药剂科讲座20090227

药物反应个体差异的遗传背景,雷艳青,内容提要,背景 现状 小结,背景,药物疗效和不良反应的个体差异临床药物治疗过程中的普通现象，困扰临床医生和患者的主要难题之一药物反应个体差异体现在药动学药效学,药动学：药理学的一个分支学科， 全名是药物代谢动力学 。主要研究机体对药物的处置的动态变化。 包括药物在机体内的吸收、分布、代谢及排泄的过程。 药效学：药效学研究主要指对药物药理作用的观测和作用机理的探讨。,药物反应个体差异原因,环境因素；遗传因素*； 药物代谢酶 药物转运体 药物作用受体或靶点,研究进展（三）,遗传药理学和药物基因组学的研究进展表明：药物代谢酶、转运体和受体（药物作用靶点）的遗传变异是造成个体药物反应差异的主要原因。,PART ONE药物代谢酶,药物代谢酶：1、酶是由活细胞产生的生物催化剂，本质为蛋白质，具有高度专一性和高效的催化作用。 2、药物代谢酶：可以引起药物代谢活性变化，从而改变药物血中浓度，乃至影响药物的药理作用的催化酶。它是药物治疗、药物间相互作用以及个体化最佳治疗方面的重要酶。,药物代谢酶（一）,早在20世纪50年代Wemek即已提出：药物代谢酶的遗传多态性(genetic polymorphisms)与治疗药物的药效相关。遗传多态性： SNP，Haplotype，Diplotype, ect.,药物代谢酶（二）,CYP450同工酶；N一乙酰基转移酶(NAT)；硫嘌呤-S-甲基转移酶(TPMT)；酯酶(esterase)；醇脱氢酶(ADH)等。,药物代谢酶（三）,CYP450广泛存在于生物体内，已知CYP450基因家族有4千种以上，参与多种药物和外源性化合物的代谢。根据CYP450基因编码蛋白质的相似程度，可分为不同亚家族；参与生物转化的主要是CYP1、CYP2和CYP3亚家族。其中CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1和CYP3A4/5与体内药物代谢尤为密切相关，其中CYP2C19, CYP2D6, CYP2C9等的基因多态性与药物个体反应差异有很大关联。,CYP2C19,CYP2C19在中国人群中呈两态： EM: Extensive Metabolizer; PM: Poor Metabolizer.突变型纯合子病人，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等更敏感。,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CYP2C19突变等位基因频率高于欧洲人，相应PMs也较多，所以使用安定类药物时要注意剂量的调整。,CASE 2,研究证实奥美拉唑的药动学和药效学与CYP2C19的基因多态性存在着明显相关性。具有CYP2C19*2和2C19*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)。,CASE 2,研究表明以奥美拉唑(20 mg/日，6 8周)和阿莫西林(2000 mg/日，2周)联合治疗胃和十二指肠溃疡：CYP2C19 突变纯合子的治愈率(100%)；CYP2C19野生型纯合子的治愈率为29%；杂合子为60%；个体对药物的代谢存在基因剂量效应。,CASE 3,消化性溃疡临床治疗效果不佳的患者中 CYP2C19强代谢者（EM）占较高比例，而在治疗效果较好的患者中强代谢者所占比例极少。对消化性溃疡治疗效果不佳的患者，可以根据其CYP2C19基因型来选择治疗药物的种类和调整药量。,CYP2D6 （一）,CYP2D6：又称异喹胍羟化酶, 仅占肝脏总CYP450的1%2%。催化药物达80多种，包括-受体阻滞剂、抗心律失常药及中枢神经系统药物如可待因、氟伏沙明、帕罗西汀、利醅酮、文拉法新、西酞普兰、舍曲林、氟西丁等的生物转化。,CYP2D6 （二）,CYP2D6基因多态性：50多处突变；70多个等位基因，PM (poor metabolizer)；IM (intermediate metabolizer)；EM (extensive metabolizer)；UEM (Ultra-extensive metabolizer),CYP2D6 （三）,不同CYP2D6等位基因的频率存在着种族差异:白种人PM 发生率为5-10，中国人小于 1。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，该等位基因频率在中国人中间高达58%,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,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。,氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响,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。CYP2C9*2、*3基因编码的酶其催化活性下降（812)CYP2C9*2和2C9*3在白种人的基因频率(7%10)较亚裔人(3)高得多。该基因突变导致许多CYP2C9药物底物代谢的改变，其中包括华法林、苯妥英钠、吉非诺齐、甲苯磺丁脲和双氯芬酸等。,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。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)的几率是随机对照组的5.97倍, 出血并发症的比率是对照组的3.48倍。