药物基因组学与个体化治疗和新药研发

,药物基因组学与个体化用药和新药研发,FromSwitzerlandARenaissancephysicianFirstphysicianusingchemicalstotreatdisease,所有药物都有毒性,祖国医学：是药三分毒！,药物不良反应非常严重!,严重药物不良反应在住院病人中的总发生率:6.7%致死性药物不良反应在住院病人中的总发生率:0.32%引起死亡主要原因第46位医院费用59%与药物不良反应有关20年来因产生严重药物不良反应被淘汰的上市药:40种,总住院人数：5000万/年因药物不良反应住院人数：250万/年严重不良反应人数：50万/年因药物不良反应死亡人数：19万/年,中国,美国,ClassenDC,JAMA1997;277:301-17LazarouJ,JAMA.1998;279:1200-5Needetal.NatureGenetics37:671,2005,ADRs造成的经济损失惊人！,中国：每年因药物不良反应增加医药费40亿。美国：1998年，因剂量过高以及不必要的处方药有关的医疗费用就超过了1000亿美元。2000年，与药物相关的发病率与死亡率所造成的费用超过了1770亿美元。英国：每年因药物不良反应增加医药费11亿英镑。,1990至今因遗传变异致严重毒性而从市场撤出的药物,由于严重毒性，近年来被FDA召回的药物达40余种！制药企业损失：400亿美元；,药物在部分人中无效和疗效差,恶性肿瘤老年滞呆粪尿失禁丙型肝炎骨质疏松症偏头痛（慢性）风湿性关节炎偏头痛（急性）糖尿病哮喘心律失常精神病抑郁症（SSRI）镇痛（Cox2）,有效率（%）,80706050403020100,DatafromFelixW.Frueh,OfficeofClinicalPharmacologyCDER/FDA，32ndInternationalMeetingLouisville,KYMay22,2006,受试者人数,血浆浓度,A种族药物无效率增高,B种族药物毒性率增加,治疗窗,种族间差异,种族内差异,药物反应有种族内和种族间差异,年龄老年，儿童，新生儿,性别,体重/身高,合并症,病程,决定药物反应的因素,器官功能肝脏,肾脏,心脏,基因型,遗传,环境因素食物/吸烟/合并用药,药物反应,基因,环境,II糖尿病,乳腺癌,男性心肌梗死,原发性高血压病,冠心病,I糖尿病,苯妥英,锂,水扬酸,异戊巴比妥,双香豆素,阿司匹林,安替匹林,保泰松,遗传在药物代谢中的作用,DatafromTrevorNicholls,Oxagenreport,2000,.CCATTGAC.,.CCGTTGAC.,GGTAACTG.,GGCAACTG.,A腺嘌呤T胸嘧啶G鸟嘌呤C胞嘧啶,药物反应差异的生物学基础:单核苷酸多态性（SNP）,发生频率超过1%最常见的遗传变异1SNP/300-600bp5SNPs/基因,染色体,10q24.2,CYP2C9基因,第430bp,CYP2C9*1,CYP2C9*2,T,正常酶活性,低酶活性,细胞,细胞核,染色体,基因,碱基,DNA分子,9个外显子全长55kb编码490个氨基酸,10,-占人类遗传变异的90%,.CCATTGAC.,.CCATTGAC.,GGTAACTG.,GGTAACTG.,.CCATTGAC.,.CCGTTGAC.,GGTAACTG.,GGCAACTG.,.CCGTTGAC.,.CCGTTGAC.,GGCAACTG.,GGCAACTG.,wt/wt野生型纯合子,SNPs的基因型,X,X,X,wt/mut野生心型杂合子,mut/mut突变纯合子,药物代谢酶表型和效应（基因剂量效应）,-,药物代谢酶基因型,最低有效浓度,最小毒性浓度,血浆药物浓度,慢代谢者中间代谢者超快代谢者,口服40mg奥美拉唑后的时间（h）,奥美拉唑平均95%可信限(mg/lL),CYP2C19*2/*2,CYP2C19*1/*2,CYP2C19*1/*1,X,X,X,CYP2C19的基因型和表型,AUC:,1.10.6,0.60.3,mg.h/L,5.32.2,CYP2D6多态性基因型和表型,CYP2D6genotypeandpropafenone,0,200,400,600,800,1000,1200,1400,1600,UM,EM,IM,PM,33,127,695,1080,18%Afib,15%Afib,Dose:3x150mg/dayAfibplacebo:33%propafenone:16%,-blockadeCNS-sideeffects,Propafeneoneng/ml,乙醛脱氢酶基因突变,体（血）内酒精不能变水,乙醛脱氢酶基因正常,体（血）内酒精变水,乙醇脱氢酶,乙醛脱氢酶,酒精（乙醇）乙醛水,为什么喝同样量的酒有的易醉，有的不醉？