遗传因素与药物作用.ppt

遗传因素与药物作用geneticfactorsanddrugaction 第一节概述 药物反应个体差异在临床极为普遍 常见临床药物治疗有效率哮喘 糖尿病 抑郁症等60 丙肝 骨质疏松 风湿性关节炎 50 抗肿瘤药物 24 药物个体差异的影响因素 药物反应个体差异的主要原因是遗传变异 种族差异个体差异 我国 药物剂量基本上是根据国外剂量标准使用 由于个体差异和种族差异 基因序列不同 的原因常常导致相当比例的病人药物疗效差 在日本发生的Arava 爱若华 来氟米特 事件 法国安万特 Arentis 公司生产的治疗风湿性关节炎新药Arava 爱若华 1998年被美国FDA批准在美国上市 2003年在日本上市4个月 应用该药3412名患者 先后有5人死于间质性肺炎 还有11名患上了间质性肺炎不得不接受治疗 原因是药物剂量存在着种族差异 我国减半量应用上万例患者 无1例发生间质性肺炎 遗传药理学 PHARMACOGENETICS研究遗传因素在药物反应个体变异中的作用 编码药物作用靶点 受体 药物转运体和药物代谢酶的基因个体变异引起的药物反应异常的学科 药物基因组学 PHARMACOGENOMICS决定药物行为和敏感性的全基因谱 比遗传药理学研究的范围要广 PGx 药理学 基因组学 第二节药物代谢酶的基因多态性 药物代谢酶 drugmetabolismenzyme 药物的生物转化 相代谢反应 氧化 还原 水解 相代谢反应 结合 药物代谢酶细胞色素P450酶 N 乙酰基转移酶 N 甲基转移酶等 一 细胞色素P450酶系基因多态性 CYP450分子构象 细胞色素P450酶系 cytochromep450 CYP450 基因超家族编码的酶蛋白酶蛋白结构与血红蛋白相似以Fe2 为中心的血红素血红素与CO结合后在450nm有最大吸收 CYP450超家族分为家族 亚家族和酶个体3级酶蛋白一级结构中氨基酸顺序的同源程度55 者划入同一亚家族 用大写英文字母表示 如CYP1A根据同一亚家族各个酶被鉴定的先后顺序再用阿拉伯数字编序 如CYP1A1 再以 1表示野生型 2以后表示变异型 如CYP1A1 2 13 细胞色素P450酶系 命名 CYP1A1酶系家族亚家族酶个体基因 CYP1A1 人体P450家族及其亚族家族亚族分子种类CYP11A1A11A2CYP22A2A12B2B12B62C2C82C92C182C192D2D62E2E1CYP33A3A43A53A7CYP44B4B1 在药物代谢中起重要作用的CYPCYP3A4亚族 参与全部药物的50 代谢CYP2D6约为30 CYP2C9约占10 CYP1A2约占4 CYP2A6和CYP2C19分别占2 细胞色素P450酶特点 选择性低变异性大被诱导或抑制 人类许多药物代谢CYP450s酶具有遗传变异 大量研究表明 CYP1A1 CYP1A2 CYP2A6 CYP2C9 CYP2C19 CYP2D6和CYP2E1酶活性的人群分布特征呈遗传多态性 CYP2D6 代谢的临床常用药物 抗心律失常药 受体阻断药抗高血压药三环抗抑郁药 Fuxetal CPT2006 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 UM EM EM het IM PM Metoprololplasmacon ng ml 1 3 3 9 14 2 50 8 80 5 Dose mg 100 100 100 78 74 浓度相差 60倍 美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系 19 美托洛尔在CYP2D6不同表型者服药后药动学及 