药物基因组学与个体化用药与床与创新药物开发长沙

1、会计学1药物基因组学与个体化用药与床与创新药物基因组学与个体化用药与床与创新药物开发长沙药物开发长沙人类基因组计划人类基因组计划n1990年正式启动人类基因组测序计划年正式启动人类基因组测序计划, 2003年完成。年完成。 识别人类基因组的所有大约识别人类基因组的所有大约3万个万个DNA测定组成人类基因组测定组成人类基因组DNA的约的约30亿对核苷酸的序列亿对核苷酸的序列 o结晶组学结晶组学( (Fragonomics) )o细胞色素组学细胞色素组学( (Cytomics) )o降解组学降解组学( (Degradomics) )o生态毒理基因组学生态毒理基因组学( (Ecotoxicogeno

2、mics) )o脂类组学脂类组学( (Eicosanomics) )o胚胎基因组学胚胎基因组学( (Embryogenomics) )o环境组学环境组学( (Epitomics) )o表观基因组学表观基因组学( (Epigenomics) )o表达组学表达组学( (Expressomics) )o通量组学通量组学( (Fluxomics) )o碎片组学碎片组学( (Fragonomics) )o等等等等http:/药物基因组学和遗传药理学药物基因组学和遗传药理学药物基因组学药物基因组学 ( Pharmacogenomics, PGx) :研究研究DNA如何影响药物反应如何影响药物反应遗传药理学

3、（遗传药理学（Pharmacogenetics, PGt) : 研究研究DNA变异如何引起药物反应差异变异如何引起药物反应差异n属于药物基因组学的范畴属于药物基因组学的范畴= 药理学药理学 + 基因组学基因组学, 目标目标:n药物反应的遗传易感性药物反应的遗传易感性n个体化药物治疗个体化药物治疗n根据个体的遗传结构选择适合病人的药物种类和剂量根据个体的遗传结构选择适合病人的药物种类和剂量 n传统用药的新变革传统用药的新变革药物治疗的有效性和毒性个体差异药物治疗的有效性和毒性个体差异相同剂量、不同体内药物浓度和总量相同剂量、不同体内药物浓度和总量恶性肿瘤恶性肿瘤老年滞呆老年滞呆粪尿失禁粪尿失禁丙

4、型肝炎丙型肝炎骨质疏松症骨质疏松症偏头痛偏头痛(慢性慢性)风湿性关节炎风湿性关节炎偏头痛偏头痛(急性急性)糖尿病糖尿病哮喘哮喘心律失常心律失常精神病精神病抑郁症抑郁症(SSRI)镇痛镇痛(Cox2)无效无效 安全有效安全有效 毒性毒性 有效率有效率:25%-80%药物药物ADR严重严重p全球死亡主要原因第全球死亡主要原因第 46 位位p我国因药物不良反应我国因药物不良反应住院人数：住院人数： 250万万/年年; 因药物不良反应因药物不良反应死亡人数：死亡人数：20万万/年年80-60-40-20-0-年龄年龄老年人老年人儿童儿童新生儿新生儿 性别性别身高身高/体重体重 并发症并发症病程病程 药

5、物个体差异的影响因素药物个体差异的影响因素 脏器功能脏器功能肝肝, 肾肾, 心心环境因素环境因素饮食饮食 / 吸烟吸烟/ 合并用药合并用药药物反应个体差异药物反应个体差异基因多态性基因多态性药物代谢遗传因素的决定性药物代谢遗传因素的决定性基因基因环境环境0%10%20%30%40%50% 60%70%80%90% 100%HGFEDCBAD: 双香豆素双香豆素C: 阿司匹林阿司匹林B: 安替比林安替比林A: 保泰松保泰松H: 二苯妥因二苯妥因F: 水杨酸钠水杨酸钠E:异戊巴比妥异戊巴比妥 亲脂性药物亲脂性药物生物转化生物转化亲水性代谢产物亲水性代谢产物药物重吸收药物重吸收药物重吸收药物重吸收肝

6、脏肝脏药物代谢药物代谢G: 锂盐锂盐排泄排泄10q24.2Chromosome 10CYP2C9 genen9 Exonn55kbn490 AA10q24.2C CGGT TA ASNPCYP2C9*1Normal enzymatic activityG A G G A C C G T G T T C A AGluAspArgValGln53CYP2C9*2No enzymatic activityT430CT (Cys单核苷酸多态性单核苷酸多态性 （SNP）n导致人类遗传易感性的重要因素导致人类遗传易感性的重要因素n导致人类药物代谢和反应差异的重要因素导致人类药物代谢和反应差异的重要因素GT

7、突变突变野生型野生型 突变型突变型服用服用40 mg 奥美拉唑后奥美拉唑后Mean95%可信区间可信区间 奥美拉唑奥美拉唑 (mg/L)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1CYP2C19 基因型基因型/表型表型基因剂量效应基因剂量效应AUC:1.1 0.60.6 0.3mg.h/L5.32.2CYP2D6 基因型基因型/表型表型传统用药传统用药个体化用药个体化用药100mg500mg100mg10mg超强代谢者超强代谢者强代谢者强代谢者中等代谢者中等代谢者弱代谢者弱代谢者根据根据CYP2D6基因型选择去甲替林剂量基因型选择去甲替林剂量功能性：功能性：CYP2

