基因检测技术临床应用价值和策略

基因检测技术的临床应用价值和策略

2021/3/29星期一1内容提要药物基因组学发展历程临床基因检测的关注点基因检测的临床应用价值我们开展的一些工作2021/3/29星期一2内容提要药物基因组学发展历程临床基因检测的关注点基因检测的临床应用价值我们开展的一些工作2021/3/29星期一3药物基因组学的发展历程1918Marshall报道人类对外源性化学品的反应具有多样性

1932Snyder发现化学品反应的多样性与民族或种族之间存在有相关性1956Carson报道了葡萄糖6磷酸脱氢酶缺陷症1957KalowandGenest报道了血浆胆碱酯酶缺陷症1959VogelF提出了遗传药理学的概念：基因在药物效应中的作用1960Evans发现异烟肼的乙酰化具有多样性1988GonzalezFJ报道了细胞色数氧化酶P4502D6基因的多态性1997药物基因组学概念的形成2001Wilson建立了评估遗传结构差异与药物反应相互关系的工作平台2021/3/29星期一4药物基因组学是研究基因序列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与药物效应相互关系的一门科学目标：提高药物疗效及安全性，研究影响药物吸收、转运、代谢、消除等个体差异的基因特性，以及基因变异所致的不同患者对药物的不同反应，并由此开发新的药物和用药方法宗旨：实现个体化用药,以获得最佳疗效和最少不良反应药物基因组学研究2021/3/29星期一5基因组学技术的作用在新药研发中的作用寻找新靶点，提高药物安全性指导I期临床研究，缩短药物上市所需时间，保证有效性和安全性老药的重新评价应用范围：药物临床前研究及各期临床试验研究2021/3/29星期一6疗效好疗效不好或无疗效毒副反应药物反应的个体差异相同药物治疗的一组人群药物不良反应开展药物基因组学研究的价值2021/3/29星期一7基因检测患者药物选对药，选对人，用对量FDA,ClinicalPharmacogenomics:PremarketingEvaluationinEarlyPhaseClinicalStudies(2011.2)2021/3/29星期一8治疗药物监测发展趋势

HPLC-MS、红外光谱质谱、毛细管电泳体内药物代谢产物分离分析20世纪

50-60年代20世纪

70-80年代20世纪90年代21世纪

薄层分析、气相色谱（GC）

临床毒物分析、体液分析

HPLC、GC-MS及免疫学测定如放射免疫等分析血药浓度的监测广泛应用于临床，TDM深入发展药物基因组学、代谢组学

多学科联合的基因分析2021/3/29星期一9

服务项目2009年2010年2011年增长率服务人次百分率服务人次百分率服务人次百分率基因检测14670.1115660.1140400.25175.39外源性检测16570.0918810.144650.23169.46内源性检测8960.026220.0111690.0330.47上海市公立医院基因检测平均服务人次（2009-2011年）范祝萍，白洁，周萍等.上海市医疗机构基因临床研究与应用现状分析.《中国医院管理》，2013,33（1）：23--252021/3/29星期一10内容提要药物基因组学发展历程临床基因检测的关注点基因检测的临床应用价值我们开展的一些工作2021/3/29星期一11美国FDA确认的与相关基因有关需进行TDM的药物分类2021/3/29星期一12FDA近几年批准的基因检测数量FDA面向制药企业发布两个文件（2012年初）药物基因组学数据提交指南（PDS）临床药物基因组学：早期临床研究的上市前评价草案2021/3/29星期一13

