个体化治疗与基因诊断现状、挑战和对策

全国第四届个体化医学培训班 长沙 2011 6 个体化医学长沙论坛 卫生部临床药理国家培训中心 个体化治疗与基因诊断的现状 挑战和对策 第一部分 国内外现状第二部分 目前存在的问题第三部分 对策与展望 药物不良反应 ADRs AdverseDrugReactions 已成为危害人类健康的重要公共卫生问题 6 7 的住院病人产生严重药物不良反应 全部床位总数的4 0 32 的病人死于严重的药物毒副作用 居全部死亡原因第4位 仅次于心脑血管疾病 癌症和肺部疾病 儿童的药物不良反应发生率高达9 5 美国每年约10万病人死亡 第一部分 国内外现状 英国卫生部门医疗资源耗费约每年5亿英镑 美国药物不良反应造成的致残和致死 包括初级医疗和次级医疗 所造成的总费高达每年1000亿美元 Ref ClassenDC etal JAMA1997 277 301 17LazarouJ etal JAMA 1998Apr15 279 15 1200 5Needetal NatureGenetics37 671 2005 我国由于医疗条件相对低下 形势更为严峻 我国每年500 1000万人因发生ADR住院 住院病人ADR发生率为10 20 其中5 发生严重ADR 老年人发生率为22 50 药源性死亡率占住院病人的3 6 25 死亡人数为每年20万人 药物临床试验和新药开发的损失同样严重 一种药物上市平均耗费8亿美元和10年左右时间 约35 的新药由于安全性问题而不能上市 过去20年期间约4 的上市药物因安全性问题被撤出欧美市场 共计34种 最近20年美国FDA从市场撤出的部分药品 年龄 性别 体重 身高 合并症 病程 决定药物反应的因素 器官功能 遗传 环境因素 药物反应 老年 儿童 新生儿 肝脏 肾脏 心脏 食物 吸烟 合并用药 医疗机构临床检验项目目录 2007年国家卫生部发布 过去5年中基因组学 蛋白组学及纳米科技等的迅速发展已实现分子诊断水平的快速升级 并且开始在新药开发和个体化治疗中得到广泛应用 随着技术平台的不断升级 人类遗传标志的不断发现 基因型 用药表型关联的不断揭示 传统用药必将产生新变革 卫生部2007年公布的国家 医疗机构临床检验项目目录 已经远远不能适应国民卫生健康事业发展的需要 现在的问题不再是我们能否实现个体化治疗 而是我们将在何时 以何种方式实现个体化治疗 个体化医学发生了一系列里程碑性事件构建出未来个体化治疗的蓝图 1 2003年 美国药品食品监督管理局 FDA 颁布了GuidanceforIndustry PharmacogenomicDataSubmissions 中文翻译为 行业指南草案 药物基因组学数据报送 2005年即成为正式文件 要求新药临床试验完毕进行申报时需提供病人遗传分子诊断方面数据 2 2003年 由美国 加拿大 日本 中国 尼日利亚和英国共同参与的人类单倍体型计划 HapMap 对数以百万计的SNPs进行归类 阐明了大量统计学意义十分明确的基因型 药物表型相关性 什么是HapMap HapMap是人类基因组中常见遗传多态位点的目录 它描述了这些变异的形式 在DNA上存在的位置 在同一群体内部和不同人群间的分布状况 HapMap计划并不是利用HapMap中的信息来建立特定的遗传变异与某一疾病之间的联系 而是为其他研究者提供相关信息使之能够将遗传多态位点和特定疾病风险联系起来 从而为预防 诊断和治疗疾病提供新的方法 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 3 2004年 人类单核苷酸突变协会 完成超过180万单核苷酸突变特征鉴定 期间共有150余种药物或新药化合物向FDA呈交了药物基因组学资料 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 4 2005年 NIH资助的 遗传药理学研究网络 PGRN 和 遗传药理学与药物基因组学知识库 PharmGKB 成立 旨在为全人类的个体化用药实现资源共享 