8、D6*1功能降低：功能降低：CYP2D6*2,*9, *10,*17无功能：无功能：CYP2D6*3,*4,*6基因缺失：基因缺失：CYP2D6*5Xie HG, Personalized Medicine (2005) 2(4), 325337药代动力学药代动力学药效动力学药效动力学药物疗效和毒性的个体差异药物疗效和毒性的个体差异基因组基因组基因变异基因变异 ( (单核苷酸多态性单核苷酸多态性) )药物靶点药物靶点药物转运体药物转运体药物代谢酶药物代谢酶6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)硫唑嘌呤硫唑嘌呤 非酶代谢非酶代谢硫尿酸硫尿酸 巯基嘌呤巯基嘌呤 次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶次黄嘌呤磷酸核糖基

9、转移酶 硫基次黄嘌呤单磷酸盐硫基次黄嘌呤单磷酸盐 (6-TIMP)Yimercaptopurine nucleotides (6-MMP)Thioguanine nucleotides(6-TGN)TPMT内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶 IMPDH与与 DNA/RNA整合整合骨髓毒性骨髓毒性肝毒性肝毒性黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶XO TPMTTPMT基因多态性及基因多态性及6-MP毒性毒性s放射性放射性肿肿瘤累瘤累计发计发生率生率放射治放射治疗疗后后时间时间 (年年)McLeod et al., 20000.20突变纯合子突变纯合子突变杂合子突变杂合子野

10、生纯合子野生纯合子0 0.5 1 1.5 2 2.5Amer J Hum Gen 63(1), 11-16, 1998500040003000200010000突变纯合子突变纯合子 突变杂合子突变杂合子 野生纯合子野生纯合子TGN (pmol/8106 RBC)10864200 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0TPMT 活性活性 %010203005005000毒性风险高毒性风险高 毒性风险低毒性风险低Cellular TGN常规剂量常规剂量01020300246810*2, *3A, *3C*1TPMT Activity Conventional dose0102030050050

11、00Cellular TGN6-10% 65%基于基于TPMT基因型的剂量基因型的剂量基因基因检测检测基因检测和依据基因型的化疗药物治基因检测和依据基因型的化疗药物治疗对小儿白血病生存率的影响疗对小儿白血病生存率的影响New England Journal of Medicine, 2006, 200l; 个体化给药使个体化给药使ALL治愈率显著提高治愈率显著提高基因测试有助于确定小儿白血病的变异基因，帮助医基因测试有助于确定小儿白血病的变异基因，帮助医生选择合适的药物种类和剂量。生选择合适的药物种类和剂量。治愈率治愈率 (%)90807060504030201001960年代年代 当今当今4

12、%80%伊立替康（转移性结肠直肠癌）代谢伊立替康（转移性结肠直肠癌）代谢伊立替康伊立替康(前药前药-无活性无活性)酯酶酯酶SN-38(活性活性)UGT1A1(肝脏内肝脏内) SN-38G胆汁胆汁(TA)6TAA1 2 3 4 5(TA)7TAA1 2 3 4 5UGT1A1 活性活性SN-38 浓度浓度6/6野生型野生型7/7突变型突变型UGT1A1 TA 重复序列与伊立替康重复序列与伊立替康35.716.38.6051015202530354045506/66/77/7P=0.007UGT1A1 genotype% grade 4/5 neutropeniaN=52441.933.814.3

13、0510152025303540456/66/77/7UGT1A1 genotypeObjective response (%)P=0.045From McLeod et al, 2004结肠癌结肠癌 (n= 59)毒性毒性: 10%*28/*28毒性：毒性：50% 减少剂量或换药减少剂量或换药wt/*28毒性：毒性：12.5% 减少剂量或换药减少剂量或换药wt/wt毒性：毒性：0% 常规剂量常规剂量Innocenti et al, J Clin Oncology 22:1-7, 2004N U C L E U SRafMEKKERKsekMAPKjnk/sapkC-mycC-junPI3KA

14、ktintermediatesApoptosisPPRho-BKi-67ExtracellularIntracellularRasYEGFRTKI （吉非替尼，厄洛替尼）（吉非替尼，厄洛替尼）mAb (Cetuximab，西妥昔单抗，爱必妥，西妥昔单抗，爱必妥 )凋亡凋亡增殖增殖 增殖增殖K-rasn带有带有K-ras 突变的结肠突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的癌患者对西妥昔单抗的疗效降低疗效降低K-ras 变异变异 和和 恶性肿瘤的抗恶性肿瘤的抗-EGFR 治疗治疗n 12, 13外显子外显子(96%) and 61 n12外显子外显子 35GA(甘甘天门冬）为主天门冬）为主GCTGATGCC

15、GCetuximab(西妥昔西妥昔单单抗抗)无效应无效应EGFREGFRTKTKG细胞膜细胞膜突变突变K-rasnK-ras的功能突变不受的功能突变不受上游信号控制上游信号控制Licar A, Intl J Oncology, 2010;36:1137 转移性结肠直肠癌转移性结肠直肠癌 273例例检测检测K-ras基因：基因：12，13密码子密码子7个常见突变个常见突变n野生型：野生型： 54.5% n突变型：突变型： 45.5% （Gly12Asp最多：最多： 38.5%）西妥昔单抗（西妥昔单抗（Cetuximab）治疗有效者的野生型为）治疗有效者的野生型为85.7% F 有效者中也有突变型

16、；无效者中也有野生型有效者中也有突变型；无效者中也有野生型Langreth, R. (2008), Imclones Gene Test Battle, F, 16May K-ras基因型基因型 检测检测 不用西妥昔治疗不用西妥昔治疗用西妥昔治疗用西妥昔治疗 西妥昔治疗西妥昔治疗 治疗成功治疗成功 个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 - 美国美国n治疗有效者平均每治疗有效者平均每人节省人节省60%费用费用n40%疗效不好的病疗效不好的病人避免罕见副作用人避免罕见副作用n有效率没有改变，有效率没有改变，为为 25%Langreth, R. (2008), Imclo

