药物基因组学与临床用药的关系(1)
【关键词】药物;基因组学;临床用药;关系
【中图分类号】R263【文献标识码】B【文章编号】1005-0515(2010)012-0119-03
在临床药物治疗中的不同的病人对同一种药物有不同的反应，这就叫个体差异，引起个体差异的潜在原因主要有发病机制、疾病的轻重程度、伴发疾病、个体的年龄、性别、营养状况、肝肾功能、药物相互作用等。但当两个疾病诊断相同且身体一般状况相近的病人，在给予同样的药物治疗后，检测血药浓度相近，但其最终的治疗效果与其他的反应依然相差甚远，按传统的药动学、药效学难解释这种现象，这与个体遗传差异有直接关系，并起着决定性的作用[1]。但既往的遗传药理学限制在一个较窄的基因谱，不能全面地解释清许多问题。随着分子生物学的发展，人们逐渐注意到基因突变对药物作用的影响，由于人类基因组计划的顺利实施和遗传学的发展。人们认识到人体的许多基因都参与了体内药物的反应过程。某个药物在体内的反应和代谢过程也涉及多个基因的相互作用，人类基因组图的渐趋完成，大规模、高效精确的基因分型技术的出现[2]，单核苷酸多态性的检测与发展技术的进步，为从基因组水平研究药物反应的个体差异奠定了基础，基因与药物的密切相关，药物基因组学随之产生。
1 药物基因组学的定义与研究内容
药物基因组学(phaumacogcoomics)是20世纪90年代末发展起来的，是基于功能基因组学和分子药理学，研究遗传 基因与药物反应相互关系的学科。其较为确切的定义为：药物基因组学是以用药的安全性和提高药物疗效为目标，研究影响药物吸收、分布、代谢、排泄等个体差异的基因特性，以及基因变异所致的不同病人对药物的不同反应，并由此开发新的药物和用药方法的学科。[3，4]对基因变异(多态性)的研究贯穿了药物基因组学的全过程，由此也明确了所要研究的内容。
1.1 药物代谢的基因多态性。药物代谢的基因多态性在人群中显示为个体的表型差异。随着分子测序技术的进步，以基因多态性如单核苷酸多态性(SNPs)测定为起始，通过生物化学、临床研究评定基因多态性在病人中无表型，为临床提供依据。一种基因的多态性有没有明确的临床意义，取决于基因多态性的分子基础、其他药物代谢酶的表达、正在服用的其他药物、伴发疾病、影响药物效应的其他多基因的临床特征。事实上，多数药物代谢酶都表现出有临床相关的基因多态性，药物代谢基因多态性的研究起始于少数民族或不同人种中。最初，正是由于发现异烟肼诱发的神经疾病发生率在日本人和美国人中有差异，才怀疑由慢乙酰化表型决定的遗传特性。某些特异性的药物代谢基因表型可诱发药物不良反应，例如硫唑嘌呤甲基转移酶缺陷基因型病人服用常规剂量的6-巯基嘌呤时，可诱发严重的危及生命的骨髓抑制。慢乙酰化基因病人常见用肼屈嗪后诱发红斑狼疮、异烟肼诱发的神经疾病、磺胺类诱发的过敏反应等。细胞色素P450中一个很大的酶系，为肝微粒体混合功能酶系统，约有100余种同工酶[3,5]。它包含大量的与药物代谢有关的酶，也是药物代谢的主要酶系。目前已证实，有300多种药物由此酶系代谢。含有一个隐性基因的杂合基因，即有CYP2D6基因多态性引起的，CYP2D6有强代谢型的弱代谢型二种，其中基因存在20多种突变，从而影响CYP2D6的稳定性和表达。巴比妥类、利福平可明显诱导该酶的活性，而异烟肼、奎尼丁则可显著抑制其活性。
