1、主主 编编 李李 俊俊第十章 遗传药理学与临床合理用药3 312345目 录遗传药理学概述药物代谢酶的基因多态性药物转运体基因多态性遗传药理学和临床合理用药4 4药物受体的基因多态性这一不良反应与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺乏导致红细胞内谷胱甘肽浓度降低有关。为什么“伯氨喹溶血症”在非洲黑人中较白种人更常见？药物在部分人中安全性问题5 5现在可以将其归因于乙酰化酶缺陷者对诸如异烟肼等氧化性药物的不良反应。为什么许多病人口服异烟肼发生外周神经炎？为什么发生对肌松药琥珀胆碱的异常反应（呼吸肌麻痹甚至死亡）？是由于某些病人血浆胆碱酯酶灭活减慢，作用增强并延长的缘故。药物在部分人中安全性问
2、题6 6恶性肿瘤老年滞呆粪尿失禁丙型肝炎骨质疏松症偏头痛（慢性）风湿性关节炎偏头痛（急性）糖尿病哮喘心律失常精神病抑郁症（SSRI）镇痛（Cox2）Data from Felix W.Frueh,Office of Clinical Pharmacology CDER/FDA，32nd International Meeting Louisville,KY May 22,2006有效率（%）80706050403020100药物在部分人中有效性问题7 7年龄老年，儿童，新生儿 性别体重/身高 合并症病程决定药物反应的因素器官功能肝脏,肾脏,心脏基因型环境因素食物/吸烟/合并用药药物反应8 8遗
3、传药理学(Pharmacogenetics)又称药理遗传学，它研究机体遗传因素对药效学和药动学影响的学科，通过研究影响遗传性药物反应的基因差异(多态性)，指导个体化药物治疗。第1节 遗传药理学概述9 9遗传药理学研究通常着力于编码药物代谢酶，药物靶点，受体，转运体基因的多态性与药物效应及安全性之间的关系。第1节 遗传药理学概述10101957年Mostusky首先提出不同个体，对某药物的特异质反应与遗传缺陷有关。1959年Friedrich Vogel首先应用“遗传药理学”一词。1962年Kalow发表了遗传药理学的专著。1973年世界卫生组织(WHO)发表了“遗传药理学”专题技术报告。遗传药
4、理学的发展史1111 近年来，作为临床药理学的分支遗传药理学发展非常迅速。细胞色素P450酶的分离纯化，其基因多态性的深入研究。单核苷多态性（SNPs）是产生药物代谢和反应个体差异的遗传基础。20世纪90年代人类基因组计划（HGP）的实施。1212遗传药理学的目的和任务遗传药理学的任务是阐明遗传在机体对药 物或外源性物质反应（治疗效应和不良反 应）个体变异中的作用，特别是着重运用 基因组顺序和顺序变异的信息来阐明药物 反应个体差异的发生机制。1313遗传药理学的研究内容阐明遗传因素在药物代谢和反应差异中的作用及其机制阐明引起药物不良反应的遗传变异（生物标志物）查找药物新基因阐明基因组中与药物相
5、关的蛋白及其功能以及编码基因1414遗传药理学的研究内容 阐明人类基因组计划发现的SNP中与药物作用有关的SNP及其对药物作用的意义。对家系、病人、人群进行遗传学的和分子生物学方面的流行病学研究。阐明药物反应蛋白和相关基因在疾病发生等方面的作用。阐明在药物作用中遗传和环境的相互作用及其机制。1515建立遗传-环境-个人多变量综合影响的个体化用药预测。数学模型，实现对药物作用的定量评估。证实个体化治疗手段相对于常规治疗手段的优越性，并为临床医生提供先进的个体化治疗技术。阐明基因多态性（或其他生物标志物）对新药开发中药物安全性和有效性的作用，实时引导新药开发的药物临床试验方案。1616遗传药理学的
6、研究方法双生子法系谱研究群体研究组织与细胞水平研究分子生物学研究1717第2节 药物代谢酶的基因多态性 1818药物反应差异的生物学基础：单核苷酸多态性（SNP）最常见的遗传变异基因突变发生频率超过1%A 腺嘌呤T 胸嘧啶G 鸟嘌呤C 胞嘧啶染色 体基因碱基DNA分子C A G C G C A A C T53第430bpCYP2C9*1CYP2C9*2T正常酶活性低酶活性-占人类遗传变异的 90%细胞细胞核1919.C C A T T G A C.C C A T T G A C.G G T A A C T G.G G T A A C T G.C C A T T G A C.C C G T T
7、G A C.G G T A A C T G.G G C A A C T G.C C G T T G A C.C C G T T G A C.G G C A A C T G.G G C A A C T G.wt/wt野生型纯合子SNPs的基因型XXXwt/mut野生型杂合子mut/mut突变纯合子2020基因环境0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%II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在药物代谢中的作用Data from Trevor Nicholls,Oxagen report,20002
