药物不良反应遗传背景与个体化合理用药

1、药物不良反应遗传背景与个体化合理用药,蔡卫民 上海交通大学医学院附属瑞金医院,2020/7/30,2,前 言,药物不良反应(Adverse Drug Reaction, ADR)是长期困扰医学界的一个难题。ADR是药物在正常用法和剂量时由药物引起的有害的和不期望产生的反应。 一项荟萃分析(meta-analysis)的统计结果表明，在美国，即使合理使用治疗药物，每年仍有200万以上的住院病人(占总住院病人的6.7%)出现严重不良反应，其中死亡人数约为10万(占总住院病人的0.32%)。,2020/7/30,3,ADR分类,根据不良反应与药物剂量的关系，可将药物不良反应分为以下几类： 甲型不良反

2、应与药物剂量异常升高有关，表现为药理作用增强，其特点可以预测，在人群中的发生率虽高，但死亡率低；如镇静催眠药引起的CNS抑制。 乙型不良反应是与药理作用无关的一种异常反应，通常由遗传变异导致敏感性增高所致，一般很难预测，常规毒理学筛选不能发现，虽然发生率较低（5），但死亡率较高；如青霉素引起的过敏反应。,2020/7/30,4,特异质反应：是药物引起的一类遗传性异常反应，发生在有遗传性药物代谢和反应变异的个体。在性质上和药物在正常人体中引起的反应相似，但表现特异性反应： 低剂量药物引起高度敏感性，如红细胞葡萄糖6磷酸脱氢酶缺损者服用伯氨喹是引发的溶血；异烟肼引起的多发性神经炎 对大剂量药物不敏

3、感，如维生素K环氧化物还原酶变异者对华法林的抗凝血作用耐受 由遗传背景导致的ADR通常与乙型及特异质反应有关,2020/7/30,5,文献,Phillips等进行了一项对比研究(JAMA) 发现在常引起不良反应的27种药物中，59%(16/27)的药物是由一种或一种以上呈多态性的药物代谢酶所代谢； 而在随机抽取的27种药物中，仅有7% 22%由呈多态性的酶所代谢。 说明药物不良反应确实与代谢酶基因多态性有关联。,Lazarou J, Pomeranz BH, Corey PN. Incidence of adverse drug reactions in hospitalized patien

4、ts: a meta-analysis of prospective studies. JAMA, 1998, 279(15): 1200.,2020/7/30,6,演讲目的,从药物代谢酶遗传多态性的角度出发，结合临床实例，阐述其与药物不良反应发生的关系，同时对药物转运体和药物受体与不良反应的关系也做一简要介绍，为临床预防不良反应和合理用药提供依据。,上海瑞金医院药剂科,2020/7/30,7,药物代谢酶与不良反应,药物在体内的生物转化过程可分为两步： 第一步被称为I相代谢，包括氧化、还原和水解反应，能使多数药物灭活或者极性增大，参与此代谢的酶称为I相代谢酶； 氧化反应：肝细胞微粒体药物代谢酶

5、系统 细胞色素P-450 细胞色素P-450还原酶 NADPH（辅酶II）和分子氧,2020/7/30,8,第二步称为II相代谢，可使极性增大的I相代谢产物或具有极性基团的物质再与小分子的葡萄糖醛酸、谷胱甘肽和乙酰基结合，形成水溶性大、极性强的药理惰性化合物，从肾脏和胆汁排出体外，催化此步反应的酶被称为II相代谢酶。 解毒反应：药物灭活（GST） 增毒反应：某些药物如异烟肼乙酰化 （II相） N乙酰化异烟肼 肝毒性 乙酰肼 水解（I相）,2020/7/30,9,I相代谢酶,细胞色素P450是重要的参与I相反应的代谢酶体系，由一群基因超家族编码的酶蛋白所组成。 利用现代生物学技术，可以将P450

