临床药理学—遗传药理学与药物基因组学

1、第五章第五章 遗传药理学与药物基因组学遗传药理学与药物基因组学药物的真实世界药物的真实世界问题药物有效率？ADR发生率？基因与药物？正确的药物：因药而异因药而异正确的剂量：因量而异因量而异正确的患者：因人而异因人而异决策医生不是算命先生，医生不是算命先生，无法算准每个病人的治疗效果。无法算准每个病人的治疗效果。长期以来，临床用药总是针对同长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量一种疾病应用相同的剂量临床医生临床医生都是根据开发这一药物都是根据开发这一药物的国家以当地种族人群为试验对的国家以当地种族人群为试验对象得出的剂量象得出的剂量给药给药剂量可能并不适合其它国家的人剂量可能并不适合

2、其它国家的人群而导致药物疗效不佳，甚至出群而导致药物疗效不佳，甚至出现严重的不良反应现严重的不良反应(propranolol)种族差异种族差异个体差异个体差异药药物物反应反应个体个体差异差异年年龄龄老老年年、儿童儿童、新生儿新生儿体体重重 性性别别身身高高基基因因环环境境因素因素食食物物/ 吸吸烟烟 / 合合并并用药用药 合合并并疾病疾病疾疾病病过程过程 个体差异的主要原因是遗传变异个体差异的主要原因是遗传变异目的与要求目的与要求第一节第一节 概述概述广义遗传药理学是研究任何有生命的物种因先天性遗传变广义遗传药理学是研究任何有生命的物种因先天性遗传变异而发生的对外源物反应异常的一门学科异而发生

3、的对外源物反应异常的一门学科。狭义的遗传药理学仅指研究人类机体遗传变异引起的对药狭义的遗传药理学仅指研究人类机体遗传变异引起的对药物和化学物质反应异常。物和化学物质反应异常。它从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之它从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多样性之间的关系，即研究基因本身及其突变体对不同个体药物作间的关系，即研究基因本身及其突变体对不同个体药物作用效应差异的影响，以此为平台开发药物，指导合理用用效应差异的影响，以此为平台开发药物，指导合理用能能药，提高用药的安全性和有效性药，提高用药的安全性和有效性。药物基因组学和遗传药理学药物基因组学和遗传药理学遗传药理学与药物基因

4、组学遗传药理学与药物基因组学HoursWhites (n=9)Chinese (n=10)0100200300400Propranolol (nmol/L)246810120中国人和白人普萘洛尔代谢差异02004006008006004002000Supine UprightExerciseSupine UprightIC20 (nmol/liter)IC20 (nmol/liter)*中国人和白人普萘洛尔反应差异 最早关于药物反应种族差异的实验证据: 中国正常男性对普萘洛尔中国正常男性对普萘洛尔阻滞作用比白种人至少敏感两倍，阻滞作用比白种人至少敏感两倍，也就是说，白种人应有中国人两倍以上的血

5、浆普萘洛尔浓度，也就是说，白种人应有中国人两倍以上的血浆普萘洛尔浓度，才能产生相同的才能产生相同的受体阻滞效应。受体阻滞效应。 药物反应个体差异在临床极为普遍药物反应个体差异在临床极为普遍药物代谢、效应和安全性在同一种族内不同个药物代谢、效应和安全性在同一种族内不同个体间的差异十分为显著体间的差异十分为显著人人 数数血浆浓度血浆浓度A 种族种族治疗无效率增加治疗无效率增加B 种族种族毒性发生率增加毒性发生率增加治疗窗治疗窗药物代谢酶的基因多态性药物代谢酶的基因多态性 细 胞 色 素细 胞 色 素 P 4 5 0 酶 系酶 系(cytochrome p450, CYP450)由一群基因超家族编码

6、的酶由一群基因超家族编码的酶蛋白组成。蛋白组成。它参与临床上它参与临床上90%90%以上的药物代谢。因此，以上的药物代谢。因此，P450P450基因多态性是造成不同基因多态性是造成不同个体药物代谢差异的基础个体药物代谢差异的基础。涉及体内大多数药物代谢的涉及体内大多数药物代谢的C Y P 主 要 有主 要 有 3 个 基 因 家 族个 基 因 家 族CYP1、CYP2、CYP3。CYP450CYP450分子构象分子构象药药物代谢动力学物代谢动力学药药物效应动力学物效应动力学药药物效应和毒性差异物效应和毒性差异基基因组因组基基因多态性因多态性药药物靶点物靶点药药物转运体物转运体药药物代谢酶物代谢

