基因检测指导个体化用药-2011-05-05

1、 金域分子病理 基因检测基因检测指导个体化用药指导个体化用药个性化医学Human Genome Project in 2003Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature 2004; 431 (7011): 931-945.Phase I HapMap project in 2005A haplotype map of the human genome.Nature 2005: 437(7063):1299-1320Encyclopedia of DNA Elements project in 2007Identi

2、fication and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project.Nature 2007; 447(7146):799-8161000 Genomes Project in 2008DNA sequences. A plan to capture human diversity in 1000 genomes.Science 2008; 319(5863):395Source: U.S. DOE (), Human G

3、enome Project Information个体化医学staticdynamic 技术平台 风险评估风险评估诊断诊断预后预后治疗治疗监测监测个体化用药个体化用药个体化医学的先行领域个体化医学的先行领域药物基因组学药物基因组学遗传药理学遗传药理学药物基因组学药物基因组学 从基因组出发，研究药物与基因组结构之间的关系，指导临床用药，达到个体化治疗目标。 药物基因组 个体化用药 以FDA批准药物说明书中遗传变异检测指南为准。1类检测类检测(要求检测）：要求检测）： EGFR、Her/neu表达；Ph+染色体阳性反应等 2类检测类检测(推荐检测）：推荐检测）： TPMT、UGT1A1、CYP2C

4、9、VKORC1变异等 3类检测（有报告）：类检测（有报告）： c-KIT、PML/RARa表达；CYP2C19突变、CYP2D6、 NAT突变等 120个基因检测 药药 物物 个体中毒风险个体中毒风险 毒副反应毒副反应华法林 14-28% 出血 巯基嘌呤 0.3% 骨髓毒性琥珀胆碱 1.5% 呼吸暂停延长 氟脲嘧啶 0.1% 神经毒性普鲁卡因胺 10-20% (亚洲) 药源性红斑狼疮Cellular Signals and Their Pathway 靶向药物基因检测 抗癌靶向用药严格的定义（政府监管）：药物使用说明书标明用药前或用药同时必须进行相关诊断检测以确定病人是否合格用药。 浸润性乳

5、腺癌的浸润性乳腺癌的HER-2基因检测基因检测 HER-2是一种原癌基因,该基因编码一种跨膜糖蛋白HER-2,参与调控细胞的生长、增殖及分化，是公认的重要肿瘤分子标志之一，大约18%-20%的乳腺癌中有HER2基因的扩增。因此现在被广泛用于乳腺癌的预后评价和指导治疗。Herceptin（贺赛汀）（贺赛汀）是一种针对HER-2/neu原癌基因产物的人/鼠嵌合单抗，能特异地作用于HER-2受体过度表达的乳腺癌细胞。 HerceptinHerceptin的可能作用机制的可能作用机制 ASCO/CAP HER-2检测指南 842例标本检测结果 Sauter G. et al J Clin Oncol

6、27(8):1323-1333 2009 HER2检测的结论及建议 IHC法检测HER2基因引起的Her2蛋白水平异常 组织蛋白受到太多因素的影响而不能保持恒定（组织固定、切片保存、抗原修复与暴露、抗体种类与批次、效价、试验程序、质量控制、判读标准） FISH法检测的是DNA基因，组织DNA状态 基本不受上述因素的影响而能保持恒定（成功率在44个国家的实验室均达到98%以上） IHC检测法在准确性、可重复性、严谨性上均不及FISH法 临床背景临床背景 PIK3CA 一个细胞原癌基因；一个细胞原癌基因； 定位于人类定位于人类3q26.3上；上； 含含20个外显子；个外显子； 编码编码型型PI3K

7、的的P110催化亚基。催化亚基。 临床背景临床背景PI3Ks脂类激酶家族脂类激酶家族三型三型：、和和型型型型PI3KP110催化亚基催化亚基P85调节亚基调节亚基异源二聚体异源二聚体PIK3CA基因突变可引起乳腺癌患者对基因突变可引起乳腺癌患者对HER2靶向药物靶向药物Herceptin的治疗耐药，从而导致疗的治疗耐药，从而导致疗效欠佳。效欠佳。PIK3CA基因突变检测可为结直肠癌及乳腺癌基因突变检测可为结直肠癌及乳腺癌患者的预后评估或合理用药提供参考依据。患者的预后评估或合理用药提供参考依据。 临床意义临床意义Berns K, et al. Cancer Cell. 2007;12: 395

