个体化医学与分子诊断

个体化医学与分子诊断 分子诊断质量保证会议 2013 10 22 人类个体的遗传变异 31 6亿个碱基对 2 2 5万个基因 300万变异 疾病相关 药物反应差异相关 不同个体DNA序列99 9 相同0 1 基于基因组的个体化医学罕见疾病风险 查出孟德尔疾病致病基因 早期疾病预测 孕前 胚胎植入前筛查 药物基因组学 风险分层 药物效应和剂量 不良反应预测常见疾病风险 风险预测 风险分层 查出早期的行为异常风险显现1 发病易感遗传缺陷 早期查出 针对性预防疾病发展 预测对药物的可能反应 监测药物反应和发病反复 健康状态 无症状疾病状态 慢病治疗 有症状疾病状态 个体化医学和个体化药物治疗个体化医学当今医疗保健重点 病人分层 治疗未来医疗保健重点个体化药物治疗 疾病基因组学 药物基因组学 药物临床研究和应用的相悖 临床试验对象群体用药对象个体 基因 人数 药物代谢酶遗传变异引起疗效和毒性个体差异 使用相同剂量后体内药物总量 酶活性过高 酶活性适中 酶活性过低 无效 毒性 血内药物浓度 均有哮喘急性发作 受体遗传变异引起疗效和安全性个体差异哮喘发作终止 均吸入 2肾上腺素受体激动药沙丁胺醇 Albuterol 沙美特罗 Salmeterol 死亡 2肾上腺素受体基因变异 Arg Arg16 正常细胞 无融合蛋白 CML细胞 融合基因 BCR ABL 正常细胞 Her2 乳腺癌细胞融合蛋白伊马替尼 特异性靶点 伊马替尼抑制BCR ABL络氨酸激酶 用于bcr abl融合基因阳性的慢性粒细胞性白血病 过表达靶点 赫赛汀是人源化Her 2单克隆抗体 对Her 2有高亲合力 用于Her 2受体过表达的乳腺癌赫赛汀Her2 受体 个体化治疗应用之1 作用于特异性或过表达靶点 维生素K 减少 氯比格雷 华法林肠吸收 代谢CYP2C9CYP4F2CYP2C19 肝 氯比格雷GPlla lll P2Y12受体受体 华法林肝细胞 NADHNAD 主动循环药 VKORCI维生素K 氧化 功能性凝血因子 次功能性凝血因子 血小板细胞 药物效应动力学 血小板膜糖蛋白 GP IIa III 和膜蛋白P2Y12受体基因多态性 氯比格雷 VitK环氧化还原酶基因多态性 华法林 药物代谢动力学 氯比格雷 前药 CYP2C19基因多态性 华法林 CYP2C9基因多态性 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量 CYP2D6 弱代谢者乳腺癌复发显著增加 生存率降低 CYP2D6抑制剂合用 高活性代谢产物去甲他莫昔芬血浆水平减少65 75 欧洲药品管理局药物警戒工作组 PhVWP 认定 CYP2D6弱代谢者对他莫昔芬的治疗应答可能降低避免合用CYP2D6抑制剂 他莫昔芬 活性 100X 4 OH N 去 甲他莫昔芬 Endoxifen 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量 他莫昔芬 选择性雌激素受体调节剂 女性乳腺癌 CellularTGN CellularTGN 个体化治疗应用之2 预估药物效应和 0 10 20 30 0 0 10 20 30 0 42 1086 2 3A 3C 1 TPMTActivity 0 10 20 30 0 6 10 65 Conventionaldose 基于TPMT基因型的剂量5000500 基因 检测 常规剂量毒性风险高 5000剂量毒性风险低500 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量根据TPMT基因型确定6 MP剂量 剂量 A B C D 依据 PK值 AUC CL 常规剂量 基因型特异性剂量 m m w m w w w nw 常规相 同剂量 个体化剂量 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量 单因素 250 200 150 100 50 0 A B C D 理想药物浓度 理想药物浓度 理想药物浓度 理想药物浓度 药物清除率 药理学差异 MolecularPsychiatry 2012 1 15 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量 药物清除率 药理学差异 MolecularPsychiatry 2012 1 15 个体化治疗应用之2 预估药物效应和剂量 NEnglJMed 2009 19 360 8 753 764 68 6 13 3 7 2 6 7 2 61 6 UnknownVKORC1CYP2C9AgeHigh BWOthers 各因素解释华Factors药剂量差异原因百分比 法林用forwarfarindosing VKORC1A GCYP2C9 1 3 VKORC1A ACYP2C9 3 3 Clinicalalgorithm Nogeneticvariation Personalizedmedicationapplication2 predictionofdrugeffectanddosage Multiplefactor Pharmacogeneticdosingalgorithm internationalmultiplecentercontaining9contriesand4043subjectsWarfarindose