遗传药理学与药物基因组学课件

遗传药理学与药物基因组学刘昭前

中南大学临床药理研究所InstituteofClinicalPharmacologyCSU遗传药理学与药物基因组学刘昭前中南大学临床药理研究所1☆遗传药理学和药物基因组学的概况

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遗传因素与药物反应差异

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遗传药理学和药物基因组学在新药研发中的作用

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遗传药理学个体化中药物治疗中作用内容提要☆遗传药理学和药物基因组学的概况内容提要2一、遗传药理学和药物基因组学的概况一、遗传药理学和药物基3长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量临床医生都是根据开发这一药物的国家以当地种族人群为试验对象得出的剂量给药剂量可能并不适合其它国家的人群而导致药物疗效不佳，甚至出现严重的不良反应(propranolol)种族差异个体差异

我国，药物剂量基本上是根据国外剂量标准使用，由于个体差异和种族差异(基因序列不同)的原因常常导致相当比例的病人药物疗效差。

长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量临床医生都40%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%GenesEnvironmentII糖尿病乳腺癌男性心肌梗死原发性高血压病冠心病I糖尿病苯妥英锂水扬酸异戊巴比妥双香豆素阿司匹林安替匹林保泰松

遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的作用0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%15药物反应个体差异年龄老年、儿童、新生儿体重性别身高基因型环境因素食物/吸烟/合并用药

合并疾病疾病过程

个体差异的主要原因是遗传变异药物反应个体差异年龄体重性别身高基因型环境因素合并疾病疾6PHARMACOGENETICS–遗传药理学研究遗传因素在药物反应个体变异中的作用。机体内药物作用靶点（受体）、药物转运体和药物代谢酶是在一定基因指导下合成的，所以遗传基因的变异是构成药物反应差异的决定因素。PHARMACOGENOMICS–药物基因组学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用效应差异的影响，以此为平台开发药物，指导合理用能药，提高用药的安全性和有效性。药物基因组学和遗传药理学PHARMACOGENETICS–遗传药理学药物基因组学7等位基因（allele）-人的基因位于成对的染色体上（性染色体除外），因此每一种基因都有一对。

基因多态性（geneticpolymorphism）-在正常人群中，由于同一基因位点上多个不同等位基因作用而出现两种或两种以上遗传决定的基因型，如果每种基因型的发生频率超过1%

。单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）-在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。

表型（phenotype）-个体在一定环境条件下表现的性状。

基因型（genotype）-形成表型这种性状有关的遗传结构。

等位基因（allele）-人的基因位于成对的染色体上（性染色8人类仅有0.1%的DNA是不同的这0.1%的差别有重要意义吗?所有人的DNA序列99.9%相同0.1%的差别在拥有30亿碱基对的基因组中翻译出3百万个“拼写”差异。人类仅有0.1%的DNA是不同的所有人的DNA序列99.9%9野生型纯合子(wt/wt)杂合子(wt/m)突变纯合子(m/m)GATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATAAGCTATTCGluGATAAGCTATTCGATAAGCTATTCLys谷氨酸赖氨酸无碱基突变单碱基突变两个碱基突变野生型纯合子(wt/wt)杂合子(wt/m)突变纯合子(m/10药物代谢酶基因多态性药物wt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/mwt/wtwt/mm/m疗效与毒副作用药物作用靶蛋白基因多态性药物代谢酶基因多态性药物wt/wtwt/mm/mwt11HoursWhites(n=9)Chinese(n=10)0100200300400Propranolol(nmol/L)246810120●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●中国人和白人普萘洛尔代谢差异02004006008006004002000SupineUprightExerciseSupineUprightIC20(nmol/liter)IC20(nmol/liter)*******中国人和白人普萘洛尔反应差异ZhouHH,etal.NEngJMed1989;320:565-570(IF=44.016)

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β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浆普萘洛尔浓度，才能产生相同的β受体阻滞效应。

药物反应个体差异在临床极为普遍HoursWhites(n=9)010020030040012药物代谢、效应和安全性有种族差异PropranololAtropineMorphinePlasmapropranolol药物代谢、效应和安全性有种族差异PropranololAtr13三环类抗抑郁药 20-50受体阻断药

15-35血管紧张素转换酶抑制药 10-305-HT再摄取抑制药（SSRI） 10-255-HT受体激动药 20-453羟-3甲戊二酰辅酶A还原酶抑制药 10-30干扰素 30-70抗癌药 20-70无效率（%）药物三环类抗抑郁药 214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人数血浆浓度A种族治疗无效率增加B种族毒性发生率增加治疗窗药物代谢、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152003年SFDA快速批准上市的化疗新药表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor,EGFR)酪氨酸激酶抑制剂吉非替尼(易瑞沙)，是治疗NSCLC特异性靶向药物。EGFR基因突变(点突变或小片段缺失突变)与吉非替尼的疗效密切相关，获重大突破。

基因突变病人：

NSCLC有效率>90%

无突变病人：

NSCLC有效率<10%

NEnglJMed,2004.350(21):2129-39.(IF=40.016)Science,2004.304(5676):1497-500.(IF=29.162)遗传药理学与药物基因组学课件16二、遗传变异与药物反应的差异二、遗传变异与药物反应的差异171.细胞色素P450酶系基因多态性