6、基因鉴定出来，并把它们分为正常型基因 (野生型)和突变型基因。 突变型基因是指在一个或更多碱基位点上与正常基因不同，也包括基因缺失、基因拷贝以及多重拷贝(单核苷酸多态性，SNP)。 有的突变不影响代谢酶活性，有些突变可使酶活性降低，甚至失活，而基因多拷贝可使酶活性异常升高。,2020/7/30,10,表型与基因型 个体的表型(phenotype)取决于体内代谢酶的活性，而代谢酶活性又是由其相应的基因型(genotype)决定的： 携带一对正常型等位基因(纯合子)或一个正常型等位基因(杂合子)的个体，其药物代谢酶活性正常，被称为“快代谢者”(EMs)或中速代谢者(IMs) 而慢代谢者(PMs)携

7、带两个活性降低或无功能酶等位基因； 超快代谢者(UMs)则携带有两个或两个以上活性酶基因的拷贝,2020/7/30,11,表型与不良反应 给予PMs一个标准剂量，就能产生一个较高的血药浓度。因此，发生药物不良反应更为常见。 UMs却因血药浓度极低，而不能获得治疗作用； 如果一个药物的治疗作用是依靠活性的代谢产物，而这个代谢产物的形成是通过体内的多态酶催化的，那么： PMs有可能治疗效果欠佳 EMs和UMs却可因血药浓度异常升高而发生不良反应,2020/7/30,12,表1. 临床重要的影响药物效应的I相代谢酶基因多态性,代谢酶 多态性频率 底物 药物不良反应(PMs) CYP2D6 5-10%

8、(PMs) 抗心率失常药 心率失常 1-10%(UMs) 和其它毒性 抗抑郁药 PMs产生毒性， UMs无效 抗精神病药 迟发性运动障碍 阿片类 可待因无镇痛作用, 麻醉的副作用，依赖性 -受体拮抗剂 -阻断作用增强 CYP2C19 3-6%(白人) 奥美拉唑 同时给予克拉(红)霉素 8-23%(亚洲人) 治愈率提高 安定 镇静作用延长 CYP2C9 14-28%(杂合子) 华法林 出血 0.2-1%(纯合子) 甲苯磺丁脲 低血糖 苯妥英钠 苯妥英钠毒性 格列吡嗪 低血糖,2020/7/30,13,CYP2D6（异喹胍羟化酶）,CYP2D6是遗传药理学领域研究最早、了解也最为清楚的药物代谢酶基

9、因。已证明100多种药物为该酶的底物，包括抗心律失常药、抗高血压药物、精神科用药及阿片类药物。 虽然CYP2D6等位基因种类繁多，但存在着明显的种族差异和人群差异。,2020/7/30,14,异喹胍慢代谢表型的发生率 中国人和东亚人为1%左右。白种人的发生率显著高于中国人，达5%一10%。 因此，由遗传决定的某些药物氧化代谢多态性的不同分布，可能成为不同种族病人对这些药物所需剂量不同的重要原因。 CYP2D6多态性与癌症、红斑狼疮和帕金森病的关系,也与ADR的发生密切相关。,2020/7/30,15,120名中国人右美沙芬代谢比值(log MR)频数分布图,2020/7/30,16,PCR和R

10、FLP检测CYP2D6*10B的原理图,2020/7/30,17,CYP2D6基因型与右美沙芬log MR分布图,2020/7/30,18,CASE 1,精神科用药去甲替林，大多数抑郁症病人(约90%)每天服用75 150 mg，可以达到治疗血药浓度(200 600 nmol/L)。 对于PMs，每天服用75 mg，血药浓度可达1300 nmol/L，出现头晕、疲劳、轻微迷糊等不良反应的症状，将剂量减为每天10 20 mg，病人不但获得良好的治疗效果，而且没有出现上述不良反应。 UMs则相反，服用常规剂量的去甲替林，血药浓度非常低，每天需服用300 500 mg或更大剂量才能获得同样治疗效果,

