基因检测与糖尿病

1、1 国家卫生部国家卫生部 全国合理用药监测系统全国合理用药监测系统 孙忠实孙忠实 2011,6,13,长沙长沙 Pharmacogenomics and Personalized Medicine for Diabetes 药物基因组学与糖尿病个体化给药药物基因组学与糖尿病个体化给药2WHO: :控制糖尿病控制糖尿病, ,刻不容缓刻不容缓糖尿病糖尿病(T2D)是四大非传染病之一是四大非传染病之一,是仅次于心脑是仅次于心脑血管疾病和癌症的第三位死亡原因血管疾病和癌症的第三位死亡原因;全球每全球每9秒钟就有秒钟就有1人死于糖尿病人死于糖尿病,每年约死亡每年约死亡400万人万人,失明约失明约1500

2、万人万人;使心脏病与脑卒中增加使心脏病与脑卒中增加34倍倍(US ,CDC 2007);仅仅2010年全球为此支出年全球为此支出3,780亿美元亿美元,占全球支出占全球支出的的12%!钱荣立钱荣立 中国糖尿病杂志中国糖尿病杂志2010;18:8818822010联合国糖尿病日联合国糖尿病日;中国蓝光行动中国蓝光行动3糖尿病严重威胁人类健康糖尿病严重威胁人类健康Source: WHO and IDF20002030死亡死亡 3+ million截肢截肢 1+ million肾衰肾衰 500,000+失明失明 300,000+医疗开支医疗开支 USD 156+ billion糖尿病每年给全球带来的

3、巨大损失糖尿病每年给全球带来的巨大损失全球糖尿病患者（百万）全球糖尿病患者（百万）4中国糖尿病患者居全球之首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中国成年人中糖尿病发病率为9.7%(远高于全远高于全球平均患病率球平均患病率6.4%),现有患者现有患者9,240万例万例,约占全球约占全球糖尿病患者糖尿病患者1/3,居全球之首居全球之首,第二位为印度第二位为印度,5080万万例例;Wenying Yang etal. N Engl J Med 2010;362:1090-1101C

4、DS与与IDF联合调研结果指出联合调研结果指出:我国糖尿病治我国糖尿病治疗费用每年高达疗费用每年高达1,734亿元亿元(约约250亿美元亿美元),是非糖是非糖尿病人的尿病人的34倍倍;占全国医疗总支出的占全国医疗总支出的13%!2010,11,14第第4个联合国糖尿病日个联合国糖尿病日IDF主席主席Mbanya报告报告5全球现有十一大类抗糖尿病药全球现有十一大类抗糖尿病药1,胰岛素及其衍生物胰岛素及其衍生物;2,磺脲类磺脲类;3,双胍类双胍类;4,噻唑烷二酮类噻唑烷二酮类;5,-糖苷酶抑制剂糖苷酶抑制剂;6,格列奈类胰岛素促泌剂格列奈类胰岛素促泌剂(Meglitinides);7,胰岛淀粉样肽

5、胰岛淀粉样肽(Amylin analogues);普兰林肽注射液普兰林肽注射液 8,肠促胰岛素激素拟似药肠促胰岛素激素拟似药(Incretin hormone mimetics);艾塞那肽注射液艾塞那肽注射液9,二肽基肽酶二肽基肽酶抑制剂抑制剂(DPP4-I);西他列汀西他列汀10,胰高血糖素样肽受体激动剂胰高血糖素样肽受体激动剂(GLP-1);利拉鲁肽利拉鲁肽11,钠钠-葡萄糖共同转运体抑制剂葡萄糖共同转运体抑制剂(Sodium-Glucose Co-Transport Inhibitors; SGLTs-I )。注注:黄色标记药物系目前认为与基因多态性密切相关者黄色标记药物系目前认为与基因

6、多态性密切相关者6 当前当前T2D的控制率仅约的控制率仅约40%,而而T2D 却占全部糖尿病患者的却占全部糖尿病患者的90%95%! Presented byTrudy N. Griffith BSc. Pharm (Hons)13 August 20107服用降糖药的患者服用降糖药的患者40%未能达标未能达标尤其是单一药物尤其是单一药物!过去的过去的10年年,约约40%T2D患者的患者的糖化血红蛋白糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin ,HbA1c) 未能达到未能达到 Val突变病人的有效率降低罗格列酮PPAR PPAR Pro12Ala突变者疗效更佳易发生药源性水肿