细胞色素P450酶系(cytochromep450,CYP450)由一群基因超家族编码的酶蛋白组成。它参与临床上90%以上的药物代谢。因此，P450基因多态性是造成不同个体药物代谢差异的基础。涉及体内大多数药物代谢的CYP主要有3个基因家族CYP1、CYP2、CYP3。CYP450分子构象1.细胞色素P450酶系基因多态性细胞色素P45018药物代谢动力学药物效应动力学药物效应和毒性差异基因组基因多态性药物靶点药物转运体药物代谢酶基因与药物作用相关的基因多态性很多均表现基因剂量效应药物代谢动力学药物效应动力学药物效应和毒性差异基因组基因多态19CYP450超家族中各酶的基因多态性CYPs1A12A62B62C82C92C192D62E13A占肝CYP总量的%13-154<1-1551.5-2.5728-40在药物代谢中所占%5--19-2020-25145-60导致慢代谢的重要突变---*2,*3,*4*2,*3,*2,*3,*4,*5*3,*4,*5,*10,*17--中国(黄种)人（PM）----<1%5-20%1-2%--白人(PM)----<1%2-6%5-10%--黑人（PM）----<1%2-7%0-19%--导致极快代谢的突变------*2N(N=2,3,4,5,13)--中国(黄种)人（UM）------1%--白人(UM)------1-7%--黑人（UM）(埃塞俄比亚)------20-29%--CYP450超家族中各酶的基因多态性CYPs1A12A62B20CYP2D6占P450代谢药物的18％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、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、奎尼丁、利托那韦、右芬氟拉明、芬太尼、哌替啶、托特罗定、选择性5羟色胺再吸收抑制剂。CYP2D6占P450代谢药物的18％21CYP2D6种族差异地昔帕明（Desipramine）口服清除率中国人中比白种人低40%氯米帕明（Clomipramine）日本人口服清除率是瑞典白人的1/5（12vs62.7L/hr)氟哌啶醇（Haloperidol）中国人的AUC比白人和黑人高40-50%中国人CYP2D6*10

的高频率导致其底物代谢显著低于白人CYP2D6种族差异地昔帕明口服清除率中国人中比白种人低4022Fuxetal.,CPT20060102030405060708090100UMEMEM/het.IMPMMetoprololplasmacon.(ng/ml)1.33.914.250.880.5Dose[mg]1001001007874

浓度相差：60倍美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系Fuxetal.,CPT2006010203040523普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系02004006008001000120014001600血浆普罗帕酮（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：3x150mg/day房颤： 安慰剂： 33%

普罗帕酮： 16%331276951080ß-阻滞CNS副反应18%Afib15%Afib普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系020040024CYP2C9CYP2C9是药物代谢酶中的主要成员，占肝微粒体P450总量的25%，仅次于CYP3A居于第二位.CYP2C9的遗传多态性存在明显的种族差异。CYP2C9*1、CYP2C9*2

和CYP2C9*3

在白种人中发生频率分别为70%、22%和8%(酶活性异常达30%)，东方人中分别为92%、0%和8%(酶活性异常8%)

。CYP2C9CYP2C9是药物代谢酶中的主要成员，占肝微粒体25磺脲类降糖药的清除率与CYP2C9*3Shon2002,

Lee2002,Kirchheiner2002Niemi2002

Kirchheiner2002Kidd1999Kirchheiner2004Niemi2002020406080100甲苯磺丁脲

格列本脲格列甲嗪格列美脲那格列奈CYP2C9*3/*3CYP2C9*1/*3CYP2C9*1/*1百分率比较磺脲类降糖药的清除率与CYP2C9*3Shon2002,26All18patientsweretaken50mglosartanoncedailyforfourconsecutiveweeks.Group1:CYP2C9*1/*3,AT1(AA)Group2:CYP2C9*1/*1,AT1(AA)Group3:CYP2C9*1/*1,AT1(AC)123DBP(mmHg)051015200510152025SBP(mmHg)123P<0.01P<0,01收缩压舒张压All18patientsweretaken5027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。直到近年来突破性地明确了CYP2C9基因多态性与华法林敏感有关之后，一切才为之而改变。CYP2C9*3纯合子病人每天只需0.5mg消旋华法林，而CYP2C9野生型病人每天需5-8mg(相差十多倍)才能达到相同的治疗效果。CYP2C9*3病人治疗之初还表现更多的不良反应以及出血并发症的危险性。

华法林（Warfarin）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一28CYP2C19CYP2C19(S-美芬妥因羟化代谢酶)，基因突变是形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PM的发生率为3%～5%，东方人中PM的发生率高达13%～23%（我国约1.7-3亿人）。CYP2C19酶活性在我国呈两态分布，即PM(酶活性低下或无活性)和EM(酶活性正常)。最常见的突变为CYP2C19*2和CYP2C19*3。CYP2C19CYP2C19(S-美芬妥因羟化代谢酶)，基29酶活性的大小:正常基因纯合子(w/w)

正常基因与突变基因杂合子(w/m)

突变基因纯合子(m/m)。CYP2C19蛋白含量与其酶活性呈正相关-基因剂量效应。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CYP2C19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EM和PM对药物的处置有显著差异（ClinicalPharmacoTher,IF=8.028,12篇）酶活性的大小:正常基因纯合子(w/w)正常基因与突变基因30Dlazepam(ng/ml)DMDZDZ024487214428802448722885205010020050010203050100150Time(hr)m/mwt/mwt/wtCYP2C19*1/*1CYP2C19*1/*2CYP2C19*2/*2AUCofdiazepam(mg–h/L)AUCCL*50

0CLofdiazepam(ml/min)50

04030201040302010*****BrJClinPharmacol1996JPharmacolExpTher2000050100150200250▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲01020304001002003000100200300■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■01020304001002003000501001502002500100200300●●●●●●●●●●■■■■■■■■■■■■■■01020304001002003000501001502002500100200300TFMPformationrate(pmol/min/nmolp450)ClinPharmacolTher1999