17、nes Gene Test Battle, F, 16 May进行进行Kras检测检测不进行不进行 Kras检测检测$22.800$38.000$97.022$156.554是否进行是否进行Kras检测实行爱必妥个体化治疗费用检测实行爱必妥个体化治疗费用 的比较的比较$0$50,000$100,000$150,000$200,000平均治疗费用平均治疗费用/ /人人平均治疗费用平均治疗费用/ /有效病人有效病人个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 我我国国n西妥昔临床用法：西妥昔临床用法：n每周注射一次。每周注射一次。n初始量第一周初始量第一周400mg/m2400

18、mg/m2，随后每周，随后每周250mg/m2250mg/m2。按。按中国人平均体表面积计算，第一次用中国人平均体表面积计算，第一次用7 7瓶（瓶（100100毫毫克克/ /瓶）瓶） ，以后每次用，以后每次用4 4瓶。瓶。n44004400元元/ /瓶。首次量：瓶。首次量：440044007=308007=30800元；其后每次：元；其后每次：440044004=176004=17600元。元。n西妥昔停用指针为肿瘤进展（药物治疗无效，病情恶西妥昔停用指针为肿瘤进展（药物治疗无效，病情恶化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为1616周，周，也即注射也即

19、注射1616次，合计费用为次，合计费用为294800294800元。元。nK-rasK-ras基因突变患者可基因突变患者可平均节约平均节约3030万元万元。Han et al. J Clin Oncology 23(11),2006MutationWilt-typeMutationWilt-typelEGFR主要功能突变主要功能突变:n19号外显子：号外显子：Glu746-Ala750 缺失缺失n21号外显子：号外显子：Leu858Arg 19-21外显子外显子突变纯合子突变纯合子19-21外显子外显子突变杂合子突变杂合子19-21外显子外显子野生纯合子野生纯合子用用 TKI (gefitin

20、ib)治疗治疗用用 TKI (gefitinib)治疗治疗不用不用 TKI (gefitinib)治疗治疗ECFR 检测检测n售价：售价：550550元元/ /片。每天口服药物费用片。每天口服药物费用550550元，每月费用元，每月费用1650016500元。元。n基因检测基因检测EGFREGFR无突变患者可节省无突变患者可节省1-61-6个月个月的药费：的药费：1650016500元至元至9900099000元。元。 个体化用药降低个体化用药降低非小细胞肺癌非小细胞肺癌治疗费用治疗费用高血压病高血压病n=422CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389A

21、rg/Gly389ArgCYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389Arg CYP2D6*10*10+Gly389GlyCYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly随机分两组随机分两组CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389Arg CYP2D6*10*10+Gly389GlyCYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly25mg, bid 12w

22、125mg, bid 12w25mg, bid 12w50mg, bid 12wn=14n=100n=104n=N=14n=91n=104常规治疗常规治疗个体化治疗个体化治疗美托洛尔治疗高血压的个体化用药美托洛尔治疗高血压的个体化用药A1A2A3B1B2B3前瞻性美托洛尔治疗高血压的个体化用药研究前瞻性美托洛尔治疗高血压的个体化用药研究根据根据CYP2D6和和 1受体基因型分组受体基因型分组传统治疗组传统治疗组个体化治疗组个体化治疗组组别组别剂量剂量组别组别剂量剂量代谢中代谢中+反应强反应强代谢低代谢低+反应强反应强/中中A1(n-14)25mgbidB1(n=14)12.5mgbid代谢强代

23、谢强+反应强反应强/中中代谢中代谢中+反应中反应中代谢弱代谢弱+反应弱反应弱A2(n=100)B2(n=91)25mgbid代谢强代谢强/中中+反应弱反应弱A3(n=104)B3(n=99)50mgbidA, 常规治疗常规治疗B, 个体化治疗个体化治疗02468101214161820 SBP DBPBlood pressure decrease (mm Hg)P= 0.118P = 0.009A1+A3B1+B3024681012141618SBPDBPBlood pressure decrease (mm Hg) P = 0.027P = 0.001Liu J and Zhou HH, 2

24、008美托洛尔治疗高血压的个体化用药美托洛尔治疗高血压的个体化用药l根据根据CYP26和和 1受体基因型调整剂量的个体化治疗比均使用相同剂量的受体基因型调整剂量的个体化治疗比均使用相同剂量的常规治疗有更显著的降压疗效；常规治疗有更显著的降压疗效；l两组中相同的基因型（两组中相同的基因型（A1与与B1; A3与与B3）,使用了相同的不同的剂量，使用了相同的不同的剂量，在根据基因性选择药物的个体化治疗组有比常规治疗组有更显著的降压在根据基因性选择药物的个体化治疗组有比常规治疗组有更显著的降压疗效疗效 *SBP P=0.014 vs A2; DBP P=0.014 vs A2; DBP P=0.03

25、4 vs A2; l常规治疗常规治疗A组中，不同基因型使用同一剂量有不同的组中，不同基因型使用同一剂量有不同的降压疗效降压疗效20 16 12 8 4 0 Blood Pressure Decrease (mm Hg) A1 A2 A3SBPDBP*25 mg, bid美托洛尔治疗高血压的个体化用药美托洛尔治疗高血压的个体化用药lA、B两组相同基因型（两组相同基因型（A3和和B3），分别应用），分别应用25和和50mg，有，有不同的降压疗效不同的降压疗效 * P0.05 PA13维生素维生素K环氧化物还原酶亚基环氧化物还原酶亚基1(VKORC1)CYP2C9*314血管紧张素转化酶血管紧张素转