7、瑞格列奈OATP1B1SLCO1B1 T521CAUC增高CYP2C8CYP2C8*3AUC和Cmax降低40%那格列奈OATP1B1SLCO1B1 T521CCmax和AUC 增高CYP2C9CYP2C9*3血浆清除率下降发生低血糖的机率增高涉及降糖药的涉及降糖药的PGx21为什么有些人应用二甲双胍无效为什么有些人应用二甲双胍无效? ?FDA;199522 二甲双胍是治疗二甲双胍是治疗T2D的一线药物的一线药物减少肝糖的输出减少肝糖的输出增加胰岛素敏感增加胰岛素敏感降低降低LDL和和TG降低降低C反应蛋白反应蛋白减轻体重或保持减轻体重或保持不引发低血糖风险不引发低血糖风险可引发恶心痉挛及腹泻

8、可引发恶心痉挛及腹泻罕见乳酸中毒罕见乳酸中毒禁忌证禁忌证:CHF,肾功不良肾功不良,80岁老人岁老人!23 在服用二甲双胍的患者中在服用二甲双胍的患者中,有有35-40%禁食血糖水平未达标禁食血糖水平未达标!Diabet. Care 1994, 17, 1100-1109Diabet. Med. 1994, 11, 953-960Metformin is not without adverse events such as diarrhea and nausea that occur in about 30% of patients; or a more serious but very ra

9、re side effect, lactic acidosis. Despite an exceptional efficacy and safety profile, several T2Ds (about 38%) still fail to reach glycemic goals in metformin therapy.Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 799124临床证明单用二甲双胍易出现继临床证明单用二甲双胍易出现继发性发性失效失效Secondary Failure of Metformin Monotherapy

10、 in Clinical Practice作者报告作者报告,在在20042006年间年间,用二甲双胍共治用二甲双胍共治疗疗T2D患者患者1,799例例,以以7%!注注:继发性失效定义继发性失效定义 1,需加用或换用第二种降糖药需加用或换用第二种降糖药; 2,随后的随后的HbA1C7.5%。 Diabetes Care 2010;33:50150625二甲双胍在体内的转运二甲双胍在体内的转运二甲双胍为一亲水性有机阳离子二甲双胍为一亲水性有机阳离子(pKa 12.4) ,是有是有机阳离子转运体机阳离子转运体(organic cation transporters ;OCTs)包括包括OCT1, O

11、CT2的底物的底物, OCT1主要在肝细胞表达主要在肝细胞表达, OCT2则在肾细胞中表达则在肾细胞中表达,二者分別将二甲双胍转运二者分別将二甲双胍转运至肝细胞内和肾脏上皮细胞内至肝细胞内和肾脏上皮细胞内.Pharmaceuticals 2010;3:2610-264626二甲双胍的摄取及其作用机制二甲双胍的摄取及其作用机制LKB, alias of serine-threonine kinase 11 (STK11);PGC-1, peroxisome proliferator activated receptor coactivator 1 ;TORC2, target of rapamy

12、cin complex 2.J. Clin. Invest 2007:17:1422-143127涉及二甲双胍的涉及二甲双胍的PGx转运体转运体基因多态性基因多态性 OCTs :Organic cation transporter gene(有机阳离子有机阳离子转运体基因转运体基因)OCT 1: 由由SLC22A1编码编码,承载肝摄取承载肝摄取;OCT 2: 由由SLC22A2编码编码,承载肾排泄承载肾排泄; MATE :Multidrug and toxin extrusion gene(多药与毒素外排基因多药与毒素外排基因)MATE1:由由SLC47A1编码编码,承载从肝细胞转运承载从肝细

13、胞转运至胆汁至胆汁;MATE2:由由SLC47A2编码编码,承载肾排泄承载肾排泄.Acta Pharm 60;38740628OCTs的表达及其基因多态性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主要在肝细胞和肠上皮细胞表达,介导二甲双胍介导二甲双胍在这些细胞的摄取在这些细胞的摄取; OCT2,主要在远端肾小管细胞表达主要在远端肾小管细胞表达,介导、促进包括二介导、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的变异已知有的变异已知有12个个: S14F, R61C, F160L,S189L, G220V, P341L

14、, R342H, G401S, V408M, 420del,G465R, R488M,其中标记为其中标记为兰色者为功能降低的转运体兰色者为功能降低的转运体。Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 799129为什么二甲双胍必需个体化给药为什么二甲双胍必需个体化给药?应用最广泛应用最广泛;在美国处方量排名前在美国处方量排名前15位位!治疗指数窄治疗指数窄;为多因素病为多因素病;疗效差异大疗效差异大;有的有效有的有效,有的无效有的无效,有的甚至发生乳酸中毒有的甚至发生乳酸中毒!(MALA range from three to nine

