1 / 93

遗传药理学与药物基因组学

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 Institute of Clinical Pharmacology CSU. 内 容 提 要. ☆ 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. 一、遗传药理学和药物基 因组学的概况. 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。. 0%. 10%.

selah
Download Presentation

遗传药理学与药物基因组学

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 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 Institute of Clinical Pharmacology CSU

  2. 内 容 提 要 ☆ 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

  3. 一、遗传药理学和药物基 因组学的概况

  4. 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。

  5. 0% • 10% • 20% • 30% • 40% • 50% • 60% • 70% • 80% • 90% • 100% 遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的作用 • 保泰松 • 安替匹林 • 阿司匹林 Genes • 双香豆素 • 异戊巴比妥 • 水扬酸 • 锂 Environment • 苯妥英 • I糖尿病 • 冠心病 • 原发性高血压病 • 男性心肌梗死 • 乳腺癌 • II糖尿病

  6. 个体差异的主要原因是遗传变异 身高 基因型 体重 环境因素 食物/ 吸烟 / 合并用药 年龄 老年、儿童、新生儿 药物反应个体差异 疾病过程 性别 合并疾病

  7. 药物基因组学和遗传药理学 • PHARMACOGENETICS – 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。

  8. 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。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（genetic polymorphism）-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（single nucleotide polymorphism，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。

  9. 所有人的DNA序列99.9% 相同 • 人类仅有0.1%的DNA是不同的 • 这0.1%的差别有重要意义吗 ? 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。

  10. Glu Lys GAT GAG CTA CTC GAT GAG CTA CTC GAT AAG CTA TTC GAT GAG CTA CTC GAT AAG CTA TTC GAT AAG CTA TTC 杂合子(wt/m) 野生型纯合子(wt/wt) 突变纯合子(m/m) 谷氨酸 赖氨酸 无碱基突变 单碱基突变 两个碱基突变

  11. 药 物 wt/m m/m wt/wt wt/m m/m wt/wt wt/m wt/m m/m m/m wt/wt wt/wt 疗效与毒副作用 药物代谢酶基因多态性 药物作用靶蛋白基因多态性

  12. 400 600 800 Whites (n=9) Chinese (n=10) ● ● ● ● ● 300 600 ● ● ● ● 400 ● ● Propranolol (nmol/L) ● 400 200 ● ● ● ● ● ● ● 200 ● ● 200 ● 100 ● ● ● ● 0 0 Upright Supine Upright Exercise Supine 0 0 2 4 6 8 10 12 Hours 药物反应个体差异在临床极为普遍 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。 IC20 (nmol/liter) IC20 (nmol/liter) * * * * * * * 中国人和白人普萘洛尔代谢差异 中国人和白人普萘洛尔反应差异 Zhou HH, et al. N Eng J Med 1989; 320: 565-70 (IF=44.016)

  13. 药物代谢、效应和安全性有种族差异 Atropine Morphine Plasma propranolol Propranolol

  14. 无效率（%） 药 物 • 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 10-30 • 5-HT再摄取抑制药（SSRI） 10-25 • 5-HT受体激动药 20-45 • 3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

  15. 治疗窗 A 种族 治疗无效率增加 B 种族 毒性发生率增加 人 数 血浆浓度 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

  16. 2003年SFDA快速批准上市的化疗新药表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, 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% N Engl J Med, 2004. 350(21): 2129-39. (IF=40.016) Science, 2004. 304(5676): 1497-500. (IF=29.162)

  17. 二、遗传变异与药物反应的差异

  18. 1.细胞色素P450酶系基因多态性 细胞色素P450酶系(cytochrome p450, 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

  19. 药物代谢动力学 药物效应动力学 与药物作用相关的基因多态性很多均表现基因剂量效应 基因组 基因 基因多态性 药物代谢酶 药物转运体 药物靶点 药物效应和毒性差异

  20. CYP450超家族中各酶的基因多态性

  21. CYP2D6 • 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。

  22. 中国人CYP2D6*10的高频率导致其底物代谢显著低于白人中国人CYP2D6*10的高频率导致其底物代谢显著低于白人

  23. 美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6基因多态性的关系 Fux et al., CPT 2006 100 90 浓度相差： 60 倍 80.5 80 70 60 50.8 Metoprolol plasma con. (ng/ml) 50 40 30 14.2 20 3.9 10 1.3 0 UM EM EM/het. IM PM 100 100 100 78 74 Dose [mg]

  24. 普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基因多态性的关系 1600 剂量： 3 x 150 mg / day 房颤： 安慰剂： 33 % 普罗帕酮： 16 % ß-阻滞 CNS副反应 1400 1200 1080 1000 血浆普罗帕酮（ng/ml） 800 695 600 15 % Afib 400 200 127 18 % Afib 33 0 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

  25. CYP2C9 • CYP2C9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%)。

  26. 磺脲类降糖药的清除率与CYP2C9*3 CYP2C9*3/*3 CYP2C9*1/*3 CYP2C9*1/*1 100 80 60 百分率比较 40 20 0 甲苯磺丁脲 格列本脲 格列甲嗪 格列美脲 那格列奈 Shon 2002, Lee 2002, Kirchheiner 2002 Niemi 2002Kirchheiner 2002 Kidd 1999 Niemi 2002 Kirchheiner 2004

