遗传药理学与个体化治疗

1、遗传药理学与个体化治疗遗传药理学与个体化治疗张剑萍张剑萍上海交通大学附属第六人民医院药剂科上海交通大学附属第六人民医院药剂科服服 药药 安安 全全 吗吗 ？为什么有的人发生，有的人不发生？为什么有的人发生，有的人不发生？ 年龄、身高、体重、性别、烟酒、饮食、疾病、肝肾功能主要因素：遗传变异主要因素：遗传变异药 物 反 应 个 体 差 异 的 机 制药 物 反 应 个 体 差 异 的 机 制PHARMACOGENETIC PRINCIPLESPharmacodynamicsPharmacokineticsVariability in drugefficacy and toxicityGenome

2、Genetic polymorphismDrug metabolizing enzymesDrug transportersDrug targetsGene遗传药理学(pharmacogenetics ): 又称药理遗传学，它研究机体遗传因素对药效学和药动学影响的学科,是近年来药理学与遗传学、生物化学、分子生物学等多学科相结合发展起来的边缘学科。遗传药理学的研究范围包括： 遗传变异对药物反应的影响; 基因调节大分子（包括药物代谢酶）对药代 动力学和药效动力学的影响; 对药物有无遗传性异常反应的预测; 药物对基因的影响，包括致癌致畸作用的遗 传学基础; 遗传病的药物和基因治疗。 1957年Mos

3、tusky首先提出不同个体,对某药物的特异质反应与遗传缺陷有关。 1959年Vogel首先应用“遗传药理学”一词。 1962年Kalow发表了遗传药理学的专著。 1973年世界卫生组织(WHO)发表了“遗传药理学”专题技术报告。 近年来，作为临床药理学的分支遗传药理学发展非常迅速。1953:DNA straucture1956:G6PD Deficiency1959:Pharmacogenetics1970:First recombinantDNA techniques1977:DNA sequencing bychain terminators1985: PCR1990:HUGO start

4、s1995:Gene chip technique1997:Pharmacogenomics1975:Debrisoquine/sparteinepolymorphism1964:Phenytoin hydroxy-lation defect1979:tolbutamide polymorphism1994:Functional CYP2C9 CYP2C19 variants1984:Mephenytoin Polymorphism药物靶点药物靶点（Drug targets）是指药物在体内的作用结合位点，包括基因位点、受体、酶、离子通道、核酸等生物大分子。 2受体基因受体基因ADRB2 多态性

5、：多态性：Codons 16 and 27.27Glu/Glu 比Gln/Gln: Greater vasodilatation after isoprenaline（异丙肾上腺素）16Arg/Arg 比 Arg/Gly和Gly/Gly: greater airway response to oral albuterol（沙丁胺醇） greater desensitization to isoproterenolFEV1: forced expiratory volume in one second.P糖蛋白(Pglycoprotein Pgp) 是人体内一种重要的载体蛋白，分子量约为170

6、kd，在人体内由mdr1基因编码，属于ABC超家族。在正常人体内，Pgp主要分布在肾脏、小肠、肝脏、胎盘、大脑微血管内皮细胞和子宫等器官。Pgp可将对人体有害的物质，如细胞毒性物质“泵”到胆汁、尿液等体液内，从而阻止其进入血液、大脑，对人体起到保护作用。在肿瘤状态下，Pgp可在肿瘤细胞膜内大量表达，过量表达的Pgp可将化疗药物从肿瘤细胞内主动转运到细胞外，使细胞内的化疗药物浓度大大降低，导致肿瘤细胞耐药。P-gp 基因基因ABCB1 (或或MDR1)的的 2个影个影响药物处置的响药物处置的SNP 每圆为一氨基酸；每颜色为一外显子第26外显子的3435CT同义单核苷酸多态性（一种不改变编码氨基酸

7、的单核苷酸多态性）：TT纯合子:lDigoxin的生物利用度增高l非索非那定(fexofenadine，抗组按药）和 那非那韦（nelfinavir，抗艾滋病药）口服血浓降低lNelfinavir等抗逆转录病毒药在HIV感染病人中CD4细胞计数恢复率高2677 (GT)多态性： 在TT纯合子中fexofenadine的血药浓度较低P450超家族超家族(Cytochrome P450 proteins, CYP)人体内代谢药物的主要酶,是细胞色素450,它们是一类主要存在于肝脏、肠道中的单加氧酶，多位于细胞内质网上，催化多种内、外源物质的（包括大多数临床药物）代谢。 Hours after 40

