糖尿病与基因长沙-ppt课件

1、.,1,国家卫生部 全国合理用药监测系统 孙忠实 2011,6,13,长沙,Pharmacogenomics and Personalized Medicine for Diabetes,药物基因组学与糖尿病个体化给药,.,2,WHO:控制糖尿病,刻不容缓,糖尿病(T2D)是四大非传染病之一,是仅次于心脑血管疾病和癌症的第三位死亡原因; 全球每9秒钟就有1人死于糖尿病,每年约死亡400万人,失明约1500万人; 使心脏病与脑卒中增加34倍(US ,CDC 2007); 仅2010年全球为此支出3,780亿美元,占全球支出的12%! 钱荣立 中国糖尿病杂志2010;18:881882,2010联

2、合国糖尿病日;中国蓝光行动,.,3,糖尿病严重威胁人类健康,Source: WHO and IDF,流行性日益加剧,2000,2030,死亡 3+ million,截肢 1+ million,肾衰 500,000+,失明 300,000+,医疗开支 USD 156+ billion,糖尿病每年给全球带来的巨大损失,全球糖尿病患者（百万）,.,4,中国糖尿病患者居全球之首,“Prevalence of Diabetes among Men and Women in China” 中国成年人中糖尿病发病率为9.7%(远高于全球平均患病率6.4%),现有患者9,240万例,约占全球糖尿病患者1/3,

3、居全球之首,第二位为印度,5080万例; Wenying Yang etal. N Engl J Med 2010;362:1090-1101 CDS与IDF联合调研结果指出:我国糖尿病治疗费用每年高达1,734亿元(约250亿美元),是非糖尿病人的34倍;占全国医疗总支出的13%! 2010,11,14第4个联合国糖尿病日IDF主席Mbanya报告,.,5,全球现有十一大类抗糖尿病药,1,胰岛素及其衍生物; 2,磺脲类; 3,双胍类; 4,噻唑烷二酮类; 5,-糖苷酶抑制剂; 6,格列奈类胰岛素促泌剂(Meglitinides); 7,胰岛淀粉样肽(Amylin analogues);普兰林

4、肽注射液 8,肠促胰岛素激素拟似药(Incretin hormone mimetics); 艾塞那肽注射液 9,二肽基肽酶抑制剂(DPP4-I);西他列汀 10,胰高血糖素样肽受体激动剂(GLP-1);利拉鲁肽 11,钠-葡萄糖共同转运体抑制剂(Sodium-Glucose Co-Transport Inhibitors; SGLTs-I )。,注:黄色标记药物系目前认为与基因多态性密切相关者,.,6,当前T2D的控制率仅约40%,而T2D 却占全部糖尿病患者的90%95%!,Presented by Trudy N. Griffith BSc. Pharm (Hons) 13 August

5、2010,.,7,服用降糖药的患者40%未能达标尤其是单一药物!,过去的10年,约40%T2D患者的糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin ,HbA1c) 未能达到 7%! 尤其是服用单一药物不能控制血糖在最佳水平! Pharmaceuticals 2010, 3, 2610-2646,.,8,为什么药物的有效率不尽人意?,镇痛剂(COX-2) 80% 抑郁症62% 哮喘60% 心律失常60% 糖尿病57% 偏头痛(急性)52% 偏头痛(预防)50% 丙型肝炎47% 尿失禁40% 阿茨海默病30% 肿瘤25%,.,9,国人服用降糖药77%未达标,中华医学会糖尿病学分会20

6、11年2月11日在“诺和诺德糖尿病论坛”上公布的一项糖尿病患者调查结果显示：糖化血红蛋白(HbA1C)以为标准，有的受访者不达标；如以,为标准，则有77的受访者血糖控制不达标。 这项调查启动于年，全国共有家医院、143,123名患者参与。中华医学会糖尿病学分会主任委员纪立农介绍说，这是国际上迄今规模最大的型糖尿病患者调查，也突破了国内以往局限于大城市大医院的调查范围，受访患者来自全国各地各级医院。,.,10,抗糖尿病药长期服用(5年)的无效率知多少?,Kahn et al 报告长期服用(5年)的无效率: 罗格列酮 15% 二甲双胍 21% 格列苯脲 34% N. Engl. J. Med. 2

7、006, 355, 2427-2443.,.,11,59%药物的不良反应与基因变异相关,据报告,在美国不良反应发生率最高的27种药物中,有16种(59% )的发生原因是其代谢时至少有一种药酶存在基因多态性,主要是慢代谢型(PM)患者;而一般常见药物代谢酶的基因变异发生率为7% to 22% !之间,其范围有极显著差异. (P=.006-P.001).,JAMA 2001; 286: 2270-2279,.,12,T2DM是多基因/多因素疾病,Nature. 2009 October 8; 461(7265): 747753.,.,13,PGx使T2D的药物治疗迈向个体化 Pharmacogen

