药物代谢动力学论文

遗传药物代谢动力学遗传药物代谢动力学 摘要：药物作用的差异有些是由遗传因素引起的，研究遗传因素对药物反应影响的学科称 之为遗传药理学（pharmacogenetics） ，它是药理学与遗传学相结合发展起来的边缘学科。 遗传药理学(pharmacogenetics)是研究临床药物治疗中个体反应差异的遗传学因素的学科,认 为遗传多态性可引起不同个体在服用药物时的药理学及毒理学的不同效果,从而引起药物治 疗效果的差异。药物的体内代谢是一个随时间变化的动态过程,它对药物作用的长短、强弱 和毒性有很大的影响。由于进化和环境因素的影响,药物代谢存在明显的遗传变异。影响药 物动力学和个体差异的因素有遗传、疾病、年龄和环境因素,但起决定作用的是遗传因素。 关键词：遗传，药理学，代谢动力学，变异 1. 药物代谢的遗传药理学 参与药物代谢的各种酶都是通过基因和基因产物来调节。这样,在药物代谢过程中,遗传 因素是引起个体变异的决定因素。药物代谢酶的基因突变常导致酶活性降低、缺失、甚至 失活。具有临床意义的多态性通常是和药物氧化代谢酶,即异喹胍 4-羟化酶(CYP2D6)1、美 芬妥因 4c-羟化酶(CYP2C19)24、N-乙酰转移酶和 S-甲基转移酶5的变异有关。 1.1 药物氧化的多态性 CYP2D6 能代谢多种临床用药,它的一个突出特点是遗传多态性, 7%10%的白种人由于无效的等位基因而成为弱代谢者(poor metabolizer, PM)。CYP2D6 的遗 传多态性有助于明某些药物间的相互作用及耐受性。已知 CYP2D6 的基因型与 CYP2D6 代谢 依赖性药物的口服清除率之间有着密切的联系。研究表明纯合子强代谢者(extensive me- tabolizer, EM)口服安定类药物奋乃静的清除率是 PM 个体的 3 倍06。口服 CYP2D6 依赖性 药物时,CYP2D6 的基因鉴定是确定给药方案的重要参数。Romkes 等还发现 CYP2D6 的高活 性和 CYP3A4 的低活性与 p53PR6 抑癌基因的突变关系密切,对膀胱癌的发展有促进作用07。 CYP2C19 在药物代谢中同样具在遗传多态性,其 PM 表型的频发率存在明显的种族差异,大约 2% 6%的白种人个体是 PM 表型,而亚洲人的频发率为 14%22%。由 CYP2C19 代谢的药物 在 PM 中具有较高的血浆药物浓度,因此,CYP2C19 代谢的药物可能是某些病人产生蓄积和毒 性反应的原因之一。 Andersson08等对健康瑞典人和中国人奥美拉唑的代谢进行了研究。口服 20mg 单剂 量奥美拉唑,瑞典人和中国人的 CYP2C19 PMs 中,奥美拉唑的 AUC 明显高于 EMs;尽管瑞典人 和中国人的 PMs 之间 AUC 无显著差异,但 EMs 之间具有明显的种族差异。中国人 EMs 中 AUC 是瑞典人 EMs 的 3 倍,这可能是由于中国人含有高比例的杂合子。 1.2 S-甲基化多态性 S-甲基化是许多巯基药物的一条重要代谢途径。硫甲基转移酶 (thiomethyltransferase, TMT)和巯嘌呤甲基转移酶(thio purine methyltransferase, TPMT)参与 S-甲基化。TPMT 是一种胞浆酶,它主要催化芳香类药物和含杂环的巯基药物的 S-甲基化; TMT 是一种膜结合酶,主要催化脂肪族巯基药物。TPMT 具有遗传多态性,Weinshilboum 等对 298 名受试者进行了研究,发现其中 88.6%有高的红细胞 TPMT 活性,11.1%为中等活性,仅 0.3%显示极低活性。当病人经巯嘌呤和硫唑嘌呤治疗后,发现病人的骨髓抑制和红细胞内的 低 TPMT 活性之间有显著相关,而低 TPMT 活性的病人通常含有高水平的 6-巯鸟嘌呤核苷酸 (6-thioguanine nucleotide, 6-TGN)。这样,由于代偿性作用,低 TMPT 活性和高水平 6-TGN 容易 增加巯嘌呤诱发骨髓抑制的危险性。TMT 同样具有遗传多态性。研究表明,脂肪族巯药物, 如 巯甲丙脯酸和右旋青霉胺,它们的 S-甲基化个体差异与其遗传变异相关。 1.3 非典型丁酰胆碱酯酶丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase)遗传变异的病人,经常规 剂量的神经肌肉阻断剂治疗后,病人出现长期瘫痪和损害性酯水解09。