8、 mg omeprazole applicationMean95% confidence limits of omeprazole (mg/lL)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1药物代谢酶的活性与基因型相关：基因剂量效应S-华法林甲苯磺丁脲格列甲嗪塞来考昔氟伐他汀苯妥英格列本脲布洛芬氯沙坦坎地沙坦依贝沙坦CYP2C9 *3/*3CYP2C9 *1/*3CYP2C9*1/*10102030405060708090100Percent reduction in total oral clearance compared with CYP2C9*1/*1 Ki

9、rchheiner et al., CPT 77:1-16, 2005药物药物 相关蛋白相关蛋白突变等位基因突变等位基因突变效应突变效应甲苯磺丁脲 CYP2C9CYP2C9*3清除率降低SUR1Exon18 C/T 或 T/TExon16 C/T或t/T联合突变血浆C肽反应和胰岛素反应均下降格列美脲CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高格列本脲CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高，胰岛素分泌增多，降糖效应增强二甲双胍苯乙双胍OCT1OCT2SLC22A1 408 Met Val突变病人的有效率降低罗格列酮PPAR PPAR Pro12Ala突变者疗效更佳易发生药源性水肿瑞格列奈OATP1B1

10、SLCO1B1 T521CAUC增高CYP2C8CYP2C8*3AUC和Cmax降低40%那格列奈OATP1B1SLCO1B1 T521CCmax和AUC 增高CYP2C9CYP2C9*3血浆清除率下降发生低血糖的机率增高参与糖尿病药物代谢的药物代谢酶和转运体Mean clearance of sulfonylureas and CYP2C9*3Shon 2002, Lee 2002, Kirchheiner 2002Niemi 2002Kirchheiner 2002Kidd 1999Kirchheiner 2004Niemi 2002% orale Clearance verglichen

11、 mit Wildtyp020406080100Tolbutamide GlyburideGlipizide GlimepirideNateglinide CYP2C9*3/*3CYP2C9*1/*3CYP2C9*1/*1与他汀类降脂药物有关的药物代谢酶和转运体与他汀类降脂药物有关的药物代谢酶和转运体药物相关蛋白受控基因变异变异效应阿托伐他汀CYP3A5CYP3A5*3降TC和LDL作用增强P-GPMDR1 C3435T降TC、LDL和升HDL:CC 强于TT和CTOATP-CSLCO1B1 521TC降TC：TTCC辛伐他汀CYP3A4CYP3A4*4降脂疗效增强CYP3A5CYP3A5*3

12、降TC和LDL作用增强CYP2D6*2XN无不良反应、疗效最低各种导致无功能突变不良反应多。疗效增强OATP-CSLCO1B1 521TC降TC：TTCC洛伐他汀CYP3A5CYP3A5*3降TC和LDL作用增强普伐他汀OATP-CSLCO1B1 521TC将TC作用：TTTC药物 基因多态性突变效应利尿药ADD1 Gly460Try460Try 更著的BP降低ACEI/DII 血压降低更著NOS2AAlu298Asp298Asp 有更著的DBP降低选择性阻滞药ADRB1Gly389ArgArg血压降低更著ADRB21342G/CSBP 1817G/ADBP 选/非选阻滞药GNASFokI (

13、+/)FokI + BP降低更著ACE抑制药ACEI/DI：更著的BP降低AT1受体阻止药AGTR11166A/C1166A：更著的SBP降低ACEI/DI：更著的DBP降低CYP11B2344C/T344T：更著的SBP降低APOA11449A/G SBP 和 DBP CYP2C9*2*1/*2：有更低的DBP vs *1/*1Ca通道阻滞药AGTR11166A/C1166A 动脉紧张度更著ACEI/DI：AT1 受体mRNA表达参与抗高血压病药物代谢的重要药物代谢酶和转运体McGourty JD, et al. 1985Lennard et al: 1982HrsMetoprololPME

14、MPlasma concentration (g/ml)AUC of S-metoprolol (nmol x hr/L)*10/*10*1/*10*1/*14000 02000Blood pressure response to metoprolol in hypertensives by 1-adrenergic receptor haplotypes*P 0.05 among groups0510152025303549SS/389RR49GG/389RR49SS/389GG49GG/389GG/GRReduction in SBP (mmHg)05101520253049SS/389R