15、cases per 100,000 patient-years) once it develops, it has been associated with a 50% to 75% mortality rate. N Engl J Med. 1998; 338:265-6. Letter; Diabetes Care. 1999; 22:925-7. Ellenhorns medical toxicology: 1997;728-731. 在肝脏起效在肝脏起效;转运体或肝功能影响很大转运体或肝功能影响很大主经肾排泄主经肾排泄;转运体或肾功能影响很大转运体或肾功能影响很大30OCT1等位基因对

16、二甲双胍摄取的影响等位基因对二甲双胍摄取的影响*P 180 mg/dl)高达高达34%,而罗格列酮为而罗格列酮为15%;二甲双胍为二甲双胍为 21% ; UKPDS试验表明试验表明,每年约有每年约有1%服用磺脲类的患者服用磺脲类的患者发生严重低血糖发生严重低血糖!. N. Engl. J. Med. 2006;355(23):2427244338磺脲类降糖机制磺脲类降糖机制Schematic Representation of the Pancreatic Beta Cell, Illustrating the Role of the ATP-Sensitive Potassium(KATP)

17、 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影响磺脲类作用的基因多态性Acta Pharm. 60 (2010) 387406transcription factor 1 (TCF1 transcription factor 2 (TCF2)40涉及磺脲类的基因多态性涉及磺脲类的基因多态性 Kir6.2 pore : 为为KATP channels的亚单位的亚单位,由由KCNJ11 gene编编码码,系系SU的靶点的靶点; SUR1 subunits:为为KATP channels的亚单

18、位由的亚单位由ABCC8 gene编编码码, 系系SU的靶点的靶点;Inactivating mutations cause the channel to be closed and thus the -cells to over-secrete insulin, causing hyperinsulinaemichypoglycaemia.Activating mutations cause the -cell to be unresponsive to glucose and therefore are a cause of neonataldiabetes mellitus(NDM) T

19、CF7L2:直接影响直接影响SU的疗效的疗效; CYP2C9,CYP2C19:SU的代谢的代谢; HNF1 &HNF1:直接影响直接影响SU的疗效的疗效; IRS1:直接影响直接影响SU的疗效的疗效; NOS1AP:降低降低SU的疗效的疗效.Acta Pharm 2010;60:38740641两种最重要的两种最重要的CYP2C9基因多态性基因多态性CYP2C9*2: 是单核苷酸中的外显子是单核苷酸中的外显子 3位由位由C T),其活性仅是正常功能者的其活性仅是正常功能者的40%左右左右; CYP2C9*3:是单核苷酸中的外显子是单核苷酸中的外显子 7位由位由A C), 其活性仅是正常

20、功能者的其活性仅是正常功能者的10%左右左右;42CYP2C9基因多态性显著降低磺脲类的疗效基因多态性显著降低磺脲类的疗效A recent population-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

21、-type homozygotes . Furthermore, patients with at least one copy of the CYP2C9*2 or *3 allele were less likely to experience sulfonylurea monotherapy treatment failure Clin. Pharmacol. Ther. 2009;87(1):5256 43CYP2C9基因多态性显著增加磺脲类的基因多态性显著增加磺脲类的ADRCYP2C9 polymorphisms may also serve as useful predictors

22、 of adverse effects. For example, a different study showed that sulfonylurea-treated 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. 44CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效基

23、因多态性影响磺脲类的疗效携带杂合子携带杂合子CYP2C9*1/*2的患者可轻度减少格列的患者可轻度减少格列本脲本脲的肾清除的肾清除,较携带纯合子较携带纯合子CYP2C9*2/*2 者降者降低低10%; 携带杂合子携带杂合子CYP2C9*1/*3 和和 CYP2C9*2/*3的患的患者可减少甲苯磺丁脲者可减少甲苯磺丁脲肾清除率肾清除率50%; 携带纯合子携带纯合子CYP2C9*3/*3的患者可显著减少格的患者可显著减少格列本脲列本脲的肾清除。的肾清除。Acta Pharm 2010;60:38740645携带杂合子携带杂合子CYP2C9*1/*2和和 纯合子纯合子CYP2C9*3/*3的患者的患

24、者,与携带野生型与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比的患者相比,可分别减少可分别减少甲苯磺丁甲苯磺丁脲、格列本脲以及格列吡嗪脲、格列本脲以及格列吡嗪的肾清除率的肾清除率16%、50%和和20%, 携带纯合子携带纯合子CYP2C9*2/*2的患者的患者,与携带野与携带野生型生型CYP2C9*1/*1的患者相比的患者相比,可分别减少可分别减少甲苯甲苯磺丁脲、格列本脲磺丁脲、格列本脲的肾清除率的肾清除率75%和和90%。CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效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为什么有些国人应用磺脲类易发生ADR?Br.J. Clin. Pharmac