Lockridge(1992)报道,神 经肌肉阻断剂反应异常的病人通常表现为高频率的遗传变异,这种遗传变异是非典型丁酰胆 碱酯酶的变异,常发生在杂合子人群中,白种人的频发率为 1P3 500。调节丁酰胆碱酯酶的遗 传等位基因是一种罕见的遗传变异。几种人类酶,包括芳香酯酶和乙酰胆碱酯酶可能参与了 酯类药物的水解。研究证明,不仅丁酰胆碱酯酶具有遗传变异,而且芳香酯酶也具有遗传变异,但 人体内乙酰胆碱脂酶不存在任何遗传变异。 2. 遗传药理学基本概念 DNA 是遗传信息的载体分子，一切遗传性状的传递都依靠 DNA 分子的忠实拷贝和 传递，DNA 编码人体内蛋白质的分子结构，以含有嘌呤和嘧啶碱基对的双螺旋结构存在于 细胞核中。动物和人类细胞的 DNA 绝大部分都在细胞核内，和特定蛋白分子结合，以染 色质（chromatin）的形式存在。在细胞有丝分裂前期，染色质在组蛋白作用下螺旋、折叠， 构建成染色体（chromosome） 。位于一条染色体上特定位置或座位的一段 DNA 序列组成 称为基因（gene） ，是遗传密码的一个单位；基因组（genome）则是指一种生物的细胞中 所带有的全部遗传信息。每个基因在染色体上都有特定的位置，称为位点或基因座 （locus） ，同源染色体在对应位点上决定同一遗传性状的基因称为等位基因（allele） 。一个 人的一对等位基因可以相同（AA，aa） ，也可以不同（Aa） ，前者称为纯合子 （homozygote） ，后者称为杂合子（heterozygote） 。对于个体来说，某个位点的基因组成称 为基因型（genotype） ，其表现出的个体中所能被看到的遗传性状（包括结构和功能）统称 为表现型（phenotype）101 遗传性（heredity）是保证各种不同生物体稳定延续的基础，但生物体同时具有变异 性（variability） ，是生物体进化发展的前提条件。当 DNA 分子的核苷酸顺序自发的或是在 化学成分、辐射等因素诱发下发生改变，称为基因突变（genemutation） ，发生突变的频率 高于 1%时称为 DNA 分子的多态性（polymorphism） ，低于 1%时称罕见基因。在人类进 化过 程中，正是因为 DNA 的不断变异，不断积累，使得个体间的基因组表现出微小的差异， 呈现出多态现象，并最终导致了个体差异。其中，单核苷酸多态性（single nucleotide poly- morphism，SNP）是人类基因或等位基因变异最常见的类型，主要是指基因组水平上由单 个核苷酸的变异所引起的 DNA 顺序多态性，占所有已知多态性的 90%以上。相当一部分 SNP 直接或间接地与个体间的表型差异、机体对疾病的易感性和对药物的反应有关，因此， 对 SNP 的研究尤其受到研究者的关注。基因多态性出现时主要有三种不同的命名方法， 第 1 种是用数字代表发生替换的单核甘酸的基因座，数字前的字母代表野生型（基因座上 最常见的核苷酸） ，数字后则代表突变的核苷酸。如 A118G SNP，意思是在 118 碱基对上 的腺嘌呤核苷酸（A）被鸟嘌呤核苷酸（G）取代。第 2 种是用发生相互转换的氨基酸的 3 个字母缩写来标记。如 Asp70Gly，意思是蛋白质中第 70 个氨基酸甘氨酸被天冬 氨酸所取代。第 3 种是对等位基因进行标记。如 CYP2D6*5，是指位于细胞色素 P450 酶 （CYP450）2D6 上的第 4 个变异体11。另外在遗传药理学中还将基因型分为野生型和突 变型进行描述，野生型指在野生群体中观察到的最高频率的表型，又为正常型，其他基因 型则称之为突变型。值得说明的是目前许多多态性的命名十分混淆，尚缺乏标准公认的缩 写方法。 3 遗传药理学在个体化用药中的应用进展 药物反应的遗传变异是机体分子水平改变的结果,例如在药物代谢酶、药物受体和药物 转运蛋白水平上的基因缺失、单核苷酸多态性(SNP)或基因拷贝重复等等。目前,大多数遗 传药理学研究集中在基因变异对药物代谢酶表达与功能影响等方面,而对药物受体和药物转 运蛋白的遗传药理学研究还比较少。 3.1 药物代谢酶 3.1.1 CYP2D6 细胞色素 P4502D6(CYP2D6)酶又称异喹胍羟化酶,在人体内负责催化一 大批临床治疗药物(包括许多心血管药物和中枢神经系统药物)的生物转化。