遗传药理学研究方法和 实验技术

1. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 遗传药理学研究方法和实验技术 王 果副教授 中南大学临床药理研究所 2012年6月14日

2. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 一、遗传药理学的遗传学基础二、遗传药理学的研究方法三、遗传药理学研究的实验技术

3. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 一、遗传药理学的遗传学基础

4. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 遗传药理学（pharmacogenetics） 研究由遗传变异引起的药物反应个体差异的学科。 Pharmacogenetics is the study of genetic variation underlying differential response to drugs.

5. 游离 结合 药效 效应器官 组织 分布 静注 血液 游离型药物 循环 口服 肾 药 品 肌注等 排泄 结合型药物 代谢物 吸收 生物转化 肝

6. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 遗传物质是DNA

7. Griffith’s Transformation

8. Avery experiment

9. T2噬菌体侵染实验

11. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 遗传的分子与细胞基础

13. Francis Crick James Watson

14. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 核酸的X射线衍射照片

16. DNA • Nucleosomes(核小体) • Chromatin fiber (染色质丝) • Chromatid (染色质) • Metaphase chromosome (中期染色体)

17. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 染色质 染色体

21. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University T. Morgan (1866-1945) G. Mendel (1822-1884)

22. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 基因的结构与功能

23. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 基因（gene）－有功能的DNA片段 • 遗传因子，最小的遗传单位 • 4种碱基按照一定顺序排列的DNA片段 • 2-2.5万个基因，分布在24种分子上 • 基因组（genome） • 人类所有遗传信息 • 每个体细胞包含父源和母源2个基因组 • 2.91109bp

24. 转录起始 转录终止 TAAT CAAT 外显子 2 外显子 3 外显子 1 5’ 3’ 启动子区域 内含子 1 内含子 2 翻译起始密码 ATG 翻译终止密码 TAA、TGA TAG Poly A 信号 Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 真核生物基因的结构 gDNA

25. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University

28. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 基因的突变与多态

29. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 基因突变 细胞中核酸序列的改变通过基因表达有可能导致生物遗传特征的变化。这种核酸序列的变化称为基因突变(mutation) 。

30. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 碱基替换 • 一种碱基被另一种替换

31. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 碱基插入或缺失 会造成翻译过程中其下游的三联密码子都被错读，产生完全错误的肽链或肽链合成提前终止。

32. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 基因多态 • 基因核苷酸序列的变异，频率超过1％； • 单核苷酸多态（SNP）; • 限制性DNA片段长度多态

33. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 二、遗传药理学的研究方法

34. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 一、临床观察 • 临床观察是研究遗传药理学的方法之一, 例如别嘌呤醇诱发痛风性关节炎;抗凝药香豆素类的过敏性是典型的临床观察的实例。 • 但由于多因素变异的影响而阻碍临床观察的应用，例如全身麻醉药引起体温超过40℃，琥珀胆碱可引起长时间的呼吸停止。 • 在很多情况下这种不正常的药物反应是由于等位基因变异在单一基因位点（genetic locus）而引起的。

35. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 二、家系（pedigree）或双生的研究 • 同卵双生（identical twin）之间和异卵双生（fraternal twin）之间对药物的反应不同。同卵双生的药物半衰期非常相近，而异卵双生之间的药物半衰期与同胞兄弟间的差别相似，有很大的变异性。

36. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 亲属的亲缘级数与亲缘系数的关系 亲缘级数 亲属关系 亲缘系数 一级亲父母，同胞，子女1/2 祖父母，外祖父母，叔 ，姑，舅， 姨，侄子（女），外甥（女）， 二级亲孙子（女） ，外孙子（女） ，1/4 同父异母或同母异父同胞 曾祖父母，外曾祖父母， 三级亲叔（舅）公，姑（姨）婆， 曾孙（女），外曾孙（女），1/8 堂（表）兄弟姐妹