26、化酶(ACE)ACEI类药物疗效与剂量预测类药物疗效与剂量预测ACE_I/D15细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(CYP2C19)氯吡格雷抵抗预测氯吡格雷抵抗预测CYP2C19*2CYP2C19*3中南大学湘雅医学检验所个体化治疗检测项目中南大学湘雅医学检验所个体化治疗检测项目检测基因检测基因检测内容检测内容位点位点16 乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶(ALDH2) 硝酸甘油疗效预测硝酸甘油疗效预测(冠心病冠心病)exon 12(GA)17 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(CYP1B1)紫杉醇疗效预测紫杉醇疗效预测(乳腺癌乳腺癌)CYP1B1*318 多药耐药基因多药耐药基因(MDR1)紫杉醇、环孢霉素疗效预

27、测紫杉醇、环孢霉素疗效预测 (卵巢癌、肝肾移植卵巢癌、肝肾移植)MDR1-G2677T/AMDR1-CA3435TMDR1-T1236C19 四氢叶酸还原酶四氢叶酸还原酶(MTHFR)5-FU毒性预测毒性预测(卵巢癌卵巢癌)、疗效预测、疗效预测(胃癌胃癌)MTHFR C677T甲氨蝶呤毒性预测甲氨蝶呤毒性预测20 二氢嘧啶脱氢酶二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)5-氟尿嘧啶毒性预测氟尿嘧啶毒性预测(消化道癌消化道癌)DPYD*2A卡培他滨毒性预测卡培他滨毒性预测(复发乳腺癌复发乳腺癌)21 胸苷酸合酶胸苷酸合酶(TYMS)5-FU、雷替曲塞、雷替曲塞，培美曲塞，诺拉曲塞毒性与疗，培美曲塞，诺拉曲塞毒性

28、与疗效预测效预测TYMS_2R/3R22 X射线修复交叉互补基因射线修复交叉互补基因1(XRCC1)铂类：依托泊甙疗效预测铂类：依托泊甙疗效预测XRCC1(Ar399Gl)23 细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶(CYP2D6)他莫西芬疗效预测他莫西芬疗效预测CYP2D6*1024 硫酸基转移酶硫酸基转移酶(SULT1A1)SULT1A1*225 谷胱甘肽硫转移酶谷胱甘肽硫转移酶A1(GSTA1)环磷酰胺疗效预测环磷酰胺疗效预测GSTA1*B26 有机阴离子转运蛋白有机阴离子转运蛋白1B1(SLCO1B1)依立替康毒性预测依立替康毒性预测多位点多位点中南大学湘雅医学检验所个体化治疗检测项目中南大学湘

29、雅医学检验所个体化治疗检测项目提出生物靶标假说提出生物靶标假说建立原型分子的分析方法建立原型分子的分析方法确证候选生物靶标确证候选生物靶标发现发现 应用分析方法在临床确证获选靶标应用分析方法在临床确证获选靶标方法的精确性与开展体外诊断试验方法的精确性与开展体外诊断试验试验方法获得批准取证试验方法获得批准取证确证确证向实验室推广向实验室推广审核结果的一致性审核结果的一致性市场市场临床临床/实验室培训实验室培训n男，男，56 岁，高血压，职员岁，高血压，职员n美托洛尔美托洛尔 20mg bid; 高血压和交感神经高反应控制差高血压和交感神经高反应控制差n基因检测：基因检测： 1- Gly389Gl

30、yn用药指导：增大用药指导：增大180%美托洛尔的剂量美托洛尔的剂量n40mg bid; 高血压和交感神经高反应得到很好控制高血压和交感神经高反应得到很好控制个案举例个案举例个体化药物治疗临床服务个体化药物治疗临床服务广东广东福建福建安徽安徽北京北京江西江西陕西陕西重庆重庆目标目标 把药物基因组学的知识的普及和应用纳入公众健康决把药物基因组学的知识的普及和应用纳入公众健康决策过程策过程 扩展发展中国家的遗传药理学和药物基因组学知识扩展发展中国家的遗传药理学和药物基因组学知识 运用遗传药理学和药物基因组学为人们提供医疗服务运用遗传药理学和药物基因组学为人们提供医疗服务 为遗传药理学和药物基因组学

31、研究提供地区性基础设为遗传药理学和药物基因组学研究提供地区性基础设施和平台施和平台n涉及涉及104 个国家个国家, n覆盖覆盖78% 世界人口世界人口104 PGENI countries; 78% of world populationPGENI International Centers结论结论l个体化医学是根据个体对特定疾病的易感性的基因变异而施行的个体化医学是根据个体对特定疾病的易感性的基因变异而施行的早期预警、预防和一旦发病后根据药物相关基因的变异实行个体早期预警、预防和一旦发病后根据药物相关基因的变异实行个体化药物治疗。化药物治疗。l个体化治疗是根据每个病人的遗传结构实行分子诊断，

