科学著作中。它的出现源于全基因组学技术的出现和兴起。美国药学科学家协会对药物基因组学的定义是“全基因组水平分析药物效应和毒性的遗传标记”。遗传药理学主要着重于染色体上单个或少量基因的研究，从药物代谢动力学和药物效应动力学两方面研究DNA序列的变异在药物反应个体变异中的作用。机体内药物作用靶点（受体）、药物转运体和药物代谢酶是在一定基因指导下合成的，所以遗传基因的变异是构成药物反应差异的决定因素。而药物基因组学的研究范畴更大，包括全基因组上决定药物效应的所有基因。药物基因组学的目的在于系统性的评价基因的相互作用系统如何影响疾病的易感性、药理学功能、药物处置和药物治疗反应。其最初的一个目的是去发现可能在疾病的诊断、分期和分类上给予协助的遗传标记。另外也寻求新药研发的完善，产生最理想的药理效应。药物基因组学有望对目前的一些大的制药公司的新药研发模式产生影响。从本质上来说遗传药理学是药物基因组学的一个分支。表1. 遗传药理学和药物基因组学历史事件回顾年代人物里程碑事件510B.CPythagoras认识到食蚕豆的危险，后来阐明是由于G6PD的缺乏1866Mendel建立遗传定律1906Garrod出版了“先天性代谢紊乱”1932Snyder明确苯硫脲味盲为常染色体隐性遗传1956Carson 发现G6PD的缺陷1957Motulsky提出代谢的遗传缺陷可以解释药物反应的个体化差异1957Kalow & Genest描述了血浆胆碱脂酶缺乏现象1957Vogel首次应用“遗传药理学”这一术语1960Price Evans明确了乙酰化多态性的的存在1962Kalow发表了“遗传药理学遗传和药物效应”一文1977/79Mahgoub和用&，靠左 Eichelbaum 发现了异喹胍羟化酶和司巴丁氧化酶的多态现象1988Gonzalez 发现了异喹胍羟化酶的基因缺陷，后来确定了CYP2D619882000Various确定了I相和II相代谢酶，以及后来的转运体的多态性2000Public-private partnership完成人类基因组草图2000The International SNP Map Working Group完成了包含142万SNPs的人类基因组序列的鉴定二、药物基因组学的遗传学基础遗传的主要物质基础是细胞核染色体上的DNA，DNA是携带遗传基因、，传递遗传信息最基本的物质。正常人细胞中有23对染色体。其中22对常染色体，一对性染色体。储有遗传信息的DNA片段称为基因。DNA分子是由2条平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的双螺旋结构补充一张示意图，多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定，一条从53，另一条从35，两条链呈反向平行排列，彼此由氢键相连。每个核苷酸由1个磷酸、1个五碳糖和1个碱基三部分组成。DNA分子中存在4种碱基，2个嘧啶碱基是胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）,2个嘌呤碱基是腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。在所有DNA分子中，一条链上的A总是与另一条链上的T互补配对（AT），而C总是与G配对（CG）。碱基对的顺序决定了DNA的序列，进而氨基酸的序列也由此决定。 自然界中，某一群体同种生物常在某些方面有所不同，存在两种或两种以上变异型的现象，成为多态性（polymorphism）。多态性的产生是多个不同等位基因作用的结果，一般认为变异频率超过1为遗传多态性。多态性的存在形式有几种，单个核苷酸碱基的变异称为单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism ，SNP），其它多态性的形式包括基因缺失变异和基因重复序列变异等。多态性可以影响基因的表达，蛋白的功能和活性。另外，在DNA序列未改变的情况下也可以发生基因表达的改变，例如表观遗传（epigenetics). 由于没有一个被大家普遍接受的SNP统一命名法，对于SNPs的描述方法有很多种。