8、-402. K-ras基因检测与结直肠癌治疗 Cetuxamab(西妥昔单抗西妥昔单抗) 抑制酪氨酸激酶活性和其后的肿瘤生长 2004年获得FDA审批资格治疗结直肠癌 Panitumumab（帕尼单抗）（帕尼单抗） 靶向作用于表皮生长因子受体（EGFR） 2005年7月获得FDA快速通道审批资格治疗结直肠癌 K-ras基因检测与结直肠癌治疗 K-ras基因检测与结直肠癌治疗K-ras基因野生型患者才能从这类药物治疗中获益。基因野生型患者才能从这类药物治疗中获益。90% K-ras mutations are codon 12,13 (6:1) 1.Livre A, Bachet J-B, Bo

9、ige V, et al. J ClinOncol. 2008;26:374-379.2.Eberhard DA, Johnson BE, Amler LC, et al. J Clin Oncol. 2005;25:5900-5909. K-ras基因检测与结直肠癌治疗 2009年年7月月FDA批准了对西妥昔单抗和帕尼单批准了对西妥昔单抗和帕尼单抗说明书标签的修改：抗说明书标签的修改： 1、使用妥昔单抗和帕尼单抗前必须进行、使用妥昔单抗和帕尼单抗前必须进行K-ras基因基因codon12和和codon13突变检测。突变检测。 2、 K-ras基因突变的转移性结直肠癌患者不推荐使基因突变的转移

10、性结直肠癌患者不推荐使用妥昔单抗和帕尼单抗进行治疗。用妥昔单抗和帕尼单抗进行治疗。 K-ras基因检测与结直肠癌治疗 K-ras基因检测与结直肠癌治疗Langreth, R. (2008), Imclones Gene Test Battle, F, 16May K-ras基因突变检测基因突变检测 Erbitux Erbitux 治疗成功治疗成功 其它治疗方式其它治疗方式 临床意义临床意义结直肠癌：结直肠癌： 预测预后预测预后 指导临床用药指导临床用药结肠癌：结肠癌： PIK3CA (+) 预后不良预后不良直肠癌：直肠癌： PIK3CA (+) 局部复发局部复发PIK3CA突变对突变对Cetu

11、ximab和和Panitumumab的治疗耐药。的治疗耐药。1.Ogino S, et al. J Clin Oncol. 2009; 27: 1477-1484.2.He Y, et al. Clin Cancer Res. 2009; 15: 6956- 6962.3.Sartore-Bianchi A, et al. Cancer Res. 2009; 69:1851-1857.KIT、PDGFRA基因与GIST治疗 间质性肿瘤； 主要发生于胃肠道； 占所有胃肠道肿瘤的1% 80%为胃肠道肉瘤； 绝大数（95%）显示CD117（c-KIT）阳性； 多发于中年人，男性发病率略高于女性。 G

12、IST中恶性10%-30%，潜在恶性占70%-90%MiettinenM et al. Arch PatholLab Med.2006;130:1466-1478. GIST治疗 甲磺酸伊马替尼 C-kit 基因突变 预测疗效 PDGFR基因突变预测疗效 舒尼替尼 C-kit 基因突变预测疗效 GIST治疗的靶向药物 第一代药物： 二代药物KIT、PDGFRA基因与GIST治疗 KIT、PDGFRA基因的突变是GIST发生的中心事件。 KIT: 80%-85%1 PDGFRA: 7% 2 Wild type (no detectable mutation): 10%-15%1 KIT、PDGF

13、RA基因突变导致酪氨酸激酶的活化酪氨酸激酶的活化，是GIST发生的关键步骤。1.Corless CL et al. J Clin Oncol. 2004;22:3813-3825.2.Heinrich MC et al. Science. 2003;299:708-710KIT、PDGFRA基因与GIST治疗 KIT、PDGFRA基因突变检测意义 1.辅助CD117阴性GIST的诊断 2.指导临床用药，如Imatinib (Gleevec)。 不同位置，不同类型的基因突变对靶向治疗药物的反应不同不同位置，不同类型的基因突变对靶向治疗药物的反应不同 3.预测预后 基因突变与靶向药物疗效 肺癌的分

14、类肺癌的分类80-85%80-85%15-20%15-20%NSCLC: 非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer)； SCLC: 小细胞肺癌(small cell lung cancer)；其它：转移癌、恶性间皮瘤等 非小细胞肺癌的治疗非小细胞肺癌的治疗吉非替尼 厄洛替尼 （Small-molecule TKI)EGFR 基因突变 疗效 KARS 基因突变 疗效 EGFR 表达水平 疗效 西妥昔单抗 (Monoclonal AB)KARS 基因突变 疗效 BRAF 基因突变 疗效 EGFR 表达水平疗效 肺癌的分类肺癌的分类 NSCLC的靶向药物治疗的靶向药物治疗