8、omics in type II diabetes mellitus management: Steps toward personalized medicine,迄今,经全基因组扫描(genome-wide association scans)和侯选基因*(candidate gene)的研究表明,糖尿病药物治疗的个体差异,目前认为至少与四类降糖药相关. *候選基因: 一個位于被怀疑与某疾病有关的染色体区域中的一段基因, 由转录出來的蛋白质推測為造成疾病的基因.,Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,.,14, Phar

9、macogenetics:研究单个基因与个体药物反应差异的相关性, Pharmacogenomics:研究多个基因或整个基因组与个体药物反应差异的相关性 目前已将二者统一称为PGx.,什么是药物基因学与药物基因组学?,.,15,基因是影响药物作用的关键因素,.,16,PGx是影响药物PK/PD的重要因素,药代动力学: Absorption(吸收) Distribution(分布) Metabolism(代谢) Excretion(排泄) 药效动力学: 受体 离子通道 酶 信息通路 免疫系统,ADME,.,17,基因多态性表现在何处?,药物代谢酶:如影响药物代谢的细胞色素450等的多态性; 药物

10、转运蛋白:如影响药物吸收、分布和排泄的-糖蛋白的多态性; 受体或靶位:如肾上腺素能受体的多态性; 离子通道:如钙离子通道的多态性; 信息通路的靶点:如酪氨酸激酶等; 这些都是生物标记物(Biomarkers),它们的多态性导致了药物治疗中的药效和不良反应的多样性。,.,18,关于药酶的基因多态性,P450的基因多态型（Genetic polymorphism）使药物代谢存在着种族和个体差异，尤其是CYP2C19和2D6。目前分为4种表型： 正常代谢型 EM,又称快代谢型 （Extensive Metabolizer，占75-85%）; 缺乏代谢型 PM,又称慢代谢型 （Poor Metabol

11、izer,占5-10%）; 超速代谢型 UM（Ultrarapid Metabolizer,占1-10%); 中间代谢型 IM（Intermediate Metabolizer,占10- 15%)(此型介于EM与PM之间）。,.,19,Transporters expressed in the human hepatocyte,.,20,涉及降糖药的PGx,.,21,为什么有些人应用二甲双胍无效?,FDA;1995,.,22,二甲双胍是治疗T2D的一线药物,减少肝糖的输出 增加胰岛素敏感 降低LDL和TG 降低C反应蛋白 减轻体重或保持 不引发低血糖风险 可引发恶心痉挛及腹泻 罕见乳酸中毒 禁

12、忌证:CHF,肾功不良,80岁老人!,.,23,在服用二甲双胍的患者中,有35-40%禁食血糖水平未达标!,Diabet. Care 1994, 17, 1100-1109 Diabet. Med. 1994, 11, 953-960,Metformin is not without adverse events such as diarrhea and nausea that occur in about 30% of patients; or a more serious but very rare side effect, lactic acidosis. Despite an exce

13、ptional efficacy and safety profile, several T2Ds (about 38%) still fail to reach glycemic goals in metformin therapy. Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,.,24,临床证明单用二甲双胍易出现继发性失效Secondary Failure of Metformin Monotherapy in Clinical Practice,作者报告,在20042006年间,用二甲双胍共治疗T2D患者1,799例,以7

14、%! 注:继发性失效定义 1,需加用或换用第二种降糖药; 2,随后的HbA1C7.5%。 Diabetes Care 2010;33:501506,.,25,二甲双胍在体内的转运,二甲双胍为一亲水性有机阳离子(pKa 12.4) ,是有机阳离子转运体(organic cation transporters ;OCTs)包括OCT1, OCT2的底物, OCT1主要在肝细胞表达, OCT2则在肾细胞中表达,二者分別将二甲双胍转运至肝细胞内和肾脏上皮细胞内. Pharmaceuticals 2010;3:2610-2646,.,26,二甲双胍的摄取及其作用机制,LKB, alias of seri

15、ne-threonine kinase 11 (STK11); PGC-1, peroxisome proliferator activated receptor coactivator 1 ; TORC2, target of rapamycin complex 2.,J. Clin. Invest 2007:17:1422-1431,.,27,涉及二甲双胍的PGx转运体基因多态性, OCTs :Organic cation transporter gene (有机阳离子转运体基因) OCT 1: 由SLC22A1编码,承载肝摄取; OCT 2: 由SLC22A2编码,承载肾排泄; MATE