JPharmacolExpTher2000wt/wtwt/mm/m肝微粒体CYP2C19含量(pmol/mgprotein)1005离体EurJClinPharmacol2002`0.00.10.20.30.40.50.6*1/*1*1/*2*1/*3汉族侗族白族傣族在体CYP2C19活性（尿S/R-MP比）值wt/wt,wt/m020406080100wt/wtwt/m1m1/m1奥美拉唑5-羟代谢抑制(%)4MOP20MOP100MOPClinPharmacoTher1995美芬妥因、奥美拉唑、地西泮的代谢均符合基因剂量效应，表明这一理论具有普遍意义。Desmethyldiazepam(ng/ml)Dlazepam(ng/ml)DMDZDZ0244872131奥美拉唑

(omeprazole)CYP2C19代谢奥美拉唑占整个代谢68％。奥美拉唑药代差异导致70%药效学个体差异。奥美拉唑对CYP2C19有较强的抑制作用。克拉霉素可抑制奥美拉唑的代谢，使奥美拉唑的清除率和分布容积分别下降75％和56％，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CYP2C19PM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

奥美拉唑(omeprazole)CYP2C19代谢奥美拉唑32Hoursafter40mgomeprazoleapplicationMean±95%confidencelimitsofomeprazole(mg/lL)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1XXX三种基因型的表型和突变等位基因拷贝数线性相关基因剂量效应Hoursafter40mgomeprazolea33CYP3ACYP3A4肝脏CYP450酶总量的25％，代谢38个类别约150种药物，代谢临床药物60％。个体CYP3A4活性差异85％是由遗传因素决定。咪哒唑仑、硝苯地平、辛伐他汀、环孢素A等代谢与CYP3A4活性显著相关。目前一些制药公司在新药研发中已规定所有开发的新药应确定该药是否由CYP3A催化代谢(药品说明书)，可见确定一种药物是否由CYP3A催化代谢具有重要的临床意义。CYP3ACYP3A4肝脏CYP450酶总量的25％，代谢334近年来药物转运蛋白的遗传多态性研究倍受关注

转运蛋白在调节药物的吸收、分布、排泄中扮演非常重要的作用。药物转运蛋白存在于细胞膜上，分为两大类，三磷酸腺苷结合盒转运体超家族（ATP-bindingcassettetransporters，ABC转运体）和溶质转运蛋白（Solutecarriers，SLC）家族。ABC转运体超家族包扩了约50个成员，编号统一以ABC为开头，如ABCB1(MDR1),ABCC2(MRP2),ABCG2(BCRP)。2.药物转运蛋白(Drugtransportprotein)近年来药物转运蛋白的遗传多态性研究倍受关注2.药物转运蛋白35

P糖蛋白（Pgp）是多药耐药（multidrugresistance,MDR）基因的产物，由MDR1基因编码，其基本功能是在ATP能量作用下排出细胞内底物，包括胆红素、抗肿瘤药、强心苷、免疫抑制剂、糖皮质激素等。在血脑屏障脉络丛中，P糖蛋白能抑制许多药物在脑中的蓄积，包括地高辛、依维菌素、长春缄、地塞米松、环孢素和多潘立酮等P糖蛋白（Pglycoprotein,Pgp）P-GlycoproteinP糖蛋白（Pgp）是多药耐药（multid36MDR1基因型与人体Pgp的底物代谢相关

MDR13435TT基因型个体其肠道Pgp表达水平明显低于CT和CC型个体。P-gp表达的这种差异明显影响药物的处置，如CYP3A4和Pgp基因多态性可以影响环胞菌素的药物处置。环胞菌素生物利用度，白种人为39.6%，黑种人为30.9%MDR1基因型与人体Pgp的底物代谢相关37P-gp基因ABCB1(或MDR1)的3435C→T多态性地高辛的生物利用度在TT中增高3435C/T2677G/TP-gp基因ABCB1(或MDR1)的3435C→T多38ABCB1

（P-gp）

基因变异对底物代谢动力学的影响多态性药物临床效应3435C→T地高辛T/T：BA;单剂量AUC和多剂量AUC与Cmax非索非那定T/T：单剂量AUC和Cmax环孢素T/T：多剂量的稳态AUC他克莫司T/T：

稳态时的Cmin苯妥英T/T：多剂量的稳态AUC2677G→(T/A)地高辛T/T：AUC和Cmax环孢素T/T：多剂量的稳态AUC他克莫司T/T&G/T：稳态血浓度和Cmin他林洛尔T/T&T/C：多剂量的稳态AUCABCB1（P-gp）基因变异对底物代谢动力学的影响多态39多药耐药相关蛋白（multi-drugresistanceprotein,MRP）基因的变异位点具有种族差异性。到目前为止，共发现MRP1