有根据特定基因和变异的位置用数字和字母进行表示的，比如ABCB1 3435 CT，ABCB1是基因的名称三磷酸腺苷结合盒蛋白B1( Adenosine-triphosphate binding cassette protein B1,ABCB1),其编码P-糖蛋白（P-glycoprotein ，P-gp)，数字3435表示SNP在DNA或基因上的位置，C代表原始或参考核苷胞嘧啶，字母T是指改变了的核苷胸腺嘧啶（突变核苷）。 也可以根据等位基因来表示SNP。等位基因(allele)是指在染色体某一特定位置上基因多个变异形式中的一种。等位基因也可以表述为基因的原始（或参考）形式。人类是二倍体生物，每个染色体和特定的基因都有两个拷贝，因此人类具有两个等位基因。一个等位基因来自于生物学上的父亲，一条来自于生物学上的母亲，一个蛋白可以有两个不同的等位基因亚型。以CYP2C19来说，CYP2C19*1, CYP2C19*2和 CYP2C19*3是三个不同的等位基因亚型，前面几个字母CYP2C19是指蛋白，*和后面的数字是表示等位基因亚型。亚型的识别与每一个等位基因的功能影响相关。The CYP2C19*1等位基因使得个体的酶活性表现为正常（或野生型），相反，具有CYP2C19*2 和 CYP2C19*3 等位基因的个体酶活性缺失。 个体的基因型是由两个等位基因共同决定的。以CYP2C19来说，如果两个等位基因均是CYP2C19*2,那么这个个体的基因型是纯合子，命名为CYP2C19*2/*2。相反，如果一个等位基因是CYP2C19*2，另一个等位基因是CYP2C19*3，那么这个人的基因型是杂合子CYP2C19*2/*3。酶的活性由基因型决定，CYP2C19*1/*1基因型的酶活性正常，CYP2C19*1/*2和CYP2C19*12/*3基因型的酶活性降低，CYP2C19*2/*2、CYP2C19*2/*3和CYP2C19*3/*3基因型的个体则CYP2C19酶活性缺失。 以上两种SNP的命名法都是基于单个基因的多态性，在某些情况下，蛋白功能的影响因素不只来自于单个基因，要根据单倍型来进行分析。单倍型是指在同一染色体上进行共同遗传的多个紧密连锁的等位基因的组合。三、基因多态性的类型（一）非同义SNP非同义SNP是指核苷酸的变化改变了mRNA定义？上的遗传密码，导致相应的氨基酸也发生了变化。有些非同义SNP不影响蛋白质或酶的生物活性，不表现出明显的表型效应，这种突变属于中性突变，一般对人体并无影响。但在某些情况下也会发生严重后果。硫代嘌呤甲基转移酶(TPMT)主要代谢嘌呤类药物（如硫唑嘌呤，6-巯嘌呤），TPMT*3A就是一个非同义SNP，DNA上的G被A取代，导致相应的丙氨酸转变为苏氨酸，TMPT的活性降低，相应的嘌呤类药物的毒性增加。 （二）同义SNP 同义SNP是指核苷酸的替换没有导致氨基酸的改变。这是由于密码子具有兼并性，mRNA的密码子改变前后所编码的氨基酸一样。同义SNP有时也称为沉默SNP。 ABCB1 3435 CT 就是一个同义SNP，胞嘧啶（C）被胸腺嘧啶(T)所取代，但所编码的氨基酸没有改变。实验表明ABCB1 3435 CT 可导致P-gp表达和功能降低，这一现象有可能是通过降低mRNA的稳定性来实现的。在一项HIV感染病人的病例对照研究中发现，依法韦仑肝毒性的降低与ABCB1 3435 CT的多态性相关。但相反的是，携带ABCB1 3435 CT变异的病人环孢素的药动学和毒性风险都没有显著性改变。依法韦仑和环孢素结果的不一致性有可能是这一“沉默”的多态性改变了P-gp底物的相互作用位点。最近的研究也证实了P-gp通过部分重叠但又不同的结合位点来识别多种底物。（三）未成熟终止密码多态性未成熟终止密码是指当核苷酸发生变化时，不再编码相应的氨基酸，蛋白的合成也被终止。CYP2C19*3 等位基因就是一个未成熟终止密码，其鸟嘌呤被腺嘌呤取代，导致蛋白合成提前终止，CYP2C19酶活性丧失。质子泵抑制剂奥美拉唑和兰索拉唑就受到CYP2C9基因型的影响。研究报道CYP2C19*2/*3基因型的患者奥美拉唑的曲线下面积是CYP2C19*1/*1 基因型携带者的12倍。