8、121遗传变异在药物作用中的作用环节环境因素 药物毒性药物相互作用遗传变异靶点代谢细胞转运体药物药物2222CYP450是一类亚铁血红素-硫醇盐蛋白的超家族，是参与内源性物质和包括药物、环境化合物在内的外源性物质氧化代谢的主要酶系。在人类有功能意义的同工酶有约50种。其中有三种酶系作用最强：P450 1，2和3系，即CYP1，CYP2和 CYP3系。许多P450具有遗传多态性，是引起个体间和种族间对同一底物代谢能力不同的原因之一。2323CYPs1A12A62B62C82C92C192D62E13A占肝CYP总量的%131541-1551.52.572840在药物代谢中所占%5-1920202
9、514560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）-TA7),UGT1A1*36(TA6TA5),UGT1A1*37(TA6TA8)可以改变降低转录水平，重复序列越多则转录、表达越低。4848 UGT1A9主要表达于肝脏、肾脏，底物有毒物（如酚类，N-羟香胺，N-羟萘胺，蒽醌）、内源性物质（如雌激素，类固醇）和一些药物（如地西泮，香豆素，麦考酚酸等）。4949 UGT1A9基因迄今共发现21种等位基因，其中位于启动子11个，第1外
10、显子4个，第1内含子6个。位于第1外显子的四个突变虽然都可以引起代谢能力改变，但在各种族均为罕见突变，人群意义不大。对UGT1A9的研究因为其底物麦考酚酸的药代动力学存在明显个体差异，这几年成为即UGT1A1后的研究热点。5050药物反应的个体差异 药物代谢动力学药物效应动力学药物效应和毒性个体差异基因多态性药物靶点药物转运体药物代谢酶第3节 药物转运体的基因多态性5151OATP-2B1MDR1OAT3OAT2OAT1OCT2MRP3OATP-1A2OCT4MRP2MRP4MDR1BCRPMRP2CYPsMRP1MRP3OATP2B1OATP1B1OATP1B3OATP2B1OCT1OAT2
11、MRP1CYPsMDR1MRP3MRP-4/5MDR3BCRPBSEPMDR3组织分布细胞内浓度肝脏摄入小肠吸收胆汁分泌肾脏排泌循环系统药物肝脏细胞小肠细胞肾小管细胞药物转运体在药物跨膜转运中的作用 5252ABCB1（也称Pgp）P-GlycoproteinABCB1（P-gp）是多药耐药（multidrug resistance,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。5353ABCB1（也称Pgp）P-Glycoprotein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
12、地高辛、依维菌素、长春缄、地塞米松、环孢素和多潘立酮等。5454ABCB1：1.ABCB1最早在肿瘤细胞中发现，它可以导致肿瘤细胞对抗癌药物出现多药耐药现象。2.ABCB1是能量（ATP）依赖性膜蛋白，可发挥外排泵作用，能将细胞内的外源性物质，包括药物逆浓度梯度转运至胞外。5555ABCB1：3.ABCB1在正常人体肝、肾、肠道、胎盘、血脑屏障、血睾屏障及淋巴细胞系和心脏内小动脉、毛细血管等部位均有表达。ABCB1分子上有多个药物结合位点，能转运多种结构不同的化合物，如抗癌药物、HIV蛋白酶抑制剂、抗组胺药物、心血管药物等。56564.ABCB1由多药耐药蛋白1（multidrug resis
13、tance 1，MDR1）基因编码。5.MDR1基因位于7号染色体长臂21区（7q21）,包含28个外显子,其中26个位于蛋白编码序列区，分子量为170kD，由1280个氨基酸组成。5757ABCB1由两个同源的对称结构部分组成。每个同源结构部分含有6条跨膜肽链及1个ATP结合区。ABCB1的6条跨膜肽链是疏水区,具有结合药物与转运药物的功能，其ATP结合区是亲水区，它能与ATP结合并能使之水解成ADP并释放能量。5858T307CT1236CA2956GC3435TCOO-A3320CC3396TG2995TG2677A,TG1199AA61G胞外胞内跨膜区1跨膜区2ATP结合域1ATP结合
