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编号:10401443
药物基因组学的应用进展
http://www.100md.com 《中华实用医药杂志》 2003年第19期
     【文献标识码】 A 【文章编号】1609-6614(2003)19-1774-03

    1989年10月,国际合作项目人类基因计划(Human Genome Project,HGP)开始实施,并于2001年2月12日联合公布了人类基因组图谱,以及对它的初步分析结果 [1] 。HGP的主要目的之一是寻找导致人类疾病的基因,科学家认为,至少有4000多种基因与人类疾病的发生有直接关系,还有大量其它基因与疾病有千丝万缕的联系。随着HGP的实施及基因组研究的深入,在1997年金塞特和科伯特提出了药物基因组学(Pharmacogenomics)这一新概念,它与药物遗传学类似,其目的是研究药物疗效和安全性变化的分子遗传基础,但是药物基因组学拓宽了药物遗传学“某一时刻单基因”的研究方式,它涵盖了人类基因组包括DME,药物靶标和第二信使等基因在内的所有基因 [2] 。随着人类基因组计划的深入研究和完成,以及药物基因组学在医药领域得到广泛的应用,必将给21世纪的医药学发展带来深刻的变革。
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    1 药物基因组学在疾病治疗中的决策作用

    药物基因组学从基因水平给出了基因的多态性与药物效应的关系,基因的多态性与药物效应的差异具有相关性,患者对某些药物的反应率与其基因亚型之间的关系现已被揭示,虽然药物基因组学并不能改善药物的效应,但这种关系能辅助临床人员在预测某一特定药物时,患者属何种反应人群,使医生为患者选择疗效最佳的剂量成为可能。

    1.1 精神疾病 对于药物治疗精神病人产生的高度变异的治疗反应,依然没有科学的方法来指导个体化的治疗,现在利用药物基因组学则可能优化精神病药理学(Psyˉchopharmacology)。药物基因组学在精神疾病方面研究的关键部分包括理解精神病药物作用机制,鉴定后遗基因及其变异,有效的临床试验结果。如在药物标靶、药物代谢、疾病路径水平等方面对精神分裂症病人进行基因分型。以找到适合病人特殊基因特征的治疗方法,从而达到最佳的药物治疗效果,如5-羟色胺再吸收抑制剂(SSRI),能调节5-羟色胺活性,从而治疗5-羟色胺相关性精神疾病,如抑郁症、焦虑症等。
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    1.2 神经系统疾病 目前对变性性神经疾病的研究表明,除了已知的多因素发病机制以外,遗传学机制疾病系改变乃至不同病人之间独特的疾病表型的变化都起着主要的作用,现在药物基因组学已经用于研究多种神经性疾病。如肌萎缩侧索硬化,阿尔茨海默病等 [3]

    1.3 心脑血管疾病 肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAS)在心血管系统中扮演最重要的角色。而与该系统有关的药物也对心力衰竭、心肌梗死等心血管疾病起着重要的治疗作用。控制RAS酶系的基因多态性也是心血管疾病的原因之一,一些研究表明血管紧张素转化酶抑制剂的功效和副反应与多种遗传多态性有关,如血管紧张素转化 酶(ACE)基因在第16内含子中存在插入型(insertion.I)或缺失型(deletion.D)多态性。血清ACE水平与ACE基因多态性之间有显著相关性,血清ACE活性高低在不同ACE基因人群中依次为DD>DI>II型 [4] 。心衰治疗的关键在于个体化给药,所以鉴定遗传因子,确定基因多态性导致对药物的不同反应,是非常重要的。现在已经对多种药物进行了研究,如血管紧张素转化酶抑制剂、β-肾上腺受体拮抗剂、血管紧张素AT1受体拮抗剂、螺内酯、血管肽酶抑制剂、内皮素受体拮抗剂等。Tanaka等通过差异显示和定量反转录PCR,发现血红素加氧酶-1(Ho-1)mRNA在基底动脉中显著表达,脑血管痉挛程度与基底动脉中血红素加氧酶-1mRNA的水平相关,反义Ho-1寡聚脱氧核苷酸(ODN)抑制HO-1在基底动脉中的诱导,但并不抑制其在整个脑组织中的诱导。由此认为HO-1寡聚脱氧核苷酸可作为蛛网膜下腔出血导致的脑血管痉挛中抑制HO-1基因表达的保护剂,HO-1基因也就成了新的药物标靶。
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    1.4 内分泌疾病 2型糖尿病是一种由多遗传因子和环境影响相互作用而产生的多基因,异基因疾病,其中胰岛素受体基因被认为是导致糖尿病的主要候选基因。胰岛素受体基因底物(INS)分子又是介导胰岛素信号的关键,它是胰岛素受体和细胞内信号分子的复杂网络的停靠蛋白质。胰岛素受体底物分子有4种:IRS-1、IRS-2、IRS-3、IRS-4。认为IRS-1、IRS-2基因与2型糖尿病的发展机制显著相关,其中IRS-1基因的多态性(72位的甘氨酸替换成精氨酸)是2型糖尿病发展的重要因素。专家们还研究了大多功能蛋白酶LMP2-R/H、LMP2R/R基因分别是胰岛素依赖型糖尿病(IDDM)的易感基因与保护基因 [5] 。对糖尿病病人分型治疗药物选择有一定的意义。

