遗传多态性与临床用药(ppt课件.ppt

遗传多态性与临床用药 1 概论 正常治疗量的同一药物 在给药方案相同的条件下 可使多数人达到预期相似的治疗效果 成为药物防病治病的主要依据由于患者之间的个体差异 使得同一种药物对不同的个体可产生不同的药物反应 2 概论 早在20世纪初 英国科学家Garrod在研究苯丙酮酸尿的过程 提出这是由于缺乏苯丙氨酸羟化酶所导致的 而这种特异性酶缺失又是由于缺损基因的遗传 导致先天性代谢缺陷的结果他还指出 个体对药物反应的差异是遗传差异所致 ArchibaldGarrod1902 3 药物遗传学 Pharmacogenetics 定义又称遗传药理学 是研究遗传学多态性对药物反应 包括药物吸收 代谢 分布和排泄 药物安全性和耐受性 药物有效性 的影响的一门科学 既研究遗传因素是如何影响个体对药物的反应 4 药物基因组学 Pharmacogenomics 定义是在药物遗传学的基础上发展起来的 以功能基因组学与分子药理学为基础的一门科学 它应用基因组学来对药物反应的个体差异进行研究 从分子水平证明和阐述药物疗效以及药物作用的靶位 作用模式和毒副作用 发展新型的 作用于特殊疾病的药物 而尽可能减少不良反应 5 代谢酶多态性对药物代谢的影响 大多数药物主要在肝脏产生药物转化 药物转化的最终目的是有利于药物排出体外 在药物转化过程中 药物也可因结构和极性的变化而产生药理活性的改变主要影响的是脂溶性药物 而对某些水溶性高的药物 药物代谢酶的遗传多态性对其的影响不大 6 细胞色素P450酶系 CYP 450s可分为三大类线粒体P 450s 参与类固醇激素的生物合成 与药物或其他外来化学物质的代谢无关 微粒体P 450s 由多个基因家族组成 主要存在于肝细胞和肾上腺皮质细胞内质网 P 450s既分布在内质网膜上又分布在线粒体中 可存在于肝内或肝外组织 它们主要参与一些具有重要生理功能的内源性物质生物合成与代谢 如血栓素 前列环素 胆固醇维生素D3和胆汁酸 7 细胞色素P450酶系 细胞色素P450酶 cytochromeP450 CYP 系是一个超级大家族此酶是参与药物 致癌物 类固醇激素 脂肪酸等氧化代谢的主要酶系CYP酶系可依据家族 亚家族和酶个体3级进行分类 8 细胞色素P450酶系 CYP1家族有CYP1A1 CYP1A2 CYP1B1三个酶CYP1A1是许多多环芳香烃 一些前致癌物和某些毒素物质的主要代谢酶 由它负责的代谢反应或导致前致癌物的激活 或将体内毒性外源物代谢解毒 人群中CYP1A1氧化酶活性有较大的个体差异 CYP1A1诱导性具有高度的遗传性 呈三态分布 高诱导性 中诱导性和低诱导性 现发现3个决定CYP1A1基因遗传多态性的点突变 分别为m1 m2 m3 这3个突变的发生频率都具有种族差异 9 2020 3 28 10 药物代谢酶相关CYP450基因多态性与抗肿瘤药物作用关联性研究项目来源 国家自然科学基金研究内容简介 本研究针对临床上出现的肿瘤化疗个体差异的情况 制作裸鼠人移植肿瘤模型并进行化疗 运用分子生物学的方法对裸鼠进行SNP分型 探讨SNP基因型与化疗效果之间的关联 通过PCR扩增了包含远交系ICR裸小鼠和近交系BALB C裸小鼠的两个药物代谢酶基因CYP2C29和CYP3A13的13个SNP位点的基因序列并进行了测序 但并未发现SNP位点的存在 