mg d 5 6044 0 2614 age 0 0087 heightincm 0 0128 weightinkg 0 8677 VKORC1 1639A G 1 6974 VKORC1 1639A A 0 4854 VKORC1genotypeunknown 0 5211 CYP2C9 1 2 0 9357 CYP2C9 1 3 1 0616 CYP2C9 2 2 1 9206 CYP2C9 2 3 2 3312 CYP2C9 3 3 0 2188 CYP2C9genotypeunknows 0 1092 Asianrace 0 2760 Blacks 0 1032 Mixedrace 1 1816 Enzymeinduces 0 5503 Amidarone 2 7TheInternationalWarfarinPharmacogeneticsConsortium NEnglJMed2009 360 753 64 Percentageofprediction X YG a geIWA nd PCeTa roka s nha s hiW enH ua n gYo uM i aoO hn oK im C ho ZhSc uoW ncad eel iu s 100500 underidealover Algorithms ThedosingcalculatedviaXiangYadosingalgorithmismoreclosetotheactualrequiredfortheindividualpatientfromSouthCentralareaofChina Personalizedmedicationapplication2 predictionofdrugeffectanddosage MultiplefactorXiang YaPGxdosingalgorithmWarfarinstabledose mg d 2 140 0 370 VKORC1 1639G A 0 332 CYP2C9 3 0 324 BSA 0 004 ageindecades 0 231 numberofincreasingINRdrugs 0 105 smokinghabit 0 135 preoperativestrokehistory 0 108 hypertension 2 Personalizedmedicationapplication2 predictionofdrugeffectanddosagePGxresearchofTCMTianqihypoglycemiccapsule 184ADMET relatedloci SNPrs1142345 GeneTPMT AlleleA G MAF0 229 p0 001 FDRP0 038 rs2306168SLCO2B1T C 0 305 0 003 0 114 rs2231142rs717620 ABCG2ABCC2 A CC T 0 2600 230 0 0210 023 0 7980 874 rs1799931NAT2A Grs4244285CYP2C19A Grs4124874UGT1A1G T 0 1530 3440 337 0 0240 0270 044 0 91211 LiX Evidence BasedComplementaryandAlternativeMedicine 2013 Eachgroup Percentageofeachgroupinrs1142345heterozygote AG andwild type AA patients LiX Evidence BasedComplementaryandAlternativeMedicine 2013 Heterozygote Witttype Personalizedmedicationapplication2 predictionofdrugeffectanddosage0 7 0 6 0 5 HelthyMaintenlance Deterioration0 4 0 3 0 20 1 0 结肠癌病人 n 59 4 5级嗜中性白血球低下 Innocentietal JClinOncology22 1 7 2004 50 减少剂量或换药 28 28 10 12 5 减少剂量或换药Wt 280 常规剂量 Wt Wt 个体化治疗应用之3 预测和预防药物毒性伊立替康毒性发生率与UGT1A 28基因型 卡马西平 Cabamazepine 癫痫性发作 神经痛等神经性疾病 HLA B 1502 疱 紫癜 坏死 死亡率30 40 多形糜烂性红斑 Stevens JohnsonSyndrome SJS 多形性红斑 发热 小 别嘌呤醇 Allopurinol 原发性和继发性痛风病人 控制高尿酸血症 HLA B 5801 个体化治疗应用之3 预测和预防药物毒性卡马西平和别嘌呤醇引起的SJS Allopurinol Primaryandsecondarygoutpatients hyperuricemia HLA B 5801Allelepositive 85 90 94 4 Rs9263726AAllelepositive 82 90 91 1 Personalizedmedicationapplication3 