临床药理学3遗传药理学与药物基因组学.ppt

1、临床药理学3遗传药理学和药物基因组学的遗传药理学和药物基因组学的概况概况 遗传因素与药物反应遗传因素与药物反应差异差异 遗传药理学和药物基因组学在新药研遗传药理学和药物基因组学在新药研 发中的作用发中的作用遗传药理学个体化中药物治疗中作用遗传药理学个体化中药物治疗中作用内内 容容 提提 要要一、遗传药理学和药物基一、遗传药理学和药物基 因组学的概况因组学的概况长期以来，临床用药总是针对同长期以来，临床用药总是针对同一种疾病应用相同的剂量一种疾病应用相同的剂量临床医生临床医生都是根据开发这一药物都是根据开发这一药物的国家以当地种族人群为试验对的国家以当地种族人群为试验对象得出的剂量象得出的剂量给

2、药给药剂量可能并不适合其它国家的人剂量可能并不适合其它国家的人群而导致药物疗效不佳，甚至出群而导致药物疗效不佳，甚至出现严重的不良反应现严重的不良反应(propranolol)种族差异种族差异个体差异个体差异0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%GenesEnvironmentII糖尿病糖尿病乳腺癌乳腺癌男性心肌梗死男性心肌梗死原发性高血压病原发性高血压病冠心病冠心病I糖尿病糖尿病苯妥英苯妥英锂锂水扬酸水扬酸异戊巴比妥异戊巴比妥双香豆素双香豆素阿司匹林阿司匹林安替匹林安替匹林保泰松保泰松 遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感遗传和非遗传因素在药物代谢和疾病易感性中的

3、作用性中的作用药药物物反应反应个体个体差异差异年年龄龄老老年年、儿童儿童、新生儿新生儿体体重重 性性别别身身高高基基因型因型环环境境因素因素食食物物/吸吸烟烟/合合并并用药用药 合合并并疾病疾病疾疾病病过程过程 个体差异的主要原因是遗传变异个体差异的主要原因是遗传变异药物基因组学和遗传药理学药物基因组学和遗传药理学等位基因（等位基因（alleleallele）-人的基因位于成对的染色体上（性染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。色体除外），因此每一种基因都有一对。基因多态性基因多态性（genetic polymorphismgenetic polymorphis

4、m）-在正常人群中，由于在正常人群中，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遗传决定的基因型，如果每种基因型的发生频率超过 1%1%。单核苷酸多态性单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphismsingle nucleotide polymorphism，SNPSNP）-在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNADNA序列多态性。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它是人类可

5、遗传变异中最常见的一种，占所有已知多态性的90%90%以上。以上。表型表型（phenotypephenotype）-个体在一定环境条件下表现的性状。个体在一定环境条件下表现的性状。基因型基因型（genotypegenotype）-形成表型这种性状有关的遗传结构。形成表型这种性状有关的遗传结构。l人类仅有0.1%的DNA是不同的l这0.1%的差别有重要意义吗?所有人的DNA序列99.9%相同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。野生型纯合子野生型纯合子(wt/wt)杂合子杂合子(wt/m)突变纯合子突变纯合子(m/m)GAT GAGCTA CTCGAT GAGCT

6、A CTCGAT GAGCTA CTCGAT AAGCTA TTCGluGAT AAGCTA TTCGAT AAGCTA TTCLys谷氨酸赖氨酸无碱基突变无碱基突变单碱基突变单碱基突变两个碱基突变两个碱基突变药物代谢酶基因多态性药 物wt/wtwt/mm/mwt/wt wt/mm/mwt/wt wt/mm/mwt/wtwt/mm/m疗效与毒副作用药物作用靶蛋白基因多态性HoursWhites(n=9)Chinese(n=10)0100200300400Propranolol(nmol/L)246810120中国人和白人普萘洛尔代谢差异02004006008006004002000Supine

7、 UprightExerciseSupine UprightIC20(nmol/liter)IC20(nmol/liter)*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)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中国正常男性对普萘洛尔阻滞作用比白种人至少敏感两倍，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，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，才能产生相同的才能产生相同的受体阻滞效应。受体阻滞效应。药物反应个体差异在临床极为普遍药物反应