奥美拉唑药动学的改变可以影响到其临床效果。采用奥美拉唑和阿莫西林联合治疗的HP阳性的消化性溃疡病患者，CYP2C19*2/*3 和 CYP2C19*1/*1基因型患者的治愈率分别为100和28.6。（四）可变重复序列多态性可变重复序列多态性是指DNA序列中有重复核苷酸序列的插入，其可以增加、降低或者对蛋白的活性没有影响。具有正常活性的UGT1A1酶基因具有6个TA二核苷酸的重复，命名为UGT1A1*1等位基因。UGT1A1*28具有额外的一个TA二核苷酸序列，形成了7个TA二核苷酸的重复。UGT1A1*28等位基因引起UGT1A1酶表达和活性的降低，伊立替康的毒性风险就和UGT1A1*28的可变重复序列多态性相关。（五）基因缺失多态性对某些基因来说，可以有几千个核苷酸的缺失。CYP2D6亚家族有50多个等位基因突变亚型，其中CYP2D6*5 等位基因就是基因缺失多态性。变异的结果是CYP2D6整个基因的缺失和CYP2D6酶活性的丧失。（六）基因拷贝数变异多态性基因拷贝数的变异是指包含特定基因的几千个核苷酸序列的重复。从本质上来说，同一基因的另一拷贝在DNA中是存在的。在一些情况下，有些基因可以有2-13个拷贝。CYP2D6*2即为基因拷贝数变异的多态性，携带有该等位基因的个体表现为超强代谢者。选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，以及他莫昔芬都是CYP2D6的底物，其多态性将会影响到药物的剂量、疗效和毒性。四、基因多态性研究的整体思路太过于笼统 首先，明确基因多态性的类型和多态性所影响到的蛋白。蛋白包括但不只局限于酶、转运体和受体。多态性的功能影响可以是蛋白活性的增加，也可能是蛋白活性的降低或者根本没有影响。第二，要考虑人种的差异性，比如，某些CYP2C19的SNP在亚洲人和白人中的发生频率要高一些。第三、分析基因多态性和药物之间的关系。多态性可以影响到药物的剂量、效能、毒性、药动学或药效学。换过来说，多态性也可能对药物的效能和毒性没有影响。第四，分析基因多态性和疾病之间的关系。多态性可以影响疾病的状态，预后和易感性。此外，基因多态性也可以用于对某些疾病的筛查或诊断性测试。第二节 药物代谢酶的基因多态性遗传药理学一、I相代谢酶人类细胞色素CYPP450（CYP459）超家族在诸多药物的代谢中发挥着重要作用，CYP450基因多态性在临床上表现为相应酶功能的变化。由于代谢底物种类繁多，编码药物代谢酶的CYP450基因多态性可能会增加个体对药物或其他化学物质毒副作用的敏感性。对药物代谢十分重要的CYP450主要包括CYP 1A2、CYP2C9、CYP2C19，CYP2D6、CYP2El、CYP3A4和CYP3A5,临床上所使用药物的75是由这些几个酶代谢的，其中约40由高度多态性的酶CYP2C9, CYP2C19和CYP2D6代谢。这些基因多态性的遗传基础是单核苷酸多态性(SNP)、插入和删除(in/dels)、拷贝数变异(CNVs)等，所产生的表型是超强代谢者(UMs)、强代谢者(EMs)、中间代谢者(IMs)和弱代谢者(PMs)，见表2。表2 CYP450表型的遗传基础及其临床效应表型遗传基础临床影响等位基因举列临床影响举例超强代谢者（UM）同一等位基因上有至少2个活性基因拷贝，或者单个基因表达增加母药效应丧失，由于代谢物或活性药物增加导致ADRs增加CYP2C19*17,CYP2D6*1/*2NCYP2C19:氯吡格雷出血风险增加；CYP2D6：对止吐药无反应，抗抑郁药自杀风险增加、可待因和曲马多的ADR增多强代谢者（EM）2个功能性的等位基因正常效应CYP2C9*1,CYP2C19*1,CYP2D6*1正常代谢中间代谢者(IMs)1个有缺陷的等位基因或2个部分缺陷基因母药浓度提高，代谢物生成减少CYP2C9*2,CYP2D6*10,CYP2D6*41他莫昔芬和止痛药的效应降低弱代谢者(PMs)2个缺陷等位基因母药浓度显著增高，ADRs的风险增加CYP2C9*3,CYP2C19*2,CYP2C19*3,CYP2D6*4,CYP2D6*5ADRs增加；他莫昔芬和止痛药的效应降低（一）CYP1A2CYP1A2约占人类肝脏CYP含量的13，其参与代谢临床一系列重要的药物，如氯氮平、罗哌卡因、奥氮平、茶碱、氨基比林、佐米曲普坦、氨苯喋啶、美西律、非那西丁、扑热息痛、普萘洛尔、维拉帕米、普罗帕酮、氟他胺、利多卡因、丙米嗪、利鲁唑、苯海拉明、佐替平、他克林、替扎尼定、特比萘芬、硼替佐米等。