  27. 25 20 20 15 15 DBP (mmHg) SBP (mmHg) 10 10 5 5 0 0 3 3 1 2 1 2 收缩压 舒张压 P<0,01 P<0.01 All 18 patients were taken 50 mg losartan once daily for four consecutive weeks. Group 1: CYP2C9*1/*3, AT1(AA) Group 2: CYP2C9*1/*1, AT1(AA) Group 3: CYP2C9*1/*1, AT1(AC)

  28. 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。

  29. CYP2C19 • CYP2C19 (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。

  30. 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（Clinical Pharmaco Ther, IF=8.028, 12篇）

  31. 500 200 100 50 DZ 20 Dlazepam (ng/ml) wt/wt wt/m1 m1/m1 5 100 0 24 48 72 144 288 Time (hr) 80 150 100 60 奥美拉唑5-羟代谢抑制 (%) 50 50 50 CYP2C19*1/*1 DMDZ 30 CYP2C19*1/*2 40 20 wt/wt,wt/m CYP2C19*2/*2 40 40 m 10 ) 20 0 24 48 72 288 h/L * 30 30 – AUC of diazepam ( g CL of diazepam ( ** 0 20 20 m/m 4M OP 20M OP wt/m ** 10 10 * ml/min ) wt/wt 0 0 AUC CL 300 300 300 Br J Clin Pharmacol 1996 300 300 200 200 200 ● ● TFMP formation rate (pmol/min/nmol p450) ● ● 300 ■ ■ ■ ■ 200 200 ■ ■ ■ ▲ ■ ■ ■ ▲ ■ ■ ● ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 200 ▲ ▲ ● 100 100 100 100 100 ■ ■ ■ ▲ ■ ▲ ▲ ● 100 ■ ▲ ■ ■ ▲ ■ ▲ 0 0 ▲ ■ ▲ ● 0 0 10 10 20 20 30 40 40 ■ ▲ 30 ■ ■ ▲ ■ ● ▲ ■ 0 0 0 ▲ 0 ■ ▲ ▲ ● ▲ 0 ▲ 10 20 40 ■ 30 0 50 100 150 200 0 0 50 50 100 100 150 150 200 200 250 250 250 ■ ■ ▲ ■ ■ J Pharmacol Exp Ther 2000 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) Clin Pharmacol Ther 1999 ` 10 0.6 离体 在体 *1/*1 0.5 *1/*2 *1/*3 0.4 /mg protein) 5 CYP2C19活性 （尿S/R-MP比）值 肝微粒体CYP2C19含量 0.3 pmol 0.2 ( 0.1 0.0 0 侗族 白族 傣族 汉族 100M OP wt/wt wt/m m/m Eur J Clin Pharmacol 2002 Clin Pharmaco Ther 1995 J Pharmacol Exp Ther 2000

  32. 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CYP2C19 PM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

  33. 三种基因型的表型和突变等位基因拷贝数线性相关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 CYP2C19*2/*2 CYP2C19*1/*2 CYP2C19*1/*1 X X X Mean±95% confidence limits of omeprazole (mg/lL) Hours after 40 mg omeprazole application

  34. CYP3A • CYP3A4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 。

  35. 2.药物转运蛋白(Drug transport protein) • 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-binding cassette transporters，ABC转运体）和溶质转运蛋白（Solute carriers，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)。

  36. P糖蛋白（Pglycoprotein, Pgp） P糖蛋白（Pgp）是多药耐药（multidrug 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。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-Glycoprotein

  37. MDR1基因型与人体Pgp的底物代谢相关 MDR1 3435TT 基因型个体其肠道Pgp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Pgp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%

  38. P-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/T 2677G/T

  39. ABCB1（P-gp）基因变异对底物代谢动力学的影响

  40. 多药耐药相关蛋白 • 多药耐药相关蛋白（multi-drug resistance protein, 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。

  41. 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。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。

  42. Daunorubicin Doxorubicin HEK293 CHO-K1 The IC50 values of daunorubicin or doxorubicin treatment in HEK293 and CHO-K1 cells transfected with 4 SNPS of MRP1

  43. Resistance factors (IC50 expression vector/IC50 empty vector) of transfected HEK293 cells to chemotherapeutic agents Yin et al.PharmacogeneticsandGenomics 2009, 19:206-216

  44. 那格列奈 (nateglinide) 的药物代谢动力学受SLCO1B1 T521C多态性影响 Data are expressed as mean ± SD

  45. 3. 影响药物效应的药物靶点基因多态性

  46. 影响药物效应的药物靶点基因多态性（续）

  47. ACE抑制药的效应在ACE的II基因型中较DD强

  48. The efficacy rate of enalapril in the treatment of hypertensive patients with different ACE genotypes 怀化市第三人民医院

  49. 2受体基因ADRB2 的两个多态性 100- 75- 50- 25- 0- Maximal venodilative response to isoproterenol (%) 16Arg/Arg 27Gln/Glu Gln/Gln Glu/Glu 异丙肾上腺素的血管扩张作用 20 15 10 5 0 Change in FEV1 (%) 0 2 4 6 8 10 12 14 沙丁胺醇的气管扩张作用

  50. 1 受体多态性 异丙肾上腺素的1受体激动作用与基因多态性相关 Ser49Gly NH2 Gly389Arg Arg389 Activity of cAMP (pmol/min/mg) Gly389 HOOC Concentration of isoprenaline

More Related