37. 一卵双生与二卵双生患病一致率的比较 一卵双生：由一个受精卵形成的两个双生子 二卵双生：由两个受精卵形成的两个双生子

38. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 区别遗传因素与后天环境因素对个体及种族的药物反应和药物代谢差异的影响，可用遗传系数（heredity coefficient）,又称遗传力（heritability）表示遗传因素产生的影响程度。遗传系数可以下列公式表示： 式中h表示遗传系数，其范围为0～1。0表示没有遗传的因素或微不足道，，而1表示完全受遗传因素影响。香豆素、安替比林、保泰松、乙醇、去甲替林的遗传系数在0.88和0.98之间，表明这些药物的药理学特点与遗传因素关系密切。 异卵双生子间方差－单卵双生子间方差 h2 = 异卵双生子间方差

39. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 苯巴比妥是CYP酶诱导剂可以诱导药物代谢。苯巴比妥的遗传系数为0.99。用双生子为对象的研究得知苯巴比妥使安替比林血浆半衰期明显缩短。这表明应用苯巴比妥明显加速安替比林慢代谢者的代谢。

40. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 双生研究在了解基因对维持遗传表型变异中的作用居主导地位，可在家系中进一步研究基因传递的机制。 • 在家系研究中得知，双香豆素、保泰松、去甲替林系由多基因控制下进行代谢的，对药物代谢诱导剂苯巴比妥反应的差异，是受遗传控制的。

41. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 三、遗传多态性(genetic polymorphism) • 许多药物代谢酶具有遗传变异，其中大多数表现为遗传多态性。它是一种单基因状态，由同一正常人群中的同一基因位点上具有多个等位基因引起，因而药物与机体相互作用可出现多种表型。

42. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 影响药物代谢的多态性涉及机体中药物代谢酶的遗传变异，例如药物代谢过程中的乙酰化，氧化过程都存在多态性。药物乙酰化有慢乙酰化和快乙酰化之分，例如异烟肼的代谢有慢乙酰化和快乙酰化者。药物氧化的多态性与细胞色素P-450酶系统有关，例如异喹胍(debrisoquine)强代谢者(extensive metabolizer，EM)和弱代谢者(poor metabolizer, PM)。

43. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 四、动物模型 • 遗传药理学上的许多疾病可以在很多种动物中表现出来，为研究药物代谢动力学和药效学提供了可靠的模型。 • 华法林耐药性大鼠 • 对化学性致癌易感的小鼠 • 乙酰化多型性家兔

44. the procedure of producing humanized mouse Institute of Clinical Pharmacology , Central South University

45. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 五、组织与细胞学水平研究 • 在组织和细胞水平上探讨遗传因素对药物代谢和反应的影响。 • 利用肝微粒体研究药物代谢途径； • 利用原代培养肝细胞研究药物诱导作用； • 利用膜结构研究转运体。

46. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 六、基因克隆和重组DNA研究技术 • 遗传药理学应用基因克隆和重组DNA等分子生物学技术，研究药物代谢酶相关基因的结构和功能，从而可以发现有缺损的参与药物代谢的功能蛋白（如药物代谢酶）以及引起这些缺损的突变，并建立起检测这些突变的简单方法。

47. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 限止性片段长度多态性（restriction fragment length polymorphism, RFLP）是指由限制性切点间的插入、缺失、重排或点突变所引起的基因间限制性片段长度的变异。用于检测先天性代谢异常，例如鉴别6-磷酸葡萄糖脱氢酶、次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核苷转移酶、类固醇21-羟化酶以及P450基因的变异。 PCR-RFLP Techniques

48. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 一些新技术用于探测等位基因的单个核苷酸变异（SNP），如PCR-SSCP、 Allele-specific PCR、Sanger序列测定、荧光标记探针杂交技术(Taqman)、HRM、dHPLC、焦磷酸测序和芯片技术等。

49. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University • 目的基因与表达载体连接的，构建重组载体，然后转染(transfection)细胞获取重组酶的方法在遗传药理学研究中特别有价值，在关于药物代谢酶的研究中大量应用，用于探讨结构与功能的关系以及新药的代谢研究，是药物临床研究与新药开发中的一种重要研究手段。

50. Institute of Clinical Pharmacology , Central South University 三、遗传药理学的实验技术