糖尿病与基因长沙-孙忠实.ppt

1 国家卫生部全国合理用药监测系统孙忠实2011 6 13 长沙 PharmacogenomicsandPersonalizedMedicineforDiabetes 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3 4倍 US CDC2007 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 18 881 882 2010联合国糖尿病日 中国蓝光行动 3 糖尿病严重威胁人类健康 Source WHOandIDF 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USD156 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 PrevalenceofDiabetesamongMenandWomeninChina 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 居全球之首 第二位为印度 5080万例 WenyingYangetal NEnglJMed2010 362 1090 1101CDS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3 4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 Amylinanalogues 普兰林肽注射液8 肠促胰岛素激素拟似药 Incretinhormonemimetics 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 GlucoseCo TransportInhibitors 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 PresentedbyTrudyN GriffithBSc Pharm Hons 13August2010 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 glycosylatedhemoglobin 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 Pharmaceuticals2010 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2011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 Kahnetal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 2006 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 to22 之间 其范围有极显著差异 P 006 P 001 JAMA2001 286 2270 2279 12 T2DM是多基因 多因素疾病 Nature 2009October8 461 7265 747 753 13 PGx使T2D的药物治疗迈向个体化PharmacogenomicsintypeIIdiabetesmellitusmanagement Stepstowardpersonalizedmedicine 迄今 经全基因组扫描 genome wideassociationscans 和侯选基因 candidategene 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 PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 14 Pharmacogenetics 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 Geneticpolymorphism 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 ExtensiveMetabolizer 占75 85 缺乏代谢型PM 又称慢代谢型 PoorMetabolizer 占5 10 超速代谢型UM UltrarapidMetabolizer 占1 10 中间代谢型IM IntermediateMetabolizer 占10 15 此型介于EM与PM之间 19 Transportersexpressedinthehumanhepatocyte 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 Care1994 17 1100 1109Diabet Med 1994 11 953 960 Metforminisnotwithoutadverseeventssuchasdiarrheaandnauseathatoccurinabout30 ofpatients oramoreseriousbutveryraresideeffect lacticacidosis Despiteanexceptionalefficacyandsafetyprofile severalT2Ds about38 stillfailtoreachglycemicgoalsinmetformintherapy PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 24 临床证明单用二甲双胍易出现继发性失效SecondaryFailureofMetforminMonotherapyinClinicalPractice 作者报告 在2004 2006年间 用二甲双胍共治疗T2D患者1 799例 以7 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HbA1C 7 5 DiabetesCare2010 33 501 506 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 pKa12 4 是有机阳离子转运体 organiccationtransporters 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 Pharmaceuticals2010 3 2610 2646 26 二甲双胍的摄取及其作用机制 LKB aliasofserine threoninekinase11 STK11 PGC 1 peroxisomeproliferatoractivatedreceptor coactivator1 TORC2 targetofrapamycincomplex2 J Clin Invest2007 17 1422 1431 27 涉及二甲双胍的PGx 转运体基因多态性 OCTs Organiccationtransportergene 有机阳离子转运体基因 OCT1 由SLC22A1编码 承载肝摄取 OCT2 由SLC22A2编码 承载肾排泄 MATE Multidrugandtoxinextrusiongene 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 ActaPharm60 387 406 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 V408M 420del G465R R488M 其中标记为兰色者为功能降低的转运体 PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 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 MALArangefromthreetoninecasesper100 000patient years onceitdevelops ithasbeenassociatedwitha50 to75 mortalityrate NEnglJMed 1998 338 265 6 Letter DiabetesCare 1999 22 925 7 Ellenhorn smedicaltoxicology 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 Invest2007 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 Invest2007 17 1422 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 Invest2007 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 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 Pharmaceuticals2010 3 2610 2646 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 P117LandR206C 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22 1 5 JPharmacolExpTher 2010Oct 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 primarysulfonylureafailure Lancet1998 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 secondarysulfonylureafailure Diabet Med 1998 15 297 303 是由于作用于KATP通道的 分别由KCNJ11和ABCC8编码的Kir6 2andSUR1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5 7 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 ADiabetesOutcomeProgressionTrial 表明 单用磺脲类5年失效率 禁食血糖 