CYP1A2也参与代谢氟伏沙明、普拉地平、环苯扎林、萘普生、昂丹司琼、香豆素、氟哌啶醇、司来吉兰、齐留通和来氟米特。 CYP1A2的表达和活性存在非常大的个体差异（40130倍），在人类肝脏中CYP1A2mRNA和蛋白的表达差异有1540倍。这些个体差异有可能影响到药物的代谢，并与药物的疗效和安全性，以及前致癌物的肿瘤易感性相关。如果用咖啡因的尿代谢比值来测定CYP1A2的活性，在不同的研究人群中则可以观察到其活性呈单峰、双峰或三峰分布。非吸烟人群中弱代谢者（PMs）的发生率在中国人中为5，日本人中为14，澳大利亚人中为5。编码CYP1A2的基因位于15号染色体上，全长7.8kb，包括7个外显子和6个内含子。现已发现至少15种突变等位基因和一系列亚突变。CYP1A2*1A被认为是野生型，研究的比较深入的突变位点主要有3860GA (CYP1A2*1C)、 2467delT (CYP1A2*1D)、739TG (CYP1A2*1E)和163CA (CYP1A2*1F)。CYP1A2*1F 的发生率在中国人群中约为0.67，可引起CYP1A2诱导性增强。CYP1A2*1C 可引起酶活性的降低，其在中国汉族人群中的发生率为0.24。最近报道的突变位点3113AG在中国人群中的发生率为10，与CYP1A2活性的降低相关。 CYP1A2的活性可被苯巴比妥、3-甲基胆蒽等多环芳香烃、奥美拉唑和b萘芬黄酮以及吸烟诱导。奥美拉唑与吸烟对CYP1A2的诱导依赖于CYP1A2的基因型，具有基因剂量效应。（二）CYP2C9CYP2C9是肝脏内含量最丰富的CYP酶之一，代谢约15的临床用药（100种），包括许多治疗指数比较窄的药物。S-氟比洛芬，S-华法林，甲苯磺丁脲，苯妥英、氯沙坦和双氯芬酸都曾经常被用作CYP2C9的探药。CYP2C9的作用底物包括磺脲类（甲苯磺丁脲、格列本脲、格列美脲、格列齐特、格列吡嗪），非甾体抗炎药（双氯芬酸、布洛芬、酮洛芬、舒洛芬、萘普生、氟比洛芬、吲哚美辛、美洛昔康、吡罗昔康、替诺昔康和氯诺昔康），选择性COX2抑制剂（塞来昔布、鲁米考昔、依托考昔、伐地考昔），利尿药（托拉塞米、磺吡酮），抗癫痫药（苯妥英和苯巴比妥），血管紧张素II受体拮抗剂（氯沙坦、厄贝沙坦和坎地沙坦），抗癌药（环磷酰胺和他莫昔芬），抗凝药（新抗凝、苯丙香豆素、华法林）。 CYP2C9位于10号染色体，该区域还分布着CYP2C8和CYP2C18和CYP2C19基因，该CYP2C基因群的排列顺序依次是CYP2C18-CYP2C19-CYP2C9-CYP2C8。CYP2C9编码产生490个氨基酸的蛋白，分子重量为55.6kDa。目前CYP2C9已发现至少有33种突变基因和一系列亚变异基因(*1B*34)，指定CYP2C9*1A为野生型。除了CYP2C9*6 和CYP2C9*31外，所有导致酶活性降低的突变等位基因都是单个非同义碱基变异。CYP2C9*2,*4,和*5在白人和黑人中频率较高，但在中国人中却极低或为零。CYP2C9*6在中国人中也不存在，CYP2C9*7-12的频率未知。CYP2C9*3是中国人中已知的主要突变等位基因，其频率2.14.5，低于白人4.316.2，但高于黑人0.62.0。CYP2C9*3 （1075AC）是一个错义突变，位于第7外显子，该突变导致氨基酸I359L的替换。携带CYP2C9*2和/或CYP2C9*3突变的患者华法林平均日剂量较低，出血风险较高。国际华法林遗传药理学学会在全球范围内进行的一项大规模、多中心的研究表明，以个体遗传学模式预测的华法林剂量较临床模式和固定剂量模式更准确。美国华盛顿大学医学院在1000例样本的数据基础上建立了一个华法林个体化剂量估算网站已经试用过，good!（）,初次使用华法林的患者只要输入相关数据，即可得到预测的初始剂量，若按照该剂量服用34次后再输入检测的INR值，则预测结果会更准确。