受体阻断作用 1产妇 因外阴切开术止痛而给予可待因60mg q12h 产后10天喂养不佳改用母乳泵喂养 出生后第12天婴儿皮肤呈灰色 呼吸困难 于第13天死亡 监测血浓度吗啡为70ng ml 而第10天时母亲的吗啡血浓度为87ng ml 经基因酶谱检查 该产妇也是CYP2D6基因多态性的UM者 一般正常母亲口服可待因60mg q6h 多次服用后吗啡血浓度为1 9 20 5ng ml 新生儿为0 2 2ng ml 曾经已有多次报告和试验证实 UM者与EM者服用同等剂量可待因后 血清吗啡浓度至少增加50 严重中毒者可致死 2008年FDA通告医务人员和患者并要求企业修改说明书 哺乳期妇女服用可待因前因先检查CYP2D6基因多态性 21 具有高度的遗传多态性EM占人群的75 85 IM 30 35 PM 5 10 UM 5 10 迄今已发现CYP2D6的等位基因已从CYP2D6 1到CYP2D6 44 最常见的无功能等位基因 PM型 CYP2D6 3 CYP2D6 4 CYP2D6 5 CYP2D6 6和CYP2D6 7 2020 2 11 CYP2C19 CYP2C19代谢的药物有普萘洛尔 地西泮 丙米嗪 美酚妥因 奥美拉唑 甲苯磺丁脲等 CYP2C19存在种族差异 PM白人发生率为3 5 东方人13 23 中国人14 3 在EM和PM个体给予同一剂量地西泮 血药浓度可相差30倍 临床报道 中国人地西泮剂量约为白种人的1 2奥美拉唑在CYP2C19PM和EM者中血药峰浓度相差约7倍 溃疡愈合率 PM EM EM杂合子 EM纯合子 2020 2 11 CYP2C19至少存在14种突变基因 中国人PM均为CYP2C19 2和CYP2C19 3 CYP2C19催化作用呈底物剂量依赖性和基因剂量效应 临床应用经CYP2C19代谢的药物时应进行剂量的调整及合并用药的药物相互作用 2020 2 11 Hoursafter40mgomeprazoleapplication Mean 95 confidencelimitsofomeprazole mg lL CYP2C19 2 2 CYP2C19 1 2 CYP2C19 1 1 X X X 三种基因型的表型和突变等位基因拷贝数线性相关基因剂量效应 CYP2C9 CYP2C9代谢华法林 苯妥英 氯沙坦 依贝沙坦 甲苯磺丁脲及各种非甾体类抗炎药 部分激素和内源性物质 如孕酮 睾酮 花生四烯酸和亚油酸等 27 CYP2C9PM的发生率约为1 500存在三种等位基因 CYP2C9 1 CYP2C9 2 CYP2C9 3CYP2C9 2和CYP2C9 3均为CYP2C9PMCYP2C9 3是中国人中已知的主要突变等位基因 其频率2 1 4 5 2020 2 11 CYP2C9的遗传多态性存在明显的种族差异 CYP2C9 1 CYP2C9 2和CYP2C9 3在白种人中发生频率分别为70 22 和8 酶活性异常达30 东方人中分别为92 0 和8 酶活性异常8 治疗指数低 安全范围小 CYP2C9基因多态性与华法林敏感有关 CYP2C9 3纯合子病人每天只需0 5mg消旋华法林 而CYP2C9野生型病人每天需5 8mg 相差十多倍 才能达到相同的治疗效果 CYP2C9 3病人治疗之初还表现更多的不良反应以及出血并发症的危险性 华法林 Warfarin 磺脲类降糖药的清除率与CYP2C9 3 Shon2002 Lee2002 Kirchheiner2002 Niemi2002Kirchheiner2002 Kidd1999 Kirchheiner2004 Niemi2002 0 20 40 60 80 100 甲苯磺丁脲 格列本脲 格列甲嗪 格列美脲 