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 5 2006年 FDA批准了首个体外诊断化验分子检测 GeneSearchBLN检测 应用于乳腺癌转移的诊断 该化验通过分子手段检测在乳腺组织中丰富而正常淋巴结很少的一些细胞 以此判断乳癌是否发生了淋巴结转移 GeneSearchBLN检测比目前最快的同类诊断手段更加准确和快速 该检测能够降低乳腺癌患者二次手术的风险 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 6 2007年 FDA批准了第一种遗传分子检测 该检测根据CYP2C9和VKORC1基因多态性预测抗凝药华法林的敏感性 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 7 2008年 由美国国立卫生院 NIH 和 比尔盖茨基金 资助的 国际遗传药理学倡导组织 PGENI 成立 旨在资助全球多民族人群中的个体化用药事业 并将遗传药理学信息整合到国家公共卫生和药政管理的决策之中 药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件 70余种药物经美国FDA批准贴上了遗传标签 用于指示不同基因型的患者在应用该药物时对疗效和毒性的指示作用 表 美国FDA已批准药物标签的有效基因组生物标志物信息表 节选 注 1 必须检查 2 推荐检查 针对风险人群检查 3 供参考 续上表 注 1 必须检查 2 推荐检查 针对风险人群检查 3 供参考 70余种药物经美国FDA批准贴上了遗传标签 用于指示不同基因型的患者在应用该药物时对疗效和毒性的指示作用 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 St Jude s儿童医院和梅奥诊所等将TPMT遗传检测列为对病人进行ALL化疗前的常规 急性淋巴细胞性白血病 ALL 的化疗组合均包括6 巯基嘌呤 6 硫代鸟嘌呤或硫唑嘌呤 这些药物具有共同的消除通路是经硫代嘌呤甲基转移酶 TPMT 代谢失活 因编码TPMT的基因突变而导致TPMT酶代谢活性的人群可产生严重毒性反应甚至死亡 唯有大幅降低药物剂量方可避免毒性的同时获得疗效 w w 100 剂量w m 65 剂量m m 6 10 剂量 2 UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反应 伊利替康是一种前药 它在体内转化为活性产物SN 38后发挥抗癌作用 SN 38的抗癌活性是其母药伊利替康的100 1000倍 同时也被发现它与应用伊利替康所出现的严重不良反应密切相关 伊利替康的活性代谢产物SN 38在肝细胞内通过葡萄糖醛酸转移酶 UGT 的作用与葡萄糖醛酸结合 形成 葡萄糖苷酸SN 38 SN 38G 而丧失抗癌活性 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 2 UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反应 UGT1A1 28突变型杂合子 6 7 产生4级粒细胞减少 4级血样便腹泻或脱水 3级水样便腹泻等毒副作用的几率为12 5 突变型纯合子 7 7 则有50 产生毒副作用的可能性 而野生型UGT1A1 6 6 在接受伊立替康治疗时产生毒副作用风险极低 2005年 美国FDA要求在伊立替康药品标签上加入警示 建议患者在使用伊立替康前先检测是否带有UGT1A1 28突变 在中国人中 UGT1A1 28野生型纯合子 6 6 杂合子 6 7 和突变型纯合子 7 7 的发生频率分别为70 2 27 7 和2 1 UGT1A1 28 UGT1A1 28 6与UGT1A1 6基因型患者的毒副作用风险相近 UGT1A1 6突变频率在东亚人群中 日本 韩国和中国 约为13 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 3 