1  概述

1.1 药物基因组学的概念及意义

   
药物基因组学（pharmacogenomics）是研究个体遗传特性对药物反应影响的一门科学。它来源于药理学和基因组学两个名词，因此，反映药学与遗传学之间的相互作用。用于研究基因变异所致的不同患者对同一药物的不同反应，并在此基础上研制新的药物和新的用药方法[1,2]。

   
据估计，大多数常用药物对患同样疾病的患者来说，有效率只占30%-60%。不仅如此，这部分患者还可能有严重的副作用，1994年美国住院患者中由于药物不良反应导致220万重症病例，10万人死亡，药物不良反应是第4或第6大死亡原因，造成的年度经济影响达1
000亿美元。药物的不良反应影响了患者的健康和生活质量，给社会带来了沉重的经济负担。

   
目前还没有能确定人体对药物反应的简易方法，于是，制药公司用“一药适合于所有患者”的模式来研制药物，通过统计表明，并不是某一种药都适合所有同类患者，同样疾病个体对药物反应的不同可能与药物代谢和药物作用的遗传基础的差异有关。

   
人体对药物反应的差异高达10倍，因此，“缓慢代谢的患者”需要的剂量是“快速代谢的患者“的1/10。缓慢代谢患者发生药物中毒的可能性高于快速代谢的患者。有人发现人群中对心得安的需要量相差40倍，对华法令的需要量相差20倍。

   
药物基因组学使按照个体需要制造出适应每个人遗传特性的药物成为可能。它将传统药学与基因、蛋白和单核苷酸多态性相关知识结合与一体。生活环境、饮食习惯、生活方式和健康状况均可影响个人对药物的反应，但是，了解个体的遗传特性是建立有效的、安全的个体化用药的关键。药物基因组学的研究重点是基因多态性与药物作用之间的关系，使之成为基因资源和药物研发的桥梁，成为基因资源和个体化医疗的桥梁。

1.2 药物基因组学的优越性

    1.2.1
生产更有效的药物

   
制药公司根据与基因和疾病相关的蛋白、酶和核苷酸分子制造药物。这将加速药物的发现，生产出对疾病更具有靶向性的药物。

    1.2.2
治疗开始就选用更好、更安全的药物

   
与标准的药物试验方法不同，医生从开始就能够分析患者的遗传特性选择最合适的药物。不仅能发现有效药物，而且，能缩短筛选有效药物时间、增加药物的安全性减少药物的副作用。药物基因组学将减少美国每年由于药物的副作用导致的100，000死亡人数和2百万住院人数。

    1.2.3
准确的确定用药剂量

   
目前根据体重、年龄确定药物剂量的方法将被根据个人的遗传特性—药物在机体的代谢的过程和时间确定药物剂量而取代。这将最大限度发挥药物的治疗价值减少药物的剂量。

    1.2.4
早期筛查疾病

   
了解一个人的遗传编码将能使其在幼年时就采取适合自己的生活方式和生活环境，避免或减少遗传疾病的严重程度。另外，了解疾病的易感性可以监测疾病发生发展的过程，在最合适的时间进行治疗取得最大疗效。

   
 1.2.5 生产更有效、更安全的疫苗

   
利用遗传物质DNA或RNA制成的疫苗，具有现有疫苗的所有益处而无其所有的危险性。其能够激活免疫系统但不会引起感染，而且便宜、稳定、容易保存，能够同时携带几个病原DNA或RNA。

    1.2.6
改进药物发现及其审批过程

   
制药公司将更容易应用基因靶标发现治疗药物。过去失败的药物作为候选可以重新作为适合少数患者的用药。由于试验是在特异性遗传性状的人群中进行，因此可以最大限度地提高成功率，将加速药物的审批过程。同时减低临床药物试验的费用和危险性。

    1.2.7
减少总医疗费用

   
通过减少药物的副作用，减少不合适药物的临床试验的次数，缩短药物的审批时间，缩短患者的用药时间，减少筛选有效药物的种类，减少疾病对人体的危害和增加药物靶标的可能范围，从而减少医疗费用。