1.2 药物转运的基因多态性。细胞通过被动转运摄入某些药物，更多的药物是通过细胞的主动转运发挥作用。药物通过细胞必须经过膜载体的转运，口服药物通过胃肠道吸收，药物排泄到胆汁或尿液、药物分布到“治疗庇护所”(如脑组织、睾丸等)、药物转运到靶组织(如心血管组织、肿瘤细胞、感染性微生物等)，载体的P-糖蛋白具有重要作用。高血压的实验治疗中，钠敏感性高血压的发病与好几种基因有关，基中1个基因是编码骨架蛋白的ADD1基因，其表达出的蛋白质异源二聚体存在于肾小管中，可以调节离子转运。在动物实验中发现，ADD1基因的突变可增强细胞对离子转运能力，进而导致相关的高血压[6]，它的突变所引起的高血压是钠敏感性的，因而对利尿药的治疗敏感。转运蛋白如P-糖蛋白的基因多态性对药物吸收与消除有重要意义，但基因多态性与临床药物治疗的相关性尚未得到充分的阐明。
1.3 药物靶点的基因多态性。大多数药物都与特异性靶蛋白相互作用而发挥其药理效应，如受体、酶，信号传导通路中的蛋白质、细胞周期调控蛋白等。药物靶点基因是具有多态性的，对特定的药物有不同的敏感性，如阿片类药物主要作用点是阿片受体。阿片受体基因的118位点具有多态性[7]，其变异的发生率约为10%，在不同种族中这种多态性有着很大的差别，突变后阿片受体蛋白体β-内啡肽的结合能力比天然受体的亲和力大3倍。不难想象，除该受体基因本身突变外，受体基因调节部位的多态性对于应激、疼痛的耐受以及对药物的成瘾等方面均具有重要作用。如血管紧张素转换酶抑制药(ACEID)是降血压药物，如果病人ACE基因第16位内含杂合子出现一种删除突变后，基转化活性就出现一种插入突变明显加强。另一个研究表明，如果病人携带插入ACE等们基因，对6个月疗程的依那普利治疗有较好疗效，而含有杂合子删除突变基因的等位基因内则对该药几乎不起反应。5-羟色胺(5-HT)是一种神经递质，参与许多正常生理活动，有临床资料等[8]用地西泮治疗精神分裂症时发现，在5-HT2A受体基因的启动子区1438位有G→A突变及5-HT2A受体基因编码区发现存在多态性，但是这两种多态性既存在于对地西泮起反应组，也存在于非起反应组中，将两者结合起来研究发现地西泮的药物反应与这两种多态性有关。因此，药物受体编码区及非编码区的多态性与药物反应都有关，但是在什么情况下与哪一种有关，尚需进一步研究。
2 药物基因组学与临床用药
药物基因组学从基因水平给出了基因多态性与药物效应的相关性，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医生在预测某一特定药物时，根据患者属何种反应人群，为其选择疗效最佳的药物和最佳药物制成为可能[9]。如6-巯基嘌呤药物，在使用前对病人的硫唑嘌呤甲基转移酶基因进行检测，按基因的多态性来调整该药的剂量，则就能达到安全有效之目的。又如异烟肼、肼屈嗪、磺胺类等药物是通过对药物乙酰化代谢发挥作用，因此掌握病人的慢乙酰化表型还是快乙酰化表型很重要。如果都用相同的剂量，则就会产生药物作用非常强烈而致中毒，或药物作用很弱甚至无效，进一步研究发现两者差别是由编码N-乙酰转移酶(NAT)包括NAT-1,NAT-2的基因差异所致，NAT-2等位基因会造成慢乙酰化的表型，以致对异烟肼等药物代谢缓慢，使药物分子在体内停留时间延长，药物清除的速度也降低，易发生各种不良反应，而对NAT活性较高的快乙酰化型病人，因快速将异烟肼等药物转化、清除，则不易发生不良反应[10]。