14、域2NH2+ABCB1的二维结构及其编码基因MDR1的常见多态性位点 5959ABCB1（P-gp）基因变异对底物代谢动力学的影响多态性多态性药物药物临床效应临床效应3435CT3435CT地高辛地高辛T/TT/T：BA BA ;单剂量单剂量AUCAUC和多剂量和多剂量AUC AUC 与与 CmaxCmax 非索非那定非索非那定T/TT/T：单剂量：单剂量AUC AUC 和和 CmaxCmax 环孢素环孢素T/TT/T：多剂量的稳态：多剂量的稳态AUC AUC 他克莫司他克莫司T/TT/T：稳态时的稳态时的 CminCmin 苯妥英苯妥英T/TT/T：多剂量的稳态：多剂量的稳态AUC AUC
15、2677G(T/A)2677G(T/A)地高辛地高辛T/TT/T：AUC AUC 和和 CmaxCmax 环孢素环孢素T/TT/T：多剂量的稳态：多剂量的稳态AUC AUC 他克莫司他克莫司T/T&G/TT/T&G/T：稳态血浓度和：稳态血浓度和CminCmin 他林洛尔他林洛尔T/T&T/CT/T&T/C：多剂量的稳态：多剂量的稳态AUC AUC 6060C1236C 基因型在白种人和日本人中的发生率分别为34.4%和14.6%；C-145T 在日本人中的发生率为4.3%，而白种人无这两种基因型。亚洲人中3435TT型占25%，在非洲3435TT型仅为6%。ABCB1的SNPS频率分布存在明
16、显的种族差异性6161组织分布和基本功能：1.OATP1B1（OATP-C）组织特异性存在于肝脏，与OATP1B3的氨基酸序列有80%相同，因此转运的底物也存在一定重叠性。OATP1B1 OATP1B1 6262组织分布和基本功能：2.肝脏是内、外源性物质代谢、消除的重要器官，而内、外源性物质必须首先由肝血窦进入肝细胞才能代谢和清除，因此这些介导内、外源性物质进入肝脏细胞的转运体具有重要作用。3.OATP1B1和OATP1B3的肝组织表达和转运功能将对胆红素相关的疾病易感性、药物引起的副作用产生重要影响。OATP1B1 OATP1B1 6363底物：4.OATP1B1转运了一系列的化合物，例如
17、胆汁酸、白三烯、前列腺素、胆红素及其葡萄糖醛酸结合物、甲状腺激素、多肽、甲氨喋呤；5.临床常用的降脂类药物HMG-CoA抑制剂，包括普伐他汀、匹伐他汀、罗素他汀和西伐他汀等也是OATP1B1的底物。64640.02/0.046565 OATP1B1是他汀类肝摄取的主要转运体，这一转运系统中的遗传变异被认为至少部分解释了这种药物所显现出来的个体间差异。普伐他汀非肾清除率在SLCO1B1*15突变个体中较SLCO1B1*1b野生型纯合子个体明显下降。6666Mwinyi等在其研究中发现，OATP1B1基因单倍型（*1a/*1a，*1a/*1b，*1b/*1b和*1a/*5）显著影响普伐他汀的体内分
18、布，其中*5个体AUC（0-6）显著高于*1b个体，从而使普伐他汀的肝细胞摄取延迟，而*1b等位基因则可加快该药物的分布和代谢。6767 有机阳离子转运体家族 组织分布和基本功能：1.OCT（Organic Cation Transporter，OCT）包括OCT1，OCT2和OCT3。OCT1(编码基因SLC22A1)、OCT2(编码基因SLC22A2)和OCT3(编码基因SLC22A3)的体内分布绝然不同。2.OCT1主要存在于肝细胞基侧膜，与肝细胞对有机阳离子底物的摄取有关；其次在肠道上皮细胞也有分布。6868 有机阳离子转运体家族 组织分布和基本功能：3.OCT2则主要位于近端肾小管细
19、胞，与阳离子底物从血中摄取进入肾上皮细胞有关，是肾脏排泄毒物的主要转运体。4.OCT3的mRNA分布于全身多种组织和器官 大动脉、骨骼肌、前列腺、唾液腺、肾上腺和胎盘，其中胎盘的组织分布最高。6969底物：OCT1、OCT2和OCT3参与转运大量结构不同的有机阳离子，其底物谱有很大程度的重叠性。目前发现由有机阳离子OCT转运的临床药物包括抗震颤麻痹药（金刚烷胺）、口服降糖药（二甲双胍）、抗肿瘤药（奥沙利铂）和组胺2受体激动药（西米替丁）。707071717272受体在药物产生效应药物剂量或浓度与药物效应之间的量效关系主要由受体决定受体决定了药物效应的特异性受体介导药理性拮抗剂的药物效应受体遗传
20、多态性决定药物效应第4节 药物受体的基因多态性73731肾上腺素受体多态性与选择性1受体阻滞剂的降压疗效关联。2肾上腺素受体多态性导致哮喘患者对某些药物反应的个体差异。肾上腺素受体7474NH2HOOCSer49GlyGly389ArgArg389Gly389Concentration 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7575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/