11、2020/7/30,19,CASE 2,抗抑郁药帕罗西汀和氟西汀,这些药物治疗指数相对较大，单剂使用不良反应少见。 然而，由于它们还是CYP2D6竞争性抑制剂，当与其他由CYP2D6代谢的药物(例如：普罗帕酮)联合使用时，会使患者由EM的基因型转变成PM表型，从而会产生不良反应。,2020/7/30,20,氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响, ：Before PPF; ：After PPF Cai WM, Chen B, Zhou Y, Zhang Y. Fluoxetine impairs the metabolism of propafenone enantiomers mediated

12、by CYP2D6 in healthy Chinese volunteers. Clin Pharmacol Ther 1999；66(5)：51621.,2020/7/30,21,氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响,2020/7/30,22,CASE 3,80年代，抗心绞痛药哌克昔林(perhexiline)曾因诱发周围神经炎，而从许多国家医药市场撤出。 研究表明，服用哌克昔林发生周围神经炎的病人，其血药浓度比无此副作用的病人高。 后来，Shah等发现哌克昔林是由CYP2D6所代谢，这就解释了CYP2D6受损的患者服用哌克昔林更易发生周围神经炎的原因。 FDA要求所有新药均要做代谢途径研究

13、，以避免类似情况发生。,2020/7/30,23,CASE 4,可待因在体内经CYP2D6催化约有10%转化为吗啡，从而发挥其镇痛作用。 EMs由于吗啡转化率高，正常剂量可出现眩晕、呕吐、便秘、嗜睡，甚至尿潴留、呼吸抑制和成瘾等吗啡过量的症状。 而PMs在常规剂量不能使可待因生吗啡而获得镇痛效果，其呼吸系统作用、精神运动作用以及瞳孔的作用都有所减弱。,2020/7/30,24,CYP2C9,CYP2C9有三种等位基因，其中CYP2C9*1为野生型，CYP2C9*2、CYP2C9*3为突变型，后两者均是碱基点突变引起代谢酶单一氨基酸被替代。 CYP2C9*2、*3基因编码的酶其催化活性下降（81

14、2) CYP2C9*2在白人中发生基因突变频率为8% 13%，东方人0%，在美国黑人中仅有1%；CYP2C9*3突变基因频率在白人和东方人中相似，约为6%。约有2% 6%的白人是CYP2C9的PMs。,2020/7/30,25,CASE 1,Arithal 等研究发现，用低剂量华法林(1.5 mg/d)治疗的病例组(低剂量组)，携带一个或一个以上CYP2C9突变等位基因几率是对照组的6.21倍。 与随机临床病例组相比，低剂量组在华法林治疗期间出现问题(如因选择最佳剂量而延缓出院、多次住院、需要对华法林异常敏感的病例研究等)的几率是其5.97倍, 出血并发症的比率是对照组的3.48倍。,2020

15、/7/30,26,CASE 2,抗癫痫药苯妥英钠由CYP2C9代谢，1例头颅伤患者接受常规剂量苯妥英钠用于预防癫痫发生，第10天出现苯妥英钠过量的神经系统症状(嗜睡、头晕、眼球震颤、小脑性共济失调等)。 检测其血药浓度，发现该病人苯妥英钠的半衰期是103小时，为平均半衰期(22小时)的5倍。 基因型检测发现该患者基因型为CYP2C9*3纯合子。,2020/7/30,27,另一项研究表明，携带一种突变等位基因(*2或*3)的病人，达到治疗浓度平均所需的苯妥英钠剂量(199 mg/d)比平均常规剂量(314 mg/d)低37%(P 300 mg/d； 研究者建议，对患者进行基因分型，并在此基础上调

16、整药物剂量，将有助于降低与苯妥英血药浓度相关的不良反应。,2020/7/30,28,CASE 3,Holstein在一项关于有严重低血糖症患者的回顾性病例对照组研究中发现，CYP2C9慢代谢者基因型在严重低血糖患者中的发生率明显要高于对照组。 研究调查指出，CYP2C9的基因型*2/*3和*3/*3（即慢代谢者基因型，据报道其代谢活性只有野生型CYP2C9*1的1020%）是在白人患者中用磺脲类治疗引发严重低血糖的危险因素，原因是其对药物代谢清除减慢。 Association between CYP2C9 slow metabolizer genotype and severe hypogly