基因SNP变异位点81个、MRP2

基因41个、MRP3

基因30个、MRP4

基因230个、MRP5

基因76个、MRP8

基因102个和MRP9

基因70个。多药耐药相关蛋白多药耐药相关蛋白（multi-drugresistance40MRP的功能主要集中在肿瘤多药耐药机制和药物处置方面的研究。研究表明，MRP2是一种特异性有机离子通道蛋白，主要与铂类、依托泊甙，阿霉素，表柔比星等药物的抗药性和药物转运相关。MRP1与多种肿瘤如乳腺癌、肺癌的耐药密切关系。MRP的功能主要集中在肿瘤多药耐药机制和药物处置方面的研究41HEK293CHO-K1DaunorubicinDoxorubicinTheIC50valuesofdaunorubicinordoxorubicintreatmentinHEK293andCHO-K1cellstransfectedwith4SNPSofMRP1HEK293CHO-K1DaunorubicinDoxoru42DrugsResistancefactors(IC50expressionvector/IC50emptyvector)WT-MRP1/ABCC1Cys43Ser(128G>C)Thr73lle(218C>T)Arg723Gln(2168G>A)Arg1058Gln(3173G>A)Cisplatin0.95±0.240.95±0.140.83±0.180.76±0.201.10±0.10Paclitaxel1.14±0.090.99±0.160.99±0.211.10±0.221.04±0.16Daunorubicin17.82±3.1517.27±2.3719.73±1.989.09±1.688.73±2.62Doxorubicin14.38±0.7515.13±0.9114.63±1.523.63±1.202.38±1.03Etoposide12.65±2.0911.51±1.9213.08±1.844.41±0.676.65±1.05Methotrexate10.80±1.3310.50±1.586.70±0.956.20±0.9010.70±1.26Vinblastine5.44±1.365.72±1.605.64±1.042.80±1.265.44±1.62Vincristine11.35±3.1111.17±2.918.89±2.403.76±1.1511.18±2.82Resistancefactors(IC50expressionvector/IC50emptyvector)oftransfectedHEK293cellstochemotherapeuticagentsYinetal.Pharmacogenetics

and

Genomics2009,19:206-216

DrugsResistancefactors(IC5043那格列奈(nateglinide)的药物代谢动力学受SLCO1B1T521C

多态性影响SLCO1B1genotypesCmax(ng/mL)T1/2(h)AUC0-8(ng·h/mL)AUC0-

(ng·h/mL)521TT

2708±2441.24±0.125350.3±529.75705.1±523.4521TC&521CC

4887±4751.84±0.3110156.9±667.610829.1±824.4Pvalue<0.0010.05<0.001<0.001Dataareexpressedasmean±SD那格列奈(nateglinide)的药物代谢动力学受SL44基因或基因产物药物受多态性影响的效应ACE(I/D)ACE抑制药，如依那普利ACEII：更久而强的效应；氟伐地汀血脂改变（如LDL、TC和载脂蛋白B降低);冠脉粥样硬化的进展和衰退-内收蛋白氢氯噻嗪460Gly/Trp：限盐和氢氯噻嗪治疗引起较大的BP降低钾通道（KCNE2）磺胺甲基异噁唑,甲氧苄氨嘧啶突变型：QT间期延长综合症花生四烯酸5脂氧合酶白细胞三烯抑制药1秒用力呼气容量(FEV1)2受体2受体激动药（如沙丁胺醇）支气管扩张、激动药导致的脱敏作用的易感性、心血管效应I型血管紧张素受体AGTR1(A1166C)血管紧张素II受体拮抗药缺血性心脏病动脉对血管紧张素II的反应增强；高血压主动脉僵硬度增加血管紧张素原AGT(Met235/Thr)抗高血压药血压和左室心肌重量降低缓激肽B2受体ACE抑制药-58T／C的TT降压显著，易发生咳嗽3.影响药物效应的药物靶点基因多态性基因或基因产物药物受多态性影响的效应ACE(I/D)ACE45基因或基因产物药物受多态性影响的效应DA受体D2,D3,D4抗精神病(如氟哌啶醇、氯氮平)抗精神病效应(D2,D3,D4),抗精神病药引起的迟发性运动障碍(D3),抗精神病药引起的急性静坐不能(D3)雌激素受体-a结合雌激素骨矿物质密度增加激素替代治疗HDLC增加凝血因子V,FVLeiden(Arg506Gln)雌激素，口服避孕静脉血栓形成危险增加载脂蛋白EAPOE(E2/E4)他汀类，激素替代治疗,VitK影响胆固醇和载脂蛋白的降低胆固醇酯转运蛋白CETP(1/2)普伐他汀1

1

：普伐他汀延缓冠脉硬化进程糖蛋白IIb/IIIa中IIIa的亚单位阿司匹林和糖蛋白IIIa抑制药抗血小板效应5-羟色胺转运体抗抑郁药(如氯米帕明、帕罗西汀、氟西汀5-羟色胺神经传递、抗抑郁效应影响药物效应的药物靶点基因多态性（续）基因或基因产物药物受多态性影响的效应DA受体D2,D3,D446ACEIs临床药理学效应IIvsDD依那普利ACE活性降低II>DD左心室肥厚康复和左室损伤性舒张期充盈度改善II>DD卡托普利肾血流量增加和肾血管阻力降低II>DD咪达普利DBP降低II>DD福辛普利SBP和DBP降低II>DDACE抑制药的效应在ACE的II基因型中较DD强ACEIs临床药理学效应IIvsDD依那普利ACE活性降47TheefficacyrateofenalaprilinthetreatmentofhypertensivepatientswithdifferentACEgenotypesACEgenotypesHighefficacyefficacyinefficacyTotalefficacyrateDD(n=23）156291.30%**ID(n=21)711385.71%**II(n=24)514579.16%