15、R49GG/389RR49SS/389GG49GG/389GG/GRReduction in DBP (mmHg)Systolic blood pressureDiastolic blood pressure. 266 高血压病人，高血压病人，研究美托洛尔在根据CYP2D6和1受体基因型分组Group A: 常规治疗组 统一剂量 Group B: 基因型导向治疗组，3 亚组： l 低酶活性、高受体反应性：12.5mgl 中酶活性、中受体反应性：25mg l 高酶活性、低受体反应性：50mg基因型导向药物治疗和常规治疗对照试验02468101214161820 SBP DBPBlood pres

16、sure decrease (mm Hg)A, 常规组B, 基因型导向组 P= 0.118 P = 0.009临床研究表明基因导向个体化药物治疗效应显著优于常规药物治疗TPMT (硫嘌呤甲基转移酶硫嘌呤甲基转移酶): 8 变异等位基因, 3 (*2, *3A, *3C) 引起酶活性显著下降，故任何两者组合，即突变纯合子，则无酶活性；与wt组成杂合子，酶活性居中。因此呈三态分布巯嘌呤(6-MP), 用于小儿白血病等。最终代谢产物为硫鸟嘌呤核苷酸（TGNs）,可插入DNA和RNA而有细胞毒性。TPMT可将6-MP甲基化而不产生TGNs6-MPmetabolitesmetabolitesTGNsDN

17、A, RNATPMTTPMTMetabolismNNSHNNHNNSNNHCH3Ado-MetAdo-luy6-mercaptopurine 6-methylmercaptopurine- 低/无活性TPMT引起TGNs蓄积，引起严重的造血系统毒性，导致继发性白血病和放射性肿瘤- 在事先基因型检测选择合适药物和剂量的病人，在低/无活性的病儿未出现继发性脑恶性肿瘤。McLeod et al., 200001234567891001020304050p=0.0094Defective TPMT （N=7, 小儿）小儿）Wild-type TPMT （N=45, 小儿）小儿）Time after r

18、adiotherapy (years)Cumulative Incidence (%)为减少为减少TGN和毒性，应根据病人的和毒性，应根据病人的TPMT的基因型选择剂量的基因型选择剂量010203005005000毒性毒性Cellular TGN常规剂量的 MP减少6MP 剂量TPMT-缺损01020300246810*2, *3A, *3CPercent*1TPMT Activity 常规剂量010203005005000Cellular TGNTPMT AllelesATGATGG238CATGG460A A719CATGA719C* 1* 2* 3A* 3CProteinsSubstra

19、tesClinical PhenotypeCYP3A4/3A5依托泊泔、替尼泊泔、长春新碱药物代谢动力学改变TPMT6-MP, 硫鸟嘌呤、硫唑嘌呤造血性毒性UGT1A1伊立替康毒性 (腹泻、中性粒细胞减少)NAT氨萘非特骨髓毒性GSTM1, STM3, GSTT1各种抗癌药效应增强DPD二氢嘧啶脱氢酶5-FU毒性增强P-glycoprotein (MDR1) 各种抗癌药耐药，药代动力学改变MRPs (多药耐药相关蛋白）各种抗癌药耐药，药代动力学改变MTHFR(亚甲基四氢叶酸还原酶) 5-FU 和抗叶酸药毒性、耐药TS（胸苷酸合成酶） 5-FU 和抗叶酸药毒性、耐药基因多态性对抗抗癌药物的关系举

20、例50年的研究告诉我们： 所有药物的效应都有个体差异，大多数药物的效应受基因控制 关于药物代谢起决定作用的单基因的多态性的研究已为临床应用提供了很好的基础，关于转运体和受体基因变异的研究越来越活跃，其对药物代谢和效应有影响的报告在不断增加Fig. From McLeod and Evans, 2001 根据个体的基因型确定药物剂量根据个体的基因型确定药物剂量Future use of pharmacogenetic diagnosticsGenotype ResponseGenotype Drug metabolismGenotypeSusceptibilityGenotype ToxicityTherapeutic strategyDose adjustment(D. Weinshilboum)Clinical DiagnosisA A A G G A A GGenetic DiagnosislCYP2D6lCYP2C9l