10 2020 3 28 11 选择临床上接受化疗的肿瘤患者的血标本进行人类药物代谢酶CYP3A5 药物转运蛋白MDR1和调节MDR1表达的COX 2共三个基因的三个SNP位点进行分型 共完成55例多西他赛和71例长春瑞滨化疗的非小细胞肺癌患者的分型 并结合临床疗效进行了统计分析 结果CYP3A5 22893位点各基因型有效率没有明显差异 多西他赛对C C纯合子个体的有效率略高于C T和T T个体 p 0 05 长春瑞滨对C C纯合子个体的有效率则明显高于C T和T T个体 p 0 05 多西他赛和长春瑞滨对于COX 2 1195位点A A纯合子的个体的有效率略高于A G和G G个体 11 2020 3 28 12 器官移植患者相关基因单位型多态性与免疫抑制剂个体化应用 广东省科学技术厅项目 TPMT基因多态型与硫嘌呤类毒性和疗效关系 国家自然科学基金 2001年 12 细胞色素P450酶系 在CYP酶系中 CYP2是最大的家族之一 其中CYP2A CYP2C CYP2D和CYP2E均具有遗传多态性和种族差异 代谢约50 目前临床用药CYP2C是哺乳动物中最大的亚家族 CYP2C9占肝微粒体CYP酶总量的20 CYP2C19酶即为S 美芬妥英羟化酶 其遗传多态性是S 美芬妥英羟化代谢缺陷的分子基础 CYP2D6能氧化代谢多种抗心律失常药 受体阻断药 抗高血压药 三环抗抑郁药等 13 细胞色素P450酶系 CYP3A亚家族在成人肝脏CYP酶总量中占25 也是肠道中最重要的CYP酶 临床中约有60 的药物经由CYP3A代谢 14 乙醛脱氢酶 ALDH ALDH2表现出遗传多态性 大约50 日本人 我国45 的汉族人 30 的蒙族人和25 的壮族人 40 的南美印度族人的ALDH2缺损 但在白种人和黑人中则未发现ALDH2缺乏者具有一或两个突变等位基因 即或是纯合子 或是杂合子 ALDH缺损 使得血液乙醛浓度升高 并与乙醇的敏感性呈正相关 包括华人 日本人 朝鲜人在内的东方人对酒精敏感 易出现面红 心动过速 其主要原因是由于ALDH2缺损 不能迅速代谢 而使乙醇代谢生成的乙醛 是导致脂肪肝 母系糖尿病的发病及醉酒原因之一 15 丁酰胆碱酯酶 丁酰胆碱酯酶 butyrylcholinest erase BChE BChE又名血清胆碱酯酶 假性胆碱酯酶在人体内主要催化代谢灭活琥珀胆碱 普鲁卡因 辛可卡因 丁卡因 阿司匹林等药物海洛因可由BChE催化生成6 乙酰吗啡 后者能转化成吗啡班布特罗在BchE的作用下生成特布他林发挥支气管扩张作用 16 丁酰胆碱酯酶 BChE的活性在人群中呈遗传多态性分布正常人 使用常规剂量的肌松药琥珀胆碱 作用持续仅2 6min少数患者肌肉麻痹可持续1h以上 其原因是患者血中的非典型BChE对琥珀胆碱的亲和力很低 不能迅速水解代谢进入血中的琥珀胆碱所致 17 丁酰胆碱酯酶 具有缄默或非典型BChE的个体在应用氯普鲁卡因 chloroprocaine 或普鲁卡因 procaine 时皮肤麻醉或硬膜外麻醉的作用时间明显延长甚至出现毒性反应 BChE是血清中唯一水解海洛因的酶 海洛因在一具缄默BChE的个体血清中根本不水解 具有BChE遗传变异的个体可能对海洛因敏感 18 N 乙酰化转移酶多态性 N 乙酰化转移酶 N acetyltransferase NAT 在人体内 有两种 