1.3 药物基因组学的内容

    1.3.1
遗传多态性影响药物降解

   
遗传多态性影响药物的降解，药物遗传学的这个领域开始重点放在药物代谢方面,但是目前已扩大到药物降解的方方面面，包括药物吸收、分布和排泄[3]。

    药物代谢
人类有30多种药物代谢酶[4，5],基本均具有遗传多态性，许多位于蛋白质功能编码区引起功能改变。Weinshilboum[6]讨论了单基因影响方式。但是还存在包括P-450家族的CYP3A在内的多基因作用方式。有研究发现约3/4的白人和1/2的黑人CYP3A5不能表达[7]，因此，缺乏
CYP3A5功能。因为许多药物的代谢依靠 CYP3A5和CYP3A4这两种酶均衡代谢，代谢的净效率等于CYP3A4和
CYP3A5代谢之和。这种双重通道代谢使CYP3A5基因多态性对临床效果的影响受到部分掩盖。并且，这种双重通道代谢是造成人类CYP3A的总活性变化范围大的原因。由于CYP3A4
基因多态性改变了酶对底物的活性，使药物排泄的CYP3A途径更加复杂。CYP3A5不足的遗传基础明显表现在第3外显子的拼接部位的SNP，产生一个终止密码提前截断CYP3A5蛋白[7]。尽管已经能够明确患者2个代谢酶的功能状态，但是，CYP3A
多态性对许多药物代谢的影响尚不明确。

    药物转运
转运蛋白质在调节许多药物的吸收、分布和排泄中起者重要的作用。三磷酸腺苷（ATP）-转运蛋白连接盒家族，是药物分解和疗效研究中最广泛的领域。ATP-连接盒家族,
ABCB1(亦称为 MDR1)是编码人类 P-糖蛋白的基因。
P-糖蛋白的主要功能是细胞质依赖的能量，包括胆红素、数种抗癌药、强心苷、免疫抑制剂、糖皮质素、人免疫缺陷病 (HIV)
1型蛋白酶抑制剂和许多其他药物[8-10]。P-糖蛋白在多种正常组织的表达提示其在异物的代谢并从液、胆汁、肠道排除中起着重要的作用。在血脑屏障脉络丛中的P-糖蛋白限制了多种药物在脑组织中的蓄积，包括地高辛、依维菌素、长春新碱、地塞米松、环孢霉素、多潘立酮和洛哌丁胺。ABCB1基因多态性导致P-糖蛋白活性的差异，如地高辛作为P-糖蛋白的底物，3435TT基因型的患者生物利用度明显升高[11]。

    1.3.2
药物靶标的遗传多态性

   
药物靶标的遗传多态性（如受体）对药效起着决定性的作用，已经发现了25个靶标[12]。β2-肾上腺受体基因的变异直接影响β2-受体阻滞剂的疗效；血管紧张素转换酶（ACE）基因多态性影响血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）的肾保护作用；遗传基础的不同还影响无关药物的代谢和转运，如转甲基酶(MGMT)启动子甲基化改变了卡氮介神经胶质瘤的治疗作用。这种改变的机制与患者甲基化的MGMT修复烷基化DNA的作用有关。

    1.3.3
遗传多态性对药物反应的间接作用

   
编码蛋白的基因多态性改变某些药物的疗效，既不是药物的直接靶标作用也不是影响药物的分布。凝血因子的遗传差异可以预测应用口服避孕药导致深静脉或脑静脉血栓危险性的大小[13]。而胆固醇酯转移蛋白的基因多态性与他汀类药物对动脉粥样硬化的进程有关[14]。细胞离子通道的基因多态性可以间接预测患者药物毒性。如患者钠或钾离子通道的变异，可能出现药物诱发的LQTS[15]。

1.4 药物基因组学的研究方法

   
遗传多态性是指人群在DNA序列相同位点或位置上发生的稳定变异，因而是可以遗传的。遗传多态性在基因组作图中非常重要，因为遗传图绘制需要多态性标志。最早使用的多态性标志是限制性酶切片段多态性，到20世纪80年代后期应用的是微卫星标志，近年来出现了第三代多态性，即单核苷酸多态性(SNPs)。SNPs在临床诊断、药物开发、疾病相关基因鉴定和药物基因组学等领域具有巨大的使用价值。药物基因组学的研究方法包括：