怀化市第三人民医院Theefficacyrateofenalapril48异丙肾上腺素的血管扩张作用沙丁胺醇的气管扩张作用2受体基因ADRB2的两个多态性27Gln/Glu16Arg/Arg100-75-50-25-0-Gln/GlnGlu/GluMaximalvenodilativeresponsetoisoproterenol(%)2015105002468101214ChangeinFEV1(%)异丙肾上腺素的血管扩张作用沙丁胺醇的气管扩张作用2受体基因49NH2HOOCSer49GlyGly389ArgArg389Gly389ConcentrationofisoprenalineActivityofcAMP(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NH2HOOCSer49GlyGly389ArgArg350美托洛尔对心血管系统的影响与1-受体的基因型相关08010020406002468101214Plasmametoprolol(ng/mL)ReductioninHR(b.p.m.)r=0.620P<0.01r=0.718P<0.05ReductoininHR(b.p.m.)Plasmametoprolol(ng/mL)100080204060051015202530354045RestingExerciser=0.585P<0.01r=0.455P<0.01Reducti0ninsystolicPressure(mmHg)r=0.585P<0.01r=0.746P<0.01Plasmametoprolol(ng/mL)0802040600246810121416r=0.807P<0.01r=0.663P<0.01Plasmametoprolol(ng/mL)08020406002468101214Reducti0nindiastolicPressure(mmHg)Arg389

Gly389美托洛尔对心血管系统的影响与1-受体的基因型相关080151%ChangeofRHR%ChangeofEHR%ChangeofSBP%ChangeofDBP04812162075mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly05101575mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly048121675mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly051015202575mg150mg225mgArg/ArgGly/GlyP=0.008P=0.017P=0.011P=0.442美托洛尔不同剂量在β1-受体不同基因型中的心血管效应%ChangeofRHR%ChangeofEHR52根据1-受体单倍型组合（diplotypes）分组的高血压病人经美托洛尔治疗后的血压降低百分率各组显著不同

LiuJetal.ClinPharmacolTher,200649S389R/49S389R49S389R/49G389R49S389G/49G389R49S389G/49S389G-18-16-14-12-10-8-6-4-2SBPDBPMAP血压降低百分率（%）ANOVAP<0.001ANOVAP=0.001ANOVAP<0.001*根据1-受体单倍型组合（diplotypes）分组的高血压53他汀类降脂药物有关的药物代谢酶和转运体阿托伐他汀CYP3A5CYP3A5*3降TC和LDL作用增强P-GPMDR1C3435T降TC、LDL和升HDL：CC强于TT和CTOATP-CSLCO1B1521T>C降TC：TT>CC辛伐他汀CYP3A4CYP3A4*4降脂疗效增强CYP3A5CYP3A5*3降TC和LDL作用增强CYP2D6*2XN无不良反应、疗效最低各种导致无功能突变不良反应多。疗效增强OATP-CSLCO1B1521T>C降TC：TT>CC洛伐他汀CYP3A5CYP3A5*3降TC和LDL作用增强普伐他汀OATP-CSLCO1B1521T>C将TC作用：TT>TC4.药物代谢酶和药物靶点基因多态性的综合作用他汀类降脂药物有关的药物代谢酶和转运体阿托伐他汀CYP3A554甲苯磺丁脲CYP2C9CYP2C9*3清除率降低SUR1Exon18C/T或

T/T＋Exon16C/T或t/T联合突变血浆C肽反应和胰岛素反应均下降格列美脲CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高CYP2C9CYP2C9*3血浓度升高，胰岛素分泌增多，降糖效应增强二甲双胍苯乙双胍OCT1OCT2SLC22A1408Met>Val突变病人的有效率降低罗格列酮PPARPPARPro12Ala突变者疗效更佳易发生药源性水肿瑞格列奈OATP1B1SLCO1B1T521CAUC增高CYP2C8CYP2C8*3AUC和Cmax降低40%那格列奈OATP1B1SLCO1B1T521CCmax和AUC增高CYP2C9CYP2C9*3血浆清除率下降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甲苯磺丁脲CYP2C9CYP2C9*3清除率降低SUR1Ex55利尿药内收蛋白Gly460Try460Try更著的BP降低G蛋白3C825TTC和TT降压增强ACEI/DII血压降低更著NOS2A(一氧化氮合酶)Alu298Asp298Asp

有更著的DBP降低阻滞药1Gly389ArgArg血压降低更著21342G/CSBP↓1817G/ADBP↑GNASFokI(+/–)FokI+BP降低更著ACE抑制药ACEI/DI：更著的BP降低AT1受体阻止药AGTR11166A/C1166A：更著的SBP降低ACEI/DI：更著的DBP降低CYP11B2–344C/T–344T：更著的SBP降低APOA11449A/GSBP↑和DBP↑CYP2C9*2*1/*2：有更低的DBPvs*1/*1Ca通道阻滞药AGTR11166A/C1166A

动脉紧张度↓更著ACEI/DI：AT1受体mRNA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利尿药内收蛋白Gly460Try460Try更著的BP56EnglJMed,1993,328(13)：914~210102030405060双氢克脲噻阿替洛尔卡托普利可乐定地尔硫卓哌唑嗪80100有效百分率单个药物治疗高血压病，DBP控制在90mmHg以下者均不超过60%（n=1296（Male,DBP：95-105mmHg）EnglJMed,1993,328(13)：914~2157目标血压(mmHg)抗高血压药数量1临床试验234AASK MAP<92UKPDS DBP<85ABCD DBP<75MDRD MAP<92HOT DBP<80IDNT SBP<135/DBP<85ALLHAT SBP<140/DBP<90为使血压降到目标点，必须多种药物联合应用DBP,舒张压;MAP,平均动脉压;SBP,收缩压.