17、cemia on medication with sulfonylurea hypoglycemic agents. Br J. Clin Pharamacol 2005; 60: 1036.,2020/7/30,29,CYP2C19（美芬妥英羟化酶）,CYP2C19多态性的发现源于抗癫痫药美芬妥英代谢的多态性。依据美芬妥英代谢，可将人群分为CYP2C19的EMs和PMs，白人PMs仅有3% 5%，黄种人中PMs却高达占12% 23%。 CYP2C19至少有7种以上突变，可导致代谢酶缺失,或者氨基酸序列改变而影响酶催化活性或使酶失活。最主要的突变是CYP2C19*2和CYP2C19*3。 CY

18、P2C19代谢药物有质子泵抑制剂(奥美拉唑、潘托拉唑及兰索拉唑等)、抗焦虑药安定、抗癫痫药美芬妥英、抗疟药氯胍和某些抗抑郁药。,2020/7/30,30,CASE 1,以安定为例，CYP2C19*2纯合子(PMs)血药浓度半衰期(84小时)比CYP2C19*1纯合子(20小时)长4倍多，比突变杂合子(64小时)长1.3倍。 对PMs来说，更易发生由于安定血药浓度过高引发的副作用，如镇静作用延长，甚至意识丧失。 亚洲人突变等位基因频率高于欧洲人，相应PMs也较多，所以使用安定时要注意剂量的调整。,2020/7/30,31,CASE 2,有研究表明以奥美拉唑(20 mg/日，6 8周)和阿莫西林(

19、2000 mg/日，2周)联合治疗胃和十二指肠溃疡； CYP2C19 PMs的治愈率(100%)； CYP2C19 EMs的治愈率(野生型杂合子为60%，纯合子为29%) ； 这与PMs的奥美拉唑血药浓度显著升高有关。,2020/7/30,32,II相代谢酶,N-乙酰基转移酶(NAT) 在II相代谢酶多态性研究中，NAT研究得最早也最为清楚。人类NAT有两种：NAT1和NAT2，涉及乙酰基代谢的为后者。 NAT2位于第8号染色体，野生型等位基因（NAT2*4）不存在点突变；快乙酰化代谢者的基因型为的纯合子(EMs)或杂合子(IMs)，为显性性状； 慢乙酰化代谢者为各种突变等位基因的组合，表现常

20、染色体隐性单基因遗传特征。 PMs发生率白人为50%59%，中国人为20%，日本人为8%10%，最高的是埃及人，为92%。,2020/7/30,33,表2. 乙酰化代谢多态性与药物效应,药物 表型 临床反应 异烟肼 慢型 常规剂量易引起外周性神经性疾病； 与异烟肼联合使用，苯妥英钠的副作用加大； 非东方人同时服用异烟肼和利福平时， 血浆胆红素和转氨酶浓度升高 快型 日本人和中国人易引起肝毒性； 以1周1次的剂量治疗开放性结核疗效较差 肼屈嗪 慢型 产生抗核抗体，导致系统性红斑狼疮形成 快型 治疗高血压时需加大剂量 柳氮磺胺吡啶 慢型 抗类风湿关节炎的效果较好； 血液系统和胃肠道的不良反应较严重

21、 快型 高铁血红蛋白浓度增加 氨苯砜 慢型 血液系统不良反应较多 快型 治疗疱疹性皮炎时需要加大剂量 普鲁卡因胺 慢型 易发生SLE综合症,快型 常规剂量治疗心脏患者时易产生早搏,2020/7/30,34,CASE 1,以异烟肼为例，慢乙酰化代谢者由于体内乙酰化酶的相对缺乏，可能导致维生素B6缺乏而易发生周围神经炎，可表现为手脚震颤、麻木，同时服用维生素B6可治疗及预防此反应。 在体内，异烟肼经NAT2代谢生成乙酰化异烟肼而灭活，乙酰化异烟肼又代谢成乙酰化肼，此物质一方面复合生成二乙酰异烟肼，另一方面经CYP450代谢生成具有肝毒性的产物。 与欧洲人和非洲人相比，东方人快代谢发生率较高，体内可

