个体化治疗与基因诊断的现状挑战和对策详解演示文稿

个体化治疗与基因诊断的现状挑战和对策详解演示文稿当前1页，总共48页。（优选）个体化治疗与基因诊断的现状挑战和对策当前2页，总共48页。药物不良反应（ADRs，AdverseDrugReactions）已成为危害人类健康的重要公共卫生问题

6.7%的住院病人产生严重药物不良反应；全部床位总数的4%

；0.32%的病人死于严重的药物毒副作用；居全部死亡原因第4位，仅次于心脑血管疾病、癌症和肺部疾病；儿童的药物不良反应发生率高达9.5%；美国每年约10万病人死亡；第一部分：国内外现状当前3页，总共48页。英国卫生部门医疗资源耗费约每年5亿英镑；美国药物不良反应造成的致残和致死（包括初级医疗和次级医疗）所造成的总费高达每年1000亿美元；Ref:ClassenDC,etal.JAMA1997;277:301-17LazarouJ,etal.JAMA.1998Apr15;279(15):1200-5Needetal.NatureGenetics37:671,2005当前4页，总共48页。我国由于医疗条件相对低下，形势更为严峻！

我国每年500-1000万人因发生ADR住院；住院病人ADR发生率为10-20%，其中5%发生严重ADR；老年人发生率为22-50%；药源性死亡率占住院病人的3.6-25%；死亡人数为每年20万人。当前5页，总共48页。药物临床试验和新药开发的损失同样严重一种药物上市平均耗费8亿美元和10年左右时间；约35%的新药由于安全性问题而不能上市；过去20年期间约4%的上市药物因安全性问题被撤出欧美市场，共计34种；当前6页，总共48页。最近20年美国FDA从市场撤出的部分药品被撤出市场的药物适用症毒性相关基因突变阿洛司琼肠道综合症缺血性结肠炎SLC6A4(羟色胺转运体)阿司咪唑变态反应QT延长CYP2J2,西立伐他汀高脂血症横纹肌溶解CYP2C8,SLCO1B1西沙必利胃十二指肠返流QT延长SCN5A(钠离子通道α亚单位基因),KCNQ1右芬氟拉明肥胖肺动脉高压CYP2D6,BMPR2(骨形态发生蛋白II型受体)罗非考昔疼痛心血管毒性UDP-葡萄糖苷酸转移酶:UGT2B7,UGT2B15特非那定变态反应QT,扭转型室速KCNQ1(钾离子通道基因)地来洛尔高血压肝毒性UGT(2001,UK)舍吲哚精神分裂症QT,扭转型室速KCN

(1998,UK)特罗地林尿失禁扭转型室性心动过速CYP2C19(1991,UK)西布曲明肥胖心脑血管终极事件CYP2B6当前7页，总共48页。年龄

性别体重/身高

合并症病程决定药物反应的因素器官功能

遗传环境因素药物反应老年，儿童，新生儿肝脏,肾脏,心脏食物

/吸烟/合并用药当前8页，总共48页。《医疗机构临床检验项目目录》

——2007年国家卫生部发布当前9页，总共48页。过去5年中基因组学、蛋白组学及纳米科技等的迅速发展已实现分子诊断水平的快速升级，并且开始在新药开发和个体化治疗中得到广泛应用。随着技术平台的不断升级，人类遗传标志的不断发现，基因型-用药表型关联的不断揭示，传统用药必将产生新变革。卫生部2007年公布的国家《医疗机构临床检验项目目录》已经远远不能适应国民卫生健康事业发展的需要。现在的问题不再是我们能否实现个体化治疗，而是我们将在何时、以何种方式实现个体化治疗。当前10页，总共48页。个体化医学发生了一系列里程碑性事件

构建出未来个体化治疗的蓝图1.2003年，美国药品食品监督管理局（FDA）颁布了GuidanceforIndustry:PharmacogenomicDataSubmissions，中文翻译为《行业指南草案：药物基因组学数据报送》，2005年即成为正式文件，要求新药临床试验完毕进行申报时需提供病人遗传分子诊断方面数据。