那格列奈 CYP2C9 3 3 CYP2C9 1 3 CYP2C9 1 1 清除率比较 药物代谢酶的多态性对药代学和药效学的影响 对于安全范围较窄的药物尤其重要 CYP3A CYP3A4肝脏CYP450酶总量的25 代谢38个类别约150种药物 代谢临床药物60 CYP3A4活性存在个体差异 受环境因素影响多 遗传影响相对少 诱导剂和抑制剂临床上因CYP450抑制而引起的药物相互作用远较因CYP450诱导引起的常见 可抑制CYP3A4的药物大环内酯类抗生素唑类抗真菌药物H2受体阻滞剂皮质激素口服避孕药 特非那定为第二代非镇静性抗组胺药物 1986 1996年 17个国家976例严重心律失常 致死98例 特非那定主要由CYP3A4代谢为特非那定酸 该代谢物可发挥抗组胺作用 心脏毒性也比原型药物显著为低 抑制CYP3A4时 特非那定血药浓度明显升高 最终发生尖端扭转型室性心动过速 病例 女性患者 68岁 高血压患者3年来一直服用阿替洛尔和尼非地平 血压控制良好 为了治疗脚气 开始服用伊曲康唑 200mg bid 每月7日为一疗程 口服3个疗程 开始服用伊曲康唑2 3天后 开始出现下肢浮肿而停止服用伊曲康唑 停药后2 3天 浮肿消失 作用机制 1 二氢吡啶类钙拮抗剂剂量相关性地引起下肢浮肿 为特异性不良反应 发生率小于5 2 伊曲康唑抑制钙拮抗剂的代谢 主要与CYP3A4有关 伊曲康唑的抑制作用从给药后开始一直持续24小时 错开服药时间也不能避免相互作用 钙拮抗剂与伊曲康唑 目前一些制药公司在新药研发中已规定所有开发的新药应确定该药是否由CYP3A催化代谢 药品说明书 可见确定一种药物是否由CYP3A催化代谢具有重要的临床意义 药物代谢酶遗传多态性与肿瘤易感性 药物代谢酶参与许多常见致癌物的活化或解毒过程 且由于基因多态性 其活性存在个体及种族差异 有关药物代谢酶基因多态性与肿瘤易感性的研究正日益吸引了越来越多的关注 CYP1A1与肿瘤 CYP1A1多态性与肺癌发生 组织分型及分级和肿瘤的预后有关具有CYP1A1C基因型的个体患肺鳞癌的危险性是其它基因型个体的7 3倍具有CYP1A1B型及C型个体肿瘤预后一般较差 CYP2D6多态性与肺癌易感性有关 但具体关系仍存在较大分歧 EM人群肺癌发生率是PM的4倍 中国人99 为EM 肺癌高发人群 CYP2D6PM表型与神经星形细胞瘤和脑脊膜瘤的易感性相关 CYP2D6与肿瘤 携带C1 C1基因型的个体不仅患肺癌风险增高 而且还与发癌年龄提早有关C2等位基因对肺癌和食管癌的发生有保护作用 却又是口腔癌和鼻咽癌发生的危险因素 CYP2E1与肿瘤 研究表明 食管癌 胃癌 肺癌的CYP2C19PM发生率显著增高 资料表明 CYP2C19 17是避免乳腺癌发生的一种保护因子 CYP2C19与肿瘤 乙酰化酶多态性与肿瘤 慢乙酰化者膀胱癌发病率高对致癌芳香胺代谢不充分喉癌发病率高不能有效代谢致癌性胺类物质快乙酰化者结肠直肠癌发病率高氧位乙酰化代谢产物可掺入DNA乳腺癌发病率高 第三节药物转运蛋白基因多态性 Drugtransportprotein 近年来药物转运蛋白的遗传多态性研究倍受关注转运蛋白在调节药物的吸收 分布 排泄中扮演非常重要的作用 药物转运蛋白存在于细胞膜上 分为两大类 1 三磷酸腺苷结合盒转运体超家族 ATP bindingcassettetransporters ABC转运体 2 溶质转运蛋白 Solutecarriers SLC 家族 功能 能量依赖性外排泵 排出细胞内底物 分布 肿瘤细胞 肾脏 肝脏 肠道 脑等 底物 包括胆红素 抗肿瘤药 强心苷 免疫抑制剂 糖皮质激素等 P 糖蛋白 P glycoprotein P gp