BakrisGLetal.AmJKidneyDis.2000;36：646-661.LewisEJetal.NEnglJMed.2001;345：851-860.CushmanWCetal.JClinHypertens.2002;4：393-405.目标血压(mmHg)抗高血压药数量1临床试验234AAS58男性病人，56岁，高血压病，公务员Metoprolol20mgbid;血压不能控制，交感兴奋基因型检测：1受体Gly389Gly（敏感性低）推荐剂量：提高到180%剂量改为40mgbid;血压控制，交感兴奋控制

临床病例（怀化三医院）男性病人，56岁，高血压病，公务员临床病例（怀化三医院）59高血压病人(n=266)标准治疗方案根据基因型给药方案2D6*1*/10Arg389Arg2D6*10/*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Arg2D6*1/*1Gly389Arg2D6*1/*10Gly389Arg2D6*1*/10Arg389Arg2D6*/10*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Arg2D6*1/*1Gly389Arg2D6*1/*10Gly389Arg25mgx225mgx212.5mgx250mgx24周N=64N=40N=41N=58N=24N=394周4周4周美托洛尔在高血压病人中的治疗效果(娄底市中心医院)高血压病人(n=266)标准治疗方案根据基因型给药方案2D60A,Non-genotypedirectedtherapyB,Genotypedirectedtherapy02468101214161820⊿SBP⊿DBPBloodpressuredecrease(mmHg)

P=0.118

P=0.009A1+A3B1+B3024681012141618⊿SBP⊿DBPBloodpressuredecrease(mmHg)

P=0.027P=0.001美托洛尔在根据基因型调整剂量的高血压病人中的疗效优于固定剂量A,Non-genotypedirectedthera61酶或转运体药物临床效应CYP3A4/3A5依托泊泔、替尼泊泔、长春新碱药物代谢动力学改变TPMT6-MP,硫鸟嘌呤、硫唑嘌呤造血性毒性UDP-葡萄糖苷酸转移酶1A1(UGT1A1)伊立替康毒性：腹泻、中性粒细胞减少N-乙酰转移酶（NAT）氨萘非特骨髓毒性谷胱甘肽-S-转移酶M1(GSTM1),STM3,谷胱甘肽-S-转移酶T1(GSTT1)各种抗癌药效应增强二氢嘧啶脱氢酶(DPD)5-FU毒性增强P-醣蛋白(MDR1)各种抗癌药耐药，药物代谢动力学改变多药耐药相关蛋白(MRPs)各种抗癌药耐药，药物代谢动力学改变亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)5-FU和抗叶酸药毒性、耐药胸苷酸合酶(TS)5-FU和抗叶酸药毒性、耐药基因多态性对抗抗癌药物的影响酶或转运体药物临床效应CYP3A4/3A5依托泊泔、替62TPMT(硫嘌呤甲基转移酶)051015200510TPMTLTPMTLTPMTLTPMTHTPMTHTPMTHTPMT活性,单位/mlRBCPercentageofsubjectsper0.5unitsofactivity人RBCTPMT298成人90%10%0.3%8变异等位基因,3(*2,*3A,*3C)引起酶活性显著下降，故任何两者组合，即突变纯合子，则无酶活性；与wt组成杂合子，酶活性居中。因此呈三态分布TPMT(硫嘌呤甲基转移酶)051015200510TP63低/无活性TPMT引起TGs蓄积，引起严重的造血系统毒性，导致继发性白血病和放射性肿瘤在事先基因型检测选择合适药物和剂量的病人，在低/无活性的病儿未出现继发性脑恶性肿瘤。McLeodetal.,2000接受脑部放射治疗小儿患者继发性放射性恶性脑肿瘤的累计发生率突变型TPMT（N=7,小儿）野生型TPMT（N=45,小儿）放射治疗后时间(年)累计发生率(%)01234567891001020304050p=0.0094低/无活性TPMT引起TGs蓄积，引起严重的造血系统毒性，导64巯嘌呤(6-MP,),用于小儿白血病，终末代谢产物为硫鸟嘌呤核苷酸（TGNs）,可插入DNA和RNA而有细胞毒性。TPMT可将6-MP甲基化而不产生TGNs6-MP代谢产物代谢产物TGNsDNA,RNATPMTTPMTAdo-MetAdo-luy6-mercaptopurine6-methylmercaptopurine无毒性代谢产物细胞毒性代谢产物巯嘌呤(6-MP,),用于小儿白血病，终末代谢产物为硫鸟嘌65药物代谢酶和作用靶点基因多态性对药物效应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＋＋＋＋＋＋＋＋＋药物代谢酶和作用靶点基因多态性对药物效应和毒性的综合影响代谢66StJohn‘swort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/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作用及机制提供了参考00.10.20.30.40.50.60.70.862C19m/m6wt/wt6subjects**placeboSJW-0.10.10.30.50.70.91.1placeboSJWwt/wtm/m4-HydroxymephenytoinIn0-8hunrine(mmol)JClinPharmacol.2004

ClinChimActa.2005StJohn‘swort抑制CYP2C19活性证67三、遗传药理学和药物基因组学在新药研发中的作用三、遗传药理学和药物基因组68合成筛选