当前11页，总共48页。2.2003年，由美国、加拿大、日本、中国、尼日利亚和英国共同参与的人类单倍体型计划（HapMap）对数以百万计的

SNPs进行归类，阐明了大量统计学意义十分明确的基因型

-药物表型相关性。什么是HapMap？HapMap是人类基因组中常见遗传多态位点的目录，它描述了这些变异的形式、在DNA上存在的位置、在同一群体内部和不同人群间的分布状况。HapMap计划并不是利用HapMap中的信息来建立特定的遗传变异与某一疾病之间的联系，而是为其他研究者提供相关信息使之能够将遗传多态位点和特定疾病风险联系起来，从而为预防、诊断和治疗疾病提供新的方法。药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前12页，总共48页。3.2004年，“人类单核苷酸突变协会”完成超过180万单核苷酸突变特征鉴定，期间共有150余种药物或新药化合物向FDA呈交了药物基因组学资料。药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前13页，总共48页。4.2005年，NIH资助的“遗传药理学研究网络”（PGRN）和“遗传药理学与药物基因组学知识库”（PharmGKB）成立，旨在为全人类的个体化用药实现资源共享。药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前14页，总共48页。5.2006年，FDA批准了首个体外诊断化验分子检测：（GeneSearchBLN检测）应用于乳腺癌转移的诊断。该化验通过分子手段检测在乳腺组织中丰富而正常淋巴结很少的一些细胞，以此判断乳癌是否发生了淋巴结转移。GeneSearchBLN检测比目前最快的同类诊断手段更加准确和快速，该检测能够降低乳腺癌患者二次手术的风险。

药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前15页，总共48页。6.2007年，FDA批准了第一种遗传分子检测，该检测根据CYP2C9和VKORC1基因多态性预测抗凝药华法林的敏感性。

药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前16页，总共48页。7.2008年，由美国国立卫生院（NIH）和“比尔盖茨基金”资助的“国际遗传药理学倡导组织（PGENI）”成立，旨在资助全球多民族人群中的个体化用药事业，并将遗传药理学信息整合到国家公共卫生和药政管理的决策之中。

药物基因组学与个体化治疗的里程碑事件当前17页，总共48页。70余种药物经美国FDA批准贴上了遗传标签，用于指示不同基因型的患者在应用该药物时对疗效和毒性的指示作用

表.美国FDA已批准药物标签的有效基因组生物标志物信息表（节选）生物标记功能意义药物CYP2C19基因变异毒性预测伏立康唑CYP2C9基因变异毒性预测塞来昔布CYP2C9基因变异毒性预测华法林CYP2D6基因变异毒性预测托莫西汀CYP2D6基因变异毒性预测盐酸氟西汀5q(del(5q))染色体缺失毒性预测雷利度胺DPD缺乏毒性预测卡培他滨EGFR表达疗效预测埃罗替尼EGFR表达疗效预测西妥昔单抗家族性高胆固醇血症基因疗效预测阿托伐他汀G6PD缺失毒性预测拉布立酶注：1.必须检查；2.推荐检查，针对风险人群检查；3.供参考当前18页，总共48页。生物标记功能意义药物G6PD缺失毒性预测伯氨喹Her2/neu过度表达疗效预测曲妥单抗HLA-B*1502等位基因毒性预测卡马西平HLA-B*5701等位基因过敏反应/乳酸酸中毒和严重的肝肿大阿巴卡韦NAT基因变异毒性预测利福平，异烟肼和吡嗪酰胺费城染色体的阳性反应疗效预测马利兰PML/RARalpha表达疗效预测维甲酸ProteinC缺失毒性预测华法林TPMT基因变异毒性预测硫唑嘌呤UGT1A1基因变异毒性预测伊立替康UGT1A1基因变异毒性预测尼罗替尼尿素循环障碍毒性预测丙戊酸续上表：注：1.必须检查；2.推荐检查，针对风险人群检查；3.供参考70余种药物经美国FDA批准贴上了遗传标签，用于指示不同基因型的患者在应用该药物时对疗效和毒性的指示作用

当前19页，总共48页。药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践St.Jude’s儿童医院和梅奥诊所等将TPMT遗传检测列为对病人进行ALL化疗前的常规