8、个体差异在临床极为普遍药物代谢、效应和安全性有种族差异药物代谢、效应和安全性有种族差异PropranololAtropineMorphinePlasma propranolol无无效率（效率（%）药药 物物药物代谢、效应和安全性在同一种族内不同个药物代谢、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体间的差异十分为显著人人 数数血浆浓度血浆浓度A 种族种族治疗无效率增加治疗无效率增加B 种族种族毒性发生率增加毒性发生率增加治疗窗治疗窗CYP450CYP450分子构象分子构象药药物代谢动力学物代谢动力学药药物效应动力学物效应动力学药药物效应和毒性差异物效应和毒性差异基基因组因组基基因多态性

9、因多态性药药物靶点物靶点药药物转运体物转运体药药物代谢酶物代谢酶基基因因中国人中国人CYP2D6*10 的高频率导致的高频率导致其底物代谢显著低于白人其底物代谢显著低于白人Fux et al.,CPT 20060102030405060708090100UMEMEM/het.IMPMMetoprolol plasma con.(ng/ml)1.33.914.250.880.5Dose mg1001001007874 浓度相差：浓度相差：60 倍倍美托洛尔血浆药物浓度与美托洛尔血浆药物浓度与CYP2D6CYP2D6基因多态性的关系基因多态性的关系普罗帕酮血浆浓度和普罗帕酮血浆浓度和CYP2D6基

10、因多态性的关系基因多态性的关系02004006008001000120014001600血浆普罗帕酮（ng/ml）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/无活性突变剂量：3 x 150 mg/day房颤：安慰剂：33%普罗帕酮：16%331276951080-阻滞CNS副反应18%Afib15%AfibShon 2002,Lee 2002,Kirchheiner 2002Niemi 2002Kirchheiner 2002Kidd 1999Kirchheiner 2004Niemi 2002020406080100甲苯磺丁脲 格列本脲格列甲嗪格列美脲那格列奈CYP

11、2C9*3/*3CYP2C9*1/*3CYP2C9*1/*1百分率比较百分率比较 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)123DBP(mmHg)051015200510152025SBP(mmHg)123P0.01P0,01收缩压收缩压舒张压舒张压华法林（华法林（Warfarin）Dlazepam(ng/ml)DM

12、DZDZ024 4872144 288024 48 722885205010020050010203050100150Time(hr)m/mwt/mwt/wtCYP2C19*1/*1CYP2C19*1/*2CYP2C19*2/*2AUC of diazepam(m mg h/L)AUC CL*50 0CL of diazepam(ml/min)50 04030201040302010*Br J Clin Pharmacol 1996J Pharmacol Exp Ther 2000050 100 150 200 250010203040010020030001002003000102030 4

13、00100200300050 100 150 200 25001002003000102030 400100200300050 100 150 200 2500100200300TFMP formation rate(pmol/min/nmol p450)Clin Pharmacol Ther 1999 J Pharmacol Exp Ther 2000wt/wt wt/m m/m肝微粒体CYP2C19含量(pmol/mg protein)10 0 5离体Eur J Clin Pharmacol 20020.00.10.20.30.40.50.6*1/*1*1/*2*1/*3汉族侗族白族傣族在

14、体CYP2C19活性（尿S/R-MP比）值wt/wt,wt/m020406080100wt/wtwt/m1 m1/m1奥美拉唑5-羟代谢抑制 (%)4mM OP20mM OP100mM OPClin Pharmaco Ther 1995美芬妥因、奥美拉唑、地西泮的代美芬妥因、奥美拉唑、地西泮的代谢均符合基因剂量效应，表明这一谢均符合基因剂量效应，表明这一理论具有普遍意义。理论具有普遍意义。Desmethyldiazepam(ng/ml)Hours after 40 mg omeprazole applicationMean95%confidence limits of omeprazole(m

15、g/lL)CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2C19*1/*1XXX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基 因因 剂剂 量量 效效 应应P-GlycoproteinP-gp 基因基因ABCB1(或或MDR1)的的 3435CT多态性多态性地高辛的生物利用度地高辛的生物利用度 在在TT中增高中增高3435C/T2677G/TABCB1（P-gp）基因变异对底物代谢动力学的影响基因变异对底物代谢动力学的影响HEK293CHO-K1DaunorubicinDoxorubicinThe IC50 values of daunor

16、ubicin or doxorubicin treatment in HEK293 and CHO-K1 cells transfected with 4 SNPS of MRP1Resistance factors(IC50 expression vector/IC50 empty vector)of transfected HEK293 cells to chemotherapeutic agentsYin et al.Pharmacogenetics and Genomics 2009,19:206-216 那格列奈那格列奈(nateglinide)的药物代谢动力学受的药物代谢动力学受S