predictionandpreventionofdrugtoxicityHLA B 5801andsurrogateSNPrs9263726areassociatedwithallopurin SCARinmainlandChinese Patients Allelepositive total OR 95 CI 399 5 74 6 2139 4 HLA B 5801Allopurinol SCARAllopurinol Tolerated 85 90 94 4 2 49 4 1 Rs9263726A 240 9 49 1 1181 7 Allopurinol SCARAllopurinol Tolerated 82 90 91 1 2 49 4 1 ADR发生率 Individualrisk 1000010001001010 1 1E 10 1E 09 1E 08 1E 07 0 0000010 00001 0 0001 0 001 0 01 0 1 1 5000不良反应 突变基因频率 引起ADRs的药物59 经多态性DME代谢 个体化治疗应用之3 预测和预防药物毒性药物不良反应发生率与突变基因频率相关100000 在下列情况下 药厂必需提供药物基因组学资料 这些必需提交的药物基因组学资料会影响FDA对这些药物的决策 1 对药物标签上的剂量 安全性或有效性有重要参考价值的资料2 在有遗传学标志物的亚组人群中进行的药物临床试验资料3 已知遗传变异与药物反应相关的资料 如细胞色素CYP2D6基 因 对于大多数其他的药物基因组学资料 例如这些资料并非作为临 床试验或销售申请的一部分 则无强制要求 但FDA鼓励其自愿 提交 2005 FDA批准药品说明书中的遗传变异 生物标记 药物或代表药 123456789 CC趋化因子受体5 CCR 5 EGFR表达等Her2 neu过表达费城染色体阳性反应等C蛋白缺损 遗传性或获得性 TPMT变异UGT1A1变异HLA B 1502等位基因尿素循环障碍 UCD 马拉维若 抗逆转录病毒药 西妥昔单抗 帕尼单抗 吉非替尼核赛汀 Herceptin 曲妥珠单抗达沙替尼华法林硫唑嘌呤伊立替康卡马西平丙戊酸 10CYP2C9突变等11VitK环氧化还原酶 VKORC1 变异12家族性高脂蛋白血症LDL受体缺损或突变13G6PD缺损14HLA B 5701等位基因 华法林华法林阿托伐他汀拉布立酶阿巴卡韦 生物标记 药物或代表药 1516171819202122232425262728 C KIT表达PML RAR a 表达 维甲酸受体反应 无反应 UGT1A1变异等CYP2C19突变CYP2C9突变CYP2D6变异CYP2D6和其他变异第五对染色体长臂间隙基因缺损DPD缺损EGFR表达EGFR表达等G6PD缺损等NAT变异费城染色体阳性反应者 伊马替尼甲磺酸维甲酸尼罗替尼伏立康唑塞来昔布托莫西汀盐酸氟西汀来那度胺卡培他滨埃罗替尼吉非替尼 头颈癌 伯氨喹异烟肼 马利兰马利兰 FDA批准药品说明书中的遗传变异 确认期 PoC 开发期 发现期 研究 商业 开发 I期 0期 II期 III期 申报 上市IV期 选择靶点 先导化合物产生与优化 试剂盒批文 上市应用与上市后评估量体裁衣给药和监测临床验证体外检测分析 生物标记发现和确证靶点确证研究分析 伴随诊断的可行性和吸引力选择病人技术验证分析 药物和生物标记检测方法和试剂盒同步开发 Xalkori crizotinib 克里唑蒂尼 酪氨酸激酶抑制剂 治疗间变性淋巴瘤激酶 ALK 阳性的局部晚期或 转移性非小细胞肺癌 NSCLC 同时还批准了雅培的VysisALKBreak ApartFISH检测试剂盒 使用该 试剂盒检测ALK阳性的NSCLC患者可采用Xalkori进行治疗 Zelboraf vemurafenib 威罗菲尼 BRAF抑制剂 用于晚期转移性或不能手术切除的黑色素瘤的治疗 FDA还批准了首个用于检测cobas4800BRAFV600突变的诊断试剂 同步开发实例 2011年FDA批准的用于有特定基因突变的亚组人群抗癌药 2004 4 个体化治疗咨询中心 2006 2 个体化治疗遗传分析中心 2010 9 中南大学湘雅医学检验所 1990年代中南大提出个体化用药物治疗 中期 学的个体化 中南大学个体化药物治疗的应用和推广 2013 8 国家卫生计生委个体化医学检测培训基地 中南大学药物基因组学 个体化医学 转化医学链 临床服务基因检测方法建立 临床个体化治疗咨询 培训 基因检测服务湘雅医学检验所 产品生产药物相关基因变异检测试剂盒后期 即产品申报和生产长沙 武汉 上海生物产业公司已提供企业11个成熟前期产品供企业申报 其中已有获批者 基础研究遗传变异发现 确证 实验研究 小样本 大样本 临床研究临床药理研究所30年基础研究 300篇SCI论文 57个基因 81个位点 前期产品药物相关基因变异检测方法的建立和标准化及试剂盒前期湖南个体化医学产品培育基地已经积淀212个成熟检测项目 待研发成前期产品 12个分中心 产品名称 CYP2D6 10 CYP2C9 3 ADRB1 1165G C AGTR1 1166A C ACE I D 检测试剂盒 基因芯片法 产品标准YZB 国4686 2012基因芯片 洗涤母液A 洗涤母液B 阳性参照 阴性参照 杂交液 PCR反应液1 产品性能结PCR反应液2 