,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。,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 0.01)；其中：47%的突变基因携带者，所需维持剂量300 mg/d；研究者建议，对患者进行基因分型，并在此基础上调整药物剂量，将有助于降低与苯妥英血药浓度相关的不良反应。,CASE 3,NAT,NAT1：主要分布在RBC和LC中，催化对氨基水杨酸和对氨基苯甲酸等的乙酰化代谢；NAT2：主要分布在肝组织中，为肝细胞胞质药物代谢酶，呈多态性催化20多种肼类化合物及具有致癌性的芳香胺或杂环胺类化合物的氮位乙酰化,NAT2,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%。,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。,CAES 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。,PART TWO药物转运体,药物转运蛋白,ABC（ATP-binding cassette)超家族；有机阴离子转运多肽 （ OATP, organic anion transporting polypeptide)；寡肽转运蛋白（PEPT）；核苷转运蛋白；氨基酸转运蛋白；葡萄糖转运蛋白；维生素转运蛋白；,ABC超家族,ABC(ATP-binding cassette)超家族是一种由多种转运体组成的、在机体内广泛表达的大家族。人类ABC转运体由7个亚家族（ABCAABCG）组成，在人体已有48种ABC转运体被鉴定。目前研究较多的主要是ABCB（P-gp）、ABCC（MRP）和ABCG（BCRP）。,P-gp结构示意图,MDR1编码, 1280aa, 170KD,P-gp功能示意图,P-gp,很多临床常用药物都是P-gp的底物。 P-gp是影响体内药代动力学和药物相互作用的重要蛋白。,MDR1与药效学,抗肿瘤治疗：使用阿霉素、长春新碱和依托泊苷等化疗后的急性淋巴细胞性白血病患儿中，3435TT或3435CT型患儿比3435CC型患儿的中枢神经系统复发的危险性低；癫痫耐药：3435CC型个体在癫痫耐药患者中的比例远较其在药物敏感者中所占的比例高，3435TT型个体在痫耐药患者和药物敏感者中所占比例正好相反,MDR1与药效学,Fellay等发现：相对于3435CT或3435CC型患者来说，3435TT型艾滋病患者在进行6个月的抗病毒治疗后，3435TT型患者的CD4阳性细胞数量显著升高，幼稚CD4细胞也得到了最佳恢复。,P-gp与相互作用,此外，很多P-gp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(P-gp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。,P-gp and BBB,P-gp表达和转运功能的差异可以影响个体药物或毒物透过BBB的能力和程度：Abcb1a 缺失的转基因小鼠奥氮平脑内浓度较野生型小鼠高3倍 （Neuropsychopharmacology 2006;29:551-557)3435CC型个体更容易产生抗癫痫药耐药； （New Eng J Med 200;348:1442-1448),MRP,1, 2, 3, 6,4, 5,MRP2 and BBB,癫痫耐药患者病灶内皮细胞MRP2过度表达 （Epilepsia 2003；42:15011506）丙磺舒可以明显增加苯妥英钠脑细胞外液浓度MRP2基因敲除小鼠脑内苯妥英钠浓度显著高于普通小鼠；丙磺舒可以显著增强癫痫模型小鼠苯妥英钠的抗癫痫活性；（JPET 2005；306:124131）,MRP2研究难点,很多底物与OATP转运底物重叠，所以单独研究MRP2难以得出准确结果；MRP2对底物经胆道排泄的作用不容忽视，研究时应该一并考虑；为明确MRP2的体内作用，最好的方法是将底物进行同位素标记；,PART THREE药物作用受体或靶点,药物作用靶点,-肾上腺素受体；血管紧张素受体（ATR）;多巴胺受体；5-HT；阿片受体；胰岛素受体等；,药物作用靶点,大量的研究表明：药物受体基因多态性影响与之反应的特异性药物的作用，受体的多态性改变它们对-受体激动剂的敏感性，如携带-2受体突变等位基因Gly16的哮喘病人对沙丁胺醇的反应性降低。D2受体的突变可导致抗精神病药物的疗效不佳甚至无效；,-肾上腺素受体,1-AR： Ser49Gly; Gly389Arg; 2-AR：Arg16Gly; 3-AR： Trp64Arg;,1-AR对美托洛尔PD影响,健康人服75、150和225 mg美托洛尔一天后： Arg389受试者静息心率、运动心率、收缩压减低的程度明显高于Gly389型受试者。 Clin Pharmacol Ther 2003;74:372-379患者服用美托洛尔612月后： Arg389和Gly49型个体心功能改善和LVEF增加程度较Gly389和Ser49更为明显。 Clin Pharmacol Ther 2006;80:23-32,血管紧张素受体（ATR）,ACE16号内含子有插入基因型患者比具有缺失基因型患者对依那普利降低蛋白尿和血压的效果反应要好。ATR基因A1166C多态性与个体对血管紧张素的反应性及多数降压药的治疗效果有关。,多巴胺受体,D1-D5，每种亚型存在多