肝脏是药物代谢的主要场所，存在于肝细胞微粒体的混合功能氧化酶素的细胞包素P450(CYP450s)酶系在药物代谢中扮演了非常重要的角色，随着人类基因组计划的过程，人类编码CYP450s的基因已基本明确，为55个基因，29个假基因，分属于17个基因家族中的42人亚家族[11]，与药物代谢关系密切的酶有7个，参与人体300余种药物的代谢，其中CYP3A4在人肝脏中所占的最最多，参与药物代谢的种数也最多，CYP2有数量众多的基因变异，特别是CYP2D6基因存在20多种突变，在人体内活性有极大的个体差异和种族差异，当基因突变后，该酶的活性就大不一样，酶活性增强与该酶相互作用的物质和药物(底物)代谢速度就加快，称为快代谢者(extensive metabolizer，EN)，否则就称为慢代谢者(poor metaboliaer，PM)，任何一个人不是快代谢者就是慢代谢者，快代谢者使用药物后易致药物疗效下降甚至无效，但对前体药物则易起效，对慢代谢者一个标准剂量能产生一个极高的血药浓度，常发生药物不良反应。某一物质或药物能使该酶的活性增强，称为诱导剂，使该酶活性减弱称为抑制剂。酶的活性与酶诱导剂或抑制剂和底物一起使用与合理用药关系密切，药物相互作用不仅发生在药物与药物之间，也发生在药物与食物之间。如饮料中的葡萄柚汁抑制了CYP3A4的活性，使多种抗高血药浓度增加而发生不良反应[12.13]。西咪替丁是CYP450多个酶抑制剂，它可引起普萘洛尔血浆浓度显著增加而致心率减慢，也可引起S-华法林血浆浓度增加而致出血。一般酶抑制剂导致代谢性相互作用的例子较多见，现已引起了广泛的注意。目前避免代谢性药物相互作用的措施：①药物生物转化研究必须提前采用高通量的方法在早期阶段进行，如前面提及的特非拉定事件是特非拉啶与CYP3A4抑制剂并用而致血浆浓度成倍提高引发的心源性死亡和猝死，特非拉啶的抗组胺作用是它的活性代谢产物非索那丁，而非索那丁与CYP3A4抑制剂间无相互作用，如直接使用非索非那丁也就无对心脏的毒性作用了。目前新药的研究中必须进行药物相互作用的研究，在目前部分药物说明书的注意事项中也有药物相互作用的叙述，这对保障安全合理用药非常重要。②合理选用现有的同类产品，其理论基础是：肝药酶与药物分子间的结合和催化能力必然与药物的结构特征密切相关，即使是同一类药品，它们的酶学基础也可能存在差异。因此，认识同类药品的药物代谢基础，做到合理选用，能避免药物相互作用可能引起的毒副作用或疗效下降，如前面例子提及的巴斯亭事件是由于HMG-CoA还原酶抑制剂中的西立伐他汀是CYP3A4的底物，在与CYP3A4的抑制剂如环孢素、伊曲康唑、克拉霉素等合用时，易引发由于西立伐他汀血浆浓度大幅升高而致的肌病，但他汀类中的普伐他洒与CYP3A4的亲和力最小，就不会引发肌病。又如：喹诺酮类中的环丙沙星、依诺沙星、诺氟沙星是CYP1A2的抑制剂，它们可抑制茶碱、S-华法林、他克林等的代谢，如用氧氟沙星、司帕沙星替代环丙沙星等就不会发生上述的相互作用。③药物相互作用也有有利的一面，可为某些给药方案提供依据。如在消除消化性溃疡的幽门螺杆菌的二联和三联疗法中，三联疗法是二联疗法(奥美拉唑加阿莫西林)中加入克拉霉素，由于克拉霉素是CYP2C19抑制剂，抑制了奥美拉唑的代谢，使其在EM者的血浆浓度中增加了1倍，在PM者中增加了2倍，对幽门螺杆菌的清除率远高于二联疗法。又如在脏器移植手术中可用CYP3A4抑制剂维拉帕米或地尔硫抑制环孢素的代谢，增加其血浆浓度和疗效，为此可降低环孢素的剂量，既提高了免疫抑制效果，又减少不良反应，降低治疗成本。在合理用药中代谢性药物相互作用占有较大的比例，对药物代谢性高等的基因多态性研究也比较多，随着分子生物技术的进一步发展，对药物转运基因和药物靶点基因多态性的研究也会进一步的深入，对药物代谢性相互作用的研究也将会更加完全。因个体不同靶器官的表型仍不一样，研究疾病个体的基因变异以及个体药物治疗是今后药物基因组学的重要目标之一，将对临床合理用药和正确选药提供更充分的理论依据。, 百拇医药(何月光 冷一平 鲍美华)