    1.5 骨质疏松症 Cabfα1(cant binding factorα1)基因为成骨特异性转导激活因子,在成骨细胞发育、分化和骨形成过程中起着至关重要的作用 [6] 。对Cabfα1基因表达的因素及传导通路将有利于人们用药物主动地调节其表达,从刺激骨的形成来治疗某些骨代谢性疾病,如骨质疏松症。
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    1.6 病毒感染 病毒感染是目前许多传染病和非传染病甚至癌症的病因。严重损害着人民的生命和健康 [7] 。病毒体内部的核酸构成病毒基因,是决定病毒遗传变异和复制的物质,核酸具有多样性,可以是线型或环型,可为双链RNA、单链RNA或分节段RNA、双链DNA或单键DNA。核酶是具有酶催化作用的一种RNA小分子,核酶RNA分子能在特定位点裂解RNA或DNA的核苷酸序列,发挥反义RNA阻断特异性RNA的作用。同时又能以酶的高效催化作用自动解离,与新的靶RNA结合并将其裂解,如此循环往复而发挥其抗病毒作用 [8]

    2 用药物基因组学指导合理用药

    药物基因组学与合理用药—临床药物基因组学,药物基因组学将基因的多态性与药物效应个体多样性紧密联系在一起,将功能基因组学用于合理用药,利用药物基因组学的技术和方法增加药物的疗效性和安全性,减少不良反应,改善公众健康,实现个体化,可预测及可预防的医疗。这就称为临床药物基因组学(clinical pharmacogenomics),它在临床治疗用药中起着决策性的作用,其目的就是制定出高效、安全、经济的给药方案。由于遗传基因的多变性,任何两个人之间即使年龄、性别以及体重等条件都相同,不同个体对同一剂量的同一药物也可以有不同的反应。治疗结核病的异烟肼,对于N-乙酰转移酶活性低,体内清除异烟肼非常慢,就会使病人发生肢端疼痛、麻刺和衰弱等副作用;而对N-乙酰转移酶活性较多的病人,因能快速将异烟肼转化,则不发生这些毒性反应。现在发现这种药物反应的差异是由于编码N-乙酰转移酶的基因差异所致 [9]
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    用药物基因组学的理论,指导临床合理用药,不仅弥补了只根据血药浓度测定结果,进行个体化给药的不足,而且又为当前无法解释的药动学现象找到了答案,也进一步为临床个体化给药开辟了一个崭新的途径。

    3 为新药的开发提供了便捷的途径

    药物基因组学,目前发展的最新趋势,就是将最近几年在研究人类基因组与功能而发展起来的许多新技术,侧重于了解有重要功能意义和控制药物代谢与处理的多变性基因,以求探明药理学作用的分子机制以及各种疾病致病的遗传学机制,从而最终达到精确指导个性化药物开发的目的 [10] 。药物基因组学在新药研究开发中的应用,必将为制药业的发展带来新的机遇和挑战,为临床合理用药创造更科学的条件,它将引导21世纪新药开发的方向。

    近年来国际上一批知名的大型制药集团和化学工业公司在基因组领域内的大量投资,使得药物基因组学逐渐成为后基因时代中最引人瞩目,发展最迅速的学科之一。仅1997、1998年的两年间,世界上就有12个制药公司开始着手对基因检测盒和新药的开发研究 [11]
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    对于每个新药,都有10%~40%的人没有疗效,另有百分之几或更多的人有副作用。三期临床试验结果是新药试验过程花销最大的阶段,需要上千人的临床试验,如果能事先知道受试者可能对药物的反应,如代谢酶的基因型,就可以减少参试人的数量,明显缩短实验的时间,如在用于治疗抑郁症的拉莫三嗪,去甲丙咪嗪和安慰剂的三期临床实验过程中,一般情况下,去甲丙咪嗪对于CYP2D6有着广泛的代谢,但在弱代谢个体中,这种动力学特性消失了,如果利用基因分型,便可排除那些弱代谢实验个体,从而提高受试者的安全。通过筛选,可以将受试者的CYP2D6基因分型为ˇ3(A)、ˇ4(B)和ˇ5(D)3种等位基因类型,可以鉴别95%的弱代谢个体。ˇ6(T)和ˇ7(E)2种等位基因类型则在以上3种基因型筛选后,对漏选的弱代谢个体再次鉴别。如果新药研究单位可以先预见结果,选择适合的临床试验人群,并由此更有效的监控试验结果,则新药通过率显著提高。