   
1)  构建全基因组多态性图谱。

   
2)  发现疾病和药物反应表型差异与基因多态性的统计学上的关联性。

   
3)  根据基因多态性和患者表型进行疾病易感性和药物反应分类。

   
4)  在临床上针对易感人群进行疾病防治。

   
 

2 
心血管病药物基因组学

   
心血管病药物基因组学的目标是引导心血管药物的发展和选择达到理想的治疗效果同时减少毒副作用。药物代谢的遗传差异的发现由来已久，但目前才开始用于临床。由于遗传变异（遗传多态性）导致的心血管药物疗效的不同（与药物浓度无关）的发现才刚刚开始，但已经看到了临床应用的前景。如遗传多态性导致几种药物的药代动力学的不同，包括抗心律失常药、血管紧张素抑制剂、β－受体阻滞剂、降脂药和抗血栓药等[16]。

2.1 药物基因组学与高血压治疗

    2.1.1
高血压和降压药物反应异质性

   
血压水平通过许多生化、生理和解剖等复杂的相互作用维持自我平衡，单一因素很少使血压升高，大部分的高血压为多因素病原学，包括许多遗传和环境因素的作用，通过中间系统调节血压水平。抗高血压药通过这些中间系统，作用于特异的靶点达到降低血压的作用（表1）。但在不同个体，由于遗传的差异，系统中很多组成部分的蛋白质可以在结构、构型或量上发生变化，推测不同个体对这些药物降压作用的差异，在某种程度上是由遗传决定的。影响血压的药物作用于系统内那些基因的靶点。

   
表1 抗高血压药物的分类及其作用靶点

 

   
众所周知，抗高血压治疗具有多样性。在给药前，通过观察病人的特征来预测药物对血压的反应存在一定的局限性。已报告与高加索人相比，非洲裔对利尿剂和钙通道阻滞剂的反应优于β-阻滞剂和血管紧张素转换酶抑制剂，与性别、年龄及体表面积等无关。虽然一些研究认为测量血浆肾素活性、钠吸受指数，有助于抗高血压药物治疗的选择，但其他研究者发现这种方法并不比种族、年龄等更有预言性。因此，对个体患者，目前没有可推荐的选择抗高血压药物治疗模式。

    2.1.2
与药物新陈代谢相关的基因

   
随着分子遗传学等现代技术的发展，已克隆出对药物应答明显不同的基因。单基因多态性与一些抗高血压药物代谢有明显差异的基因有三种（表2）。但至今仍未发现对抗高血压药物的吸收、分布和排泄等有显著作用的单基因多态性。

   
药物动力学机制在决定个体对抗高血压药物应答变化中的重要作用现在已被广泛使用。例如剂量-效应关系对现代抗高血压药物来说意义较大。此外常用的抗高血压药物剂量，在同一种类，尽管其药物动力学特性存在明显差异，但血压降低的程度与药物水平相关。因此鉴定影响血压应答药效学决定簇的基因已经是人们的主要兴趣。应用候选基因和基因组扫描方法已在这方面取得一些进展。

   
α-内收蛋白基因 
内收蛋白基因是肌动蛋白-膜收缩蛋白组合的α/β异二聚体蛋白，参与信号转导。有人对法国人和意大利人两个人群进行了三方面的研究：（1）在法国人中利用微卫星技术应用同胞对连锁分析，发现α-内收蛋白基因位点与原发性高血压有显著连锁关系。（2）法国人和意大利人两个人群进行病例—对照研究，发现在高血压患者中的460Trp
突变频率明显高于正常血压者（意大利人P=0.009，法国人=0.01），将数据汇集统计学处理发现，等位基因频率与高血压仍显著相关（
P=0.0003），说明无国家间差异。携带1个或1个以上突变等位基因的人患高血压的风险明显高于不携带突变基因的人，归因危险度很大，从汇集后的数据中得到的人群归因危险度（PAR）为18%。(3)在高血压患者中进行的急性盐敏感试验中，发现携带1个突变等位基因患者对钠平衡的改变有更高的敏感性，且血浆呈低肾素活性。突变的纯合子也表现同样的性质。在用双氢克尿噻进行长达2个月的利尿治疗中，杂合型高血压患者平均动脉压的下降较野生型明显。提示α-内收蛋白与盐敏感性原发性高血压相关联。根据这些患者对长期利尿或降低对钠水平的敏感性，也进一步证实了α-内收蛋白可以影响肾脏对钠的调节。