,体（血）内药物适量,0个突变,体（血）内药物过少,药物代谢酶,药物在体内生成代谢产物（药效改变）,体（血）内药物过多,药物转化过多,1个突变,药物转化居中,2个突变,药物转化过少,无效,安全有效,毒性,遗传变异在药物毒性发生中的作用环节,怀镜因素,药物毒性,药物相互作用,遗传变异,靶点,代谢,细胞,转运体,药物,药物代谢动力学,药物效应动力学,药物毒性,基因组,基因变异(基因多态性),药物靶点,药物转运体,药物代谢酶,遗传变异在药物毒性发生中的作用环节,CaseReport,特罗地林，抗胆碱药，治疗尿失禁引起QT延长，产生严重心脏毒性，主要是尖端扭转型心动过速，导致1991年从市场撤出发生毒性的个体血浓度显著升高，与CYP2C19基因突变相关,MonahanBPetal.JAMA1990;264:27882790,Torsadesdepointes尖端扭转型心动过速,特罗地林（Terodiline）,CaseReport,62y.o.男，因肺炎住院以“标准”剂量的可待因镇咳发生昏迷查吗啡血浓度为预期的20倍查CYP2D6基因型，为超快代谢者,NEJM,30Dec2004,可待因,O-去甲基反应,N-去甲基,结合反应,吗啡,吗啡-3-葡萄苷酸结合物,可待因-6-葡萄苷酸结合物,去甲可待因,去甲可待因-6-葡萄苷酸结合物,CYP2D6,CYP3A4,可待因代谢,TPMT:硫嘌呤甲基转移酶（thiopurinemethyltransferase）XO:黄嘌呤氧化酶（xanthineoxidase）HGPRT:次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶（hypoxanthineguaninephosphoribosyltransferase）TIMP:磷酸硫肌苷（6-thioinosinemonophosphate）MTMP:甲基硫肌苷6-S-methylthioinosinemonophosphateTGN:硫鸟嘌呤核苷酸（6-thioguaninenucleotides）6-MP:巯嘌呤（6-mercaptopurine）MeMP:甲基巯嘌呤（6-S-methylmercaptopurine）6-TU:硫尿酸（6-thiouricacid）,6-MP,TGN,MeMP,TPMT,6-TU,XO,HGPRT,DNA,TPMT,生物激活途径,解毒途径,TIMP,MTMP,TPMT,(多种)酶促进反应步骤,(嘌呤再利用),TPMT在6-巯基嘌呤代谢中的作用,TPMT和生物激活酶均存在于造血细胞（hematopoiteticcells）;XO仅存在于肝脏内,TPMT多态性与TGN蓄积量和6-MP毒性,0.20,Cumulativeincidence,Deficient,Heterozygote,Wild-type,00.511.522.5yr,180ALLchildren/6-MP75mg/m,JNCI1999;91:2001,根据病人TPMT基因型选择6-MP剂量减少毒性,0,10,20,30,0,500,5000,毒性,毒性,CellularTGN,常规剂量的MP,减少6-MP剂量,TPMT-缺损,0,10,20,30,0,2,4,6,8,10,*2,*3A,*3C,Percent,*1,TPMTActivity,常规剂量,0,10,20,30,0,500,5000,CellularTGN,TPMTAlleles,ATG,ATG,G238C,ATG,G460A,A719C,ATG,A719C,*1,*2,*3A,*3C,w/m:65%剂量m/m:6-10%剂量,急性淋巴细胞性白血病是最常见的小儿白血病基因检测确定患者基因型有助于制定较为精确的适合个体的治疗方案治愈率在1960年代仅为4%,而现在可达80%,基因检测导向抗癌药物应用显著提高了小儿白血病的治愈率,Source:NewEnglandJournalofMedicine,2006,200l;PersonalizedMedicineCoalition,2006.,个体化治疗使急淋治愈率显著提高,遗传检测确定小儿白血病患者的DNA突变,令医生能精确选择适合个体的治疗方案,治愈率(%),依立替康代谢,依立替康(前药-无活性),(羧酸)酯酶,SN-38(活性),UGT1A1(肝内),SN-38G,胆汁,(TA)6TAA,1,2,3,4,5,(TA)7TAA,1,2,3,4,5,UGT1A1activity,SN-38concentration,6/67/7,6/67/7,抗癌药依立替康毒性和其代谢酶基因突变(UGT1A*28),相同临床诊断病人毒性：10%,异烟肼(Isoniazid,INH),肼(Hydrazine,Hz),酰胺酶(Amidase),乙酰异烟肼(Acetylisoniazid,AcINH,NAT2,泛影葡胺肼(Diacetylhydrazine),(肝)毒性代谢产物,GST,解毒,CYP2E1,乙酰肼(Acetylhydrazine,AcHz),NAT2,NAT2,酰胺酶(amidase),异烟肼代谢,INH-利福平(RFP)引起的肝脏毒性与NAT2基因型,正常,肝脏毒性,发生率(%),0,20,40,60,80