17、LCO1B1 T521C 多态性影响多态性影响Data are expressed as mean SD3.影响药物效应的药物靶点基因多态性影响药物效应的药物靶点基因多态性影响药物效应的药物靶点基因多态性（续）影响药物效应的药物靶点基因多态性（续）ACEACE抑制药的效应在抑制药的效应在ACEACE的的IIII基因型中较基因型中较DDDD强强The efficacy rate of enalapril in the treatment of hypertensive patients with different ACE genotypes 怀化市第三人民医院异丙肾上腺素的血管扩张作用异丙肾上

18、腺素的血管扩张作用沙丁胺醇的气管扩张作用沙丁胺醇的气管扩张作用 2受体基因受体基因ADRB2 的两个多态性的两个多态性27Gln/Glu16Arg/Arg100-75-50-25-0-Gln/GlnGlu/GluMaximal venodilative response to isoproterenol(%)201510500 2 4 6 8 10 12 14Change in FEV1(%)NH2HOOCSer49GlyGly389ArgArg389Gly389Concentration of isoprenalineActivity of cAMP(pmol/min/mg)异丙肾上腺素的1

19、 受体激动作用与基因多态性相关1 受体多态性美托洛尔对心血管系统的影响与美托洛尔对心血管系统的影响与 1-受体的基因型相关受体的基因型相关08010020406002468101214Plasma metoprolol(ng/mL)Reduction in HR(b.p.m.)r=0.620 P0.01 r=0.718 P0.05Reductoin in HR(b.p.m.)Plasma metoprolol(ng/mL)100080204060051015202530354045RestingExercise r=0.585 P0.01 r=0.455 P0.01Reducti0n in s

20、ystolic Pressure(mmHg)r=0.585 P0.01 r=0.746 P0.01Plasma metoprolol(ng/mL)0802040600246810121416 r=0.807 P0.01 r=0.663 P0.01Plasma metoprolol(ng/mL)08020406002468101214Reducti0n in diastolic Pressure(mmHg)%Change of RHR%Change of EHR%Change of SBP%Change of DBP04812162075mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly051

21、01575mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly048121675mg150mg225mgArg/ArgGly/Gly051015202575mg150mg225mgArg/ArgGly/GlyP=0.008P=0.017P=0.011P=0.442美托洛尔不同剂量在美托洛尔不同剂量在1 1-受体不同基因型中的心血管效应受体不同基因型中的心血管效应根据根据 1-受体单倍型组合（受体单倍型组合（diplotypes）分组的高血压病人）分组的高血压病人经美托洛尔治疗后的血压降低百分率各组显著不同经美托洛尔治疗后的血压降低百分率各组显著不同 Liu J et al.Clin Pharm

22、acol Ther,200649S389R/49S389R49S389R/49G389R49S389G/49G389R49S389G/49S389G-18-16-14-12-10-8-6-4-2SBPDBPMAP血压降低百分率（血压降低百分率（%）ANOVA P0.001ANOVA P=0.001ANOVA P0.001*4.药物代谢酶和药物靶点基因多态性的综合作用药物代谢酶和药物靶点基因多态性的综合作用参与糖尿病药物代谢的药物代谢酶和转运体参与糖尿病药物代谢的药物代谢酶和转运体参与抗高血压病药物代谢的重要药物代谢酶和转运体参与抗高血压病药物代谢的重要药物代谢酶和转运体Engl J Med,1

23、993,328(13)：914210102030405060双氢克脲噻双氢克脲噻阿替洛尔阿替洛尔卡托普利卡托普利可乐定可乐定地尔硫卓地尔硫卓哌唑嗪哌唑嗪80100有效百分率单个药物治疗高血压病，单个药物治疗高血压病，DBP控制在控制在90mmHg以下者均不以下者均不超过超过60%（n=1296（Male,DBP：95-105mmHg）目标血压(mm Hg)抗高血压药数量1临床试验234AASKMAP 92UKPDSDBP 85ABCDDBP 75MDRDMAP 92HOTDBP 80IDNTSBP 135/DBP 85ALLHATSBP 140/DBP 90DBP,舒张压;MAP,平均动脉压;

24、SBP,收缩压.Bakris GL et al.Am J Kidney Dis.2000;36：646-661.Lewis EJ et al.N Engl J Med.2001;345：851-860.Cushman WC et al.J Clin Hypertens.2002;4：393-405.n男性病人，男性病人，56岁，高血压病，公务员岁，高血压病，公务员nMetoprolol 20mg bid;血压不能控制，交感兴奋血压不能控制，交感兴奋n基因型检测：基因型检测：1 受体受体 Gly389Gly（敏感性低）（敏感性低）n推荐剂量：提高到推荐剂量：提高到180%n剂量改为剂量改为40m