NAT1和NAT2 NAT1主要分布在红细胞和淋巴细胞中 而NAT2主要分布在肝组织中它能呈多态性催化20多种肼类化合物和具有致癌性的芳香胺或杂环胺类化合物在人体内的II相代谢反应 氮位的乙酰化 19 N 乙酰化转移酶多态性 在过去的30年中 可将人群划分为三类慢型乙酰化代谢者 快型乙酰化代谢者 中间型乙酰化代谢者NAT2主要呈多态性代谢异烟肼 普鲁卡因胺 肼屈嗪 氨苯酚 苯乙肼和氯硝西泮等 多态性存在 影响着药物的疗效和不良反应 20 N 乙酰化转移酶多态性 21 甲基转移酶 甲基转移酶 methyltransferase 催化甲基结合反应COMT 儿茶酚 O 甲基转移酶 TPMT 硫嘌呤甲基转移酶 22 COMT遗传多态性 COMT的遗传多态性在儿茶酚类药物甲基化代谢的个体差异中具有重要意义O 甲基化是左旋多巴在体内的主要代谢途径 COMT的底物还有多巴胺 去甲肾上腺素 肾上腺素 甲基多巴等COMT活性表现出常染色体共显性遗传特征 其遗传多态性是由COMT基因发生单碱基突变引起COMT的遗传多态性与疾病的关系 如情感性障碍 精神分裂症 帕金森氏病及乳腺癌等 23 TPMT遗传多态性 催化S 甲基化反应硫嘌呤甲基转移酶 TPMT 在抗肿瘤及抗免疫药物6 巯基嘌呤 6 MP 咪唑硫嘌呤和6 硫鸟嘌呤 6 TG 的体内代谢中起重要作用其活性水平与药物效应及毒副作用密切相关 这导致部分病人对硫嘌呤类药物不耐受遗传所致的TPMT缺陷病人在使用常规剂量的6 MP 咪唑硫嘌呤和6 TG时 具有产生严重造血系统毒性的高度危险性 常需减量 1 10常量 24 尿苷二磷酸 葡萄醛酸转移酶 尿苷二磷酸 葡萄醛酸转移酶 UDPGTs 是参与人体药物代谢 相结合反应的一种药物代谢酶它可以催化药物 类固醇和甲状腺激素的葡萄糖醛酸化 促使脑内糖酯的生物合成 同时还参与胆红素 短链脂肪酸 胆汁酸等内源性化合物的生物代谢现已纯化出2种UDPGT 其活性的个体差异与年龄 性别 食物 疾病 环境物质的接触以及遗传背景等有关 25 Gilbert综合征是一种遗传性 较常见的 良性非结合高胆红素血症Crigler Najjar综合征是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病 分为两型 分别引起新生儿非结合高胆红素血症 核黄疸以及慢性高胆红素血症 两者都与遗传变异而导致UDPGT酶表达量减少有关 UDPGT多态性 26 一些经葡萄糖醛酸化反应代谢的药物 如甲苯磺丁脲 利福霉素 交沙霉素和对乙酰氨基酚等的体内清除率在Gilhbert综合征患者中降低 治疗多种实体瘤的依立替康 Irinotecan 在体内需要由羧酸酯酶转化为有活性的SN 38而显示活性 患者对依立替康反应的个体差异与UGT1A1的遗传多态性有关 UTG1A1表达减少可使SN 38葡萄糖醛酸化水平降低而蓄积 产生腹泻和白细胞减少症 UDPGT多态性 27 转运蛋白的遗传多态性对药物分布的影响 血浆蛋白 包括转运蛋白 的遗传多态性可导致其与药物或其他血浆中物质的结合改变 进而影响游离血药浓度和药物的分布 细胞膜上转运蛋白 介导溶质的摄人和泵出细胞 这种膜区域专特性表达方式有利于细胞间的定向转运 它的遗传多态性也是影响药物分布的重要因素 28 白蛋白 白蛋白是血浆中最重要的蛋白质 白蛋白与药物结合表现出结合力小 