急性淋巴细胞性白血病（ALL）的化疗组合均包括6-巯基嘌呤、6-硫代鸟嘌呤或硫唑嘌呤，这些药物具有共同的消除通路是经硫代嘌呤甲基转移酶（TPMT）代谢失活。因编码TPMT的基因突变而导致TPMT酶代谢活性的人群可产生严重毒性反应甚至死亡，唯有大幅降低药物剂量方可避免毒性的同时获得疗效。w/w:100%剂量w/m:65%剂量m/m:6-10%剂量当前20页，总共48页。2.UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反应伊利替康是一种前药，它在体内转化为活性产物SN-38后发挥抗癌作用，SN-38的抗癌活性是其母药伊利替康的100-1000倍，同时也被发现它与应用伊利替康所出现的严重不良反应密切相关。伊利替康的活性代谢产物SN-38在肝细胞内通过葡萄糖醛酸转移酶（UGT）的作用与葡萄糖醛酸结合，形成β-葡萄糖苷酸SN-38（SN-38G）而丧失抗癌活性。

药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前21页，总共48页。2.UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反应UGT1A1*28突变型杂合子（6/7）产生4级粒细胞减少，4级血样便腹泻或脱水，3级水样便腹泻等毒副作用的几率为12.5％，突变型纯合子（7/7）则有50％产生毒副作用的可能性，而野生型UGT1A1（6/6）在接受伊立替康治疗时产生毒副作用风险极低。2005年，美国FDA要求在伊立替康药品标签上加入警示，建议患者在使用伊立替康前先检测是否带有UGT1A1*28突变。在中国人中，UGT1A1*28野生型纯合子（6/6）、杂合子（6/7）和突变型纯合子（7/7）的发生频率分别为70.2%、27.7%和2.1%。UGT1A1*28、UGT1A1*28*6与UGT1A1*6基因型患者的毒副作用风险相近，UGT1A1*6突变频率在东亚人群中(日本、韩国和中国)约为13％。药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前22页，总共48页。3.EGFR信号通路及通路上各靶标基因突变与结直肠癌化疗急性表皮生长因子受体（EpidermalGrowthFactorReceptor，EGFR）位于细胞膜上，介导细胞迁移、黏附、增殖、分化和凋亡。

EGFR下游的信号转导通路主要有两条（如图）：一条是Ras/Raf/MEK/ERK-MAPK通路，而另一条是PI3K/Akt/mTOR通路2。研究表明，在许多实体肿瘤中存在EGFR信号转导通路上的基因发生体细胞突变及表达异常，从而导致肿瘤细胞无限制的扩增和迁移。药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前23页，总共48页。针对EGFR所开发的分子靶向药物主要分两类:1）小分子酪氨酸激酶抑制剂(TKI)，如吉非替尼（也称为易瑞沙）和厄罗替尼（也称为特罗凯)，抑制EGFR胞内区酪氨酸激酶活性；2）单克隆抗体(mAb)，如西妥昔（也称为爱必妥）和帕尼单抗（也称为维克替比)，与EGFR胞外区结合，阻断依赖于配体的EGFR活化。

EGFR突变，尤其是外显子19缺失突变者吉非替尼的有效率高达80％以上；KRAS基因突变与肺癌患者的吉非替尼、厄罗替尼原发性耐药有关；使结直肠癌患者对抗EGFR抗体类药物如西妥昔单抗产生耐药；BRAF基因V600E突变造成EGFR靶向药物产生耐药性；PI3K亚单位上的外显子9和20突变的细胞会对药物拉帕替尼产生耐药性。药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践3.EGFR信号通路及通路上各靶标基因突变与结直肠癌化疗当前24页，总共48页。4.综合数学模型用于华法林的剂量分析由于人口老龄化，全球房颤发病率不断走高。美国的房颤患者人数达250万人，欧盟的患者人数达450万人，中国成人房颤发生率约455万，低强度抗凝有助于避免心脑血管终极事件；华法林在临床上应用广泛，作为预防房颤病人栓塞并发症和心脏瓣膜置换术后的首选药物；主要不良反应是出血，发生率介于10-24%之间，约1.2-7%的病人可发生严重而威胁生命的大出血；华法林剂量可相差10-50倍，尤其是华法林起始剂量的使用非常困难，且面临极大的出血风险。药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前25页，总共48页。4.综合数学模型用于华法林的剂量分析第一阶段：基因型预测起始剂量CYP2C9*1/*1*1/*3*3/*3*1/*1*1/*3*3/*3*1/*1*1/*3*3/*3VKORC1GGGGGGGAGAGAAAAAAA推荐起始剂量(mg/天)53.753.753.752.52.52.51.251.25药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前26页，总共48页。第二阶段：综合数学模型预测起始剂量VKORC1基因多态性-1639/3673G>A（-28%等位基因），体表面积（+11%每0.25平方米），CYP2C9*3(-33%等位基因)，CYP2C9*2(-19%等位基因），年龄（-7%每十年），目标国际标准化比率（+11%每0.5个单位增长量），胺碘酮的使用（-22%），吸烟（+10%），种族（-9%），当前血栓形成（+7%）。4.综合数学模型用于华法林的剂量分析药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前27页，总共48页。