EGFR信号通路及通路上各靶标基因突变与结直肠癌化疗 急性表皮生长因子受体 EpidermalGrowthFactorReceptor EGFR 位于细胞膜上 介导细胞迁移 黏附 增殖 分化和凋亡 EGFR下游的信号转导通路主要有两条 如图 一条是Ras Raf MEK ERK MAPK通路 而另一条是PI3K Akt mTOR通路2 研究表明 在许多实体肿瘤中存在EGFR信号转导通路上的基因发生体细胞突变及表达异常 从而导致肿瘤细胞无限制的扩增和迁移 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 针对EGFR所开发的分子靶向药物主要分两类 1 小分子酪氨酸激酶抑制剂 TKI 如吉非替尼 也称为易瑞沙 和厄罗替尼 也称为特罗凯 抑制EGFR胞内区酪氨酸激酶活性 2 单克隆抗体 mAb 如西妥昔 也称为爱必妥 和帕尼单抗 也称为维克替比 与EGFR胞外区结合 阻断依赖于配体的EGFR活化 EGFR突变 尤其是外显子19缺失突变者吉非替尼的有效率高达80 以上 KRAS基因突变与肺癌患者的吉非替尼 厄罗替尼原发性耐药有关 使结直肠癌患者对抗EGFR抗体类药物如西妥昔单抗产生耐药 BRAF基因V600E突变造成EGFR靶向药物产生耐药性 PI3K亚单位上的外显子9和20突变的细胞会对药物拉帕替尼产生耐药性 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 3 EGFR信号通路及通路上各靶标基因突变与结直肠癌化疗 4 综合数学模型用于华法林的剂量分析 由于人口老龄化 全球房颤发病率不断走高 美国的房颤患者人数达250万人 欧盟的患者人数达450万人 中国成人房颤发生率约455万 低强度抗凝有助于避免心脑血管终极事件 华法林在临床上应用广泛 作为预防房颤病人栓塞并发症和心脏瓣膜置换术后的首选药物 主要不良反应是出血 发生率介于10 24 之间 约1 2 7 的病人可发生严重而威胁生命的大出血 华法林剂量可相差10 50倍 尤其是华法林起始剂量的使用非常困难 且面临极大的出血风险 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 4 综合数学模型用于华法林的剂量分析 第一阶段 基因型预测起始剂量 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 第二阶段 综合数学模型预测起始剂量VKORC1基因多态性 1639 3673G A 28 等位基因 体表面积 11 每0 25平方米 CYP2C9 3 33 等位基因 CYP2C9 2 19 等位基因 年龄 7 每十年 目标国际标准化比率 11 每0 5个单位增长量 胺碘酮的使用 22 吸烟 10 种族 9 当前血栓形成 7 4 综合数学模型用于华法林的剂量分析 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 第三阶段 改进后的综合数学模型预测起始剂量 4 综合数学模型用于华法林的剂量分析 药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践 改革传统药物生产模式 截至2011年 价值约1570亿美元的药品将失去专利保护而面临巨大的仿制药竞争 药厂可能因此遭受巨大损失 专门针对小样本特定遗传背景人群 携带遗传标签 更高价位的 精密制导型 药物提升其科技附加值 其额外收益将弥补传统 重磅炸弹级 药物专利失效带来的损失 传统 重磅炸弹级 药物发展模式将逐渐消亡 个体化 精密制导型 药物将成为来主流模式 个体化治疗领域的技术革命 PCR RFLPPyrosequencing焦磷酸测序技术高血压个体化用药基因芯片AmpliChipCYP450基因芯片DMET基因芯片ADME基因芯片GWAS芯片LuminexX Map平台第二代测序技术第三代测序技术 OATP1B1基因的T521C基因多态性是他汀类药物的主要不良反应横纹肌溶解的独立决定因子 对于预测和预防他汀类的肌毒性具有重要意义 