15、EGFR基因突变与非小细胞肺癌治疗用于治疗时 90%患者没有改善10%患者具有疗效有突变 54% better response rateExon19 缺失69% increased response rate点突变43% increased response rate 主要发生于酪氨酸激酶区exons 18-21 NSCLC的靶向药物治疗的靶向药物治疗EGFR基因突变与非小细胞肺癌治疗 ABL激酶区突变检测 慢性粒细胞白血病（CML）是一种起源于造血干细胞的克隆性恶性疾病。 格列卫是目前较常使用于具有bcr-ABL融合基因的CML治疗的靶向药物。 ABL激酶区突变与抗药相关 ABL激酶区突变

16、检测P-loopImatinibC. Sawyers and others ABL激酶区突变检测ABLPaa51025025225325535535138731739637931535924424413262041622115ACT315I mutation resistant to current second generation Imatinib (Gleevec) inhibitorsBCRaa30 ABL激酶区突变位点排泄排泄吸收吸收分布分布代谢代谢酶酶受体受体转运体转运体药物 膜蛋白转运吸收 与血清蛋白结合运输分布 与靶点（受体）相互结合代谢 一系列酶促反应排泄代谢酶类药物转运体受

17、体P450DPYDTPMTGSTUGTALDHNATP-gpBCRPMRPsMTHFRTSA C G T G T C G G T C T T A A AA C G T G T C G G T C T T A A A个体个体1SNPA C G T G T C G G T C T T A A A A C G T G T C C G T C T T A A A个体个体2A C G T G T C C G T C T T A A AA C G T G T C C T A C T T A A A个体个体3野生纯合型野生纯合型快代谢型快代谢型突变杂合型突变杂合型中代谢型中代谢型突变纯合型突变纯合型低代谢型

18、低代谢型SNPs 改变临床结果改变临床结果SNPs改变药物反应改变药物反应SNPs 改变药代动力学改变药代动力学SNPs体外试验改变活性体外试验改变活性非保守氨基酸改变非保守氨基酸改变外显子的非同义外显子的非同义SNPs外显子外显子SNPs (120,000,平平均每基因均每基因4个外显子个外显子SNPs)全部全部SNPs代谢酶类药物转运体受体P450DPYDTPMTGSTUGTALDHNATP-gpBCRPMRPsMTHFRTS 主要的药物代谢酶主要的药物代谢酶 Evans WE. et al (1999).铂类 ERCC1XRCC1GSTM1GSTP1基因多态性 ERCC1XRCC1表达水

19、平5-FUMTHFR、DPYD、TYMS基因多态性 TYMS mRNA表达水平 伊立替康 UGT1A1 基因多态性 嘌呤类TPMT基因多态性UGT1A1A检测与伊立替康TMPT检测与嘌呤类DPYD、MTHFR检测与5-FU类CYP 2C9、VKORC1检测与华法林GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类APOE检测与他汀类 UGT1A1基因检测与伊立替康 伊立替康（Irinotecan，CPT-11），也叫开普拓 对提高结直肠癌根治术后的长期生存率具有重要意义，同时也对肺癌、脑癌和乳腺癌等癌症都具有有效的抗癌活性 是最普遍的化疗处方药物之一。 IrinotecanSN-38( (羧酸羧酸) )

20、酯酶酯酶UGT1A1SN-38GSN-38GUGT1A6UGT1A9UGT1A1基因检测与伊立替康GroupPrevalenceRisk of Toxicity*28/*28 10%50%*1/*2840%12.5%*1/*150%0%Based on data from Innocenti et al (2004)UGT1A1基因检测与伊立替康All Patients with Same Diagnosis (10% risk)PGx profile for high risk (50%): treat with alternative drug or dosePGx Profile for

21、 moderate risk (12.5%): treat with alternative drug or dosePGx Profile for low risk (0%): treat with conventional doseUGT1A1基因检测与伊立替康UGT1A1A检测与伊立替康TPMT检测与嘌呤类DPYD、MTHFR检测与5-FU类CYP 2C9、VKORC1检测与华法林GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类APOE检测与他汀类 嘌呤类抗癌药物：主要有6-巯基嘌呤(6-MP)、6-硫鸟嘌呤（6-TG）及硫唑嘌呤(AZA) 常用于治疗血液系统恶性肿瘤、自身免疫性疾病以及器官移植