第三阶段：改进后的综合数学模型预测起始剂量

4.综合数学模型用于华法林的剂量分析药物基因组学与个体化治疗的临床转化与实践当前28页，总共48页。改革传统药物生产模式截至2011年，价值约1570亿美元的药品将失去专利保护而面临巨大的仿制药竞争；药厂可能因此遭受巨大损失；专门针对小样本特定遗传背景人群、携带遗传标签、更高价位的“精密制导型”药物提升其科技附加值；其额外收益将弥补传统“重磅炸弹级”药物专利失效带来的损失；传统“重磅炸弹级”药物发展模式将逐渐消亡；个体化“精密制导型”药物将成为来主流模式。当前29页，总共48页。个体化治疗领域的技术革命PCR-RFLPPyrosequencing焦磷酸测序技术高血压个体化用药基因芯片AmpliChipCYP450基因芯片DMET基因芯片ADME基因芯片GWAS芯片LuminexX-Map平台第二代测序技术第三代测序技术当前30页，总共48页。OATP1B1基因的T521C基因多态性是他汀类药物的主要不良反应横纹肌溶解的独立决定因子，对于预测和预防他汀类的肌毒性具有重要意义。当前31页，总共48页。HLA-B*5701基因变异是引起抗生素氟氯西林所致肝损伤的重要原因，风险增加80-100倍当前32页，总共48页。表.中南大学临床药理研究学检验所个体化用药基因检测服务列表节选编号检测内容检测基因PM-001β1受体阻断药疗效与剂量预测细胞色素氧化酶(CYP2D6)β1肾上腺素受体（β1-R）PM-002ACEI类药物疗效与剂量预测血管紧张素转化酶（ACE）PM-003AT1受体阻断药疗效与剂量预测细胞色素氧化酶(CYP2C9)PM-004氯吡格雷抵抗预测细胞色素氧化酶(CYP2C19)PM-005华法令起始剂量及毒性反应预测细胞色素氧化酶(CYP2C9)、维生素K环氧化物还原酶亚基1（VKORC1）PM-006卡马西平皮肤-粘膜毒性预测人白细胞抗原(HLA)PM-007顺铂、奥沙利铂药物毒性和远期疗效人类谷胱甘肽S转移酶P1（GSTP1）PM-008伊立替康药物毒性预测葡萄糖醛酸转移酶（UGT1A1）PM-009吉西他滨骨髓抑制毒性反应预测胞苷脱氨基酶（CDA）PM-0105-氟尿嘧啶毒性与疗效预测胸苷酸合酶（TYMS）PM-011紫杉醇疗效与毒性预测多药耐药相关蛋白（p-gp）PM-012吉非替尼、埃罗替尼疗效预测表皮生长因子受体(EGFR)PM-013免疫抑制药他克莫司起始剂量预测细胞色素氧化酶（CYP3A5）PM-014西妥昔、帕尼疗效预测EGRF信号蛋白（K-Ras）PM-014六巯基嘌呤硫代嘌呤甲基转移酶（TPMT）当前33页，总共48页。第二部分：目前存在的问题1.遗传药理学和药物基因组学基础研究仍需加强