（三）CYP2C19CYP2C19负责代谢约10的临床常用药物，包括质子泵抑制剂（奥美拉唑、兰索拉唑、泮托拉唑和雷贝拉唑），三环类抗抑郁药（丙米嗪、阿米替林和去甲替林），选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（西酞普兰、氟西汀、舍曲林、吗氯贝胺），苯二氮卓类（地西泮、氟硝西泮、夸西泮和氯巴占），巴比妥类（环己烯巴比妥、甲苯比妥和苯巴比妥），苯妥英，美芬妥英，硼替佐米，伏立康唑，司来吉兰，奈非那韦和氯胍氯吡格雷。 CYP2C19基因编码产生490个氨基酸的蛋白，其基因定位于10号染色体10q24.1-q24.3。CYP2C19主要表达在肝脏组织，但肠道尤其是十二指肠也有一定量的表达。目前CYP2C19基因已发现有24种变异(*1B to *25)和一系列亚变异。以S-美芬妥英为探药测定的CYP2C19酶活性有强代谢者(EMs)和弱代谢者(PMs)之分。弱代谢者的发生频率存在种族差异，亚洲人种发生频率是1323，白人中发生频率是18，黑人中为17.5。PMs表型者最常见的三种CYP2C19基因型是*2/*2、*3/*3和*2/*3。对于EMs表型者来说，常见的基因型是*1/*2 和 *1/*3，以及野生型纯合子*1/*1。CYP2C19变异等位基因的分布也存在非常显著的种族差异。CYP2C19*2等位基因的频率在非裔美国人中的发生频率小于17%,中国人中的发生率为约30，白人中小于15%。与非裔美国人(0.4%)和白人相比(0.04%)， CYP2C19*3 在中国人中的发生频率要更高一些（5）。CYP2C19*2是导致酶缺陷的主要突变等位基因，中国人和白人7585PM表型是由其引起的。几乎所有亚种和非洲人群中的PMs表型可以归因于CYP2C19*2和/或CYP2C19*3。其它CYP2C19突变等位基因的分布也存在种族差异。CYP2C19*4和CYP2C19*5在中国人群中的发生频率非常低(G的改变，突变频率在中国人和日本人中为0，在美国黑人中为45，美国白人的频率介于二者之间。（六）CYP3A5CYP3A5约占CYP3A总含量的7-8，在成人中的表达存在多态性，它的功能活性？仅在10-20的白人、，33的东方人和55的美国黑人中存在。CYP3A5基因位于染色体7q21-q22.1的一个簇中，含有13个外显子多少个内含子？。CYP3A4和CYP3A5被认为具有相似的底物特异性，但CYP3A5对肝脏内CYP3A底物的总的代谢清除率的贡献目前还不清楚。CYP3A5*2 含有一个27289CA SNP，导致510的白人398位的氨基酸发生替换（Thr398Asn）。CYP3A5*3包含有10个等位基因，从CYP*3A 到*3J，他们的共同点是在第3内含子区域都有一个6986AG SNP，其它参与*3不同亚型组合的SNP还有31611CT、3705CT、 31551TC和/或 31611CT等。CYP3A5*3纯合子突变的个体CYP3A5功能缺陷，源于该突变产生一个隐蔽剪接位点，从而导致内含子序列加入到成熟的mRNA中，使蛋白的合成提前终止。CYP3A5*5, CYP3A5*6和CYP3A5*7也可形成可变剪切，从而导致编码的提前结束或外显子的丢失，但发生频率较低。CYP3A5*3突变导致酶功能缺陷的现象在白人，非裔美国人和亚种人中都很常见，但突变的发生率存在种族差异，非裔美国人中发生频率约50，中国人中约为70，白人中约为90。该突变的显著意义在于使CYP3A5蛋白合成受阻，表达减少，酶活性下降。免疫抑制剂他克莫司主要在肝脏代谢，CYP3A5是其生物转化的主要代谢酶。CYP3A5*3 基因多态性与他克莫司的服用剂量密切相关。对含 CYP3A5*3 等位基因的患者在应用他克莫司时应较常规减少用药剂量并注意副作用的发生。而对CYP3A5 野生型的患者应适当增加服药次数以降低排异反应。CYP3A5作为最主要的表达于肝外的CYP3A酶，它的多态性表达可能与某些组织，如肺、肾、前列腺、和乳腺对内源性甾类和外源性物质的代谢有关。 二、II相代谢酶II相代谢酶的生物转化是一种结合反应，主要包括葡萄苷酸、硫酸、甲基化、乙酰、谷胱甘肽和氨基酸的结合作用。