22、术后的排斥反应 在临床上是引起骨髓抑制等毒副作用的主要原因，不良反应发生率约为15%28%，其中约10%的不良反应与TPMT活性相关。 TPMTTPMTAdoMetAdoHcy6-Mercaptopurine6-MethylmercaptopurineTPMT 巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）是一种特异性催化杂环类和芳香类化合物的巯基甲基化反应的细胞内酶，对临床常用的巯嘌呤类药物的代谢过程和疗效发挥起关键作用。 TPMT突变会导致酶活性降低，使用病人在用药过程中产生严重毒性，严重时会危及生命。 TPMT12345678910G460AA719GG460AA719GAla154ThrTyr240Cy

23、sAla154ThrVNTRVNTRVNTRVNTRTPMT*1(wild type)TPMT*3ATPMT*3BTPMT*3CTyr240CysTPMTTPMTH/TPMTH（90%）TPMTL/TPMTH（10%）TPMTL/TPMTL（0.3%） TPMTUGT1A1A检测与伊立替康TMPT检测与嘌呤类DPYD、MTHFR检测与5-FU类CYP 2C9、VKORC1检测与华法林GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类APOE检测与他汀类 5-氟尿嘧啶（5-FU）广泛用于结直肠癌、胃癌、乳腺癌等实体肿瘤的化疗，有很强的毒副作用。 DPYD检测与5-FU类药物 FdUMP: 5-氟尿嘧啶脱氧

24、核苷5-单磷酸盐 FdUrd: 5-氟尿嘧啶脱氧核苷 MS:蛋氨酸合酶 MTHFR: 亚甲基四氢叶酸还原酶 THF: 四氢叶酸 TK: 胸腺嘧啶脱氧核苷激酶 TP: 胸腺啶磷酸化酶 TYMS(TS): 胸苷酸合成酶 5,10-CH2-THF: 5,10-亚甲基四氢叶酸 5-CH3-THF: 5-甲基四氢叶酸 5-FU: 5-氟尿嘧啶 DHF: 二氢叶酸; DHFR:二氢叶酸还原酶 DHFU: 二氢氟尿嘧啶 DPYD: 二氢嘧啶脱氢酶 dTMP: 脱氧胸苷5-单磷酸盐 dUMP: 脱氧尿苷5-单磷酸盐85%15% DPYD检测与5-FU类药物 二氢嘧啶脱氢酶(DPYD)是5-FU分解代谢的起始酶

25、和限速酶，其活性的高低决定5-FU体内代谢快慢和毒性大小，是影响5-FU化疗疗效及不良反应的主要因素之一。 DPYD 多态性 已发现大约40个能引起DPD活性降低或者缺失的多态性。主要多态性有以下3个： IVS14+1 GA, D949V, I560S 全长测序是“金标准”DPYD检测与5-FU类药物 DPYD gene variations are associated with a 7-fold (or up to a 60%) risk of severe toxicity .Mol Cancer Ther 2006. 5(11): 289-291. Pharmacogenomics J

26、 2001.1(1): 65-70.JCO. 2008;26(13): 2130-2137.StudyPatients(unselected)Overall Grade 3-4 toxicityDPYD and Grade 3-4 toxicityDPYD and toxicity relative riskMoreln = 4879% 60%7-foldSchwabn = 68316%50%3-foldDPYD检测与5-FU类药物 MTHFR与5-FU类药物 亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）是叶酸代谢过程中的关键酶，可将还原型叶酸转变为5-甲四氢叶酸（5-MTHF），从而使FdUMP、TS

27、与还原型叶酸组成的三元复合物减少，削弱5-FU的抗肿瘤作用 MTHFR基因最常见的是C677T。 MTHFR在677位点发生CT改变，使酶活性显著降低。 多态性使体内5，10-MTHF水平升高，增强5-FU的抗瘤作用。MTHFR与5-FU类药物 MTHFR Gene Polymorphism and Response (79 patients )Journal of Clinical Oncology, Vol 23, No 7 (March 1), 2005: pp. 1365-1369 677位位TT基因型携带者化疗有效率显著高于基因型携带者化疗有效率显著高于TC和和CC基因型携带者基因型

28、携带者 MTHFR Gene PolymorphismResponse No Response Total No. of PatientsNo. of Patients%No. of Patients%C677T CC1134216632 CT821307938 TT6673339MTHFR与5-FU类药物UGT1A1A检测与伊立替康TMPT检测与嘌呤类DPYD、MTHFR检测与5-FU类CYP 2C9、VKORC1检测与华法林GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类APOE检测与他汀类 Warfarin是最常用的口服抗凝血药。 华法林几乎完全通过肝脏代谢。华法林治疗时应该监测抗凝强度（INR