【中图分类号】R263【文献标识码】B【文章编号】1005-0515(2010)012-0119-03
在临床药物治疗中的不同的病人对同一种药物有不同的反应，这就叫个体差异，引起个体差异的潜在原因主要有发病机制、疾病的轻重程度、伴发疾病、个体的年龄、性别、营养状况、肝肾功能、药物相互作用等。但当两个疾病诊断相同且身体一般状况相近的病人，在给予同样的药物治疗后，检测血药浓度相近，但其最终的治疗效果与其他的反应依然相差甚远，按传统的药动学、药效学难解释这种现象，这与个体遗传差异有直接关系，并起着决定性的作用[1]。但既往的遗传药理学限制在一个较窄的基因谱，不能全面地解释清许多问题。随着分子生物学的发展，人们逐渐注意到基因突变对药物作用的影响，由于人类基因组计划的顺利实施和遗传学的发展。人们认识到人体的许多基因都参与了体内药物的反应过程。某个药物在体内的反应和代谢过程也涉及多个基因的相互作用，人类基因组图的渐趋完成，大规模、高效精确的基因分型技术的出现[2]，单核苷酸多态性的检测与发展技术的进步，为从基因组水平研究药物反应的个体差异奠定了基础，基因与药物的密切相关，药物基因组学随之产生。
1 药物基因组学的定义与研究内容
药物基因组学(phaumacogcoomics)是20世纪90年代末发展起来的，是基于功能基因组学和分子药理学，研究遗传 基因与药物反应相互关系的学科。其较为确切的定义为：药物基因组学是以用药的安全性和提高药物疗效为目标，研究影响药物吸收、分布、代谢、排泄等个体差异的基因特性，以及基因变异所致的不同病人对药物的不同反应，并由此开发新的药物和用药方法的学科。[3，4]对基因变异(多态性)的研究贯穿了药物基因组学的全过程，由此也明确了所要研究的内容。
1.1 药物代谢的基因多态性。药物代谢的基因多态性在人群中显示为个体的表型差异。随着分子测序技术的进步，以基因多态性如单核苷酸多态性(SNPs)测定为起始，通过生物化学、临床研究评定基因多态性在病人中无表型，为临床提供依据。一种基因的多态性有没有明确的临床意义，取决于基因多态性的分子基础、其他药物代谢酶的表达、正在服用的其他药物、伴发疾病、影响药物效应的其他多基因的临床特征。事实上，多数药物代谢酶都表现出有临床相关的基因多态性，药物代谢基因多态性的研究起始于少数民族或不同人种中。最初，正是由于发现异烟肼诱发的神经疾病发生率在日本人和美国人中有差异，才怀疑由慢乙酰化表型决定的遗传特性。某些特异性的药物代谢基因表型可诱发药物不良反应，例如硫唑嘌呤甲基转移酶缺陷基因型病人服用常规剂量的6-巯基嘌呤时，可诱发严重的危及生命的骨髓抑制。慢乙酰化基因病人常见用肼屈嗪后诱发红斑狼疮、异烟肼诱发的神经疾病、磺胺类诱发的过敏反应等。细胞色素P450中一个很大的酶系，为肝微粒体混合功能酶系统，约有100余种同工酶[3,5]。它包含大量的与药物代谢有关的酶，也是药物代谢的主要酶系。目前已证实，有300多种药物由此酶系代谢。含有一个隐性基因的杂合基因，即有CYP2D6基因多态性引起的，CYP2D6有强代谢型的弱代谢型二种，其中基因存在20多种突变，从而影响CYP2D6的稳定性和表达。巴比妥类、利福平可明显诱导该酶的活性，而异烟肼、奎尼丁则可显著抑制其活性。