II相代谢酶大部分都是转移酶，包括：UDP-葡糖醛酸基转移酶(UGTs), 磺基转移酶类 (SULTs), N-乙酰基转移酶类(NATs), 谷胱甘肽 S-转移酶 (GSTs)和各种甲基转移酶类如硫嘌呤甲基转移酶(TPMT)和儿茶酚氧位甲基转移酶(COMT)。 II相代谢酶在内源性和外源性物质的生物转化方面发挥着重要作用，通常情况下，经过生物转化后的物质比母体化合物亲水性更强。各种不同的II相酶在临床常用药物的生物转化中所占的比例如图1所示。II相酶所催化的代谢反应也具有个体差异，并且内源性（年龄、性别、疾病和基因）和外源性因素（吸烟、药物、营养和环境）也对II相酶产生一定的影响。图1 按照章编号，图另外以TIF格式保存，文中画框参加药物代谢的主要II相酶UGTs：UDP-葡糖醛酸基转移酶；SULTs：磺基转移酶；NATs：N-乙酰基转移酶；GST: 谷胱甘肽 S-转移酶; TPMT:硫嘌呤甲基转移酶（一）UDP-葡糖醛酸基转移酶人类UGT家族有4个成员，分别是UGT1、UGT2、UGT3和UGT8，最近有22个人类UGT蛋白被发现，其中UGT1A1、1A3、1A4、1A6、1A9、2B7和2B15是参与肝脏内代谢反应的主要UGT酶。 UGT1A7、 UGT1A8和UGT1A9主要表达在胃肠道，是参与肝外葡萄苷酸化反应的主要酶类。UGT1A1基因突变会导致遗传性非结合型高胆红素血症，包括CriglerNajjar综合征I型、II型和Gilbert综合征,有50多种突变都会导致这种遗传性疾病的发生。此外，UGT1A1的基因突变也与抗肿瘤药物不良反应的发生相关。UGT1A1*28是UGT1A1基因上游TATA盒胸腺嘧啶一腺嘌呤(TA)重复序列的改变, 其产生的(TA)7重复序列即UGT1A1*28基因多态性（-54 -39ATA6TAAATA7TAA 或 -40 -39insTA）可显著增加抗肿瘤药伊立替康使用者发生严重粒细胞减少、腹泻的风险。为此，美国FDA和制药公司在2005年修改了伊立替康的说明书，新的说明书中将UGT1A1*28突变纯合子基因型作为使用者发生严重粒细胞缺乏症的危险因素之一。不同种族补充中国人数据这一突变的频率不同，白人的等位基因频率为36 40 ，非洲人为48 ，日本人为15。大量的研究数据显示UGT1A1*28变异的重要性主要体现于白种人，而最近在亚洲人群中的研究发现导致UGT1A1低活性的UGT1A1*6变异对东亚人群是比较特异的。基于这些发现，日本也修改了伊立替康的说明书，将*28/*6对伊立替康药动学和毒性的影响包含了进去。（二）N-乙酰基转移酶乙酰化是芳香胺和杂环胺类物质代谢转化的重要步骤之一。发生在氧原子上的乙酰化作用所产生的乙酰氧基芳胺类或杂环胺类衍生物含有高反应活性的氮离子，极易与DNA结合形成DNA加合物，引起DNA突变，导致细胞癌变。而发生在氮原子上的乙酰化作用所产生的胺类衍生物通常是无毒性的。人类NAT有两个同工酶，NAT1和NAT2,二者有87的同源性。NAT1主要呈单态性，代谢氨基水杨酸和对氨基苯甲酸。NAT2则呈多态性，代谢异烟肼、磺胺二甲嘧啶和普鲁卡因胺等。这解释了为何异烟肼、磺胺二甲嘧啶和肼屈嗪等在人体内的乙酰化代谢呈多态性，而氨基水杨酸和对氨基苯甲酸的乙酰化代谢却呈单态肽分布这一长期困惑乙酰基转移酶表型研究中的问题。NAT1和NAT2定位于人染色体8p21.123.1。NAT酶表型的多态性是由NAT2基因的多态性决定的。目前为止，已有36个NAT2等位基因和26个NAT1的等位基因被确认。构成NAT2单倍型的SNP主要来源于编码区的7个错义非同义？突变(G191A, T341C, A434C, G590A, A803G, A845C, and G857A)和5个沉默同义？突变(T111C, C282T, C481T, C759T, and A803G)。NAT2野生型等位基因为NAT2*4,为快速乙酰化表型, G191A, T341C, A434C和/或 G590A突变等位基因与慢乙酰化表型有关。最常见的慢乙酰化等位基因都含有一个或一个以上上述突变，为NAT2*5, NAT2*6, NAT2*7,和 NAT2*14以及他们的亚型。NAT*12表现为快乙酰化，但NAT*12D由于有另外的突变位点而使乙酰化活性降低。 