7、酶基基因因狭窄的抗凝治疗指数范围和抗凝不当所致的并发症狭窄的抗凝治疗指数范围和抗凝不当所致的并发症就一直困扰着每一位临床医生。直到近年来突破性就一直困扰着每一位临床医生。直到近年来突破性地明确了地明确了CYP2C9基因多态性与华法林敏感有关之后基因多态性与华法林敏感有关之后，一切才为之而改变。，一切才为之而改变。CYP2C9*3纯合子病人每天只需纯合子病人每天只需0.5mg消旋华法林，消旋华法林，而而CYP2C9野生型病人每天需野生型病人每天需5-8mg(相差十多倍相差十多倍)才才能达到相同的治疗效果。能达到相同的治疗效果。CYP2C9*3病人治疗之初还病人治疗之初还表现更多的不良反应以及出血

8、并发症的危险性。表现更多的不良反应以及出血并发症的危险性。 华法林（华法林（Warfarin）CYP2C19 (S-美芬妥因羟化代谢酶美芬妥因羟化代谢酶)，基因突变是形，基因突变是形成羟化代谢多态性的主要原因。成羟化代谢多态性的主要原因。PM的发生率存在显著差异。白种人群中的发生率存在显著差异。白种人群中 PM 的发生的发生率为率为 3%5%，东方人中，东方人中 PM 的发生率高达的发生率高达 13%23%（我国约（我国约1.7-3亿人）。亿人）。CYP2C19酶活性在我国呈两态分布，即酶活性在我国呈两态分布，即PM(酶活性酶活性低下或无活性低下或无活性)和和EM(酶活性正常酶活性正常)。最常

9、见的突变为。最常见的突变为CYP2C19*2和和CYP2C19*3。酶活性的大小酶活性的大小:正常基因纯合子正常基因纯合子(w/w) 正常基正常基因与突变基因杂合子因与突变基因杂合子(w/m) 突变基因纯合子突变基因纯合子(m/m)。CYP2C19 蛋白含量与其酶活性呈正蛋白含量与其酶活性呈正相关相关-基因剂量效应。基因剂量效应。许多药物如地西泮、奥美拉唑、氟西汀、西许多药物如地西泮、奥美拉唑、氟西汀、西酞普兰和舍曲林等的代谢和疗效依赖于酞普兰和舍曲林等的代谢和疗效依赖于CYP2C19的基因型，且这种催化作用呈底物的基因型，且这种催化作用呈底物剂量依赖性和基因剂量效应，即剂量依赖性和基因剂量效

10、应，即EM和和PM对对药物的处置有显著差异药物的处置有显著差异CYP2C19代谢奥美拉唑占整个代谢代谢奥美拉唑占整个代谢68。奥。奥美拉唑药代差异导致美拉唑药代差异导致70%药效学个体差异。药效学个体差异。奥美拉唑对奥美拉唑对CYP2C19有较强的抑制作用。克有较强的抑制作用。克拉霉素可抑制奥美拉唑的代谢，使奥美拉唑拉霉素可抑制奥美拉唑的代谢，使奥美拉唑的清除率和分布容积分别下降的清除率和分布容积分别下降75和和56，从而增加血浆中奥美拉唑的浓度，该相互作从而增加血浆中奥美拉唑的浓度，该相互作用可使溃疡病三联疗法疗效增强。因此对于用可使溃疡病三联疗法疗效增强。因此对于CYP2C19 PM的溃疡

11、病人，使用三联疗法进的溃疡病人，使用三联疗法进行治疗时，可适当降低奥美拉唑的使用剂量行治疗时，可适当降低奥美拉唑的使用剂量占占P450P450代谢药物的代谢药物的1818 代谢的临床常用药物代谢的临床常用药物: : 心血管药物：异喹胍、美托洛尔、普萘洛尔、噻吗心血管药物：异喹胍、美托洛尔、普萘洛尔、噻吗洛尔、卡维地洛、氟卡尼、恩卡尼、普鲁帕酮、美洛尔、卡维地洛、氟卡尼、恩卡尼、普鲁帕酮、美西律、阿义马林、司马丁、哌克昔林西律、阿义马林、司马丁、哌克昔林 抗精神病药物：利培酮、奋乃静、阿米替林、丙咪抗精神病药物：利培酮、奋乃静、阿米替林、丙咪嗪、地昔帕明、氯米帕明、米安色林、麦普替林、嗪、地昔帕

