第七章药物遗传学 第四军医大学基础部医学遗传学与发育生物学教研室秦鸿雁2011年 陈竺 医学遗传学 p188 202 1 药物性耳聋 听力障碍残疾人2057万 占全国人口1 6 其中药物致聋占30 40 600万具有耳毒性的药物 100种 药物不良反应 AdverseDrugReaction ADR 2 引言 为什么要进行药物遗传学的研究 病人为什么对于异烟肼具有不同的反应 异烟肼是治疗结核病最重要的药物之一 此药吸收迅速 在体内失活后排出 有些病人排出很快 有些病人排出很慢 分别称为快失活者和慢失活者 3 药物反应个体差异性的原因 对同一剂量的同种药物 不同个体表现出不同的反应称个体对药物的特应性 特应性的产生主要取决于个体的遗传背景 遗传因素和环境因素共同导致了药物反应的个体差异 4 ArchibaldE Garrod1858 1936英国牛津大学医学教授加洛德 第一个研究基因如何影响表型的科学家 大约一百年前 他首次注意到代谢障碍与基因突变之间存在着确定的关系 基因缺陷是某些疾病的原因 他认为每一种化合物都是一种毒药 一种对大多数人都安全的药物剂量可能对少数人却是一种毒药 奠定了遗传变异是发生ADR的基础 1931年指出 个体对药物反应的差异是遗传结构的差异所致 5 1959年 Vogel提出了药物遗传学概念 指出药物代谢与酶和受体的遗传学关系 6 药物遗传学 pharmcogenetics 是药理学与遗传学相结合发展起来的边缘学科 属于生化遗传学范畴 研究由于遗传背景的不同导致其对药物反应差异的学科称为药物遗传学 研究群体间遗传变异所导致的药物反应的差异 研究与药物副作用相关的基因及其表达 了解个体遗传组成如何决定药物在其体内的功效及其副作用 为不同的民族的所有个体建立有效的个体化治疗 7 第一节药物遗传学 药物代谢的一般途径 摄入 吸收 分布 转化 排泄 在药物代谢过程中 每一步反应都受到特定的酶 受体或蛋白质的作用和影响 而蛋白质的结构和表达又是由基因控制的 一旦基因发生变异 就会影响蛋白质的结构和表达量 从而影响药物的代谢 最终产生药物的反应异常 8 药物的代谢过程 Pharmacokinetics 药物膜蛋白转运吸收与血清蛋白结合运输与靶细胞 受体 相互结合一系列酶促反应生物转化 降解 解毒 排泄 9 药物代谢差异的个体分布 研究一种药物的代谢及其效应 通常给予一份标准剂量 经适当时间间隔后测定血液中药物水平或其他表示药物代谢速率的参数 10 1 异烟肼 isoniazid INH 快失活者和慢失活者 异烟肼是治疗结核病最重要的药物之一 快失活按常染色体显性性状传递 慢失活者为隐性基因纯合子 杂合子的失活速度居中 涉及的酶为肝中的乙酰转移酶 经典发现 11 异烟酸 乙酰肼 对肝脏有毒害 可以产生肝坏死 在体内与VB6发生反应 使VB6失活 导致VB6缺乏引起神经损害 多神经炎 异烟肼的体内灭活 12 N 乙酰基转移酶 NAT2 分布在肝上 NAT1 分布在红细胞 基因定位 8p23 1 21 3 AD遗传AA 快失活者 Aa 中失活者 aa 慢失活者 15种突变类型 快灭活 半衰期45 110分钟 肝内乙酰基转移酶的活性高 慢灭活 半衰期2 4 5小时 肝内乙酰基转移酶的活性较低 欧美人群50 为慢失活者 东方人 20 13 2 无过氧化氢酶症 1959年由Takahara首次报道 患者缺乏过氧化氢酶 不能分解过氧化氢 伤口渗出的血被氧化成棕黑色的高铁血红蛋白 本症为常染色体隐性遗传 过氧化氢酶基因位于11p13 我国此症发病率1 以下 华北0 65 华中为0 55 华南为0 23 台湾为0 29 14 3 伯氨喹啉敏感 症状 服药 伯氨喹啉 头几天并无反应 随后尿液变为暗黑色 出现黄疸 红细胞计数和血红蛋白浓度下降 受累者在进食蚕豆或蚕豆制品时亦可引发溶血现象 故又称蚕豆病 病因 患者缺乏葡萄糖 6 磷酸脱氢酶 G 6 PD G 6 PD涉及到红细胞酵解过程中的旁路代谢 借以维持红细胞还原型谷胱甘肽的浓度 只是维持红细胞稳定所必需的 15 红细胞G 维持红细胞稳定 具体的生化过程 16 