经典研究：CYP450、转运体、受体后续研究：离子通道分子、细胞黏附分子、信号转导通路分子、伴侣蛋白、核酸和DNA修复系统、翻译后加工分子、细胞周期与生长因子、转录因子当前34页，总共48页。2.个体化用药技术在新药开发中未得到应有重视：

由于人类遗传背景的多样化，没有一种药物对所有人群安全有效，即使是全球销售榜排名前30位的“重磅炸弹”级药物通常有效性也不过40-60%。传统的新药临床前试验对药物的代谢和转运途径不加探索，临床试验对受试者的遗传背景也不加区分，其明显缺陷在于纳入了大量具有不同代谢特征和特定遗传背景的受试者，这些特异亚群中产生的疗效差和毒性大的数据极大影响了药物的安全性和有效性评价结果，增加了开发的成本，甚至造成药物不能上市的重大损失。当前35页，总共48页。3.非遗传因素使个体化治疗复杂化：

当前36页，总共48页。4.个体化治疗检测的经济成本相对高:

当总人数和非正常药物反应者人数一定的前提下，要求检测费用比药物价格相对低廉才能保证该公式成立，即病人经济上划算，从而容易为病人所接受。检测费用-效应的关系满足下列公式时是有价值的：当前37页，总共48页。5.医疗界、政府部门和药厂的接受程度不够：

遗传药理学和个体化用药知识的传播力度仍然不够；普通临床医生距离对临床病人解释具体个体化用药基因检测的临床意义还有相当

大的距离；国家和卫生部门的政府官员，医疗机构的管理人员对个体化用药领域的不了解；在推进个体化事业、制定相关政策措施时持谨慎和保守态度。

当前38页，总共48页。6.个体化用药基因检测的临床推广模式有待摸索：基因检测要想在临床上推广必须满足5个条件:基因多态性和药物不良反应之间牢固的关系；检测手段必须特异、准确和敏感；生物标本的转移和处理必须标准化;价格可以承受;临床医生要能向病人解释清楚检测结果并且根据检测对用药做出正确的调整。目前，这样的临床模式尚在摸索和建立之中。当前39页，总共48页。第三部分：对策与展望1.加强个体化用药的基础研究：完善药物-机体作用的分子机制，发现一批新的药效学通路基因和药物靶标；开展药物表观遗传学在药代动力学和药效动力学中的作用机制；发展转录组、蛋白组、肽组和代谢组学在个体化药物治疗方面的应用；研发出若干操作简易、可补充或替代基因检测的新型个体化用药关键技术。

当前40页，总共48页。2.将遗传信息应用于新药开发中：新药临床前开发中的个体化用药：新药研发将会从开发伊始就避免“新药”受到具有遗传多态性的药物代谢酶或转运体的影响，在初筛期便淘汰掉此类化合物以除却后顾之忧。设计所谓的“硬药”即不被具有明显基因多态性的药物代谢酶代谢及转运体转运的药物，可以避免具有多态性的转运体及代谢酶的干扰，从而减少不可预期毒性的产生，使得临床用药更加安全。

当前41页，总共48页。2.将遗传信息应用于新药开发中：开展以药物基因组学为指导的GCP临床试验：在Ⅰ期临床试验甚至临床前试验阶段即查明可能影响药物安全性和有效性的重要遗传标记，在随后的Ⅱ、Ⅲ（Ⅳ）期临床试验中根据该遗传标记对受试者分群，排除最不可能取得满意疗效的亚群，选取最有可能取得满意疗效的亚群，将可缩小临床试验的规模，用较少的受试者即可取得满意疗效，而且可以尽可能的避免毒性反应。节省高昂的临床研究成本、缩短上市所需时间、保证上市后的安全性和有效性将是药物基因组和个体化用药给新药临床研究带来的革命性变化。当前42页，总共48页。改革传统药厂商业模式截至2011年，价值约1570亿美元的药品将失去专利保护而面临巨大的仿制药竞争；药厂将遭受巨大损失；专门针对小样本特定遗传背景人群、携带遗传标签、更高价位的“精密制导型”药物提升其科技附加值；其额外收益将弥补传统“重磅炸弹级”药物专利失效带来的损失；传统“重磅炸弹级”药物发展模式