产生一个新药的漫长过程II期临床试验III期临床试验I期临床试验动物药理动物药代和毒理药物制剂候选化合物设计申请证书上市药物开发过程合成筛选产生一个新药的漫长过程II期临床试验69高风险过程：美国：11-15年,8亿美元以上~100设计方案临床前药理学临床前毒理学筛选数百万化合物11-15年1–2产品I期II期III期015510临床药理、毒理学临床前创意高风险过程：~100设计方案临床前药理学临床前毒理学筛选7060504030201001994199519961997199819992000200120022003200420052006批准新药数22285339303527241721362017美国FDA每年批准的新药（1994-2006）601994199519961997199819971最近20年美国FDA从市场撤出的药品名称类别上市时间撤出时间市场使用时间(月)替尼酸利尿降压药197919808苯噁洛芬NSAID198219824佐美酸NSAID1980198329诺米芬辛抗抑郁药198519867舒诺芬NSAID1986198716恩卡尼抗心律失常药1987199156替马沙星抗菌药199219924氟司喹南抗高血药药199219934非尔氨酯抗惊厥药1993199412芬氟拉明减肥药19731997290右芬氟拉明减肥药19761997144特非拉定抗组胺药19851998152美贝地尔抗高血压药1997199811溴芬酸钠NSAID1997199811阿司咪唑抗组胺药19881999118格帕沙星抗菌药1997199924司帕沙星抗菌药1997199921曲伐沙星抗菌药1997199918曲格列酮胰岛素增敏剂1998200014西沙必利胃动力药1993200084阿洛司琼5—HT3型受体拮抗剂200020008(后又恢复)苯丙醇胺α受体激动剂19632000432西立伐他汀调血脂药1999200119罗非考昔NSAID199920045最近20年美国FDA从市场撤出的药品名称类别上市时间撤出时间72被撤出市场的药物适用症毒性相关基因突变阿洛司琼（Alosetron）肠道综合症缺血性结肠炎SLC6A4(羟色胺转运体)阿司咪唑（Astemizole）变态反应QT延长CYP2J2,西立伐他汀（Cerivastin）高脂血症横纹肌溶解CYP2C8,SLCO1B1西沙必利（Cisapride）胃十二指肠返流QT延长SCN5A(钠离子通道α亚单位基因),KCNQ1右芬氟拉明（Dexfenfluramine）肥胖肺动脉高压CYP2D6,BMPR2(骨形态发生蛋白II型受体)罗非考昔(Rofecoxib,Vioxx)疼痛心血管毒性UDP-葡萄糖苷酸转移酶:UGT2B7,UGT2B15特非那定（Terfenadine）变态反应QT,扭转型室速KCNQ1(钾离子通道基因)地来洛尔（Dilevalol）高血压肝毒性UGT(2001,UK)舍吲哚(Sertindole)精神分裂症QT,扭转型室速KCN

(1998,UK)特罗地林（Terodiline）尿失禁扭转型室性心动过速CYP2C19(1991,UK)1990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被撤出市场的药物适用症毒性相关基因突变阿洛司琼（Aloset73“药物基因组学将改变药物开发的方式”“运用药物基因组学开发药物将使药物开发周期缩短1.5–2年”“药物基因组学将能通过预测易发生药物毒性的人群而使从市场撤出的药物重新回到市场应用”“药物基因组学将使我们很快能对病人个体化地应用合适的药物和合适的剂量”遗传药理学和药物基因组学将改变药物开发过程“药物基因组学将改变药物开发的方式”遗传药理学和药物基因组学74遗传药理学和药物基因组学在药物开发各阶段中的应用药物靶点鉴定药物靶点确证先导化合物筛选化合物文库筛选申报审批先导化合物优化临床前研究临床试验I/II/III期药物基因组学遗传药理学遗传药理学和药物基因组学在药物开发各阶段中的应用药物靶点鉴定75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。（1）开发作用于相关的遗传物质和以特定基因型病人作为治疗对象的药物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76（2）避免开发有多态性药物代谢酶参与的、且治疗指数低的药物

药物代谢酶的变异是药代动力学个体差异的重要原因，研究的早期应及早确定其代谢是否由具有遗传多态性药物代谢酶的参与。对于有多种代谢酶参与的，且治疗指数低的候选药物应立即淘汰。（2）避免开发有多态性药物代谢酶参与的、且治疗指数低的药物77遗传药理学研究对各国新药申报审批部门也提出了新的问题。在审批由其它国家和地区申报的新药时，要求研制单位除了提供药物的有效性、安全性和产品的质量外，还需提供活性化合物是否还具有种族敏感性或不敏感性特征以及活性化合物的代谢和效应是否具有种族差异。（3）新药研制管理方面的意义遗传药理学研究对各国新药申报审批部门也提出了新的问题。在审批781997年ICH将“国外临床研究数据可接受的种族因素”正式写入指导原则（ICH-E5）美国FDA、ICH、我国等相继规定新药临床试验和国外药品注册需考虑种族因素。1997年ICH将“国外临床研究数据可接受的种族因素”正式写79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）避免高多态性药物靶点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）运用药物基因组学和遗传药理学发现和开发创新药物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运80运用遗传药理学进行药物临床试验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性对药物代谢动力学的影响II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可将试验对象根据基因型分开进行III期临床试验根据病人的遗传差异分组，研究不同遗传变异的病人对治疗的效应和毒性反应检测药物代谢酶基因型/表型，预估剂量寻找对治疗有效和无效、毒性和非毒性的遗传差别，发现有意义的基因变异的结构和功能对严重的和不能解释的不良反应寻求遗传方面的解释在临床试验中应均留DNA标本已备作必须的遗传药理学研究运用遗传药理学进行药物临床试验I期确定个体药物代谢酶和转运蛋81四、遗传药理学在临床药治疗个体化中的作用四、遗传药理学在临床药治82

利用先进的分子生物学技术对不同个体的药物相关基因进行解读，临床医生可以根据病人的基因型资料实施给药方案，并“量体裁衣”式地对病人合理用药，以提高药物的疗效和降低药物的毒副反应，同时减轻病人的痛苦和经济负担。1.实现个体化药物治疗利用先进的分子生物学技术对不同个1.实现个体83NewEraofPersonalizedMedicineNewEraofPersonalizedMed84