32、选择合适个体化治疗是根据每个病人的遗传结构实行分子诊断，选择合适的药物和剂量，优化治疗方案，是个体化医学的先行领域；的药物和剂量，优化治疗方案，是个体化医学的先行领域；l药物安全性是病人从个体化用药首先受益的领域；恶性肿瘤是目药物安全性是病人从个体化用药首先受益的领域；恶性肿瘤是目前呼唤和最需要个体化药物治疗的一类疾病；癌症靶向药物治疗前呼唤和最需要个体化药物治疗的一类疾病；癌症靶向药物治疗的个体化用药就是一个典型的成功例子；的个体化用药就是一个典型的成功例子；l当前，虽然不是所有的药物都能实行基因导向的个体化治疗，对当前，虽然不是所有的药物都能实行基因导向的个体化治疗，对于前药、安全药物浓度

33、范围窄、以及作用靶点是重要分子或途径于前药、安全药物浓度范围窄、以及作用靶点是重要分子或途径的药物个体化治疗已经有显著临床应用意义；的药物个体化治疗已经有显著临床应用意义；l个体化用药还是处于初始阶段，个体化用药还是处于初始阶段，为了推进个体药物治疗，在技术为了推进个体药物治疗，在技术层面上需要更多大样本、多中心、多因素、多基因的临床试验；层面上需要更多大样本、多中心、多因素、多基因的临床试验；同时也需要更精确、方便、低廉、快速的分子诊断技术和检测方同时也需要更精确、方便、低廉、快速的分子诊断技术和检测方法。法。 临床前药物代谢动力学技术平台临床前药物代谢动力学技术平台 天然药物筛选与安全性评

34、价相关药天然药物筛选与安全性评价相关药物基因组应用技术平台物基因组应用技术平台 新药临床研究与遗传变异相关药物新药临床研究与遗传变异相关药物安全性评价关键技术平台安全性评价关键技术平台 个体化药物治疗基因检测试剂盒研个体化药物治疗基因检测试剂盒研发与临床应用技术平台发与临床应用技术平台 重大疾病关联分析与药物基因组学重大疾病关联分析与药物基因组学研究技术平台研究技术平台 药物基因组应药物基因组应用技术平台用技术平台Chinese PharmacogenomicsChinese Pharmacogenomics NetworkNetwork药物靶点发现药物靶点发现药物靶点确证药物靶点确证先导化合

35、物筛选先导化合物筛选化合物库筛选化合物库筛选上市上市先导化合物优化先导化合物优化临床前研究临床前研究临床试验临床试验I/II/III期期药药 物物 基基 因因 组组 学学遗遗 传传 药药 理理 学学基因组学研究基因组学研究 发现、克隆发现、克隆 表型分析（转基因、基因敲除）表型分析（转基因、基因敲除） 确定靶点（疾病确定靶点（疾病模型）模型）确定先导化合物确定先导化合物 评价评价ADMET 优化设计优化设计 临床前研究临床前研究 临床研究临床研究选择更多、更好、针对性的靶点选择更多、更好、针对性的靶点n提高临床试验精确性提高临床试验精确性n预测效应和预测效应和ADRADRn针对特殊治疗人群针对

36、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药物基因组学已全面介入新药研发的全过程鉴定靶标鉴定靶标 克隆编码靶标的基因克隆编码靶标的基因新靶标的发现和新药开发新靶标的发现和新药开发以重组方式表达靶标以重组方式表达靶标合成优化的先导化合物合成优化的先导化合物先导化合物先导化合物应用抑制剂筛选重组靶标应用抑制剂筛选重组靶标靶标晶体结构和靶标靶标晶体结构和靶标/抑制剂复合物抑制剂复合物 临床前试验临床前试验毒性和毒性和PK研究研究l病人或动物模型功能基因组学病人或动物模型功能基因组学l全長全長cDNA文库、基因表达谱文库、基因表达谱l蛋白质组及序列、蛋白质间相互作用蛋白质组及序列、蛋白质间相互

37、作用应用应用PGx发现新靶标和开发新药之六步发现新靶标和开发新药之六步l敲除敲除/转基因小鼠功能基因组学、基因表达谱转基因小鼠功能基因组学、基因表达谱l蛋白质组学、表达谱蛋白质组学、表达谱 与蛋白質序列与蛋白質序列l抗体、抗体、RNAi 等抑制剂等抑制剂l建立化合物建立化合物/天然物文库供高通量分析天然物文库供高通量分析l组合化学组合化学l重组蛋白之細胞表現系統。重组蛋白之細胞表現系統。l药物设计、制剂药物设计、制剂 lPK/PD, DNA芯片动物細胞水平药理学评价芯片动物細胞水平药理学评价l生物信息学：药物模拟、虚拟筛选生物信息学：药物模拟、虚拟筛选l药效、药理、药代、安全性评价药效、药理、

38、药代、安全性评价l表达谱分析、蛋白质相互作用表达谱分析、蛋白质相互作用l患者基因檢查与分层患者基因檢查与分层l有效有效/无效者无效者SNP谱谱l表达谱分析比较表达谱分析比较发现疾发现疾病基因病基因及靶点及靶点鉴定疾鉴定疾病基因病基因及靶点及靶点化合物化合物高通量高通量筛选筛选先导化先导化合物优合物优化化临床前临床前试验试验临床试验临床试验1st step：探討疾病基因及其靶分子：探討疾病基因及其靶分子：(a) 所用材料：所用材料：(1) 患病者及疾病模型动物；患病者及疾病模型动物；(2) 功能基因组学；功能基因组学；(3) 全全長長cDNA文库；文库；(4) 基因表达谱；基因表达谱；(5) 蛋