12、明、氯米帕明、米安色林、麦普替林、氟伏沙明、帕罗西汀、氟西汀、氟哌啶醇氟伏沙明、帕罗西汀、氟西汀、氟哌啶醇 其他：右美沙芬、吗啡、可待因、塞来考昔、奎尼其他：右美沙芬、吗啡、可待因、塞来考昔、奎尼丁、利托那韦、右芬氟拉明、芬太尼、哌替啶、托丁、利托那韦、右芬氟拉明、芬太尼、哌替啶、托特罗定、选择性特罗定、选择性5 5羟色胺再吸收抑制剂。羟色胺再吸收抑制剂。中国人中国人CYP2D6*10 的高频率导致的高频率导致其底物代谢显著低于白人其底物代谢显著低于白人普罗帕酮血浆浓度和普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系基因多态性的关系02004006008001000120014001600血浆

13、普罗帕酮（ng/ml）EM野生/野生EM野生/突变IM低活性突变/低活性突变PM无活性突变/无活性突变剂量： 3 x 150 mg / day房颤： 安慰剂： 33 %普罗帕酮：16 %331276951080-阻滞CNS副反应18 % Afib15 % AfibP-Glycoprotein MDR1 3435TT 基因型个体其肠道基因型个体其肠道P gp表达表达水平明显低于水平明显低于CT和和CC型个体。型个体。 P-gp表达的这种差异明显影响药物的处置，表达的这种差异明显影响药物的处置，如如CYP3A4和和P gp基因多态性可以影响环胞基因多态性可以影响环胞菌素的药物处置。环孢素生物利用度

14、，白种菌素的药物处置。环孢素生物利用度，白种人为人为 39.6%，黑种人为，黑种人为 30.9%三、药物受体的基因多态性三、药物受体的基因多态性 1和和 2NH2HOOCSer49GlyGly389ArgArg389Gly389Concentration of isoprenalineActivity of cAMP (pmol/min/mg)异丙肾上腺素的1 受体激动作用与基因多态性相关1 受体多态性四四. 其他因素的遗传变异其他因素的遗传变异四四. 其他因素的遗传变异其他因素的遗传变异ACEACE抑制药的效应在抑制药的效应在ACEACE的的IIII基因型中较基因型中较DDDD强强甲苯磺丁脲

15、甲苯磺丁脲CYP2C9CYP2C9*3清除率降低清除率降低SUR1Exon18 C/T 或或 T/TExon16 C/T或或t/T联合突变联合突变血浆血浆C肽反应和胰岛素反肽反应和胰岛素反应均下降应均下降格列美脲格列美脲CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高血浓度升高CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高，胰岛素分泌血浓度升高，胰岛素分泌增多，降糖效应增强增多，降糖效应增强二甲双胍二甲双胍苯乙双胍苯乙双胍OCT1OCT2SLC22A1 408 Met Val突变病人的有效率降低突变病人的有效率降低罗格列酮罗格列酮PPAR PPAR Pro12Ala突变者疗效更佳突变者疗效更佳易发生药源性水肿易

16、发生药源性水肿瑞格列奈瑞格列奈OATP1B1SLCO1B1 T521CAUC增高增高CYP2C8CYP2C8*3AUC和和Cmax降低降低40%那格列奈那格列奈OATP1B1SLCO1B1 T521CCmax和和AUC 增高增高CYP2C9CYP2C9*3血浆清除率下降血浆清除率下降发生低血糖的机率增高发生低血糖的机率增高参与糖尿病药物代谢的药物代谢酶和转运体参与糖尿病药物代谢的药物代谢酶和转运体利尿药利尿药l 内收蛋白内收蛋白 Gly460Try460Try 更著的更著的BP降低降低lG蛋白蛋白 3C825TTC和和TT降压增强降压增强lACEI/DII 血压降低更著血压降低更著lNOS2A