16、 :Multidrug and toxin extrusion gene (多药与毒素外排基因) MATE1:由SLC47A1编码,承载从肝细胞转运至胆汁; MATE2:由SLC47A2编码,承载肾排泄. Acta Pharm 60;387406,.,28,OCTs的表达及其基因多态性, OCT1 主要在肝细胞和肠上皮细胞表达,介导二甲双胍在这些细胞的摄取; OCT2,主要在远端肾小管细胞表达,介导、促进包括二甲双胍在内的许多生物异源性物质在尿中的排泄 OCT1的变异已知有12个: S14F, R61C, F160L,S189L, G220V, P341L, R342H, G401S, V40

17、8M, 420del,G465R, R488M,其中标记为兰色者为功能降低的转运体。 Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,.,29,为什么二甲双胍必需个体化给药?,应用最广泛;在美国处方量排名前15位! 治疗指数窄; 为多因素病; 疗效差异大;有的有效,有的无效,有的甚至发生乳酸中毒! (MALA range from three to nine cases per 100,000 patient-years) once it develops, it has been associated with a 50% to

18、75% mortality rate. N Engl J Med. 1998; 338:265-6. Letter; Diabetes Care. 1999; 22:925-7. Ellenhorns medical toxicology: 1997;728-731. 在肝脏起效;转运体或肝功能影响很大 主经肾排泄;转运体或肾功能影响很大,.,30,OCT1等位基因对二甲双胍摄取的影响,*P 0.01,J. Clin. Invest 2007:17:1422-1431,.,31,OCT1等位基因对二甲双胍降糖作用的影响,*P = 0.012,J. Clin. Invest 2007:17:14

19、22-1431,.,32,OCT1基因多态性显著降低二甲双胍的疗效,人体OCT1的基因多态性很多,其中有7个S14F, R61C, S189L, G220V, G401S,420del,G465R功能是降低的,如美国白人OCT1-420del约占20%; OCT1-R61C在美国人约占7%; OCT1的基因多态性,使肝细胞不能或减少摄取二甲双胍发挥降糖作用, 故疗效显著降低。 OCT1的基因多态性可使葡萄糖耐量试验显著降低。 J. Clin. Invest 2007:17:1422-1431,.,33,OCTs基因多态性显著降低二甲双胍的疗效,凡携带OCTs (SLC22A1)变异型等位基因者

20、,口服二甲双胍2h后,较携带野生型(正常人功能正常者)患者的AUC增大,血糖水平升高,尤其是携带420del者,终致二甲双胍的疗效更显著降低! Pharmaceuticals 2010;3:26102646,.,34,为什么20%欧洲人的二甲双胍疗效差?,研究表明,欧洲血统的患者中有20%是携带变异的OCT1基因,即使服用二甲双胍,禁食血糖水平仍难以达标.,.,35,OCT1基因多态性在中国和 日本人群的表达及其影响,中国和日本人群中极少数人可携带功能降低下的3个OCT1 等位基因:Q97K, P117Land R206C,则分别显著降低肝细胞摄取二甲双胍作用的62 4.3%;55 6.8%和

21、 22 1.5%, J Pharmacol Exp Ther. 2010 Oct;335(1):42-50.,.,36,原发性磺脲类无效与继发性磺脲类无效,服用磺脲类药物的患者中有10-20%,既使服用最大推荐剂量血糖水平仍然不能达标,称为原发性磺脲类无效(“primary sulfonylurea failure”Lancet 1998, 352, 837-853 服用磺脲类药物的患者中有5-10% 开始有效,以后逐渐无效,接近正常水也难以维持平,称为继发性磺脲类无效(“secondary sulfonylurea failure”) Diabet. Med.1998, 15, 297-30

22、3. 是由于作用于KATP通道的 、分别由KCNJ11 和ABCC8编码的Kir6.2 and SUR1受体以及代谢磺脲类药物的CYP2C9发生变异;,.,37,磺脲类的疗效差异很大,据报告,每年有57%服用磺脲类的患者发生继发性无效; 一项大规模随机试验ADOPT( A Diabetes Outcome Progression Trial) 表明,单用磺脲类5年失效率(禁食血糖180 mg/dl)高达34%,而罗格列酮为15%;二甲双胍为 21% ; UKPDS试验表明,每年约有1%服用磺脲类的患者发生严重低血糖!. N. Engl. J. Med. 2006;355(23):2427244