39、白质组分析。蛋白质组分析。(b) 生物信息学：生物信息学：(1) 表达谱表达谱 (如芯片如芯片)分析；分析；(2) 蛋白質序列分析；蛋白質序列分析；(3) 蛋白质與蛋白质相互作用之预测。蛋白质與蛋白质相互作用之预测。2nd step：鉴定疾病基因：鉴定疾病基因(a) 蛋白质组学：蛋白质组学：(1) 敲除小鼠；敲除小鼠；(2) 蛋白过度表达；蛋白过度表达；(3) 功能基因组学功能基因组学；(4) 转基因小鼠分析；转基因小鼠分析；(5) 抗体、抗体、RNAi 等抑制剂；等抑制剂；(6) 基因表达谱；基因表达谱；(7) 蛋白质组之分析。蛋白质组之分析。(b)生物信息学：生物信息学：(1) 表达谱表达

40、谱 (如芯片如芯片)分析；分析；(2) 蛋白質序列分析；蛋白質序列分析； 。3rd step：高通量筛选：高通量筛选(a) (1) 建立化合物文库供高通量分析；建立化合物文库供高通量分析；(2) 组合化学；组合化学；(3) 建立天然物建立天然物文库供高通量筛选分析；文库供高通量筛选分析；(4) 制造重组蛋白之細胞表現系統。制造重组蛋白之細胞表現系統。(b) 生物信息学及化合信息学包括：化合物数据库，高通量数据库及组生物信息学及化合信息学包括：化合物数据库，高通量数据库及组合化学等等。合化学等等。应用应用PGx发现新靶标和开发新药之六步发现新靶标和开发新药之六步4th step：先导化合物优化：

41、先导化合物优化(a) (1) 药物设计；药物设计；(2) 药理药效；药理药效；(3) 药代；药代；(4) DNA芯片由动物細胞水芯片由动物細胞水平进行药理学评价；平进行药理学评价；(5) 代谢研究及制剂加工。代谢研究及制剂加工。(b) 生物信息学：生物信息学：(1) 药物模拟（药物模拟（drug simulation）；）；(2) 虚拟筛选（虚拟筛选（virtual screening）：例如癌細胞靶点有）：例如癌細胞靶点有16种蛋白质，由种蛋白质，由35 亿分子於亿分子於56 个月，找到几种化合物可抑制癌細胞生长。个月，找到几种化合物可抑制癌細胞生长。5th step：临床前试验：临床前试验

42、(a) 药效药理：药效药理：(1) 藥物狀態，藥物狀態，(2) 毒性等安全試驗。毒性等安全試驗。(b) 生物信息学：生物信息学：(1) 預測蛋白质、蛋白质相互作用；預測蛋白质、蛋白质相互作用；(2) 表达谱分析。表达谱分析。6th step：临床试验：临床试验(a) (1) 患者之基因患者之基因 檢查；檢查；(2) 临床试验设计；临床试验设计；(3) 药效评价药效评价(有效者及无有效者及无效者，根据效者，根据SNP分层分析分层分析)；(4) 表达谱及药物間之差異；表达谱及药物間之差異；(5) 选择患者选择患者；(6) 安全性评价。安全性评价。(b) 生物信息学：表达谱之分析。生物信息学：表达谱

43、之分析。新药上市新药上市应用应用PGx发现新靶标和开发新药之六步发现新靶标和开发新药之六步1. 以基因以基因蛋白质之结构寻找靶标药物蛋白质之结构寻找靶标药物2. 以以DNA芯片芯片分析基因分析基因表达表达的变化的变化，研究研究靶标药物靶标药物3. 以以蛋白质蛋白质生物生物芯片芯片protein biochip分析分析与蛋白质結与蛋白质結合分子之靶标药物合分子之靶标药物4. 个体化药物（个体化药物（Order/Tailored-made药物：药物：因因个人个人SNP差异引起差异引起的药物反应差异的药物反应差异而而开发的适合个人的药物开发的适合个人的药物应用应用PGx开发新药的主要策略开发新药的主

44、要策略1. 根据靶标结构筛选与其结合的候选药物：靶标如为细胞因子或生长根据靶标结构筛选与其结合的候选药物：靶标如为细胞因子或生长因子的受体时，与其结合常可抑制细胞因子或生长因子的信号传导因子的受体时，与其结合常可抑制细胞因子或生长因子的信号传导；与细胞核内受体结合的药物，可调控代谢。目前特别对功能末期；与细胞核内受体结合的药物，可调控代谢。目前特别对功能末期的孤儿受体（的孤儿受体（orphan receptor，其配体结构不明）的配体最受关，其配体结构不明）的配体最受关注。注。 2. 以以DNA芯片分析表达谱开发新药：芯片分析表达谱开发新药： 由芯片法分析正常人與病人的基由芯片法分析正常人與病

45、人的基因表达差异，探讨討病人所具有的之有特异性的基因转录组因表达差异，探讨討病人所具有的之有特异性的基因转录组(transcriptome)的抑制或活化作用，如化合物能抑制基因的转录，的抑制或活化作用，如化合物能抑制基因的转录，对基因有调控作用时，即可能成为治疗疾病的药物。对基因有调控作用时，即可能成为治疗疾病的药物。3. 用蛋白芯片对靶分子的高通量分析：用各种化合物点在芯片上，其用蛋白芯片对靶分子的高通量分析：用各种化合物点在芯片上，其上再加拟探讨之酶。於芯片之化合物上，如有蛋白质量合即该化合上再加拟探讨之酶。於芯片之化合物上，如有蛋白质量合即该化合物有可能为可抑制该酶之药物。物有可能为可抑