17、(一氧化氮合酶一氧化氮合酶) Alu298Asp298Asp 有更著的有更著的DBP降低降低 阻滞药阻滞药l 1Gly389ArgArg血压降低更著血压降低更著l 21342G/CSBP 1817G/ADBP lGNASFokI (+/)FokI + BP降低更著降低更著ACE抑制药抑制药lACEI/DI：更著的：更著的BP降低降低AT1受体阻止药受体阻止药lAGTR11166A/C1166A：更著的：更著的SBP降低降低lACEI/DI：更著的：更著的DBP降低降低lCYP11B2344C/T344T：更著的：更著的SBP降低降低lAPOA11449A/G SBP 和和 DBP lCYP2C

18、9*2*1/*2：有更低的：有更低的DBP vs *1/*1Ca通道阻滞药通道阻滞药lAGTR11166A/C1166A 动脉紧张度动脉紧张度更著更著lACEI/DI：AT1 受体受体mRNA表达表达参与抗高血压病药物代谢的重要药物代谢酶和转运体参与抗高血压病药物代谢的重要药物代谢酶和转运体0102030405060双氢克脲噻双氢克脲噻阿替洛尔阿替洛尔卡托普利卡托普利可乐定可乐定地尔硫卓地尔硫卓哌唑嗪哌唑嗪80100有效百分率单个药物治疗高血压病，单个药物治疗高血压病，DBP控制在控制在90mmHg以下者均不以下者均不超过超过60%（n=1296 （Male, DBP： 95-105mmHg）

19、目标血压 (mm Hg)抗高血压药数量1临床试验234AASKMAP 92UKPDSDBP 85ABCDDBP 75MDRDMAP 92HOTDBP 80IDNTSBP 135/DBP 85ALLHATSBP 140/DBP 90DBP, 舒张压; MAP, 平均动脉压; SBP, 收缩压. Bakris GL et al. Am J Kidney Dis. 2000;36：646-661.Lewis EJ et al. N Engl J Med. 2001;345：851-860.Cushman WC et al. J Clin Hypertens. 2002;4：393-405.男性病人，

20、男性病人，56岁，高血压病，岁，高血压病，Metoprolol 20mg bid; 血压不能控制，交感兴奋血压不能控制，交感兴奋基因型检测：基因型检测： 1 受体受体 Gly389Gly（敏感性低）（敏感性低）推荐剂量：提高到推荐剂量：提高到180%剂量改为剂量改为40mg bid; 血压控制，交感兴奋控制血压控制，交感兴奋控制 临床病例临床病例高血压病人高血压病人 (n=266)(n=266)标准治疗方案标准治疗方案根据基因型给药方案根据基因型给药方案2D6*1*/10Arg389Arg2D6*10/*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Ar

21、g2D6*1/*1Gly389Arg2D6*1/*10Gly389Arg2D6*1*/10Arg389Arg2D6*/10*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Arg2D6*1/*1Gly389Arg2D6*1/*10Gly389Arg25 mgx225 mgx212.5 mgx250 mgx24 周周N=64N=40N=41N=58N=24N=394 周周4 周周4 周周美托洛尔在高血压病人中的治疗效果美托洛尔在高血压病人中的治疗效果基因多态性对抗抗癌药物的影响基因多态性对抗抗癌药物的影响l在事先基因型检测选择合适药物和剂量的病人，在低/无活

22、性的病儿未出现继发性脑恶性肿瘤。McLeod et al., 2000突变型突变型TPMT （N=7, 小儿）小儿）野生型野生型TPMT （N=45, 小儿）小儿）放射治疗后时间放射治疗后时间 (年年)累计发生率累计发生率 (%)01234567891001020304050p=0.00946-MP代谢产物代谢产物TGNsDNA, RNATPMTTPMTNNSHNNHNNSNNHCH3Ado-MetAdo-luy6-mercaptopurine 6-methylmercaptopurine 无毒性代谢产物 细胞毒性代谢产物药物代谢酶和作用靶点基因多态性对药物效应药物代谢酶和作用靶点基因多态性对

23、药物效应和毒性的综合影响和毒性的综合影响代谢基因型受体基因型+效应毒性65%32%9%+79%40%10%80%40%10%5%15%80%： 其数量分别表示药物浓度和受体敏感性高低其数量分别表示药物浓度和受体敏感性高低 St Johns wort 抑制CYP2C19活性 青藤碱诱导CYP2C9但抑制CYP2C19 茵枳黄诱导CYP3A4和CYP2C19 证明中药能抑制证明中药能抑制/ /诱导具有基因多态性的酶活性诱导具有基因多态性的酶活性，为研究中药和其他药物合用时产生药物相互，为研究中药和其他药物合用时产生药物相互作用及机制提供了参考作用及机制提供了参考00.10.20.30.40.50.