P Glycoprotein 47 P 糖蛋白 MDR1基因型与人体P gp的底物代谢相关P 糖蛋白是由多药耐药 multi drugresistance MDR 基因编码 编码P 糖蛋白的MDR1基因至少有48个单核苷酸多态性 多态性分布呈明显的种族差异 MDR13435TT基因型个体其肠道P gp表达水平明显低于CT和CC型个体 P gp基因ABCB1 或MDR1 的3435C T多态性 P gp表达下降 地高辛的生物利用度在TT中增高 3435C T 2677G T ABCB1 P gp 基因变异对底物代谢动力学的影响 第四节药物靶点的基因多态性 2受体基因ADRB2的两个多态性 27Gln Glu 16Arg Gly ChangeinFEV1 Gly16促进受体下调 Glu27抑制受体下调 基因46A G 基因79C G Arg389 Gly389 Concentrationofisoprenaline ActivityofcAMP pmol min mg 异丙肾上腺素的 1受体激动作用与基因多态性相关 1受体多态性 男性病人 56岁 高血压病 公务员Metoprolol20mgbid 血压不能控制 交感兴奋基因型检测 1受体Gly389Gly 敏感性低 推荐剂量 提高到180 剂量改为40mgbid 血压控制 交感兴奋控制 临床病例 ACE多态性 ACE基因第16内含子存在一段长度为287bp的插入 缺失 I D 多态性片段 I D多态性与血液ACE水平有明确关系 DD型ACE水平最高 ID次之 II最低 左室肥大患者中DD型频率明显增高 ACE抑制药的效应在ACE的II基因型中较DD强 影响药物效应的药物靶点基因多态性 影响药物效应的药物靶点基因多态性 续 第五节遗传药理学在临床药物治疗学中的意义 一 根据病人基因型选择合适的药物 基因导向性个体化用药好处 省时 省钱 疗效好毒副作用少 EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗 凋亡 1 曲妥株单抗与HER2阳性的癌细胞结合 刺激机体免疫系统 使循环中的自然杀伤细胞和巨噬细胞对肿瘤的识别能力增强 机体免疫系统的自然杀伤细胞和巨噬细胞 2 曲妥株单抗还可拮抗生长因子对肿瘤细胞的调控 终止肿瘤细胞的生长和分化 不用曲妥株单抗 癌细胞继续生长和分化 HER2阳性癌细胞 核赛汀 Herceptin 人源化单抗 个体化药物 核赛汀 Herceptin 人源化单抗 个体化药物 核赛汀 Her2 核赛汀作用靶标 Her2受体 人表皮生长因子受体2 无效 癌细胞死亡 增殖 K ras 带有K ras突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的疗效降低 K ras变异和恶性肿瘤的抗 EGFR治疗 12 13外显子 96 and6112外显子35G A 甘 天门冬 为主 G CTGATGCCG EGFR TK G 细胞膜 K ras的功能突变不受上游信号控制 个体化用药能够提高结肠癌的药物疗效 Langreth R 2008 Imclone sGeneTestBattle F 16May K ras基因型检测 不用西妥昔治疗 用西妥昔治疗 西妥昔治疗 治疗成功 2003年SFDA快速批准上市的化疗新药表皮生长因子受体 epidermalgrowthfactorreceptor EGFR 酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼 易瑞沙 是治疗NSCLC特异性靶向药物 EGFR基因突变 点突变或小片段缺失突变 与吉非替尼的疗效密切相关 