23、3,.,38,磺脲类降糖机制Schematic Representation of the Pancreatic Beta Cell, Illustrating the Role of the ATP-Sensitive Potassium(KATP) Channel in Insulin Secretion.,N Engl J Med 2004;350:1838-49.,.,39,影响磺脲类作用的基因多态性,Acta Pharm. 60 (2010) 387406,transcription factor 1 (TCF1,transcription factor 2 (TCF2),.,40,

24、涉及磺脲类的基因多态性, Kir6.2 pore : 为KATP channels的亚单位,由KCNJ11 gene编码,系SU的靶点; SUR1 subunits:为KATP channels的亚单位由ABCC8 gene编码, 系SU的靶点; Inactivating mutations cause the channel to be closed and thus the -cells to over-secrete insulin, causing hyperinsulinaemic hypoglycaemia.Activating mutations cause the -cell

25、to be unresponsive to glucose and therefore are a cause of neonatal diabetes mellitus(NDM) TCF7L2:直接影响SU的疗效; CYP2C9,CYP2C19:SU的代谢; HNF1 60:387406,.,41,两种最重要的CYP2C9基因多态性,CYP2C9*2: 是单核苷酸中的外显子 3位由C T),其活性仅是正常功能者的40%左右; CYP2C9*3:是单核苷酸中的外显子 7位由A C), 其活性仅是正常功能者的10%左右;,.,42,CYP2C9基因多态性显著降低磺脲类的疗效,A recent p

26、opulation-based study of incident sulfonylurea users found that Type 2 diabetes patients with CYP2C9*2/*2, *2/*3 or *3/*3 genotypes were 3.4-times more likely to achieve a treatment HbA1c of less than 7% compared with CYP2C9 wild-type homozygotes . Furthermore, patients with at least one copy of the

27、 CYP2C9*2 or *3 allele were less likely to experience sulfonylurea monotherapy treatment failure Clin. Pharmacol. Ther. 2009;87(1):5256,.,43,CYP2C9基因多态性显著增加磺脲类的ADR,CYP2C9 polymorphisms may also serve as useful predictors of adverse effects. For example, a different study showed that sulfonylurea-tre

28、ated patients who possessed the CYP2C9*3/*3 or *2/*3 genotype had 5.2-times the odds of a severe hypoglycemic event than the other CYP2C9 genotype groups . Br. J. Clin. Pharmacol. 2005;60(1):103106.,.,44,CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效,携带杂合子CYP2C9*1/*2的患者可轻度减少格列本脲的肾清除,较携带纯合子CYP2C9*2/*2 者降低10%; 携带杂合子CYP2C9*1/*3

29、和 CYP2C9*2/*3的患者可减少甲苯磺丁脲肾清除率50%; 携带纯合子CYP2C9*3/*3的患者可显著减少格列本脲的肾清除。 Acta Pharm 2010;60:387406,.,45,携带杂合子CYP2C9*1/*2和 纯合子CYP2C9*3/*3的患者,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可分别减少甲苯磺丁脲、格列本脲以及格列吡嗪的肾清除率16%、50%和20%, 携带纯合子CYP2C9*2/*2的患者,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可分别减少甲苯磺丁脲、格列本脲的肾清除率75%和90%。,CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效,.,46,为什么有些国人

30、应用磺脲类易发生ADR?,Br.J. Clin. Pharmacol.2007, 64, 67-74.,因为亚洲人的PM占10-25%,而白人仅有2-6% 。如携带CYP2C19 PM的中国男性患者,服用格列齐特后的AUC ,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比增加3.4-fold 95% CI 2.5, 4.7; P0.01 ; 其半衰期也从15.1h延长至44.5 h (P0.01); 相似的差别,在多剂量研究时也同样存在,携带CYP2C19 PM的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,AUCss, AUC0 and Cmax 分别增加 3.4倍 (95% CI 2.9

31、, 4.0)、4.5倍 (95% CI 3.8, 5.4) 和 2.9 倍(95% CI 2.4, 3.4) ,(P0.01) ,其半衰期也从13.5 h延长至24.6h (P0.01).,.,47,格列苯脲与CYP2C9基因多态性(glyburide glyburide;优降糖),格列苯脲的疗效与CYP2C9的基因多态性密切相关,如与携带纯合子CYP2C9 *3/*3,的患者,与携带野生型纯合子CYP2C9*1/*1的患者相比,其口服清除率减少1/2, 依此给患者调整剂量极为重要。 Acta Pharm. 2010; 60 : 387406 近期Zeller等提岀将格列苯脲淘汰岀局,因显著增