,100,合计(n=114),RA(n=46),SA(n=15),IA(n=53),*,*,*P0.01,卡马西平因引起的SJS,卡马西平癫痫性发作,神经痛等神经性疾病多形糜烂性红斑(Stevens-JohnsonSyndrome，SJS)中毒性皮肤溶解坏死(ToxicEpidermalNecrolysis,TEN)HLA-B*1502,多形性红斑，发热、喉咙痛、畏寒、头痛和全身不适，小胞、紫癜、坏死，死亡率3040%,Stevens-JohnsonSyndrome(SJS)andToxicEpidermalNecrolysis(TEN),NeurologyAsian,2008;13,15-21,亚洲人HLA-B*1502和卡马西平所致SJS/TEN,药物不良反应发生率与突变基因频率相关,5000不良反应,基因突变频率,发生率,多态性与药物反应安全性和差异,引起ADRs的药物有59%是经由多态性药物代谢酶所代谢7-22%的其他随机选择的药物为多态性药物代谢酶的底物,HuangSM,GoodsaidF,RahmanA,etel.ToxicologyMechanismsandMethods.2006;(16)89-99.,Patients(n=422),CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389Arg,CYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389ArgCYP2D6*10*10+Gly389Gly,CYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly,Randomized,CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389Arg,CYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389ArgCYP2D6*10*10+Gly389Gly,CYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly,25mg,bid12w,Conventional,Personalized,125mg,bid12w,25mg,bid12w,50mg,bid12w,14,100,104,14,91,104,HPptsstratifiedbyCYP2D6血压和交感兴奋不能控制基因检测：1-Gly389Gly建议：增加metoprolol剂量180%40mgbid;血压和交感兴奋得以控制,Case1,男性，26yr，焦虑症给以buspirone和Buspar治疗基因检测:CYP2C9:EMCYP2C19:EM,CYP2D6:IM建议：以较小剂量开始,Case2,男性,64yr，肠癌给药:Cetuximab基因检测:K-RAS基因第12与13密码子突变建议:换药,Case3,组织结构和管理,参与的国家（104）确定药物名单和服务方案规范程序(如共同IRB知情同意)周边国家和地区样本收集和分析整合到公共医疗卫生体系和药业,地区性PGx中心研究支撑教育和培训样本处理基因组分析促进合作,协调中心协调研究建立各个国家特色的知识库开发和启动培训计划,执行委员会优化执行过程指导整合到国家政策,PharmacogeneticsforEveryNationInitiative,药物基因组学为所有国家服务行动计划,任务和目标,PharmacogeneticsforEveryNationInitiative,在104个国家推广药物基因组学知识：教育和培训帮助上述国家建立符合自己种族特点的个体化药物治疗方案推动各国政府制定相关政策收集、分析、建立各国人群的药物基因组学数据库，为药企发现和开发新药提供药物基因组学服务建立网络，提供服务,PGENI地区中心:药物基因组学研究和应用方面在国际上有高度信誉的研究中心,PGENI地区中心:地区性中心的任务,研究支撑教育和培训样本处理基因组分析促进合作区域辐射,紧密合作单位医科院阜外医院(共建863平台)浙江大学,中山大学(共建重大专项平台),服务市场化推广合同单位广东华银集团有限公司湖南邱则有专利战略咨询服务公司,技术服务和推广辐射基地华中科技大学生物医药研究院重庆医科大学生命科学研究院,药物基因组学临床试验合同单位北京大学第一医院北京军区总医院中南大学湘雅医院皖南医学院弋矶山医院江西省人民医院,核心依托单位中南大学湖南宏灏基因生物科技有限公司湘雅三医院湖南安信医药集团生物芯片国家工程中心湖南中药现代化筛选分中心PGENI(亚洲地区中心),药物基因组学技术服务试验基地广东丽珠制药长沙国家生物产业基地（辖区企业）,科技部药物基因组学创新技术服务平台,服务平台,科技部药物基因组学创新技术服务平台,药物基因组应用技术平台,ChinesePharmacogenomicsNetwork,药物靶点发现,药物靶点