酶药物

CYP1A9

氟西汀,酰胺咪嗪,地尔硫卓,异烟肼,丙咪嗪,异烟肼,萘普生,去甲替林,苯妥英,利福平,茶碱,异搏定,红霉素

CYP2C9

氟西汀,布洛芬,丙咪嗪,异烟肼,萘普生,苯妥英,吡罗昔康,利福平,异搏定,华法林

CYP2C18

氟西汀,丙咪嗪,吡罗昔康,利福平

CYP2C19

氟西汀,丙咪嗪,异烟肼,去甲替林,苯妥英,利福平,华法林

CYP2D6

氟西汀,地尔硫卓,丙咪嗪,美托洛尔,去甲替林,茶碱

CYP2E1

氟西汀,异烟肼,茶碱,异搏定

CYP450酶系2021/3/29星期一14

器官载体肠道MDR1*,BCRP*,MRP*,OCT2#

肝

MDR1*,BCRP*,MRP2*,BSEP*,LST#,OCT#

肾

MDR1*,BRCP*,MRP*,OCT#

脑

MDR1*,BCRP*,OCT2#,OCT3#,OATP-A#*Mediateseffluxfromcell.#Mediatesuptakeintocell.相关转运体2021/3/29星期一15硫嘌呤甲基转移酶（TMPT）：巯嘌呤类药物葡萄糖醛酸转移酶1A1：伊立替康HER2/NEU：曲多单抗表皮生长因子（EGFR）：吉非替尼乙醛脱氢酶（ALDH2）：硝酸甘油等其他基因/蛋白类型2021/3/29星期一16小分子生物标志物生物标志物一般是指可供客观测定和评价的、生理病理或治疗过程中的某些特征性的生化指标，通过对它的测定就可获悉机体在某个时间或某种特殊影响下的生理病理状态FDA在“药物基因组学数据呈报指南”草案中推出了生物标志物的分类方法。草案指出“有效的生物标志物”是一种得到人们广泛认可的、具有生理学、毒理学、药理学或者临床意义的指标临床用药和诊断提供参考依据的小分子标志物卡尼汀——判断左卡尼汀是否用药的依据褪黑素——睡眠障碍药物治疗的参考异前列腺素——氧化应激药物治疗预后指标大麻素——神经细胞调节因子应用监测指标过敏原（PRF）——判断药物过敏的细胞因子之一2021/3/29星期一17TDM领域中的相关基因产品CYP2C19基因检测与波立维合理用药波立维主要代谢酶为CYP2C19，形成活性代谢物发挥作用。CYP2C19弱代谢患者使用常规剂量波立维，抑制血小板功能弱，接受PCI手术时，心血管事件发生率较高。CYP2C19基因可检测[国食药械（准）2009第号]，检测结果作为医生调整用药策略的依据。2021/3/29星期一18通过CYP2C19基因代谢的药物质子泵抑制剂抗抑郁药抗癫痫类其他奥美拉唑氟西汀丙咪嗪安定环磷酰胺兰索拉唑西酞普兰吗氯贝胺苯妥英黄体酮泮托拉唑S—西酞普兰阿米替林曲米帕明依替唑仑苯巴比妥丙戊酸利福平氯吡格雷氯米帕明氯巴占那非那韦氯胍伏立康唑2021/3/29星期一19CYP2C19基因检测结果分析氯吡格雷慢代谢疗效差剂量增加/更换其他药丙戊酸慢代谢者适用较小-正常奥美拉唑快代谢疗效差剂量增加/更换其他药伏立康唑快代谢疗效差剂量增加/更换其他药乙醛脱氢酶（ALDH2）基因试剂盒（2010年6月获SFDA批文）硝酸甘油突变型不适用更换其他药饮酒突变型伤害大限制饮酒高血压个体化用药基因试剂盒2021/3/29星期一20内容提要药物基因组学发展历程临床基因检测的关注点基因检测的临床应用价值我们开展的一些工作2021/3/29星期一21肿瘤化疗实施中的困惑