2.改变传统医院诊疗模式症状体征诊断药物治疗实验室及仪器检查经验处方A药B药C药D药药物治疗经验性用药代价:费时、费钱、疗效低、毒副作用多2.改变传统医院诊疗模式症状A药B药C药D药药物治疗经验853.根据个体遗传特征（基因型）针对用药症状体征诊断药物治疗实验室及仪器检查药物相关基因检测

“基因处方”

药物治疗D药A药C药B药基因导向性个体化用药好处：省时、省钱、疗效好毒副作用少3.根据个体遗传特征（基因型）针对用药症状药物治疗D药A药86临床诊断基因检测和诊断CYP2D6CYP2C9-receptorAT1-receptorACE“一病一药”传统治疗量体裁衣药物治疗基因导向个体化药物治疗的实施个体化药物治疗中心临床诊断基因检测和诊断“一病一药”传统治疗量体裁衣药物治疗87个体化药物治疗基因诊断芯片我们开发的首张个体化用药基因诊断芯片可用于临床推广基因导向性个体化药物治疗

个体化药物治疗基因诊断芯片我们开发的首张个体化用药基因诊断芯88根据个体的基因型确定药物剂量UMEM和IMPM根据个体的基因型确定药物剂量UMEM和IMPM89高血压个体化基因诊断书高血压个体化基因诊断书90DNA身份证在不远的将来，病人就医时随身带上一张智能卡，上面除了姓名、性别、年龄、生活史等常规资料外，还存储着与药物代谢以及与疗效有关的各种基因型资料。据此，医生可以预测各种药物的效应，并“量体裁衣”式地对病人合理用药。DNA身份证在不远的将来，病人就医时随身带上一张智能卡，上91下一个20年展望关于基因对疾病和药物反应的影响会有更多的了解，研究结果和提供的信息会大量增多。全基因测序的方法会有显著改善，因而设备费用显著降低，测序时间大幅缩短，一般实验室均可实行和应用。研究多因素和多基因决定的药物反应的系统生物学方法和模型得到广泛应用。药理-代谢组学的发展和应用(NMR/MS)。遗传药理学作为一种改善药物安全性和有效性的重要手段将被更多的病人和医生接受，并逐步在临床应用和推广。遗传药理学在个体化药物治疗中的应用已经不只是一种“时尚”或“一时狂热”，它能逐步和持续地在临床发挥改善药物治疗的作用，并且成为未来医学的基石。下一个20年展望关于基因对疾病和药物反应的影响会有更多的了解92Thanks!Thanks!93

遗传药理学与药物基因组学刘昭前

中南大学临床药理研究所InstituteofClinicalPharmacologyCSU遗传药理学与药物基因组学刘昭前中南大学临床药理研究所94☆遗传药理学和药物基因组学的概况

☆

遗传因素与药物反应差异

☆

遗传药理学和药物基因组学在新药研发中的作用

☆

遗传药理学个体化中药物治疗中作用内容提要☆遗传药理学和药物基因组学的概况内容提要95一、遗传药理学和药物基因组学的概况一、遗传药理学和药物基96长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量临床医生都是根据开发这一药物的国家以当地种族人群为试验对象得出的剂量给药剂量可能并不适合其它国家的人群而导致药物疗效不佳，甚至出现严重的不良反应(propranolol)种族差异个体差异

我国，药物剂量基本上是根据国外剂量标准使用，由于个体差异和种族差异(基因序列不同)的原因常常导致相当比例的病人药物疗效差。

长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量临床医生都970%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%GenesEnvironmentII糖尿病乳腺癌男性心肌梗死原发性高血压病冠心病I糖尿病苯妥英锂水扬酸异戊巴比妥双香豆素阿司匹林安替匹林保泰松

遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的作用0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%198药物反应个体差异年龄老年、儿童、新生儿体重性别身高基因型环境因素食物/吸烟/合并用药

合并疾病疾病过程

个体差异的主要原因是遗传变异药物反应个体差异年龄体重性别身高基因型环境因素合并疾病疾99PHARMACOGENETICS–遗传药理学研究遗传因素在药物反应个体变异中的作用。机体内药物作用靶点（受体）、药物转运体和药物代谢酶是在一定基因指导下合成的，所以遗传基因的变异是构成药物反应差异的决定因素。PHARMACOGENOMICS–药物基因组学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用效应差异的影响，以此为平台开发药物，指导合理用能药，提高用药的安全性和有效性。药物基因组学和遗传药理学PHARMACOGENETICS–遗传药理学药物基因组学100等位基因（allele）-人的基因位于成对的染色体上（性染色体除外），因此每一种基因都有一对。

基因多态性（geneticpolymorphism）-在正常人群中，由于同一基因位点上多个不同等位基因作用而出现两种或两种以上遗传决定的基因型，如果每种基因型的发生频率超过1%

。单核苷酸多态性（singlenucleotidepolymorphism，SNP）-在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%以上。

表型（phenotype）-个体在一定环境条件下表现的性状。

基因型（genotype）-形成表型这种性状有关的遗传结构。

等位基因（allele）-人的基因位于成对的染色体上（性染色101人类仅有0.1%的DNA是不同的这0.1%的差别有重要意义吗?所有人的DNA序列99.9%相同0.1%的差别在拥有30亿碱基对的基因组中翻译出3百万个“拼写”差异。人类仅有0.1%的DNA是不同的所有人的DNA序列99.9%102野生型纯合子(wt/wt)杂合子(wt/m)突变纯合子(m/m)GATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATGAGCTACTCGATAAGCTATTCGluGATAAGCTATTCGATAAGCTATTCLys谷氨酸赖氨酸