   
表2 单基因多态性与抗高血压药物介导的代谢作用

 

   
肾素-血管紧张素系统(RAA)基因携带α-内收蛋白Trp460杂合突变的高血压患者的血浆平均肾素活性低于Trp460纯合突变患者，低肾素性高血压患者对利尿疗法的敏感性明显高于正常或高肾素性高血压，利尿剂的抗高血压作用与肾素-血管紧张素-醛固酮（RAS）系统的调节活性程度呈负相关，推测该系统基因可用于预测血压的变化。有研究显示，血压对饮食摄入钠的应答与编码血管紧张素原和血管紧张素转换酶(ACE)基因相关，基因变异与限制钠摄入后的血压恢复密切相关［17］。

   
RAS系统的活性及相继的血管紧张素II的活性在正常生理功能和心脏病和肾脏病的进展方面均起着重要的作用。血管紧张素II的活性受AT-1受体的调节，包括血管收缩、加压反应、肾小管钠离子转运和醛固酮分泌。RAA基因多态性被认为是决定原发性高血压预后的遗传基础。血管紧张素原(AGT)，血管紧张素I－转换酶(ACE)和血管紧张素II
1型受体(AT-1)与抗高血压疗效的不同有关。AT-1受体参与血管紧张素II(Ang
II)的缩血管作用和正性肌力作用。AGT₁R是编码AT-1受体的基因。至少AT-1多态性表现在AGT₁R基因。特别是+1166
A/C多态性与原发性高血压的严重类型有关，这种类型需要多种药物治疗。这种多态性与氯沙坦对肾素水平和肾脏血流动力学的影响也有关，A1166C基因型与AA型相比，在小剂量血管紧张素II滴注时，尽管肾血流量也减少但肾小球滤过率不减少
[18]。

2.2 药物基因组学与降脂和冠状动脉粥样硬化性心脏病

   
研究发现他汀类降脂药大多经肝脏细胞色素酶P-450代谢。Mulder等[19]对88例高胆固醇血症的患者研究了CYP2D6多态性与辛伐他汀的疗效及耐受性之间的关系。发现4/5
具有2个有缺陷的CYP2D6等位基因的患者在低剂量时胆固醇水平就明显下降,每日每毫克辛伐他汀降低0.23
mmol/L胆固醇，并出现了严重的副作用而被迫停药。28例CYP2D6基因发生一个突变的患者13例不能耐受治疗，每毫克辛伐他汀降低胆固醇水平0.20
mmol/L。1例CYP2D6基因多个突变的患者每日服用40mg辛伐他汀，每毫克辛伐他汀仅降低胆固醇水平0.01
mmol/L。54例野生型纯合子患者因不能耐受而停药的仅9例，每毫克辛伐他汀降低胆固醇0.10
mmol/L。由此可见，CYP2D6基因多态性对辛伐他汀降低胆固醇的疗效有影响。但也有研究发现辛伐他汀的疗效与CYP2D6多态性无关[20]。

    apo
E基因多态性与个体间降脂疗效的差异呈背景依赖性相关（context-dependent
association）。胆固醇对3-羟基-3甲基戊二酰辅酶(HMG-COA) 还原酶的反应和apo
E基因多态性的相关性见于男性患者而女性患者则无这种相关性。提示遗传因素对药理作用的干预可能有性别特异性。男性家族性高脂血症（FH）的患者中，洛伐他汀在降低总胆固醇和LDL-胆固醇方面，携带apo
e4等位基因的患者的疗效不及携带e3
和/或e2等位基因的患者[21]。同样，会萃分析发现携带e2等位基因的患者比e3等位基因的患者普伐他汀降低LDL-胆固醇的疗效显著，携带e4等位基因的患者对药物的反应明显降低[22]。