确证,先导化合物筛选,化合物库筛选,上市,先导化合物优化,临床前研究,临床试验I/II/III期,药物基因组学,遗传药理学,基因组学研究发现、克隆表型分析（转基因、基因敲除）确定靶点（疾病模型）确定先导化合物评价ADMET优化设计临床前研究临床研究,选择更多、更好、针对性的靶点,提高临床试验精确性预测效应和ADR针对特殊治疗人群,药物基因组学已全面介入新药研发的全过程,PGt和PGx在药物开发各阶段中的应用,药物基因组学,遗传药理学,发现,开发,药物靶标的鉴定,药物靶标的确证,先导化合物筛选,化合物库筛选,化合物结构优化,临床前研究,临床I-III期研究,申报审批,FDA官员重视药物基因组学在新药研发中的作用,“Pharmacogenomicsholdsgreatpromisetoshedscientificlightontheoftenriskyandcostlyprocessofdrugdevelopment,andtoprovidegreaterconfidenceabouttherisksandbenefitsofdrugsinspecificpopulations.Pharmacogenomicsisanewfield,butweintendtodoallwecantouseittopromotethedevelopmentofmedicines.”药物基因组学是行在药物发展崎岖艰辛道路上的探照灯；是研究特殊人群用药的奠基石。所以我们会竭尽所能致力于研究药物基因组学这个全新领域以促进医学发展。-MarkMcClennan,M.D.FDACommissionerNov,2003,FDA与药物基因组学,2002:提出PGx是资料提交的安全港概念2003:发布药企提交资料指导原则草稿2004:PG被确认为FDA通向未来的“重要途径”中的关键机会交叉专业PG评估小组组成.FDA受理“自主基因组学数据的提交(VoluntaryGenomicDataSubmission,VGDS)”2005设立基因组网站:/cder/genomics药企指导原则最终规定发布,1990-基因变异致严重毒性而从市场撤出的药物,PGx可避免新药的临床毒性和市场召回,开发费用(M=百万美元),NoPGx:$324M,WithPGx:$245M,54,41,38,160,31,Pre-Clin,Phase1,Phase2,Phase3,Phase4,FromOxagen,27,30,48,94,45,PGx可降低新药研发费用和开发周期,各期临床试验中遗传药理学的应用,DatafromCMRInternationalInstituteforRegulatoryScience2003,PGx在新药研发中的作用,根据病人的遗传变异（基因型）分层，研究不同遗传变异的病人的PK、治疗效应和安全性评估药物代谢酶不同基因型/表型的药物代谢动力学参数，以便预估剂量寻找PK极端值、毒性、有效和无效受试者的遗传差异，发现有意义的基因变异的结构和功能对严重的和不能解释的不良反应寻求遗传方面的解释临床试验受试者均应留DNA标本以备必须的PGx研究建立已知DMEs基因型的受试者库，以备具多态性特征的DME特异性底物（试验药物）时用,t1/2,hr,10,20,30,40,50,地昔帕明PK参数,CYP2D6*6/*9,基因型鉴定可提高临床试验准确性和解释逸出值,不含CYP2D6PM(2无效等位基因)；发现一个逸出值者，属PM；具*6无效等位基因和酶活性降低的*9等位基因；预期*9基因型发生率为0.4%,EM,PM,35,33,80,14,0,0,中心1,中心2,中心3,受试者例数,CYP2D6代谢底物多中心I期临床试验,100806040200,任一中心对CYP2D6底物的耐受性可能作出错误结论任一中心获得的PK参数或三中心合并的参数均不符合白人和中国人总体人群,CYP2C19底物II期临床试验病例分布,EM,PM,95,63,80,20,5,7,1,2,3,临床试验中心,受试者例数,12080400,CYP2C19底物II期临床试验,1,2,3,临床试验中心,血浆药物浓度,有效率：53%不良反应率：5%,有效率：67%不良反应率：10%,有效率：74%不良反应率：20%,总不良反应率：10%预期发生率：15%,100-75-50-25-0-,ProjectName71,76个批准的药物含有PGx信息，如trastuzumab(Herceptin)仅用于HER2蛋白过表达的乳腺癌病人；在带有CYP2C9和VKORC1基因变异的病人中Warfarin的启始剂量应减少；PGx数据已经成为NDA/BLA申请材料的一部分，只是现在还不是必呈部分;PGx已用于先导化合物筛选的标准；化合物需优化成不主要经高度多态性药物代谢酶的底物大的制药公司在新药临床试验中已常规收集PGx样本(DNAorRNA)对由PGx转化到临床应用有很高的期望,药物基因组学在新药研发中的应用,在药物临床试验中应测试的CYP多态性,在CYP超家族中已发现