24、60.70.86 2C19 m/m 6 wt/wt 6 subjects*placeboSJW -0.10.10.30.50.70.91.1placebo SJW wt/wtm/m4-Hydroxymephenytoin In 0-8 h unrine (mmol)00.511.522.5CYP1A2CYP3A4CYP2C19CYP2D6CYP2E1RTJ Clin Pharmacol. 2004 Clin Chim Acta. 2005 遗传药理学和药物基因组遗传药理学和药物基因组 学在新药研发中的作用学在新药研发中的作用合成合成筛选筛选 产生一个新药的漫长过程II期临床试验期临床试验III

25、期临床试验期临床试验I期临床试验期临床试验动物药理动物药理动物药代动物药代和毒理和毒理药物制剂药物制剂候选化合物候选化合物设计设计申请证书申请证书上市上市 药药 物物 开开 发发 过过 程程高风险过程高风险过程： 美国：美国：11-15 年年, 8亿美元以上亿美元以上临床前药理学临床前药理学临床前毒理学临床前毒理学筛选数百万化合物筛选数百万化合物11 - 15 年年产品产品I 期期II 期期III 期期临床药理、毒理学临床药理、毒理学临床前临床前创意60504030201001994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005

26、2006批准新药数22285339303527241721362017美国FDA每年批准的新药（1994-2006）最近最近2020年美国年美国FDAFDA从市场撤出的药品从市场撤出的药品19901990年以来因基因多态性引起部分病人毒性而年以来因基因多态性引起部分病人毒性而从市场撤出的药物从市场撤出的药物遗传药理学和药物基因组学将改变药物开发过程遗传药理学和药物基因组学将改变药物开发过程药物靶点药物靶点鉴定鉴定药物靶点药物靶点确证确证先导化合先导化合物筛选物筛选化合物文化合物文库筛选库筛选申报申报审批审批先导化合先导化合物优化物优化临床前临床前研究研究临床试验临床试验I/II/III期期药药

27、 物物 基基 因因 组组 学学遗遗 传传 药药 理理 学学开发针对具有遗传变异（药物代谢酶变异、受体变异、疾病变异）的特定人群的强效、安全药物。新的药物设计与治疗模式是：以作用于相关遗传物质为基础，以特定基因病人为对象，最大限度地实现治疗合理化。识别疾病和途径基因的遗传药理学标识物，针对性地选择作用识别疾病和途径基因的遗传药理学标识物，针对性地选择作用靶点靶点选择更好的药物候选物（早期确定候选物是否高度受基因多态选择更好的药物候选物（早期确定候选物是否高度受基因多态性的影响，因而可减少因效应差异而带来的风险）性的影响，因而可减少因效应差异而带来的风险）避免高多态性药物靶点避免高多态性药物靶点确

28、定药物在人体内的代谢途径确定药物在人体内的代谢途径开发药代动力学最稳定的化合物开发药代动力学最稳定的化合物识别由遗传变异引起的代谢和反应异常识别由遗传变异引起的代谢和反应异常避免开发安全范围小而又与遗传变异密切相关的药物避免开发安全范围小而又与遗传变异密切相关的药物开发对遗传变异人群有针对性作用的药物开发对遗传变异人群有针对性作用的药物最大限度减少药物相互作用（药代酶相同底物、诱导和抑制）最大限度减少药物相互作用（药代酶相同底物、诱导和抑制）运用药物基因组学和遗传药理学发现和开发创新药物运用药物基因组学和遗传药理学发现和开发创新药物I I期确定个体药物代谢酶和转运蛋白基因型可帮助确定多态期确定个体药物代谢酶和转运蛋白基因型可帮助确定多态性对药物代谢动力学的影响性对药物代谢动力学的影响IIII期确定个体药物作用靶点（受体、酶等）的基因型可确定期确定个体药物作用靶点（受体、酶等）的基因型可确定多态性对药物效应的影响多态性对药物效应的影响可将试验对象根据基因型分开进行可将试验对象根据基因型分开进行IIIIII期临床试验期临床试验根据病人的遗传差异分组，研究不同遗传