容量大 不易饱和严重的肝肾疾病导致低白蛋白血症时 也可以引起血浆蛋白结合的改变 特别是一些主要与白蛋白结合 而结合率高的药物 29 白蛋白 现已发现白蛋白至少有24种不同的变异型 多数变异型在电泳迁移时 比正常白蛋白更接近阳极白蛋白变异按常染色体共显性方式遗传 一般来说 这种变异是无症状的 其总白蛋白含量正常 30 华法林 地西泮 水杨酸是与白蛋白结合率高 但对变异白蛋白的结合亲和力改变是不同的变异型AlbCanterbury和AlbParklands与法华林 水杨酸 地西泮的亲和力比正常白蛋白显著降低变异型AlbVerona和药物结合与正常白蛋白 Alb A 相似 摘自MolPharmacol1990 37 2 238 42 白蛋白 31 华法林 地西泮 水杨酸是与白蛋白结合率高 但对变异白蛋白的结合亲和力改变是不同的水杨酸与变异型AlbNiigata的亲和力低AlbRoma和水杨酸 地西泮的结合与Alb A相比中等程度降低在313 365位可能是这些配基的结合部位 而水杨酸主要是结合于269位 摘自MolPharmacol1990 37 2 238 42 白蛋白 32 白蛋白 A1bFDH导致家族性白蛋白异常型高甲状腺素血症 FDH familialdysalbuminemichyperthyroxinemia 认为AlbFDH和甲状腺素 T4 亲和力增加 导致血清T4测定假阳性升高 这是引起FDH的主要原因 33 1 酸性糖蛋白 1 酸性糖蛋白 1 acidglycoprotein AGP 是一种含糖较多的蛋白质 唾液酸 神经己糖 己糖胺和果糖 由181个氨基酸组成 有三种变异型 即A F1 S丙吡胺几乎全部与AGP结合 普萘洛尔 苯海拉明也主要与AGP结合 白种人的血浆AGP含量显著高于中国人 因而这三种药物的游离型在中国人中高于白种人 在临床上应用时 选用的剂量应适当地减少 34 运铁蛋白 运铁蛋白 transferrin 每分子可与两个Fe3 结合正常人的运铁蛋白仅有35 被铁饱和主要功能是结合运输Fe3 至肝 脾 骨髓等组织内以贮存或利用 防止铁由肾丢失过多或聚积于组织内遗传性变异的运铁蛋白对铁的亲和力增加 与铁结合也增加 运铁蛋白被饱和率达70 为正常的2倍运铁蛋白变异是常染色体隐性遗传 其主要表现为患者吸收铁增加 血清铁增加 组织铁堆积增加 称血色素沉着病 35 P 糖蛋白 P 糖蛋白 P glycoprotein P gp 在体外培养的肿瘤细胞中过量表达研究发现 癌症患者长期使用化疗药物会出现多药抗药 MDR 现象 与P 糖蛋白的表达量改变或结构变异能有关从瘤体等部位中分离出的有关P 糖蛋白的多态性数据可以用来选择高敏感性药物 提高化疗效果 如长春碱 紫杉醇等 36 P 糖蛋白 P 糖蛋白在一些正常组织中也会表达 如肠黏膜上皮细胞 肝细胞毛细胆管区 肾近曲小管刷状缘上的PGP 是外源性物质的排出泵 具有一定的生理功能 同时还能限制了药物及其他底物的摄人和吸收 将底物从细胞膜内转移到细胞膜外P 糖蛋白的存在能使得血脑屏障限制某些药物进入中枢神经系统 37 P 糖蛋白 P 糖蛋白是MDRl基因和ABCB1基因的表达产物 因此 P 糖蛋白的变异影响药物的吸收和分布近年来 国内外许多学者在对难治性癫痫进行大量的临床和动物实验研究后 发现难治性癫痫患者或模型动物脑组织中P 