同一癌症，同一分期，同一病理类型，使用相同的化疗方案，疗效与生存期可能截然不同；不同类型癌症患者，相同的化疗方案，疗效与生存期相似；化疗耐受与化疗耐药现象；原因？基因检测技术的临床应用价值2021/3/29星期一22影响消化道肿瘤患者化疗疗效、预后及毒性反应相关蛋白、基因胸苷酸合成酶；二氢嘧啶脱氢酶；切除修复交叉互补基因；多药耐药相关蛋白-1；葡萄糖醛酸转移酶；着色性干皮病复合物D；X线交叉互补基因1···········2021/3/29星期一23胸苷酸合成酶（thymidylatesynthaseTS）生物学性质及功能TS基因位于18号染色体p11.32，含7个外显子，6个内含子，长度为16kb，在5’非翻译区的增强子区域内含有单一重复的28bp序列。编码的TS是DNA合成途径中的一种限速酶5-FU作用机制及肿瘤耐药机制3R等位基因可以导致肿瘤组织TS表达增加（原因在于增加了mRNA的翻译效率和TSmRNA水平），TS的高表达需要足够多的5-FU来抑制TS的活性，从而产生耐药，同时，3R-等位基因对5-FU不敏感，反而增加3-4级的毒性和腹泻的副作用，5-FU尿苷激酶FdUMPDNA(-)TS2021/3/29星期一24临床应用65例胃癌患者，化疗方案：顺铂+甲酰四氢叶酸+5-FU启示TS蛋白和基因的表达水平与5-FU为基础的胃癌患者化疗疗效呈现负相关对胃癌患者开展TS检测可以提高患者的疗效2021/3/29星期一25二氢嘧啶脱氢酶（dihydropyrimidinedehydrogenaseDPD）生物学性质及功能由相同亚单位构成的二聚体，每亚单位分子质量为111×103，含有FMN，FAD，-NH2，-COO(4Fe24S)×2双氢嘧啶脱氢酶（DPD）是嘧啶类药物如5-FU分解代谢的起始酶和限速酶5-FU分解代谢及肿瘤耐药机制5-FU5-FUH2NADPH5-FUPA5-FBALβ

-丙氨酸合成酶体外DPD2021/3/29星期一26耐药机制药代动力学研究表明，DPD活性的高低与肿瘤耐药有明显的关系DPD低活性：5-FU体内清除下降，T1/2显著延长，合成增加，毒性加强；DPD高活性：5-FU分解增加，合成减少，耐药临床应用特点DPD活性与患者人种、性别、年龄、肿瘤部位、分期、分化、病理类型无关研究表明，临床监测5-FUH2浓度为1.14-37.88μmol/L时，5-FU临床疗效最佳；胃癌组织中DPD活性可以预测肿瘤组织对5-FU的敏感性，DPD越低对5-FU越敏感外周血单核细胞DPD活性具有时间节律性，1点活性最高，13点活性最低，临床上可以根据这一规律来调整用药。2021/3/29星期一27切除修复交叉互补基因（excisionrepaircross-complementing-1ERCC1）生物学性质及功能：ERCC1位于19q13.3-q13.2，基因长度约为14kb，包括10个外显子。H-Ras基因所引起的Ap1主导的c-Jun和c-Fos强大的相互作用对ERCC1反应很重要，在以H-Ras介导的细胞对铂类药物耐药具有重要意义；减少ERCC1的表达可以增加肿瘤细胞对铂类化疗药物的敏感性。2021/3/29星期一28临床应用用顺铂为基础的胃癌患者进行辅助化疗，结果如下启示在化疗方案中，合用ERCC1合成抑制剂可以大大提高以铂类为基础的化疗药物在消化道肿瘤化疗中的疗效。MetzgleR,LeichmanCG,Danenberg,etal,.JClinOncol,1998,16(1)309-3172021/3/29星期一29多药耐药相关蛋白-1（multidrugresistance-assiciatedproteins-1MRP-1）生物学性质及功能属于ABC转运蛋白超家族，定位于16号染色体p13.1带上，6500bp组成，编码1531个氨基酸的跨膜糖蛋白，分子质量为190000，主要包括MRP-1、MRP-2和MRP-3主要功能为肿瘤组织对抗肿瘤药物耐药，是判断恶性肿瘤敏感性的极其重要的指标，与恶性肿瘤化疗生物学行为及预后密切相关。2021/3/29星期一30耐药机制与谷胱甘肽S结合载体（GS-X泵）活性提高有关MRP转运的步骤谷胱甘肽（GSH）的合成GSH与药物偶联MRP将药物泵出细胞外MRP可以介导药物中的谷胱甘肽共轭物葡萄糖醛酸甙共轭物硫酸盐共轭物解决途径7-乙基-10-羟基喜树碱（SN-38）等可以逆转MRP介导的多药耐药（MDR）反义RNA技术，可以大大减少对化疗药的耐药启示