46、制该酶之药物。4. 根据根据SNPs开发个体化治疗药物（开发个体化治疗药物（Tailor-mede medicines).66乳腺癌乳腺癌细胞细胞 核赛汀核赛汀治疗效应：癌细胞死亡治疗效应：癌细胞死亡25%HER2+乳腺癌病人乳腺癌病人Her2+：核赛：核赛汀作用靶标汀作用靶标67乳腺癌乳腺癌细胞细胞 核赛汀核赛汀治疗效应：治疗效应：NOHer2-：核赛汀无作用靶标：核赛汀无作用靶标25%HER2+乳腺癌病人乳腺癌病人(1)曲妥株单抗与曲妥株单抗与HER2阳性的癌细阳性的癌细胞结合，刺激机体胞结合，刺激机体免疫系统，使循环免疫系统，使循环中的自然杀伤细胞中的自然杀伤细胞和巨噬细胞对肿瘤和巨噬细

47、胞对肿瘤的识别能力增强的识别能力增强 机体免疫系统的自然机体免疫系统的自然杀伤细胞和巨噬细胞杀伤细胞和巨噬细胞(2)曲妥株单抗还可曲妥株单抗还可拮抗生长因子对肿拮抗生长因子对肿瘤细胞的调控，终瘤细胞的调控，终止肿瘤细胞的生长止肿瘤细胞的生长和分化和分化不用曲妥株单抗，不用曲妥株单抗，癌细胞继续生长和癌细胞继续生长和分化分化HER2阳性癌细胞阳性癌细胞核赛汀核赛汀(Herceptin)-人源化单抗人源化单抗-个体化药物个体化药物域以促进医学发展域以促进医学发展。-Mark McClennan, M.D. FDA Commissioner Nov, 2003n药企指导原则最终规定发布药企指导原则最

48、终规定发布被撤出市场的药物被撤出市场的药物适用症适用症毒性毒性相关基因突变相关基因突变阿洛司琼（阿洛司琼（Alosetron）肠道综合症肠道综合症缺血性结肠炎缺血性结肠炎SLC6A4 (羟色胺转运体羟色胺转运体)阿司咪唑（阿司咪唑（Astemizole）变态反应变态反应QT 延长延长CYP2J2, 西立伐他汀（西立伐他汀（Cerivastin）高脂血症高脂血症横纹肌溶解横纹肌溶解CYP2C8, SLCO1B1 (阴离阴离子转运体子转运体1B1)西沙必利（西沙必利（Cisapride）胃十二指肠胃十二指肠返流返流QT 延长延长SCN5A (钠离子通道钠离子通道 亚单亚单位基因位基因), KCNQ

49、1右芬氟拉明（右芬氟拉明（Dexfenfluramine）肥胖肥胖肺动脉高压肺动脉高压CYP2D6, BMPR2 (骨形态骨形态发生蛋白发生蛋白 II型受体型受体)罗非考昔罗非考昔 (Rofecoxib, Vioxx)疼痛疼痛心脏猝死心脏猝死UDP-葡萄糖苷酸转移酶葡萄糖苷酸转移酶: UGT2B7, UGT2B15特非那定（特非那定（Terfenadine）变态反应变态反应QT, 扭转型室速扭转型室速KCNQ1(钾离子通道基因钾离子通道基因)地来洛尔（地来洛尔（Dilevalol）高血压高血压肝毒性肝毒性UGT (2001, UK)舍吲哚舍吲哚 (Sertindole)精神分裂症精神分裂症QT

50、, 扭转型室速扭转型室速KCN (1998, UK)特罗地林（特罗地林（Terodiline）尿失禁尿失禁 扭转型室性心动过速扭转型室性心动过速CYP2C19 (1991, UK)1990-基因变异致严重毒性而从市场撤出的药物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可避免新药的临床毒性和市场召回No PGx: $324M With PGx: $245M54413816031Pre-ClinPhase 1Phase 2 Phase 3Phase 4From Oxagen2730489445PGx可降低新药研发费用和开发周期可降低新药研发费用和开发周期Data fr

51、om CMR International Institute for Regulatory Science 2003各期临床试验中遗传药理学的应用各期临床试验中遗传药理学的应用确定新靶点确定新靶点（9）靶点多态性靶点多态性（13）ADR 分层研究分层研究（7）PK/PD 分层研究分层研究（12）药物有效性药物有效性 分层研究分层研究（9）药物作用机制药物作用机制（13） I 期期II 期期III 期期 IV 期期0123456789n临床试验受试者均应留临床试验受试者均应留DNA标本以备必须标本以备必须的的PGx研究研究n建立已知建立已知DMEs基因型的受试者库，以备基因型的受试者库，以备具多

52、态性特征的具多态性特征的DME特异性底物（试验药特异性底物（试验药物）时用物）时用t1/2, hr基因型鉴定可提高临床试验准确性和解释逸出值基因型鉴定可提高临床试验准确性和解释逸出值l 不含不含CYP2D6 PM (2 无无效等位基因效等位基因)；l 发现一个逸出值者，属发现一个逸出值者，属PM；l 具具 *6 无效等位基因和酶无效等位基因和酶活性降低的活性降低的*9等位基因；等位基因； l 预期预期*9 基因型发生率为基因型发生率为0.4%EMPM3533801400中心中心 1 中心中心 2中心中心 3受试者例数受试者例数100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 0 l任