21、GlnGlu/GluMaximal venodilative response to isoproterenol(%)201510500 2 4 6 8 10 12 14Change in FEV1(%)76761受体存在两种突变：受体蛋白N端49位，由甘氨酸取代丝氨酸(Ser49Gly)另一种位于C端389位，由甘氨酸取代精氨酸(Arg389Gly)7777突变型纯合子(Gly49及Gly389)对受体阻滞药反应降低，都不及野生型。进一步研究还发现1 受体389 位野生纯合子对美托洛尔的降压疗效比携带突变基因的杂合子降压效果大3倍。相关药物：1肾上腺素受体阻滞剂7878 2受体基因定位在第5
22、q31-32，其长度约为1.8kb，该基因结构中无内含子，其开放读码框编码产物为含413个氨基酸残基的受体蛋白。Gly16能促进2受体激动剂所致的受体下调，具有Gly16的个体因2受体下调明显而容易对相应药物的治疗产生耐受有关。7979 Glu27突变型受体对2受体的下调表现为完全抵抗，在应用异丙肾上腺素的转基因CHW细胞和人支气管平滑肌细胞中，Glu27受体数目的下调较野生型(Gln27)明显为低。Thr164Ile可能改变某些2受体激动剂或拮抗剂的结合特性以及2受体进一步激活腺苷酸环化酶的能力。8080 血管紧张素I 型受体AT1R基因A1166C 多态性与个体对血管紧张素的反应性及多数降
23、压药物的治疗效果有关。AT1在肝、肺、肾中均有表达，编码AT1的基因位于3q21-q25，全长55kb，有5个外显子，其中4个外显子编码 5翻译区，1个外显子为开放读码框，编码含359个氨基酸残基的受体蛋白。8181 P2Y12受体主要位于血小板膜表面，是抗血小板药物氯吡格雷作用的靶点。P2Y12基因多态性被认为是氯吡格雷抵抗的机制之一。P2Y12基因位于3q24-q25，由3个外显子和2个内含子组成，编码由342氨基酸组成的Gi蛋白耦联的受体。8282ACEIsACEIs临床药理学效应II vs DD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
24、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8383多巴胺受体（dopamine receptor）属于G蛋白偶联受体超家族。目前可分为D1D5共5种亚型，其中D1和D5为D1样受体，D2、D3和D4为D2样受体。多巴胺受体介导人类许多神经和精神活动，其结构功能的异常可导致许多神经与精神疾病，常见的如酗酒行为、帕金森氏病（Pakinsons disease）和精神分裂症。8484组胺受体属于G蛋白偶联受体超家族，主要分为H1、H2和H3三类。在英国、瑞典等白种人中的病例对照研究表明，精神
25、分裂症患者中的H2受体G649等位突变基因频率显著高于正常对照，因此A649G多态性可能与精神分裂症的遗传易感性相关，而G543A、A-592G和G-1019A则与精神分裂症的易感性无相关。8585在临床药物治疗个体化中的意义针对病人基因型选择合适的药物针对病人的基因型选择个体化剂量 早期发现疾病的遗传性易感因子，及早预防发病和采取有效治疗第5节 临床药理学和临床合理用药8686个体化药物治疗毒性，但有效毒性、且无效无毒性、也无效安全、有效相同诊断相同治疗相同诊断个体化治疗安全有效8787症状体征 药物 诊断 治疗实验室及仪器检查 经验处方 B药C药D药经验性用药代价：费时、费钱、疗效低、毒副
26、作用多改变传统医药诊疗模式A药8888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”D D药药A A药药C C药药B B药药基因导向性个体化用药好处：省时、省钱、疗效好毒副作用少根据基因型针对性给药8989临床诊断基因检测和诊断lCYP2D6lCYP2C9l-receptorlAT1-receptorlACE“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9090在新药研制和开发中的应用意义开发针对性强、对特定疾病和特定人群更安全、更有效的新药发现药物新作用靶点，开辟新药设计新途径改善药物开发和新药临床试验过程提高新药研制的成功率降低新
27、药开发成本和医疗费用 减少参试人群数量 9191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9292高风险过程高风险过程：美国：美国：11111515年年,8,8亿美元以上亿美元以上临床前药理学临床前毒理学筛选数百万化合物11111515年年产品产品I I 期期II II 期期III III 期期临床药理、毒理学临床前临床前创意创意9393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9494