迄今已发现与 CYP2D6 有关的 50 多处突变和 70 多个等位基因,其中许多可导致慢代谢表型(PM)的出现。 不同 CYP2D6 等位基因的频率存在着种族差异。例如,白种人 PM 发生率为 5%10%10,而中 国人仅为 1%左右5。相反,中国人却存在着约 36%酶活性下降的中速代谢者(IM),其分子机 制为存在着催化活性下降的 CYP2D6*10 等位基因,频率在中国人中间高达 58%8。除了基 因多态性之外,其他因素也对 CYP2D6 介导药物代谢的个体差异产生影响。如该酶可受某些 药酶抑制剂如奎尼丁和氟西丁的影响。如普罗帕酮在体内主要为 CYP2D6 代谢,我们发现其 对映体药动学参数(AUC)受酶抑制剂氟西丁影响发生明显改变12。 3.1.2 CYP2C19 CYP2C19 亦是多态性表达的 P450 酶,主要代谢 S-美芬妥因 4c-位羟化 反应。CYP2C19*2 等位基因在亚裔人(25%)的出现频率大于白种人(13%)。而 CYP2C19*3 频 率亚裔人为 8%,但白种人小于 1%13。表达上述两种/无效 0 等位基因的纯合子病人,对某 些药物如地西泮、普萘洛尔和阿米替林,以及质子泵抑制剂奥美拉唑高度敏感。有研究证实 奥美拉唑的药动学和药效与 CYP2C19 的基因多态性存在着相关性。具有 CYP2C19*2 和 CYP2C19*3 变异的病人,其奥美拉唑的血浆浓度较高,药理作用较强(表现为血浆胃泌素浓度下降)。具 有单个变异等位基因或具有 2 个正常等位基因的病人,也许较那些纯合子变异的病人需要较 高剂量的奥美拉唑才能起效14。 3.1.3 其他 具有多态性的其他药物代谢酶包括 CYP2C9 和 N-乙酰化酶(NAT1 和 NAT2)。 CYP2C9*2 和 CYP2C9*3 在白种人的基因频率(7%10%)较亚裔人(3%)高得多15。该基因突 变导致一大批 CYP2C9 药物底物代谢的损害,其中包括华法林、苯妥英钠、甲苯磺丁脲和双 氯芬酸。NAT1/T2 多态性的慢乙酰化表型与异烟肼诱发的外周神经炎、肼屈嗪诱发的狼疮、 磺胺类诱发的过敏反应、染料诱发的膀胱癌等有关16。 3.2 药物靶目标和受体 与药物代谢酶相比,有关药物靶目标和受体的基因多态性目前知之甚少。然而,有证据 表明,B2-肾上腺素受体(B2-AR)在人体内呈多态性表达,导致哮喘病人对某些药物反应的个 体差异。例如,B2-AR 编码区域密码子 16 呈多态性(Gly-16yArg-16)。当与 Gly-16 纯合子 携带者相比较,Arg-16 纯合子和杂合子携带者对 B2 受体激动剂沙丁胺醇的反应分别强 5.3 和 2.3 倍。类似的结果在哮喘患儿和正常儿童中也有出现17。因此,目前研究的一个热点 是,某些患严重哮喘的病人进行基因测定是否有临床意义。 参考文献 01 Meyer JW, Woggon B, Baumann P,et al. 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C l i n P h a r m a c o l T h e r,1 9 9 9,6 6 ( 5): 5 1 6. 1 3 W e d l u n d P J.T h e C Y P 2 C 1 9 e n z y m e p o l y m o r p h i s m J. P h a r m a - o l o g y,2 0 0 0,6 1:1 7 4. 1 4 F u r u t a T,O h a s h i K,K a m a t a T,e t a l.E f f e c t o f g e n e t i c d i f f e r - e n c e s i n o m e p r a z o l e m e t a b o l i s m o n c u r e r a t e s f o r H e l i c o b a c t e r p y - l o r i i n f e c t i o n a n d p e p t i c u l c e r J. A n n I n t e r n M e d,1 9 9 8,1 2 9:1 0 2 7. 1 5 M i n e r s J O,B i r k e t t D J.C y t o c h r o m e P 4 5 0 2 C 9:a n e n z y m e o f m a -