在消化道肿瘤化疗前，检测MRP的表达，对于指导临床化疗药选择、评估疗效及预后具有重要的意义。2021/3/29星期一31葡萄糖醛酸转移酶（UDP-glucuronosyltransferase,UGTs）伊立替康体内代谢与转化

2021/3/29星期一32UGT1A1分子生物学特征具有25种基因多态性，其中28等位基因启动子区域含6个TA重复区域

（-53(TA)6>7，UGT1A1*28）最为普通。TA重复区域的高表达与严重的中性粒细胞减少所致发热、腹泻有密切关系（增加7倍）启示对于消化道肿瘤患者进行UGT1A1*28等位基因的测定，对于选择正确选择药物，减少伊立替康所带来的不良反应具有极其重要的意义。2021/3/29星期一33着色性干皮病复合物D（XerodermapigmentosumcomplementationgroupD,XPD）在基于奥沙利铂治疗的胃癌患者中，同义XPDArg156Arg（C>A）基因多态性与C/A或A/A长时间和高表达密切相关，对于转移性结直肠癌患者，基因高表达可以增加肿瘤组织对药物的敏感性，延长患者的中位生存率。XPDLys751Gln（A>C）基因多态性在给予各种铂类制剂化疗的结直肠癌患者中与生存率无显著差异。启示：对肠道肿瘤患者进行XPD基因多态性的相关检测，对于选择合适的铂类化疗药，评价疗效，化疗预后均有重要的意义。2021/3/29星期一34X线交叉互补基因1(X-rayrepaircrosscomplementinggroup1,XRCC1)分子生物学特征及功能位于人19号染色体长臂区（19q13.2），编码的蛋白通过与多聚ADP核糖聚合酶（PARP）、APE1、多聚核苷酸激酶/磷酸酶、DNA连接酶3及DNA多聚酶β的相互作用参与DNA碱基修复及DNA单链断裂重组修复，该基因常见的单核苷酸多态性有3种：C26304T、G27466A、G28152A，这些突变位点的存在会影响编码蛋白的功能活性，使机体对肿瘤的易感性发生变化。2021/3/29星期一35基因多态性与结直肠癌发病相关性埃及人群：26304T、28152A等位基因编译，会增加早发性结直肠癌的罹患风险；韩国人群：28152A等位基因变异与结直肠癌增高显著相关（OR：1.61）；台湾人群：28152AA等位基因变异与结直肠癌增高显著相关（OR：1.59）；中国人群：对26304T、27466A、28152A等位基因SNP分析发现与患结直肠癌风险无显著相关性；基因多态性与胃癌发病的相关性已经发现3种aa突变，分别位于密码子194（Arg-Trp）、280（Arg-His）和399（Arg-Gln）携带Gln等位基因的个体较Arg/Arg基因型个体胃癌危险性有所上升（OR值1.35）；Arg/Arg基因型与Arg/Trp基因型及Trp/Trp基因型相比，胃贲门癌发生危险性显著增加（OR值1.86）2021/3/29星期一36多基因联合检测与药物基因组学研究展望由于5-FU、奥沙利铂等是消化道肿瘤的常选药物，德国StoehlmacherJ教授与美国ParkDJ教授对5-FU及L-奥沙利铂相关基因联合检测，提示多基因共同作用影响患者疗效及化疗预后。XPD-156、GSTT1、GSTM1、XRCC1-399、XPA-5、TS-5UTR与MST及疾病进展时间无关；XPD-751、ERCC1-118、GSTP1-105、TS-3’UTR与生存时间、接受L-OHP/5-FU化疗方案的临床获益密切相关；XPD-751Lys/Lys、ERCC1-118C/C1、GSTP1-105Val/Val，TS-3’UTP+6BP/+6BP基因型为大肠癌患者有利基因：拥有的基因型数量中位生存时间（月）2个及以上17.41个10.205.42021/3/29星期一37靶向治疗药物Herceptin赫塞丁