   
普通肝脂酶基因启动子多态性决定降脂治疗的临床效果。肝脂酶（HL）基因启动子区域常见C514T多态性影响HL活性。C等位基因与高HL活性、高LDL-胆固醇水平和低HDL2-胆固醇水平、高总胆固醇水平相关。规范降脂治疗能降低HL活性，降低LDL-胆固醇和增高HDL-胆固醇及逆转冠状动脉粥样硬化性心脏病(CAD)。Zambon等[23]检验了CC基因型个体致动脉粥样硬化的脂结构，通过药物干预使CAD逆转更明显。他们研究了49例血脂异常和确诊为冠心病的中年患者，进行规范的降脂治疗。冠状动脉的狭窄程度的变化通过冠状动脉造影定量确定。HL多态性通过PCR扩增，HL活性通过14C-标记的底物测定，LDL-胆固醇通过密度梯度超速离心测定。不同HL启动子基因型对降脂治疗的效果有明显差异。CC基因型比TC和TT型HL活性明显降低（P<0.005），治疗后LDL-胆固醇（P<0.005）和HDL2-胆固醇(P<0.05)显著降低。这些患者冠状动脉造影有明显改善，96%的患者CAD逆转，而TC型仅有60%逆转，TT型无一例逆转（P<0.001）。因此，CAD和血脂异常的患者，HL基因-514C-T多态性能预测降脂治疗能否改善冠状动脉狭窄，它与HL影响LDL-胆固醇代谢有关。强烈提示降脂药物疗效受基因多态性影响的。

2.3 药物基因组学与抗凝治疗

   
肝脏微粒体酶CYP2C9基因的遗传多态性是造成那些治疗窗较窄的药物如华法令不同个体间药物血浆浓度的差异的原因。目前已经发现CYP2C9两个常见的等位基因类型，*2等位基因（R144C）和*3等位基因(I459L)引起酶活性下降分别为30%和80%。由于用药后患者易出现副作用，应避免用药或严密监测下减少剂量应用。由于遗传控制细胞功能，因此，应生产新型药物，针对特定患者应用特定药物和特定剂量。通过CYP2C9分型，能鉴别出华法令代谢障碍的患者，这些患者是试用其他治疗的候选患者，如直接口服凝血酶抑制剂。目前，口服凝血酶制剂和口服型肝素越来越引起人们的兴趣。口服凝血酶抑制剂方面，活性成分和需要内生性的前药均已产生。而肝素一般需要制成特殊形式以增加吸收，口服肝素生物利用度为10－20%,口服凝血酶抑制剂为10－15%，未分解肝素和低分子肝素均已制成有机成分（SNAC/ANAD）以增加其口服吸收。经过消化道肽－基抗凝血酶药物能高度水解。另外，对口服活性肝素和凝血酶抑制剂，研究者试图生产口服抗Xa药物。然而，这些药物口服生物利用度低目前正生产静脉制剂[24]。

   
华法令是最常用的口服抗凝药物。然而，由于患者间达到治疗效果的用量相差10倍防碍了它的临床应用。某些患者肝脏微粒体细胞色素酶P450基因CYP的药物遗传学多态性与华法令的代谢障碍有关，造成对药物的过反应。临床应用的华法令是R-镜像体和S-镜像体的外消旋混合物，S-镜像体是R-镜像体抗凝作用的3－5倍。两种镜像体均通过肝脏代谢，而且代谢率较低。CYP2C9对S-镜像体代谢较快。目前已经克隆了几种人类CYP2C9等位基因,
即CYP2C9*1 (野生型等位基因), CYP2C9*2, CYP2C9*3 和CYP2C9*4。高加索人携带的CYP 2C9*2
(8-20%) 和 CYP2C9*3 (6-10%) 两种等位基因较亚洲人多 (分别为0% 和
2－5%)。日本人常见CYP2C9*3純合子基因型和CYP2C9*1/*3 杂合子基因型,
与CYP2C9*1純合子基因型相比S-镜像体华法令的清除率显著降低(分别降低90%和60%)。
CYP2C9*3純合子和杂合子基因型的华法令维持量显著低于CYP2C9*1/*1基因型的患者。另外， 86%的英国人CYP2C9*2
或/和 CYP2C9*3基因型治疗维持量明显减少 (<1.5 mg/日),
CYP2C9*3純合子和杂合子基因型的患者华法令治疗的出血事件增多。因此，CYP2C9基因多态性与华法令S-镜像体的排泄和临床疗效有关[25]。