25、g bid;血压控制，交感兴奋控制血压控制，交感兴奋控制 临床病例（怀化三医院）临床病例（怀化三医院）高血压病人高血压病人 (n=266)(n=266)标准治疗方案标准治疗方案根据基因型给药方案根据基因型给药方案2D6*1*/10Arg389Arg2D6*10/*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Arg2D6*1/*1Gly389Arg2D6*1/*10Gly389Arg2D6*1*/10Arg389Arg2D6*/10*1Arg389Arg2D6*1/*1Arg389Arg2D6*10/*10Gly389Arg2D6*1/*1Gly389A

26、rg2D6*1/*10Gly389Arg25 mgx225 mgx212.5 mgx250 mgx24 周周N=64N=40N=41N=58N=24N=394 周周4 周周4 周周美托洛尔在高血压病人中的治疗效果美托洛尔在高血压病人中的治疗效果(娄底市中心医院娄底市中心医院)A,Non-genotype directed therapyB,Genotype directed therapy02468101214161820 SBP DBPBlood pressure decrease(mm Hg)P=0.118 P=0.009A1+A3B1+B3024681012141618SBPDBPBlo

27、od pressure decrease(mm Hg)P=0.027P=0.001美托洛尔在根据基因型调整剂量的高血压病人中的美托洛尔在根据基因型调整剂量的高血压病人中的疗效优于固定剂量疗效优于固定剂量基因多态性对抗抗癌药物的影响基因多态性对抗抗癌药物的影响051015200510TPMTLTPMTLTPMTLTPMTHTPMTHTPMTHPercentage of subjects per 0.5 units of activity90%10%0.3%8 变异变异等位基因等位基因,3(*2,*3A,*3C)引起引起酶活性显著下降，故任何两者组酶活性显著下降，故任何两者组合，即突变纯合子，则无

28、酶活性；与合，即突变纯合子，则无酶活性；与wt组成杂合子，酶活性居中。因组成杂合子，酶活性居中。因此呈三态分布此呈三态分布l在事先基因型检测选择合适药物和剂量的病人，在低/无活性的病儿未出现继发性脑恶性肿瘤。McLeod et al.,2000突变型突变型TPMT（N=7,小儿）小儿）野生型野生型TPMT（N=45,小儿）小儿）放射治疗后时间放射治疗后时间(年年)累计发生率累计发生率(%)01234567891001020304050p=0.00946-MP代谢产物代谢产物TGNsDNA,RNATPMTTPMTNNSHNNHNNSNNHCH3Ado-MetAdo-luy6-mercaptopu

29、rine 6-methylmercaptopurine 无毒性代谢产物 细胞毒性代谢产物药物代谢酶和作用靶点基因多态性对药物效应药物代谢酶和作用靶点基因多态性对药物效应和毒性的综合影响和毒性的综合影响代谢基因型受体基因型+效应毒性65%32%9%+79%40%10%80%40%10%5%15%80%：其数量分别表示药物浓度和受体敏感性高低其数量分别表示药物浓度和受体敏感性高低 St Johns wort 抑制CYP2C19活性 青藤碱诱导CYP2C9但抑制CYP2C19 茵枳黄诱导CYP3A4和CYP2C19 证明中药能抑制证明中药能抑制/诱导具有基因多态性的酶活性诱导具有基因多态性的酶活性，

30、为研究中药和其他药物合用时产生药物相互，为研究中药和其他药物合用时产生药物相互作用及机制提供了参考作用及机制提供了参考00.10.20.30.40.50.60.70.86 2C19 m/m 6 wt/wt 6 subjects*placeboSJW-0.10.10.30.50.70.91.1placebo SJW wt/wtm/m4-Hydroxymephenytoin In 0-8 h unrine(mmol)00.511.522.5CYP1A2CYP3A4CYP2C19CYP2D6CYP2E1RTJ Clin Pharmacol.2004 Clin Chim Acta.2005 遗传药理学