25、ol.2007, 64, 67-74.因为亚洲人的因为亚洲人的PM占占10-25%,而白人仅有而白人仅有2-6% 。如携带如携带CYP2C19 PM的中国男性患者的中国男性患者,服用格服用格列齐特后的列齐特后的AUC ,与携带野生型与携带野生型CYP2C9*1/*1的患的患者相比增加者相比增加3.4-fold 95% CI 2.5, 4.7; P 0.01 ; 其其半衰期也从半衰期也从15.1h延长至延长至44.5 h (P 0.01);相似的差别相似的差别,在多剂量研究时也同样存在在多剂量研究时也同样存在,携带携带CYP2C19 PM的患者与携带野生型的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1

26、的的患者相比患者相比,AUCss, AUC0 and Cmax 分别增加分别增加 3.4倍倍 (95% CI 2.9, 4.0)、4.5倍倍 (95% CI 3.8, 5.4) 和和 2.9 倍倍(95% CI 2.4, 3.4) ,(P 0.01) ,其其半衰期也从半衰期也从13.5 h延长至延长至24.6 h (P 1/2, 依此给患者调整剂量极为重要。依此给患者调整剂量极为重要。 Acta Pharm. 2010; 60 : 387406近期近期Zeller等提岀将等提岀将格列苯脲格列苯脲淘汰岀局淘汰岀局,因显著因显著增加增加AMI死亡率。是否与患者基因变异相关死亡率。是否与患者基因变异

27、相关?JCEM 2010;95;4993500248CYP2C9基因多态性基因多态性与磺脲类等的清除率与磺脲类等的清除率49 相关生物标记物的基因多态性相关生物标记物的基因多态性对磺脲类作用的重要影响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)Pharmacogenom

28、ics and Personalized Medicine 2009:2 799150CYP2C19基因多态性基因多态性对格对格列齐特列齐特PK的影响的影响(单剂量单剂量)Br.J. Clin. Pharmacol.2007, 64, 67-7451CYP2C19 基因多态性对基因多态性对格格列齐特列齐特PK的影响的影响(多剂量多剂量)Br.J. Clin. Pharmacol.2007, 64, 67-7452 磺脲类与磺脲类与TCF7L2变异变异 GoDARTS (Genetics of Diabetes Audit and Research Tayside)study方法方法:1997

29、July 2006 ,901例口服磺脲类例口服磺脲类,945例口服二甲例口服二甲双胍双胍,研究研究转录因子转录因子7-相似物相似物2 (Transcription factor 7-like 2 ;TCF7L2) 的等位基因的等位基因 rs12255372 和和rs7903146是是否影响两类药物的作用否影响两类药物的作用;无效指标是用药无效指标是用药312个月后个月后HbA1C 7%。Diabetes 56:21782182, 200753磺脲类与磺脲类与TCF7L2的变异的变异结果结果:携带携带rs12255372 T/T等位基因的患者与携带等位基因的患者与携带rs12255372 G/G

30、的患者相比的患者相比,无效率的无效率的Odds ratio (OR) 为为1.95 (95% CI 1.233.06; P 0.005), 如以基线如以基线HbA1C相比相比,则则OR为为 2.16 95% CI 1.213.86, P = 0.009); 携带携带rs7903146等位基因的患者其结果相似等位基因的患者其结果相似; 在二甲双胍组未见此相关性。在二甲双胍组未见此相关性。Diabetes 56:21782182, 200754涉及涉及格列奈类格列奈类/二甲双胍二甲双胍/ 噻唑烷二酮噻唑烷二酮的基因多态性的基因多态性Acta Pharm. 60 (2010) 38740655涉及格

31、列奈类的基因多态性涉及格列奈类的基因多态性 CYP2C9其基因变异有其基因变异有CYP2C9*3 CYP2C8其基因变异有其基因变异有CYP2C8*3 SLCO1B1: solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有其基因变异有521TT, 521TC,521CC OATP:其基因变异有其基因变异有OATP 1B1 IGF2BP2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2 )Pharmaceuticals (Basel). 2010 August 1

32、; 3(8): 26102646Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 799156 Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991转运体转运体/ /药酶基因多态性影响格列奈类的疗效药酶基因多态性影响格列奈类的疗效572C9基因多态性影响格列奈类的清除基因多态性影响格列奈类的清除研究表明研究表明 CYP2C9*3可减少格列奈类的清除可减少格列奈类的清除, 而而CYP2C8*3 则增加格列奈类的清除。则增加格列奈类的清除。 Mol Diagn Ther. 2007;11(5)