糖蛋白的过量表达 是导致脑组织中抗癫痫药物浓度下降 使患者对抗癫痫药物产生耐受的重要原因 38 受体遗传多态性对药物效应的影响 受体遗传多态性至少包括了基因和蛋白质两个水平上的多态性受体基因多态性指人群中一定数量 一般 1 的个体发生在受体结构基因或调节基因上的突变突变类型可以是基因缺失 异常拼接 点突变等基因和受体蛋白上的变异并不一定导致受体功能的改变 若受体功能发生改变 受体遗传多态性所致 就会对药物效应产生影响 39 受体变异影响药物效应的机制 影响受体与药物的亲和力不同个体间受体与药物的亲和力不同 对药物治疗的敏感性不一样药物与治疗作用相关受体的结合减少 而与无关受体的结合增加 从而易导致不良反应 如胰岛素耐受 40 受体变异影响药物效应的机制 影响受体的稳定性和受体调节受体中有些氨基酸对维持受体蛋白立体结构十分重要 变异时稳定性差 导致受体的丢失 从而减少机体内能与药物结合的受体的量 如雄激素不敏感综合征受体的调节主要有两种类型 脱敏和增敏 分别导致受体的下调 down regulation 和上调 up regulation 从而改变一些药物的效应 脱敏的机制包括受体的磷酸化 受体的内移以及受体间的负协同效应等 41 受体变异影响药物效应的机制 影响受体与信号转导系统的耦合或与靶基因的结合膜受体需要与细胞内的信号转导系统耦合才能体现其生物功能受体上这些功能域的序列如果具有多态性 有时会影响受体后的信号转导途径 导致突变个体不仅对相应药物的敏感性改变 而且通常会罹患疾病 如胰岛素受体某些变异体上丝氨酸磷酸化代替了正常的酪氨酸磷酸化 结果使受体的酪氨酸激酶活性受到抑制 对胰岛素的敏感性下降如雄激素受体基因发生点突变时 受体虽可与相应激素类药物的结合 却不能刺激靶基因活化 发生变异的个体表现为对雄激素类药物治疗不敏感 42 受体变异影响药物效应的机制 影响受体之间的相互调节受体多态性影响药物效应时 由于受体之间存在着相互调节 一个受体所介导的效应可能影响另一个受体的数量和功能 从而影响由后者介导的生物效应 一些细胞内激素受体的靶基因若是受体基因 则前者的功能性遗传多态性将影响后者的表达受体多态性是许多疾病的重要发病原因 而疾病状态往往会导致某些受体的数量和功能发生变化 产生药物效应的个体差异胰岛素受体多态性被认为是糖尿病发病中很重要的易感因素等 43 常见受体变异 肾上腺素受体 2肾上腺素受体是 2 受体激动剂类平喘药的作用靶点 其变异能影响受体激动剂的平喘疗效 AR的Gly16纯合子能促进 2 受体激动剂所致的受体下调 因而容易对治疗药物产生耐受 2 AR的Glu27突变型能阻止 2 受体的下调 减弱支气管收缩因素对支气管的影响 2 AR的Ile164变异使受体与一些激动剂的亲和力下降 也影响受体与腺苷酸环化酶的耦合 44 常见受体变异 阿片受体阿片受体三种亚型之间具有高度的同源性 它们均在受体第4个跨膜域 TM4 类似位点处存在着保守的丝氨酸残基 Ser196 Ser177 Ser187 研究表明 这些丝氨酸残基对受体的活化至关重要 它们的变异将严重影响受体与配体的结合和与信号系统的偶联 45 常见受体变异 阿片受体蛋白上还有一些氨基酸对受体结合配体的亲和力和 或 选择性具有决定性影响 如 受体Asp114 Ala突变导致受体对激动剂的亲和力显著降低 若发生Asp114 Asn或