HLA B 5701基因变异是引起抗生素氟氯西林所致肝损伤的重要原因 风险增加80 100倍 表 中南大学临床药理研究学检验所个体化用药基因检测服务列表节选 第二部分 目前存在的问题 1 遗传药理学和药物基因组学基础研究仍需加强经典研究 CYP450 转运体 受体后续研究 离子通道分子 细胞黏附分子 信号转导通路分子 伴侣蛋白 核酸和DNA修复系统 翻译后加工分子 细胞周期与生长因子 转录因子 2 个体化用药技术在新药开发中未得到应有重视 由于人类遗传背景的多样化 没有一种药物对所有人群安全有效 即使是全球销售榜排名前30位的 重磅炸弹 级药物通常有效性也不过40 60 传统的新药临床前试验对药物的代谢和转运途径不加探索 临床试验对受试者的遗传背景也不加区分 其明显缺陷在于纳入了大量具有不同代谢特征和特定遗传背景的受试者 这些特异亚群中产生的疗效差和毒性大的数据极大影响了药物的安全性和有效性评价结果 增加了开发的成本 甚至造成药物不能上市的重大损失 3 非遗传因素使个体化治疗复杂化 4 个体化治疗检测的经济成本相对高 当总人数和非正常药物反应者人数一定的前提下 要求检测费用比药物价格相对低廉才能保证该公式成立 即病人经济上划算 从而容易为病人所接受 检测费用 效应的关系满足下列公式时是有价值的 5 医疗界 政府部门和药厂的接受程度不够 遗传药理学和个体化用药知识的传播力度仍然不够 普通临床医生距离对临床病人解释具体个体化用药基因检测的临床意义还有相当大的距离 国家和卫生部门的政府官员 医疗机构的管理人员对个体化用药领域的不了解 在推进个体化事业 制定相关政策措施时持谨慎和保守态度 6 个体化用药基因检测的临床推广模式有待摸索 基因检测要想在临床上推广必须满足5个条件 基因多态性和药物不良反应之间牢固的关系 检测手段必须特异 准确和敏感 生物标本的转移和处理必须标准化 价格可以承受 临床医生要能向病人解释清楚检测结果并且根据检测对用药做出正确的调整 目前 这样的临床模式尚在摸索和建立之中 第三部分 对策与展望 1 加强个体化用药的基础研究 完善药物 机体作用的分子机制 发现一批新的药效学通路基因和药物靶标 开展药物表观遗传学在药代动力学和药效动力学中的作用机制 发展转录组 蛋白组 肽组和代谢组学在个体化药物治疗方面的应用 研发出若干操作简易 可补充或替代基因检测的新型个体化用药关键技术 2 将遗传信息应用于新药开发中 新药临床前开发中的个体化用药 新药研发将会从开发伊始就避免 新药 受到具有遗传多态性的药物代谢酶或转运体的影响 在初筛期便淘汰掉此类化合物以除却后顾之忧 设计所谓的 硬药 即不被具有明显基因多态性的药物代谢酶代谢及转运体转运的药物 可以避免具有多态性的转运体及代谢酶的干扰 从而减少不可预期毒性的产生 使得临床用药更加安全 2 将遗传信息应用于新药开发中 开展以药物基因组学为指导的GCP临床试验 在 期临床试验甚至临床前试验阶段即查明可能影响药物安全性和有效性的重要遗传标记 在随后的 期临床试验中根据该遗传标记对受试者分群 排除最不可能取得满意疗效的亚群 选取最有可能取得满意疗效的亚群 将可缩小临床试验的规模 用较少的受试者即可取得满意疗效 而且可以尽可能的避免毒性反应 节省高昂的临床研究成本 缩短上市所需时间 保证上市后的安全性和有效性将是药物基因组和个体化用药给新药临床研究带来的革命性变化 改革传统药厂商业模式 截至2011年 价值约1570亿美元的药品将失去专利保护而面临巨大的仿制药竞争 药厂将遭受巨大损失 专门针对小样本特定遗传背景人群 携带遗传标签 更高价位的 精密制导型 药物提升其科技附加值 其额外收益将弥补传统 重磅炸弹级 药物专利失效带来的损失 传统 重磅炸弹级 药物发展模式将逐渐消亡 个体化 精密制导型 药物将成为来主流模式 对我们的启示 同种药物的临床试验设计保持一致以便于集合多个小型临床试验的数据进行meta分析 建议大型临床试验优先进行 取得一定数据信息后 在小型临床试验中进行验证 临床试验将可能在真实生活场景中开展 而不是在人为的随机 对照试验场景中进行 今后药