33、:291-302 582C9基因多态性影响格列奈类的疗效基因多态性影响格列奈类的疗效携带携带CYP2C9*3的患者的患者,可显著降低那格列奈的清可显著降低那格列奈的清除率除率;而携带而携带CYP2C9*2的患者的患者,其药动学参数与携其药动学参数与携带野生型带野生型CYP2C9*1的患者却相似的患者却相似; 携带携带CYP2C9*3 /*3的患者与携带野生型的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比的患者相比,可增加低血糖的风险可增加低血糖的风险,特特别是那格列奈剂量超过别是那格列奈剂量超过120 mg时时!Mol Diagn Ther. 2007;11(5):291-30259 SL

34、CO1B1基因多态性对格列奈类的影响基因多态性对格列奈类的影响SLCO1B1 有三个等位基因有三个等位基因:521TT, 521TC,521CC; 携带杂合子携带杂合子521TC和纯合子和纯合子 521CC的患者与携带纯合的患者与携带纯合子子521TT相比相比,可分别显著增加那格列奈的血浓度可分别显著增加那格列奈的血浓度 83%和和76%;半衰期延长半衰期延长78% ,(p = 0.036) ; 提示提示SLCO1B1基因多态性可显著增加那格列奈血浓度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。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涉及噻唑烷二酮

35、类的基因多态性 PPAR- gene:过氧化物体增殖激活受体过氧化物体增殖激活受体-基因变异有基因变异有 PPAR- heterozygous genotype (rs1801282; Pro12Ala)和和 homozygous genotype (Pro12Pro). lipoprotein lipase gene: 其基因变异有其基因变异有 S447S和和S447X CYP2C8 gene:其基因变异有其基因变异有 CYP2C8*1/*3 CYP2C8*3/*3 ACDC gene:adipocyte C1q and collagen domain-containing (ACDC) g

36、ene,编码编码adiponectin其基因变异有其基因变异有SNP45, SNP276,SNP11377 SLCO1B1 : solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有其基因变异有521TT, 521TC,521CC ADIPOQ:其基因变异有其基因变异有 rs1501288 和和 rs2241766 PGC-1(PPAR-coactivator):其基因变异有其基因变异有Thr394和和Gly482 Pharmaceuticals (Basel). 2010 August 1; 3(8): 261026

37、46Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 799161为什么有些患者为什么有些患者TZDs无效无效?TZDs未达标率未达标率:罗格列酮罗格列酮(2mg/bid ;26week) 45.8%罗格列酮罗格列酮(4mg/bid ;26week) 36.1%吡格列酮吡格列酮(45 mg/d ;26 weeks) 25.0%(空腹血糖降低不超过空腹血糖降低不超过10%; 12%患者患者HbA1c仅降低仅降低0.5%1.0%)The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 2001

38、86: 280-288 Diabetes Care 2003;26:82583162ACDC/S447S基因多态性对基因多态性对TZDs的影响的影响Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 799163脂蛋白酯酶脂蛋白酯酶(LDL)基因基因多态性对多态性对TZDs的影响的影响研究发现研究发现,中国中国T2D患者服用吡格列酮患者服用吡格列酮,如携带如携带纯合子纯合子S447S,其达标率较携带其他基因多态性者其达标率较携带其他基因多态性者更高更高,反之如携带反之如携带S447X,则达标率较携带则达标率较携带S447S患患者降低者降低 1/2

39、, 提示检测提示检测LPL基因多态性可预测吡格基因多态性可预测吡格列酮的疗效。列酮的疗效。64 脂联素脂联素ADIPOQ等位基因等位基因 对罗格列酮疗效的影响对罗格列酮疗效的影响Pharmaceuticals (Basel). 2010 Aug 1;3(8):2610-2646.65PGx与噻唑烷二酮类的疗效与噻唑烷二酮类的疗效首先首先,过氧化物体增殖激活受体过氧化物体增殖激活受体-( PPAR-)基因基因变异有变异有 heterozygous genotype (rs1801282; Pro12Ala)和和 homozygous genotype (Pro12Pro). 如携带如携带Pro/Ala者者,较携带较携带 Pro/Pro者显著降低罗者显著降低罗格列酮的禁食血糖水平和格列酮的禁食血糖水平和HbA1c水平水平;如携带如携带Pro12Ala, 则则PPAR-增加增加 7.2倍倍Mol Diagn Ther. 2007;11(5):291-302Pharmacogenomics 2007;8:917931 66 CYP2C8/SLCO1B1基因多态