180mg 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 2427 2443 38 磺脲类降糖机制SchematicRepresentationofthePancreaticBetaCell IllustratingtheRoleoftheATP SensitivePotassium KATP ChannelinInsulinSecretion NEnglJMed2004 350 1838 49 39 影响磺脲类作用的基因多态性 ActaPharm 60 2010 387 406 transcriptionfactor1 TCF1 transcriptionfactor2 TCF2 40 涉及磺脲类的基因多态性 Kir6 2pore 为KATPchannels的亚单位 由KCNJ11gene编码 系SU的靶点 SUR1subunits 为KATPchannels的亚单位由ABCC8gene编码 系SU的靶点 Inactivatingmutationscausethechanneltobeclosedandthusthe cellstoover secreteinsulin causinghyperinsulinaemichypoglycaemia Activatingmutationscausethe celltobeunresponsivetoglucoseandthereforeareacauseofneonataldiabetesmellitus NDM TCF7L2 直接影响SU的疗效 CYP2C9 CYP2C19 SU的代谢 HNF1 60 387 406 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CT 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AC 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 Arecentpopulation basedstudyofincidentsulfonylureausersfoundthatType2diabetespatientswithCYP2C9 2 2 2 3or 3 3genotypeswere3 4 timesmorelikelytoachieveatreatmentHbA1coflessthan7 comparedwithCYP2C9wild typehomozygotes Furthermore patientswithatleastonecopyoftheCYP2C9 2or 3allelewerelesslikelytoexperiencesulfonylureamonotherapytreatmentfailureClin Pharmacol Ther 2009 87 1 52 56 43 CYP2C9基因多态性显著增加磺脲类的ADR CYP2C9polymorphismsmayalsoserveasusefulpredictorsofadverseeffects Forexample adifferentstudyshowedthatsulfonylurea treatedpatientswhopossessedtheCYP2C9 3 3or 2 3genotypehad5 2 timestheoddsofaseverehypoglycemiceventthantheotherCYP2C9genotypegroups Br J Clin Pharmacol 2005 60 1 103 106 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 ActaPharm2010 60 387 406 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CYP2C19PM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 CI2 5 4 7 P 0 01 其半衰期也从15 1h延长至44 5h P 0 01 相似的差别 在多剂量研究时也同样存在 携带CYP2C19PM的患者与携带野生型CYP2C9 1 1的患者相比 AUCss AUC0 andCmax分别增加3 4倍 95 CI2 9 4 0 4 5倍 95 CI3 8 5 4 和2 9倍 95 CI2 4 3 4 P 0 01 其半衰期也从13 5h延长至24 6h P 0 01 47 格列苯脲与CYP2C9基因多态性 glyburideglyburide 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 ActaPharm 2010 60 387 406近期Zeller等提岀将格列苯脲淘汰岀局 因显著增加AMI死亡率 是否与患者基因变异相关 JCEM2010 95 4993 5002 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 ThereareseveralotherKCNJ11variants whichincludeF333I F35V R201H R201C Q52R I296L L164P G53S G53R andABCC8variants whichincludeI182V H1023Y I1424Y F132L PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 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 GeneticsofDiabetesAuditandResearchTayside study 方法 1997 July2006 901例口服磺脲类 945例口服二甲双胍 研究转录因子7 相似物2 Transcriptionfactor7 like2 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3 12个月后HbA1C 7 Diabetes56 2178 2182 2007 53 磺脲类与TCF7L2的变异 结果 携带rs12255372T T等位基因的患者与携带rs12255372G G的患者相比 无效率的Oddsratio OR 为1 95 95 CI1 23 3 06 P0 005 如以基线HbA1C相比 则OR为2 16 95 CI1 21 3 86 P 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 Diabetes56 2178 2182 2007 54 涉及格列奈类 二甲双胍 噻唑烷二酮的基因多态性 ActaPharm 60 2010 387 406 55 涉及格列奈类的基因多态性 CYP2C9其基因变异有CYP2C9 3CYP2C8其基因变异有CYP2C8 3SLCO1B1 solutecarrierorganicaniontransporterfamily member1B1 其基因变异有521TT 521TC 521CCOATP 其基因变异有OATP1B1IGF2BP2 insulin likegrowthfactor2mRNAbindingprotein2 Pharmaceuticals Basel 2010August1 3 8 2610 2646PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 56 PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 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可减少格列奈类的清除 而CYP2C8 3则增加格列奈类的清除 MolDiagnTher 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120mg时 MolDiagnTher 2007 11 5 291 302 59 SLCO1B1基因多态性对格列奈类的影响 SLCO1B1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 heterozygousgenotype rs1801282 Pro12Ala 和homozygousgenotype Pro12Pro lipoproteinlipasegene 其基因变异有S447S和S447XCYP2C8gene 其基因变异有CYP2C8 1 3CYP2C8 3 3ACDCgene adipocyteC1qandcollagendomain containing ACDC gene 编码adiponectin其基因变异有SNP45 SNP276 SNP11377SLCO1B1 solutecarrierorganicaniontransporterfamily member1B1 其基因变异有521TT 521TC 521CCADIPOQ 其基因变异有rs1501288和rs2241766PGC 1 PPAR coactivator 其基因变异有Thr394和Gly482Pharmaceuticals Basel 2010August1 3 8 2610 2646PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 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 45mg d 26weeks 25 0 空腹血糖降低不超过10 12 患者HbA1c仅降低0 5 1 0 TheJournalofClinicalEndocrinology26 825 831 62 ACDC S447S基因多态性对TZDs的影响 PharmacogenomicsandPersonalizedMedicine2009 279 91 63 脂蛋白酯酶 LDL 基因多态性对TZDs的影响 研究发现 中国T2D患者服用吡格列酮 如携带纯合子S447S 其达标率较携带其他基因多态性者更高 反之如携带S447X 则达标率较携带S447S患者降低 1 2 提示检测LPL基因多态性可预测吡格列酮的疗效 64 脂联素ADIPOQ等位基因对罗格列酮疗效的影响 Pharmaceuticals Basel 2010Aug1