31、和药物基因组遗传药理学和药物基因组 学在新药研发中的作用学在新药研发中的作用合成合成筛选筛选 产生一个新药的漫长过程II期临床试验期临床试验III期临床试验期临床试验I期临床试验期临床试验动物药理动物药理动物药代动物药代和毒理和毒理药物制剂药物制剂候选化合物候选化合物设计设计申请证书申请证书上市上市 药药 物物 开开 发发 过过 程程高风险过程高风险过程：美国：美国：11-15 年年,8亿美元以上亿美元以上临床前药理学临床前药理学临床前毒理学临床前毒理学筛选数百万化合物筛选数百万化合物11-15 年年产品产品I 期期II 期期III 期期临床药理、毒理学临床药理、毒理学临床前临床前创意6050

32、4030201001994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006批准新药数22285339303527241721362017美国FDA每年批准的新药（1994-2006）最近最近2020年美国年美国FDAFDA从市场撤出的药品从市场撤出的药品19901990年以来因基因多态性引起部分病人毒性而年以来因基因多态性引起部分病人毒性而从市场撤出的药物从市场撤出的药物遗传药理学和药物基因组学将改变药物开发过程遗传药理学和药物基因组学将改变药物开发过程药物靶点药物靶点鉴定鉴定药物靶点药物靶点确证确证先导化合先导化合物筛选

33、物筛选化合物文化合物文库筛选库筛选申报申报审批审批先导化合先导化合物优化物优化临床前临床前研究研究临床试验临床试验I/II/III期期药药 物物 基基 因因 组组 学学遗遗 传传 药药 理理 学学（3 3）新新药药研研制制1997年ICH将“国外临床研究数据可接受的种族因素”正式写入指导原则（ICH-E5）美国美国FDAFDA、ICHICH、我国等相继规定新药临、我国等相继规定新药临床试验和国外药品注册需考虑种族因素。床试验和国外药品注册需考虑种族因素。识别疾病和途径基因的遗传药理学标识物，针对性地选择作用识别疾病和途径基因的遗传药理学标识物，针对性地选择作用靶点靶点选择更好的药物候选物（早期

34、确定候选物是否高度受基因多态选择更好的药物候选物（早期确定候选物是否高度受基因多态性的影响，因而可减少因效应差异而带来的风险）性的影响，因而可减少因效应差异而带来的风险）避免高多态性药物靶点避免高多态性药物靶点确定药物在人体内的代谢途径确定药物在人体内的代谢途径开发药代动力学最稳定的化合物开发药代动力学最稳定的化合物识别由遗传变异引起的代谢和反应异常识别由遗传变异引起的代谢和反应异常避免开发安全范围小而又与遗传变异密切相关的药物避免开发安全范围小而又与遗传变异密切相关的药物开发对遗传变异人群有针对性作用的药物开发对遗传变异人群有针对性作用的药物最大限度减少药物相互作用（药代酶相同底物、诱导和抑

35、制）最大限度减少药物相互作用（药代酶相同底物、诱导和抑制）运用药物基因组学和遗传药理学发现和开发创新药物运用药物基因组学和遗传药理学发现和开发创新药物四、遗传药理学在临床药治四、遗传药理学在临床药治 疗个体化中的作用疗个体化中的作用1.1.实现实现个体化药物治疗个体化药物治疗 New Era of Personalized MedicineA药药B药药C药药D药药经验性用药经验性用药代价代价:费时、费钱、疗效低、费时、费钱、疗效低、毒副作用多毒副作用多D药药A药药C药药B药药基因导向性个体化用药基因导向性个体化用药好处：省时、省钱、疗效好好处：省时、省钱、疗效好毒副作用少毒副作用少临床诊断临床

36、诊断基因检测和诊断基因检测和诊断lCYP2D6lCYP2C9l-receptorlAT1-receptorlACE“一病一药一病一药”传统治疗传统治疗量体裁衣量体裁衣药物治疗药物治疗基因导向个体化药物治疗的实施基因导向个体化药物治疗的实施个体化药物个体化药物治疗中心治疗中心根据个体的基因型确定药物剂量根据个体的基因型确定药物剂量UMEM和和IMPMl 关于基因对疾病和药物反应的影响会有更多的了解，研究结果和提供的信息会大量增多。l 全基因测序的方法会有显著改善，因而设备费用显著降低，测序时间大幅缩短，一般实验室均可实行和应用。l 研究多因素和多基因决定的药物反应的系统生物学方法和模型得到广泛应用。l 药理-代谢组学的发展和应用(NMR/MS)。l 遗传药理学作为一种改善药物安全性和有效性的重要手段将被更多的病人和医生接受，并逐步在临床应用和推广。遗传药理学在个体化药物治疗中的应用已经不只是一种“时尚”或“一时狂热”，它能逐步和持续地在临床发挥改善药物治疗的作用，并且成为未来医学的基石。