1.2 药物转运的基因多态性。细胞通过被动转运摄入某些药物，更多的药物是通过细胞的主动转运发挥作用。药物通过细胞必须经过膜载体的转运，口服药物通过胃肠道吸收，药物排泄到胆汁或尿液、药物分布到“治疗庇护所”(如脑组织、睾丸等)、药物转运到靶组织(如心血管组织、肿瘤细胞、感染性微生物等)，载体的P-糖蛋白具有重要作用。高血压的实验治疗中，钠敏感性高血压的发病与好几种基因有关，基中1个基因是编码骨架蛋白的ADD1基因，其表达出的蛋白质异源二聚体存在于肾小管中，可以调节离子转运。在动物实验中发现，ADD1基因的突变可增强细胞对离子转运能力，进而导致相关的高血压[6]，它的突变所引起的高血压是钠敏感性的，因而对利尿药的治疗敏感。转运蛋白如P-糖蛋白的基因多态性对药物吸收与消除有重要意义，但基因多态性与临床药物治疗的相关性尚未得到充分的阐明。
1.3 药物靶点的基因多态性。大多数药物都与特异性靶蛋白相互作用而发挥其药理效应，如受体、酶，信号传导通路中的蛋白质、细胞周期调控蛋白等。药物靶点基因是具有多态性的，对特定的药物有不同的敏感性，如阿片类药物主要作用点是阿片受体。阿片受体基因的118位点具有多态性[7]，其变异的发生率约为10%，在不同种族中这种多态性有着很大的差别，突变后阿片受体蛋白体β-内啡肽的结合能力比天然受体的亲和力大3倍。不难想象，除该受体基因本身突变外，受体基因调节部位的多态性对于应激、疼痛的耐受以及对药物的成瘾等方面均具有重要作用。如血管紧张素转换酶抑制药(ACEID)是降血压药物，如果病人ACE基因第16位内含杂合子出现一种删除突变后，基转化活性就出现一种插入突变明显加强。另一个研究表明，如果病人携带插入ACE等们基因，对6个月疗程的依那普利治疗有较好疗效，而含有杂合子删除突变基因的等位基因内则对该药几乎不起反应。5-羟色胺(5-HT)是一种神经递质，参与许多正常生理活动，有临床资料等[8]用地西泮治疗精神分裂症时发现，在5-HT2A受体基因的启动子区1438位有G→A突变及5-HT2A受体基因编码区发现存在多态性，但是这两种多态性既存在于对地西泮起反应组，也存在于非起反应组中，将两者结合起来研究发现地西泮的药物反应与这两种多态性有关。因此，药物受体编码区及非编码区的多态性与药物反应都有关，但是在什么情况下与哪一种有关，尚需进一步研究。
2 药物基因组学与临床用药
药物基因组学从基因水平给出了基因多态性与药物效应的相关性，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医生在预测某一特定药物时，根据患者属何种反应人群，为其选择疗效最佳的药物和最佳药物制成为可能[9]。如6-巯基嘌呤药物，在使用前对病人的硫唑嘌呤甲基转移酶基因进行检测，按基因的多态性来调整该药的剂量，则就能达到安全有效之目的。又如异烟肼、肼屈嗪、磺胺类等药物是通过对药物乙酰化代谢发挥作用，因此掌握病人的慢乙酰化表型还是快乙酰化表型很重要。如果都用相同的剂量，则就会产生药物作用非常强烈而致中毒，或药物作用很弱甚至无效，进一步研究发现两者差别是由编码N-乙酰转移酶(NAT)包括NAT-1,NAT-2的基因差异所致，NAT-2等位基因会造成慢乙酰化的表型，以致对异烟肼等药物代谢缓慢，使药物分子在体内停留时间延长，药物清除的速度也降低，易发生各种不良反应，而对NAT活性较高的快乙酰化型病人，因快速将异烟肼等药物转化、清除，则不易发生不良反应[10]。