32、加AMI死亡率。是否与患者基因变异相关? JCEM 2010;95;49935002,.,48,CYP2C9基因多态性与磺脲类等的清除率,.,49,相关生物标记物的基因多态性对磺脲类作用的重要影响,There are several other KCNJ11 variants (which include F333I, F35V, R201H, R201C, Q52R, I296L, L164P, G53S,G53R) and ABCC8 variants (which include I182V, H1023Y, I1424Y, F132L),Pharmacogenomics and Per

33、sonalized Medicine 2009:2 7991,.,50,CYP2C19基因多态性对格列齐特PK的影响(单剂量),Br.J. Clin. Pharmacol.2007, 64, 67-74,.,51,CYP2C19 基因多态性对格列齐特PK的影响(多剂量),Br.J. Clin. Pharmacol.2007, 64, 67-74,.,52,磺脲类与TCF7L2变异 GoDARTS (Genetics of Diabetes Audit and Research Tayside)study,方法:1997 July 2006 ,901例口服磺脲类,945例口服二甲双胍,研究转录因

34、子7-相似物2 (Transcription factor 7-like 2 ;TCF7L2) 的等位基因 rs12255372 和rs7903146是否影响两类药物的作用;无效指标是用药312个月后HbA1C 7%。 Diabetes 56:21782182, 2007,.,53,磺脲类与TCF7L2的变异,结果: 携带rs12255372 T/T等位基因的患者与携带rs12255372 G/G的患者相比,无效率的Odds ratio (OR) 为1.95 (95% CI 1.233.06; P 0.005), 如以基线HbA1C相比,则OR为 2.16 95% CI 1.213.86, P

35、 = 0.009); 携带rs7903146等位基因的患者其结果相似; 在二甲双胍组未见此相关性。 Diabetes 56:21782182, 2007,.,54,涉及格列奈类/二甲双胍/ 噻唑烷二酮的基因多态性,Acta Pharm. 60 (2010) 387406,.,55,涉及格列奈类的基因多态性,CYP2C9其基因变异有CYP2C9*3 CYP2C8其基因变异有CYP2C8*3 SLCO1B1: solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有521TT, 521TC,521CC OATP:其基因变异有

36、OATP 1B1 IGF2BP2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2 ) Pharmaceuticals (Basel). 2010 August 1; 3(8): 26102646 Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,.,56,Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,转运体/药酶基因多态性影响格列奈类的疗效,.,57,2C9基因多态性影响格列奈类的清除,研究表明 CYP2C9*3可减

37、少格列奈类的清除, 而CYP2C8*3 则增加格列奈类的清除。 Mol Diagn Ther. 2007;11(5):291-302,.,58,2C9基因多态性影响格列奈类的疗效,携带CYP2C9*3的患者,可显著降低那格列奈的清除率;而携带CYP2C9*2的患者,其药动学参数与携带野生型CYP2C9*1的患者却相似; 携带CYP2C9*3 /*3的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可增加低血糖的风险,特别是那格列奈剂量超过120 mg时! Mol Diagn Ther. 2007;11(5):291-302,.,59,SLCO1B1基因多态性对格列奈类的影响,SLCO1B1

38、有三个等位基因:521TT, 521TC,521CC; 携带杂合子521TC和纯合子 521CC的患者与携带纯合子521TT相比,可分别显著增加那格列奈的血浓度 83%和76%;半衰期延长78% ,(p = 0.036) ; 提示SLCO1B1基因多态性可显著增加那格列奈血浓度, 可能是减少了肝细胞的摄取所致。,.,60,涉及噻唑烷二酮类的基因多态性,PPAR- gene:过氧化物体增殖激活受体-基因变异有 PPAR- heterozygous genotype (rs1801282; Pro12Ala)和 homozygous genotype (Pro12Pro). lipoprotein

39、 lipase gene: 其基因变异有 S447S和S447X CYP2C8 gene:其基因变异有 CYP2C8*1/*3 CYP2C8*3/*3 ACDC gene:adipocyte C1q and collagen domain-containing (ACDC) gene,编码adiponectin其基因变异有SNP45, SNP276, SNP11377 SLCO1B1 : solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有521TT, 521TC,521CC ADIPOQ:其基因变异有 rs1501

40、288 和 rs2241766 PGC-1(PPAR-coactivator):其基因变异有Thr394和Gly482 Pharmaceuticals (Basel). 2010 August 1; 3(8): 26102646 Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,.,61,为什么有些患者TZDs无效?,TZDs未达标率: 罗格列酮(2mg/bid ;26week) 45.8% 罗格列酮(4mg/bid ;26week) 36.1% 吡格列酮(45 mg/d ;26 weeks) 25.0% (空腹血糖降低不超过10%; 12%患者HbA1c仅降低0.5%1.0%) The Journal of Clinical Endocrinology 26:825831,.,62,ACDC/S44