(breastcancer,target:Her2/neu)Erbitux爱必妥

(colorectalcancer,target:EGFR)Tarceva特罗凯

(lungcancer,target:EGFR)Strattera托莫西汀

(attention-deficit/hyperactivity

disorder,Metabolism:P4502D6)6-MP

6-巯基嘌呤

(leukemia,Metabolism:TPMT)Antivirals (i.e.resistanceofHIV)2021/3/29星期一38TamoxifenandCYP4502D6

Testingpriortotreatment?N-desmethyl-tamoxifen

(NDM)TamoxifenCYP3A4/5

4-hydroxy-N-desmethyl-tamoxifen(endoxifen)CYP2D62021/3/29星期一39乳腺癌，HER2与赫赛汀（Herceptin）《新英格兰医学杂志》发表的研究论文显示，HER2呈阳性的早期乳腺癌患者使用赫赛汀治疗，乳腺癌复发的风险降低了46％，死亡率降低了1/3。赫赛汀由罗氏制药公司研制，它在1998年被批准用于治疗HER2阳性的晚期乳腺癌转移的患者。2021/3/29星期一40KRAS基因突变：与大肠癌等肿瘤患者酪氨酸激酶抑制剂等靶向药物的原发性耐药有关。KRAS基因野生型的患者能从爱必妥(Erbitux,又称西妥昔单抗/Cetuximab)或维克替比(Vectibix,又称帕尼单抗/Panitumumab)治疗中获益，而KRAS基因突变的大肠癌患者治疗效果较差。欧洲药监局和美国FDA明确规定了在使用靶向药物爱必妥和维克替比治疗转移性大肠癌前必须检测KRAS基因。

KRAS基因突变，大肠癌与爱必妥(Erbitux）治疗2021/3/29星期一412021/3/29星期一42EGFR基因突变主要集中在酪氨酸激酶区18-21外显子上，共29种突变，这些突变与易瑞沙（Iressa，又称吉非替尼/Gefitinib）和特罗凯（Tarceva，又称厄罗替尼/Erlotinib）的药物反应性有关联，因此检测EGFR基因突变对于指导非小细胞肺癌（NSCLC）临床患者用药具有重要参考价值。2009年9月《新英格兰医学杂志》发表的研究结果表明，在使用特罗凯和易瑞沙之前应该对EGFR基因进行检测

非小细胞肺癌（NSCLC）、EGFR基因突变、与易瑞沙（Iressa）治疗2021/3/29星期一43把握华法林临床用药剂量的重要性EuropeanAtrialFibrillationTrialStudyGroup,NEnglJMed1995;333:5-10.2021/3/29星期一44决定华法林临床使用剂量的两个关键酶

–CYP2C9&VKORC12021/3/29星期一45以基因型为依据的华法林估计临床使用量(mg/day)2021/3/29星期一46VKORC1等位基因在不同人群的频率Sconceetal.Blood2005,Yuanetal.HumanMolGenetics2005,Schellemanetal.ClinPharmacolTher2007,MontesetalBrJHaemat20062021/3/29星期一47MTHFRC677T基因型与同型半胱氨酸水平P=0.000P=0.000ActaUniversitatisMedicinalisAnhui2006;41:639-642高血压患者TT基因型Hcy水平约比CC/CT基因型高一倍MTHFR677C/TBiomarkerPrognosticPredictive2021/3/29星期一48Lancet2005;365:224–32荟萃分析：MTHFR677C/TTT基因型与脑卒中显著相关欧美：OR=1.26;95%CI:1.14-1.40；中国：OR=1.50;95%CI:1.23-1.84CerebrovascDis2008;26:48–622021/3/29星期一49内容提要药物基因组学发展历程临床基因检测的关注点基因检测的临床应用价值我们开展的一些工作2021/3/29星期一50肿瘤患者的基因个体化给药我院于2010年7月成立肿瘤诊治中心我院临床肿瘤基因组学数据采集示意图。关注点西妥昔单抗——K-ras基因贝伐单抗——血管内皮生长因子VEGF5-FU——二氢嘧啶脱氢酶（DPD）嘧啶核苷合成酶（TS）亚甲基四氢叶酸还原酶（MTH-FR）伊立替康——葡萄糖醛酸转移酶奥沙利铂——核