PCR反应液3 PCR反应液4 PCR反应液5 酶1 酶2 定位参照 构及组成产品有效期 A盒 2 8 B盒 20 有效期6个月 附件 注册产品标准 产品说明书 有效期2016 10 28批准日期2012 10 29检测五种基因多态性 CYP2D6 10 CYP2D6 1 1 CYP2D6 1 10 产品适用范CYP2D6 10 10 CYP2C9 3 CYP2C9 1 1 CYP2C9 1 3 围CYP2C9 3 3 ADRB1 1165G G 1165G C 1165C C AGTR1 1166A A 1166A C 1166C C ACE II ID DD 规格型号20人份 套 个体化药物治疗基因芯片注册号国食药监械 准 字2012第号生产单位湖南宏灏基因生物科技有限公司 开发成熟的个体化药物治疗基因芯片 1 YZYMT 001 A人类KRAS基因突变检测试剂盒 PCR 荧光探针法 12人份 盒 2 YZYMT 002 A人类EGFR基因突变检测试剂盒 PCR 荧光探针法 12人份 盒 3 YZYMT 003 A人类BRAF基因突变检测试剂盒 PCR 荧光探针法 12人份 盒 4 YZYMT 006人类CYP2C19基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法20人份 盒 5 YZYMT 007人类CYP2C9和VKORC1基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法 20人 份 盒 6 YZYMT 008人类UGT1A1基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法 20人份 盒 7 YZYMT 009人类CYP2D6和SULT1A1基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法 20人 份 盒 8 YZYMT 010人类TPMT基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法 20人份 盒 9 YZYMT 011人类SLCO1B1和ApoE基因多态性检测试剂盒 PCR 荧光探针法 20人份 盒 我国个体化医学发展三个阶段 基础理论研究 基因导向个体化药物治疗的提出和推动 推动国家管理体系和个体化医疗技术标准化和法规化 年代启 动 年代启 动 年代启 动 疾病相关基因疾病预测与诊断 药物作用相关基因个体化药物治疗 罕见孟德尔遗传病致病基因 常见复杂疾病易感基因 药物代谢 作用基因 药物代谢 作用SNPs 疾病预测 对疾病的新认识和控制 个体化用药 最佳药物反应 伦理 法律 社会问题 分子诊断是实施个体化医学的必需基因检测 发现生物标记假说候选生物标记确证开发原型检测方法 确证候选生物标记临床确证体外诊断试剂分析方法优化和开发管理部门批准 应用各实验室采用审核实验室结果的室间差临床和实验室培训 生物标记和分子诊断方法的发现 确证和应用 BRACAnalysis Campath 坎帕斯 CD52人源化单克隆抗体Herceptin 赫赛汀 Camptosar 伊立替康 Gleevec 格列卫 OncotypeDX 乳腺癌判断病情慢性淋巴细胞性白血病选药乳腺癌确定剂量结肠直肠癌判断药物疗效慢性髓细胞性白血病复发风险乳腺癌 基因测序 风险分析轻微后遗症HER2基因表达UGT1A1多态性分析BCR ABL荧光定量多变量分析 个体化医学分子诊断临床应用分类及举例疾病易感 OncotypeDX 基因表达谱 21 筛选乳腺癌相关基因临床研究 n 400 验证确定与无转移生存最有关的21个基因 基因表达谱 21试剂盒 RT PCR技术 结果以复发风险评分 0 100 18分 低 18 31 中 31 高 250 25000基因 多 3 中心临床试验 16个癌基因 5个癌基因正常表达参考基因 referencegenes 胰腺癌分子诊断 PathFinderTG 2010年1月1日启用由于标本量不足 或组织细胞学结果不能肯定作出病理学诊断时的辅助方法 可视为 分子解剖病理学 可确定诊断和预后 也可预测多器官系统的治疗反应检测步骤 1 显微解剖 从病理组织确定和获得异常细胞2 抽提DNA和扩增 如PCR 3 DNA测序 确认致癌性基因突变4 整合分子诊断结果和病理学家提供的细胞或组织学发现 作出肯定诊断JianShen J etal CancerCytopathol 2009 117 217 27 JianShen J etal CancerCytopathol 2009 117 217 27 包括3个检测项目 1 k ras基因突变 2 15个抑癌基因杂合性丢失 LOH 分析3 胰腺囊肿液中DNA质量检定 符合下述标准者定为 异常 1 k ras基因突变 2 LOH有两个位点突变3 高质量DNA 如无上述异常 则定为良性非黏蛋白胰腺囊肿 胰腺癌分子诊断 PathFinderTG PathFinderTG 分子诊断标准 分子诊断 MDx 良性非黏蛋白囊肿良性黏蛋白囊肿恶性 原位或浸润癌 标准1 DNA质量低到中等 和 2 未见k ras基因点突变 和 3 LOH75 或 2 LOH 2个位点 高幅度 75 分子诊断改善胰腺癌的治疗 RinaWolfTestimonyb