野生型等位基因的发生频率在非裔美国人和白人中为3641%，在亚洲人群中的发生率最高，中国人为50，日本人中近70，非洲加蓬的发生频率最低为6。NAT2*5及其亚型在白人中最常见,亚洲人中比较少见。NAT2*6在各个种族之间的分布比较均衡，NAT2*7在亚洲人中比较常见。NAT2*14只在加蓬和非裔美国人中有发现，发生频率为89%，中国人中发生频率很低。野生型纯合子，快乙酰化者的发生频率的变化范围从白人中7到韩国和日本人中的45，中国人中的发生频率是是日本人中的一半。 NAT1删去，补充NAT2个体化用药的内容基因也有许多碱基的替换、插入和缺失突变，部分突变碱基可以导致氨基酸的改变，但对于NAT1突变等位基因的功能意义研究的不是很多。野生型等位基因NAT1*4和NAT1*10是各种族人群都比较常见的基因型，NAT1*4/*4纯合子在高加索人中的发生频率是52，中国人群中为10。另外NAT1*10/*10纯合子在高加索人中的发生频率是3-4，但在日本人中的发生频率相对较高为26。（三）硫嘌呤甲基转移酶(TPMT)硫嘌呤甲基转移酶是一种特异性催化杂环类和芳香类化台物巯基甲基化反应的细胞内酶，对临床常用的硫嘌呤类药物，如6-巯基嘌呤(6-MP)、6-硫鸟嘌呤（6-TG)和硫唑嘌岭(AZA)的代谢过程和疔效发挥着关键作用。TPMT广泛存在于人的肝、肾、胃肠道、肺、脑、血细胞等各种组织中，其中在肝脏和肾脏中的活性最高。由于人体红细胞TPMT活性与肝、肾细胞中的TPMT活性有良好的相关性，故可用红细胞TPMT的活性有无常规检测方法？来评估其它组织的酶活性。编码TPMT的基因位于染色体6p22.3，由9个内含子和l0个外显子组成, 酶活性的降低或缺失与其等位基因的突变密切相关。TPMT活性在白种人和黑种人中呈二态或三态分布，89的人TPMT活性高，11 的人TPMT活性中等，而300个人中有1个人TPMT活性缺乏。中国人与白种人TPMT活性分布比较具有种族差异性,TPMT的活性在中国人群呈正态分布。 迄今为止已发现11种基因突变可引起TPMT酶活性的降低，这些基因分别被命名为TPMT*2TPMT*10, 高TPMT活性的野生型等位基因被称为TPMT*1。对不同人种进行的研究发现，TMPT*2(G238C)、 TMPT*3A(G460A/A719G)、TPMT*3B(G460A)和TPMT*3C(A719G)这4种突变类型最为常见。嘌呤类药物的疗效与毒性均与患者体内的TPMT活性有关。由于TPMT具有遗传多态性，使不同个体对嘌呤类药物代谢具有很大差异。对于TPMT缺陷的病人，使用常规剂量的6-MP或AZA，也会导致体内代谢产物的积累，产生严重的毒性，如严重的骨髓抑制和肝损害等。第三节 药物转运体的基因多态性药物的生物利用度不仅取决于药物代谢酶的活性，在较大程度上也有赖于生物膜上转运体的活性。转运体分布在许多屏障组织如肠道、肝脏、血脑屏障、肾脏、胎盘、睾丸和淋巴细胞等的顶膜上，因此对血浆、组织液，甚至细胞内药物的分布都发挥着一定的作用。由于转运体的分布和功能表现出非常大的变异性，推测膜转运体基因的遗传变异可以解释一部分药物药代动力学和临床疗效上的个体差异。 根据不断增加的转运体成员，人类基因命名委员会对转运体作了标准化命名，分为两大类：ATP-结合盒转运体（ATP-binding cassette transporters,ABC转运体）和溶质载体（solute carrier,SLC）超家族。一、 ABC转运体 大部分外排性转运体属于ABC转运体超家族成员，可以影响多种细胞和组织内化合物的浓度。这些转运体在阻止外源性物质的侵入中发挥了主要的屏障作用。底物跨膜转运的能量来自ATP的水解和转运体中间物的磷酸化，使底物能够逆浓度梯度进行主动转运。人类ABC转运体共有49个成员，分为7个超家族(ABCAABCG)。ABC转运蛋白的核心结构图?通常由4个结构域组成，包括2个高度疏水的跨膜结构域（transmembrane domain,TMD）和2个核苷酸结合域（nucleotide-binding domain, NBD）。每一跨膜结构域一般由6个a螺旋构成，也存在由10个、17个、19个a螺旋组成的跨膜结构域。