53、一中心任一中心对对CYP2D6底物的底物的耐受性耐受性可能可能作出错误结论作出错误结论l任一中心获得的任一中心获得的PK参数或三中心合并的参数均不符合白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人和中国人总体人群CYP2D6代谢底物代谢底物(propafenone)多中心多中心I期临床试验期临床试验中心中心T1/2(小时小时)平均血浆浓度平均血浆浓度 (ng/ml/mg日日剂量剂量)口服清除率口服清除率 (ml/min)中枢神经中枢神经系统不良系统不良反应反应 (%)14.5 2.10.9 0.41048 131212%26.9 3.21.4 0.41426 89616%313.2 4

54、 8.02.2 0.5764 4847%CYP2D6代谢底物代谢底物(propafenone)多中心多中心I期临床试验期临床试验CYP2D6代谢底物代谢底物(propafenone)多中心多中心I期临床试验期临床试验T1/2(小时小时)平均血浆浓度平均血浆浓度 (ng/ml/mg日剂日剂量量)口服清除率口服清除率 (ml/min)中枢神经中枢神经系统不良系统不良反应反应 (%)EM5.5 2.11.1 0.61115 123814%PM17.2 48.02.5 0.5264 4867%CYP2C19底物底物 II 期临床试验期临床试验病例分布病例分布EMPM9563802057123临床试验中

55、心临床试验中心受试者例数受试者例数120 80 40 0 CYP2C19底物底物II期临床试验期临床试验123临床试验中心临床试验中心血浆药物浓度血浆药物浓度有效率：有效率：53%不良反应率：不良反应率：5%有效率：有效率：67%不良反应率：不良反应率：9%有效率：有效率：74%不良反应率：不良反应率：21%总不良反应率：总不良反应率：10%预期发生率：预期发生率：15%100-75-50-25-0-Project Name 81n76 个批准的药物含有个批准的药物含有 PGx 信息，如信息，如 l核赛汀仅用于核赛汀仅用于HER2 蛋白过表达的乳腺癌病人；蛋白过表达的乳腺癌病人；l在带有在带有

56、CYP2C9 和和 VKORC1 基因变异的病人中基因变异的病人中Warfarin的启始剂量应减少的启始剂量应减少nPGx 数据已经成为数据已经成为 NDA/BLA 申请材料的一部分，只是现申请材料的一部分，只是现在还不是必呈部分在还不是必呈部分nPGx 已用于先导化合物筛选的标准；如已用于先导化合物筛选的标准；如:l化合物需优化成不主要经高度多态性药物代谢酶的底物化合物需优化成不主要经高度多态性药物代谢酶的底物n大的制药公司在新药临床试验中已常规收集大的制药公司在新药临床试验中已常规收集 PGx 样本样本 (DNA or RNA)n对由对由 PGx 转化到临床应用有很高的期望转化到临床应用有

57、很高的期望药物基因组学在新药研发中的应用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在药物临床试验中应测试的CYP多态性多态性l CYP超家族已发现数百突变等位基因（超家族已发现数百突变等位基因（http:/www.cypalleles.ki.se/），但很多没有功能意义，也没有阐明发生频率种族差异；），但很多没有功能意义，也没有阐明发生频率种族差异；l 对所有的基因多态性实行检测费用很高，工作量极大且不可能；对所有的基因多态性实行检测费用很高，工作量极大且不可能；l 应检测发生频率高的有功能意义的基因多态性；而且应保留应检测发生频率高的有功能意义的基因多态性；而且应保留DNA有有待

58、日后出现超常病例时可对其进行分析；待日后出现超常病例时可对其进行分析；l 确定的原则：常检：确定的原则：常检：CYP2A6, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19n有功能意义；有功能意义；n在大多数种族人群中发生频率高；在大多数种族人群中发生频率高；n与受试药物的代谢途径相关的多态性为必检。与受试药物的代谢途径相关的多态性为必检。l 在确定何种多态性要检测时应考虑受试人群的遗传背景。如果是亚在确定何种多态性要检测时应考虑受试人群的遗传背景。如果是亚洲人，则应特别注意检测洲人，则应特别注意检测CYP2C19*3和和CYP2D6*10，因为它们，因为它们在亚洲人群中发生率很高。在亚洲人群

59、中发生率很高。药物基因组学使临床试验获得更多预见性信息药物基因组学使临床试验获得更多预见性信息n以药物基因组学为基础的临床试验可在较小以药物基因组学为基础的临床试验可在较小样本量的受试者中获得更有针对性的结果样本量的受试者中获得更有针对性的结果n在任一期临床试验中获得的药物基因组学信在任一期临床试验中获得的药物基因组学信息可用以改善受试化合物，或改变进一步的息可用以改善受试化合物，或改变进一步的临床试验临床试验n药物基因组学信息可指导新一代更有效的化药物基因组学信息可指导新一代更有效的化合物的开发合物的开发临床试验：非个体化临床试验：非个体化 vs 个体化个体化非个体化临床试验非个体化临床试验

60、个体化临床试验个体化临床试验l决定用法和剂量决定用法和剂量根据平均值决定效应和根据平均值决定效应和ADR根据病人的药物代谢能力（如根据病人的药物代谢能力（如CYP2C9, 2C19. 2D6, 3A等）优等）优化每一病人的剂量和用法化每一病人的剂量和用法l决定对照样本量决定对照样本量根据样本数及计算方法决定根据样本数及计算方法决定根据相关遗传信息可选择合适样根据相关遗传信息可选择合适样本量，本量， 反应率也可提高反应率也可提高l不良事件风险不良事件风险不明不良事件发生风险不明不良事件发生风险可根据致不良事件的基因信息和可根据致不良事件的基因信息和减少剂量避免不良事件发生减少剂量避免不良事件发生