获重大突破 基因突变病人 NSCLC有效率 90 无突变病人 NSCLC有效率 10 NEnglJMed 2004 350 21 2129 39 IF 40 016 Science 2004 304 5676 1497 500 IF 29 162 用TKI gefitinib 治疗 用TKI gefitinib 治疗 不用TKI gefitinib 治疗 EGFR检测 根据非小细胞肺癌患者EGFR基因型应用吉非替尼 gefitinib TKI 传统用药 个体化用药 100mg 500mg 100mg 10mg 超强代谢者 强代谢者 中间代谢者 弱代谢者 根据CYP2D6基因型选择去甲替林剂量 功能性 CYP2D6 1 功能降低 CYP2D6 2 9 10 17 无功能 CYP2D6 3 4 6 基因缺失 CYP2D6 5 XieHG PersonalizedMedicine 2005 2 4 325 337 二 根据个体的基因型确定药物剂量 临床诊断 基因检测和诊断CYP2D6CYP2C9 receptorAT1 receptorACE 一病一药 传统治疗 量体裁衣药物治疗 基因导向个体化药物治疗的实施 个体化药物治疗中心 高血压个体化基因诊断书 DNA身份证 在不远的将来 病人就医时随身带上一张智能卡 上面除了姓名 性别 年龄 生活史等常规资料外 还存储着与药物代谢以及与疗效有关的各种基因型资料 据此 医生可以预测各种药物的效应 并 量体裁衣 式地对病人合理用药 FDA批准药品说明书中的遗传变异 要求检测推荐检测有报告 FDA批准药品说明书中的遗传变异 2 在危险人群中检测 FDA批准药品说明书中的遗传变异 药品说明书FDA确认的与基因多态性 三 早期发现疾病的遗传易感因子 及早预防发病和采取有效治疗 了解遗传密码后 可及早采用合适的生活方式 避免环境危险因子 经常不断地深审慎观察 在适当的时机 采用最有效的治疗 第六节遗传药理学在新药研制和开发中的意义 一 开发作用于相关的遗传物质和以特定基因型病人作为治疗对象的药物 新的药物设计模式是以作用于相关遗传物质为基础 以特定基因型病人为对象 开发针对性强 对特定疾病和特定人群更安全 更有效的新药 病人或动物模型功能基因组学全長cDNA文库 基因表达谱蛋白质组及序列 蛋白质间相互作用 应用PGx发现新靶标和开发新药之六步 敲除 转基因小鼠功能基因组学 基因表达谱蛋白质组学 表达谱与蛋白質序列抗体 RNAi等抑制剂 建立化合物 天然物文库供高通量分析组合化学重组蛋白之細胞表現系統 药物设计 制剂PK PD DNA芯片动物細胞水平药理学评价生物信息学 药物模拟 虚拟筛选 药效 药理 药代 安全性评价表达谱分析 蛋白质相互作用 患者基因檢查与分层有效 无效者SNP谱表达谱分析比较 发现疾病基因及靶点 鉴定疾病基因及靶点 化合物高通量筛选 先导化合物优化 临床前试验 临床试验 靶标选择 基因组学范例 累及疾病 确定基因 基因同源性分析疾病特异性表达细胞功能基因组学基因敲除与转基因实验疾病相关突变SNP分析 技术发展 1990年以来因基因多态性引起部分病人毒性而从市场撤出的药物 遗传药理学研究对各国新药申报审批部门也提出了新的问题 在审批由其它国家和地区申报的新药时 要求研制单位除了提供药物的有效性 安全性和产品的质量外 还需提供活性化合物是否还具有种族敏感性或不敏感性特征以及活性化合物的代谢和效应是否具有种族差异 二 新药研制管理方面的意义 1997年ICH将 国外临床研究数据可接受的种族因素 正式写入指导原则 ICH E5 美国FDA ICH 我国等相继规定新药临床试验和国外药品注册需考虑种族因素 运用遗传药理学进行药物临床试验