它们形成一个跨膜通道以实现底物分子的跨膜运输，同时还参与底物的识别过程。核苷酸结合域位于胞质，结合和水解ATP。（一）ABCB1编码ABCB1的基因位于染色体7q21.12，编码含有1280个氨基酸的多药耐药蛋白1(multidrug resistant 1,MDR1)，在许多组织细胞中广泛表达。由于其结构中含有一个糖基，习惯上将其称为P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp)。 P-gp是首个在人类组织中发现的ABC转运体,也是最为重要的MDR介导因子. P-gp除了在肿瘤细胞有分布外，在人体正常组织肝脏、肾脏、肠道、胎盘、血脑屏障、血睾屏障以及淋巴细胞系和心脏内小动脉、毛细血管等部位都有分布。Pgp主要位于这些细胞的绒毛面的一侧（顶侧），利用ATP水解释放的能量，将作用底物从细胞内转运至细胞外。这种对药物的逆向转运功能使得P-gp在药物的吸收、分布、代谢和清除方面具有重要意义。P-gp的作用底物范围非常广泛，主要转运疏水性的阳离子化合物。ABC转运体与典型底物（见表5-3）。表5-3 ABC转运体的典型底物药物分类ABCB1（MDR1,P-gp）ABCC1（MRP1）ABCC2（MRP2）ABCG2（BCRP）抗癌药多西他赛，多柔比星，依托泊苷, 伊马替尼, 紫杉醇，替尼泊苷, 长春碱, 长春新碱多柔比星, 依托泊苷, 甲氨蝶呤,长春碱, 长春新碱亚砷酸盐、顺铂、多柔比星、依托泊苷、伊立替康、甲氨蝶呤、长春碱、长春新碱、激素结合物多柔比星、伊立替康、甲氨蝶呤、米托蒽醌、托泊替康甾体类药物地塞米松,甲泼尼松免疫抑制剂环孢素、西罗莫司、他克莫司HIV蛋白酶抑制剂氨普那韦、茚地那韦、奈非那韦、沙奎那韦、利托那伟抗生素红霉素、氧氟沙星氨苄西林、头孢西丁、头孢曲松、格帕沙星b阻滞剂布尼洛尔，卡维地络，塞利洛尔钙离子通道阻滞剂地尔硫卓，维拉帕米心脏药物地高辛、洋地黄毒苷、奎尼丁HMG-CoA抑制剂阿托伐他汀、洛伐他汀普伐他汀H1-抗组胺药非索非那定、特非那定西米替丁止吐药昂丹司琼荧光燃料罗丹明123羧基二乙酸荧光素烟酸己可碱3342其它药物阿米替林、秋水仙素、伊曲康唑、兰嗦拉唑、洛哌丁胺、吗啡、氯沙坦、苯妥英、利福平葡糖苷酸、硫酸和谷胱甘肽结合物胆红素和某些药物的葡糖醛酸盐ABCB1上目前为止发现的SNP1236位点？有数百个，最早对SNPs进行的系统研究发现第26外显子上的沉默突变3435CT与肠道P-gp的表达水平和地高辛的生物利用度的改变有相关性，3435TT突变纯合子携带者肠道P-gp的表达水平明显下降，地高辛还有其它药物如环孢素等免疫抑制剂的临床相关性的简单介绍血浆水平显著提高。随后的研究发现第21外显子2677GT/A的突变可以导致893位氨基酸的改变，并且2677GT/A 和 3435CT存在连锁不平衡关系。3435CT的发生频率存在显著的种族差异，3435T等位基因的发生频率在非裔黑种人中为1727，亚洲人中为4147，白种人中为5257。ABCB1基因变异的功能意义目前还存在争议，许多研究发现3435T的变异会引起功能丧失，而另一些研究则不这样认为。3435CT是如何影响 P-gp表达的，目前机制还不是很清楚。（二）ABCC2ABCC2又名多药耐药相关蛋白2（multidrug resistance-associated protein 2,MRP2）,或小管多种有机阴离子转运体（canalicular multispecific organic anion transporter,cMOAT）,属于ABC转运体C亚家族中的一员。ABCC2主要分布于肝细胞的管腔（顶）膜和肾近端小管细胞的管腔膜侧，少部分位于肠道、胆囊上皮细胞、胚胎以及血脑屏障的内皮细胞等极性细胞的顶膜。ABCC2基因位于10q24，共有32个外显子,其编码产生的蛋白由1545个氨基酸组成，含有17个跨膜螺旋结构，构成了3个跨膜结构域。ABCC2主动转运阴离子药物结合物，如葡糖醛酸盐类、硫酸盐类和谷胱甘肽结合物类，另外也可转运许多非结合类物质，被认为是解毒路径的重要一部分，见表5-3。此外，ABCC2也有助于抗癌药物如顺铂、长春碱、喜树碱衍