    4 药物基因组学对老药的再评价与再认识

    药物基因组学不仅为新药研究开辟了新领域,同时对于那些毒副反应大而被淘汰的药物,即使是已淘汰很久;或 仅在Ⅰ期临床试验被淘汰的化合物,同样利用基因特性选择作用对象,很有可能在临床上得到应用。如非典型抗精神病药—氯氮平,在其应用中由于1%的病人服用后会出现严重的粒细胞缺乏症,因而只有当其它药物使用无效时才使用,但是在粒细胞缺乏症的药物效应基因被确定以后,极大地改善了氯氮平的使用,除少数敏感的病人不能服用此药外,对99%的病人来说,这一药物还是一线治疗药物 [11] 。结核病的耐药问题使临床治疗困难。近几年研究证实,中医临床上用于治疗肺结核,颈淋巴结结核,咽喉炎,肺癌的中草药猫爪草中的有效成分为小毛莨内酯(Termaˉtolide,Tem),试验证实小毛莨内酯对结核病人颗粒裂解肽(GLS)基因的表达作用。小毛莨内酯在有效浓度时对免疫功能低下的耐药结核病人和儿童结核病人GLSmRNA的诱导表达水平,活化CD8 + 细胞,促进其以细胞依赖的方式裂解感染了MTB的MФ,杀灭胞内致病菌MTB,因而对休眠菌感染亦显示抗菌作用,所以Tem可以看作为一种新型的内源性抗生素颗粒裂解肽的诱导剂,治疗耐药结核病 [12]
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    5 展望

    药物基因组学自诞生之日起,就引起医药学界的广泛关注和深入的研究,最终导致药物处置和负有遗传基础的完全阐明,使得根据每一病人对特定药物的代谢,反应等过程的遗传特性来选择药物和决定其使用剂量,最终由现在的诊断定向的传统药物治疗模式,向基因型定向治疗的新型药物治疗模式转型。研制中的一种由各种常见人类染色体的基因差异形成的微矩阵芯片,如SNP芯片,当含有病人DNA的溶液从这种芯片流过,就可判定病人基因存在什么差异,再将基因差异与不同药物反应做一对应,最后就能开出最适合病人基因组成的处方,即“基因处方” [10] 。使病人得到最佳治疗效果,从而达到真正“用药个体化”的目的。在不远的将来,药物基因组学将在临床个体化用药决策中得以广泛应用。

    参考文献

    1 童荣生.人类基因组研究对医药学的影响.中国药房,2001,12(11):689-690.
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    2 刘永学,高沛水.药物遗传学在评价药物安全和降低药物副作用中的作用.国外医学·药学分册,2001,28(4):197-200.

    3 江三多,林嗣萃,汤伊萍,等.阿尔茨海默病与α1-抗糜蛋白酶基因微卫星多态性的相关研究.中华医学杂志,1999,79(8):610-611.

    4 朱鼎良.高血压基因研究进展.中华医学杂志,1999,79(9):650-651.

    5 丁鹤林,程烨,傅祖植,等.LMP2基因多态性与胰岛素依赖型糖尿病及DR3基因的关系.中华医学杂志,1999,79(1):28-30.

    6 肖洲生,周宏源.Cbfα1基因及其调控研究进展.中国药理学通报,2001,17(4):365-368.

    7 李爱秀.病毒基因组学在抗病毒研究中的作用.药学进展,2002,26(6):321-325.
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    8 魏文青,卢浩,王明霞.抗艾滋病药物的研究进展.国外医学·药学分册,2001,28(5):294-297.

    9 张志勇,肖翠英,唐尧.药物基因组学与合理用药.中国药房,2001,12(2):73-74.

    10 杨继章,杨树民.药物基因组学与临床用药决策.上海医药,2003,24(7):313-314.

    11 杨继章,杨树民.药物基因组学与新药开发.上海医药,2003,24(8):350-352.

    12 詹莉,戴华成,杨治平,等.小毛莨内酯对结核病人颗粒裂解肽 基因表达的作用.中国药理学通报,2001,17(4):405-408.

    (编辑罗 彬)

    作者单位:231500安徽省庐江县人民医院, 百拇医药(王全保)