2.4 药物基因组学与心律失常

   
治疗心律失常药物的药代动力学、药效学和遗传药理学非常重要，因为这些药物的治疗剂量和中毒剂量的差距很小。因此，近5年来，对罕见的遗传性心律失常综合征的认识取得了重大进展，如长QT综合征和Brugada综合征。这些进展不仅有助于了解这些疾病的发病机制，而且为药物干预基因多态性的功能及表达打下了基础。因此，遗传性心律失常综合征与药物遗传学交互成一体，而且，认识疾病的遗传学基础对了解药物治疗的多态性有重要意义[26]。

   
基因多态性对药物的毒副作用有重要意义[27]。抗心律失常血药浓度与抗心律失常疗效有关，然而，抗心律失常药物在某些患者有致心律失常和其他副作用。某些抗心律失常药物如氟卡胺和普罗帕酮的血药浓度的个体差异与CYP2D6基因多态性有关[28]。一些常用药物如各种抗心律失常药物、抗菌素、抗真菌药、抗组胺药、镇静药等通常均有延长心脏复极使体表心电图QT间期延长的副作用，QT间期延长的患者有发生扭转性室速（Tdp）、晕厥和猝死的危险。药物导致的QT间期延长发生心律失常，并不是发生于每一个用药的患者而是常常发生于易感患者，这些患者一旦应用延长QT间期的药物常有反复发生心律失常的危险性。目前怀疑这些患者携带遗传性长QT综合征基因的沉默突变。β－受体阻滞剂心得安代谢和清除的个体差异受CYP2D6同工酶相互作用的影响[29]。

    Keating
等将基因导入人细胞研究了SCN5A 基因多态性如何增加心律失常易感性。他们已经建立了SCN5A
蛋白形成的钠通道，当适当刺激时通道开放使钠离子流进入心肌细胞触发心肌细胞收缩。他们发现当通道发生少部分变异时本应关闭的通道再次开放，这种改变容易发生心律失常。然而，Keating指出这种改变不大，携带这种基因突变的个体本身不会出现心律失常，但是，包括利尿药在内的某些药物直接或间接触发心律失常。如果这种理论得以证实，将通过试验筛查基因突变携带者，使这些患者避免应用那些有触发心律失常危险性的药物[30]。

  
 

3 
药物基因组学实施的障碍和发展策略

   
药物基因组学目前仅在有限范围内应用。肝酶的细胞色素 P450
(CYP)家族有分解30多种不同类型药物的功能。编码这些酶的基因的DNA的不同造成某种药物代谢能力的不同。CYP酶活性低或无活性的形式不能分解和有效排除药物引起患者药物过量。目前，临床试验研究人员利用遗传学实验方法筛查患者的细胞色素
P450的基因类型来监测患者。很多制药公司筛选各种基因类型了解对他们生产的药物的分解情况。

   
另一种酶称为TPMT(Thiopurine
methyltransferase硫嘌呤甲基转移酶)家族，通过分解别嘌呤硫醇，在白血病患儿的化疗中起着重要的作用。少数高加索人的基因类型防碍TPMT这种蛋白质产生活性形式。结果，别嘌呤硫醇水平升高对患者产生毒性，因为无活性的TPMT不能分解药物。目前，医生可以应用遗传学方法筛选这些患者，监测TPMT活性，决定别嘌呤硫醇剂量。但药物基因组学是一个新生的研究领域仍处于婴儿期。必须克服下列障碍才能实现其作用。

3.1 发现影响药物反应的基因多态性十分复杂

   
SNPs是DNA序列多态性，当基因组序列单核苷酸(A,T,C,G)发生变化时就产生了SNPs。因此，必须鉴定分析几百万个SNPs用于确定其对药物反应的影响。更困难的是我们对哪些基因参与每一种药物反应知之甚少。由于许多基因可能影响药物反应，获得基因多态性的的宏伟蓝图十分复杂需要花费大量的时间。

3.2 药物种类缺乏

   
治疗一种疾病仅有一种或两种类型的药物，如果患者的基因类型不适合应用这些药物，他们就没有其他可供选择的药物。

 

 

 

文章来源：www.365heart.com
点击查看全文：http://www.365heart.com/tabloid/2009/04/temp_29256.shtml