22、产生较多肝毒性物质，从而服用异烟肼后肝脏损伤的可能性也就增大。,2020/7/30,35,CASE 2,肼屈嗪等在人体内均经乙酰化代谢： 应用肼屈嗪后，慢代谢者较多产生抗核抗体和系统性红斑狼疮样反应，其降压作用也明显降低。 应用普鲁卡因胺后，慢代谢者易出现抗核抗体阳性，比快乙酰化者较早发生狼疮，而且发生率也较高。 柳氮磺胺吡碇的副作用如溶血等在慢代谢者中常见。,2020/7/30,36,G6PD(葡萄糖6-磷酸脱氢酶),葡萄糖6-磷酸脱氢酶活性受个体发育的调节，历史上发生过的“灰婴综合症”,便是由于葡萄糖醛酸化反应的缺乏使机体对氯霉素解毒能力差所致。 最近，媒体报道的葛根素引起严重溶血反应，个

23、别导致死亡的病例溶溶时有报道，提示中药注射剂的不良反应值得临床重视，是否与G6PD遗传变异有关值得探讨。,2020/7/30,37,CASE,G6PD遗传变异可使抗疟药引发溶血反应（蚕豆病）,2020/7/30,38,代谢酶 多态性频率 底物 药物不良反应(PMs),表3 临床重要的影响药物应答的II相代谢酶基因多态性,UDP葡萄糖 10-15% 依立替康 腹泻，骨髓抑制 醛酸转移酶,血浆胆碱酯酶 1.5% 琥珀酰胆碱 肌松作用延长,二氢嘧啶 0.1% 氟尿嘧啶 神经毒性 脱氢酶 骨髓毒性,儿茶酚O-甲基 25%(白人) 左旋多巴 胃肠道反应 转移酶,2020/7/30,39,药物转运体与不良

24、反应,转运蛋白在调节药物的吸收、分布和排泄方面起重要作用，其中P糖蛋白(Pgp，P-glycoprotein)的研究最为广泛。 Pgp由多药抗药基因(MDR，multidrug resistance)编码表达的一种ATP依赖性载体蛋白，最初是在对多种药物有抗药性的肿瘤细胞中发现的。 Pgp在分泌组织的腔膜上均有表达，比如在肝细胞胆管面、肠细胞的肠腔面、肾小管细胞的腔膜面、组成血脑屏障的毛细血管腔膜面等。,上海瑞金医院药剂科,2020/7/30,40,作为一种腔膜输出体，它能够依靠能量将异生质(xenobiotic)包括药物(如强心甙、环孢素)从细胞内泵出，排泄到胆汁和尿液，或限制药物从胃肠道吸

25、收。 MDR I呈高度的多态性，最近在白人健康受试者已鉴定出20多种等位基因，但大多数是内含子、沉默子或对Pgp功能无影响的位点的突变，调节MDR I表达和Pgp活性的突变仅有26外显子的C3435T。,2020/7/30,41,CASE,Hoffmeyer等研究发现口服单剂量地高辛后，突变型纯合子血药浓度高出4倍，长期用药突变纯合子血药峰值也较高。 此外，很多Pgp底物同时也是其抑制剂，它们多数是治疗指数窄的药物如化疗药物、环孢素A、维拉帕米、特非那定及大多数HIV-1 蛋白酶抑制剂等。 因此联合用药要注意调整剂量，否则将会导致不良反应的发生，如联合使用奎尼丁(Pgp抑制剂)和地高辛，可使地高辛浓度异常升高，导致恶心、呕吐, 严重的可诱发心律不齐、甚至猝死。,2020/7/30,42,药物受体与不良反应,多数药物(约50%)通过膜受体发挥作用。编码药物受体的基因存在多态性，这将改变药物应答。 5-HT受体基因变异与抑郁症的发生以及镇静药和抗抑郁药的疗效及不良反应有关； 理阿诺碱受体基因突变与吸入麻醉药异氟烷引起的恶性高热(malignant hyperthermia)有关。,上海瑞金医院药剂