肝脏是药物代谢的主要场所，存在于肝细胞微粒体的混合功能氧化酶素的细胞包素P450(CYP450s)酶系在药物代谢中扮演了非常重要的角色，随着人类基因组计划的过程，人类编码CYP450s的基因已基本明确，为55个基因，29个假基因，分属于17个基因家族中的42人亚家族[11]，与药物代谢关系密切的酶有7个，参与人体300余种药物的代谢，其中CYP3A4在人肝脏中所占的最最多，参与药物代谢的种数也最多，CYP2有数量众多的基因变异，特别是CYP2D6基因存在20多种突变，在人体内活性有极大的个体差异和种族差异，当基因突变后，该酶的活性就大不一样，酶活性增强与该酶相互作用的物质和药物(底物)代谢速度就加快，称为快代谢者(extensive metabolizer，EN)，否则就称为慢代谢者(poor metaboliaer，PM)，任何一个人不是快代谢者就是慢代谢者，快代谢者使用药物后易致药物疗效下降甚至无效，但对前体药物则易起效，对慢代谢者一个标准剂量能产生一个极高的血药浓度，常发生药物不良反应。某一物质或药物能使该酶的活性增强，称为诱导剂，使该酶活性减弱称为抑制剂。酶的活性与酶诱导剂或抑制剂和底物一起使用与合理用药关系密切，药物相互作用不仅发生在药物与药物之间，也发生在药物与食物之间。如饮料中的葡萄柚汁抑制了CYP3A4的活性，使多种抗高血药浓度增加而发生不良反应[12.13]。西咪替丁是CYP450多个酶抑制剂，它可引起普萘洛尔血浆浓度显著增加而致心率减慢，也可引起S-华法林血浆浓度增加而致出血。一般酶抑制剂导致代谢性相互作用的例子较多见，现已引起了广泛的注意。目前避免代谢性药物相互作用的措施：①药物生物转化研究必须提前采用高通量的方法在早期阶段进行，如前面提及的特非拉定事件是特非拉啶与CYP3A4抑制剂并用而致血浆浓度成倍提高引发的心源性死亡和猝死，特非拉啶的抗组胺作用是它的活性代谢产物非索那丁，而非索那丁与CYP3A4抑制剂间无相互作用，如直接使用非索非那丁也就无对心脏的毒性作用了。目前新药的研究中必须进行药物相互作用的研究，在目前部分药物说明书的注意事项中也有药物相互作用的叙述，这对保障安全合理用药非常重要。②合理选用现有的同类产品，其理论基础是：肝药酶与药物分子间的结合和催化能力必然与药物的结构特征密切相关，即使是同一类药品，它们的酶学基础也可能存在差异。因此，认识同类药品的药物代谢基础，做到合理选用，能避免药物相互作用可能引起的毒副作用或疗效下降，如前面例子提及的巴斯亭事件是由于HMG-CoA还原酶抑制剂中的西立伐他汀是CYP3A4的底物，在与CYP3A4的抑制剂如环孢素、伊曲康唑、克拉霉素等合用时，易引发由于西立伐他汀血浆浓度大幅升高而致的肌病，但他汀类中的普伐他洒与CYP3A4的亲和力最小，就不会引发肌病。又如：喹诺酮类中的环丙沙星、依诺沙星、诺氟沙星是CYP1A2的抑制剂，它们可抑制茶碱、S-华法林、他克林等的代谢，如用氧氟沙星、司帕沙星替代环丙沙星等就不会发生上述的相互作用。③药物相互作用也有有利的一面，可为某些给药方案提供依据。如在消除消化性溃疡的幽门螺杆菌的二联和三联疗法中，三联疗法是二联疗法(奥美拉唑加阿莫西林)中加入克拉霉素，由于克拉霉素是CYP2C19抑制剂，抑制了奥美拉唑的代谢，使其在EM者的血浆浓度中增加了1倍，在PM者中增加了2倍，对幽门螺杆菌的清除率远高于二联疗法。又如在脏器移植手术中可用CYP3A4抑制剂维拉帕米或地尔硫抑制环孢素的代谢，增加其血浆浓度和疗效，为此可降低环孢素的剂量，既提高了免疫抑制效果，又减少不良反应，降低治疗成本。在合理用药中代谢性药物相互作用占有较大的比例，对药物代谢性高等的基因多态性研究也比较多，随着分子生物技术的进一步发展，对药物转运基因和药物靶点基因多态性的研究也会进一步的深入，对药物代谢性相互作用的研究也将会更加完全。因个体不同靶器官的表型仍不一样，研究疾病个体的基因变异以及个体药物治疗是今后药物基因组学的重要目标之一，将对临床合理用药和正确选药提供更充分的理论依据。, 百拇医药(何月光 冷一平 鲍美华)