29、=23，3出血并发症） INR=（PT/平均正常PT）ISI ISI为国际敏感指数，代表凝血活酶反应性INR系统在华法林治疗的初期缺乏可靠性（ INR是规律的抗凝治疗6周后根据ISI计算所得出）。CYP 2C9、VKORC1检测与华法林Gage B. Nov 14 2005 FDA Clin Pharm Advisor Committe 肝酶体系的20% CYP2C9 *2 ：10% CYP2C9 *3 ： 8% CYP2C9CYP 2C9、VKORC1检测与华法林CHCH2COH2C6H5ONaOOWarfarin (R)- & (S)-enantiomers)CYP2C9*1 3 days

30、CYP2C9*2 (12% activity) 6 daysCYP2C9*3 (5% activity) 12 daysFuruya, et al. Pharmacogenetics (1995) 5: 389-392Steward, et al. Pharmacogenetics (1997) 7: 361-367Linder MW Ph.D. DABCC, Manage the “Over-steer” in warfarin dose titration.CYP 2C9、VKORC1检测与华法林 CYP 2C9、VKORC1检测与华法林 VKORC1:维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1

31、，在维生素K由氧化型转变为还原型的过程中起重要作用。VKORC1已发现约10个多态性位点： Haplotype A (-1639GA, 1173CT): lower maintenance dose Haplotype B (9041GA): higher maintenance dose VKORC1 A/A: 2.7 0.2 mg/d VKORC1 A/B: 4.9 0.2 mg/d VKORC1 B/B: 6.2 0.3 mg/d Mean maintenance dose: 5.1 0.2 mg/d CYP 2C9、VKORC1检测与华法林CYP 2C9、VKORC1检测与华法林Lin

32、der MW Ph.D. DABCC, Manage the “Over-steer” in warfarin dose titration.CYP 2C9、VKORC1检测与华法林 CYP 2C9、VKORC1检测与华法林 /Source/Home.aspx 5 mg/d ，3天 检测2C9和VKORC1，并计算维持剂量和清除率。 第四天开始按新剂量用药 按期监测INR，如 3、 6、12。CYP 2C9、VKORC1检测与华法林剂量指南UGT1A1A检测与伊立替康TMPT检测与嘌呤类DPYD、MTHFR检测与5-FU类CYP 2C9、

33、VKORC1检测与华法林GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类APOE检测与他汀类 自从自从1967 1967 年顺铂的抗癌活性被发现以来，铂类抗癌药物年顺铂的抗癌活性被发现以来，铂类抗癌药物的研究和应用得到了迅速的发展。铂类药物已成为癌症化的研究和应用得到了迅速的发展。铂类药物已成为癌症化疗中不可缺少的药物。疗中不可缺少的药物。在过去的在过去的4040多年里多年里, ,有几千个新的铂系列化合物参与了筛有几千个新的铂系列化合物参与了筛选，其中有选，其中有7 7个化合物获得批准进入市场。个化合物获得批准进入市场。 GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类

34、顺铂顺铂（第一代）（第一代）卡铂卡铂（第二代）（第二代）奥沙利铂奥沙利铂（第三代）（第三代）1986年上市年上市1996年上市年上市1978年上市年上市GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类 与与DNADNA反应形成铂链加合物（铂原子嵌合于反应形成铂链加合物（铂原子嵌合于DNADNA内部两个相邻的鸟嘌内部两个相邻的鸟嘌呤或鸟嘌呤与腺嘌呤之间，并使其断裂，从而阻断其复制和转录），呤或鸟嘌呤与腺嘌呤之间，并使其断裂，从而阻断其复制和转录），产生细胞毒作用和抗肿瘤活性。产生细胞毒作用和抗肿瘤活性。 与顺铂相比，奥沙利铂更有效力，较少的加合物产生同样的细胞毒与顺铂相比，奥沙利铂更有效力，较少的加合物

35、产生同样的细胞毒作用，导致作用，导致DNADNA死亡。死亡。GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类GSTP1GSTM1ERCC1、XRCC1损伤损伤DNA 阻断复制阻断复制GSTP1 Ile105ValGSTM1 *0ERCC1 C118TXRCC1 Arg399Gln异亮氨酸异亮氨酸Ile Ile 缬氨酸缬氨酸ValVal精氨酸精氨酸ArgArg 谷氨酰胺谷氨酰胺GlnGln GST、XRCC1、ERCC1检测与铂类 GSTP1、GSTM1（谷胱甘肽转移酶P1 ）是GSTs家族的主要成员,。 GSTP1、GSTM1与一些致癌剂的体内代谢有关, 参与机体解毒，还与肿瘤细胞耐药密切相关。 基因突变可导致酶活性丧失或降低，从而增强机体对某