G6PD基因 Xq28 X连锁不完全显性 女性杂合子具不同的临床表现度 酶活性20 70 X染色体随机失活 或 女性杂合子酶活性约70 女性杂合子酶活性约30 17 G6PD缺乏症的系谱 11 3 7 6 4 5 10 12 8 13 1 1 2 6 3 4 2 1 5 10 11 12 13 14 9 有蚕豆史 18 中国G6PD缺乏者中的11种点突变 类型顺序 cDNA 碱基改变氨基酸置换Ch11376G T精 亮Ch21388G T精 组Ch31311G T无Ch4392G T甘 缬Ch51024G T亮 苯丙Ch695A G精 组Ch7592C T精 半胱 Chinese1 835A T苏 丝 Chinese2 1360C T精 半胱 Chinese3 493A G冬酰 天冬CT2487G A甘 丝 19 G6PD变异型分类 类 酶活性严重缺乏 活性 10 伴有非代偿性慢性溶血特点 无诱因 反复出现慢性溶血 类 酶活性中度或显著缺乏 活性 60 表现代偿性溶血性贫血特点 在诱因作用 伯氨喹啉 磺胺类药物或进食蚕豆 下 才诱发急性溶血 类 酶活性轻度降低或升高 活性60 150 或 150 表型基本正常 20 抗疟药 伯氨喹啉 扑疟母星 氯喹磺胺类 磺胺 乙酰磺胺 磺胺吡啶 TMP SMZ等砜类药 氨苯砜 普洛明止痛药 阿司匹林 非拉西丁杀虫药 萘酚 锑波酚 来锐达唑 nitridazole 抗菌药 硝基呋喃类 氯霉素 对氨水杨酸其他 蚕豆 丙磺舒 bal 大量的Vk等 G6PD缺乏症患者禁用的药物 21 本病呈现世界性分布 但是比较集中于热带及亚热带 据估计全球患者达2亿人以上 我国主要分布在黄河流域以南各省 尤其是以广东 广西 海南 贵州 云南 四川的发生率较高 G6PD缺乏症的分布 22 4 酒精中毒 人类对酒精的耐受性有种族和个体的差异黄种人敏感者 80 白种人敏感者 15 敏感者饮酒后的反应 摄入0 3 0 5ml kg体重乙醇时 即可以表现为面红耳赤 皮温升高 心率加快等 23 ADH 乙醛 刺激肾上腺素分泌 引起症状 酒精代谢酶 ADH ALDH 成人主要是 链的二聚体ADH2有多态性 由 1 1组成 由 2 2组成 大多数白种人为 1 1活性为1大多数黄种人为 2 2活性为100 第47位精氨酸组氨酸 24 黄种人有三种表型 普通型ALDH1与ALDH2均有 常见的非经典型ALDH1 罕见的非经典型 ALDH2 白种人全部为 普通型ALDH1与ALDH2 具有 ALDH1对乙醇最敏感 ALDH1次之 ALDH2最不敏感 酒精代谢酶 ALDH 25 酒精中毒症状 面红耳赤 皮温升高 脉搏 心跳加快 CH3CH2OH乙醇 26 第二节药物基因组学 1997年药物基因组学诞生 是以药物效应安全性为目标 研究多种基因变异与药效及安全性之间的关系 药物的总的药理作用是由多基因控制的 药物代谢途径中的一系列蛋白和酶的基因都会对药物的作用产生影响 27 药物基因组学 Pharmacogenomics 从基因水平揭示这些差异的遗传特征 鉴别基因序列中的差异 在基因水平研究药效的差异 并以药物效应及安全性为目标 研究各种基因突变与药效及安全性之间的关系 药物遗传多态性 药物代谢酶的多态性药物受体的多态性药物靶标的多态性 28 一 药物基因组学的研究方法 候选基因研究 第二步 候选基因的SNP位点是否与病人对药物的反应差异相关 第一步 根据药物代谢途径或者疾病病理机制确定一组候选基因 29 全基因组连锁不平衡分析全基因组连锁不平衡作图就是利用LD Linkagedisequilibrium LD 作用进行随机SNPs的全基因组分析 它依赖于LD或临近SNPs的随机关联 这就需要鉴定成百上千的匿名SNPs并将其定位于已作图的基因组 LD指的是不同遗传标记见存在着的非随机组合 我们可以利用疾病相关基因位点和某些SNPs间存在着不同程度的连锁不平衡 计算疾病相关位点临近SNPs间的相互关联 从而对治病基因进行初步定位 30 二 药物基因组学研究进展 1 药物代谢酶的遗传变异2 药物转运体的基因多态性3 药物靶分子的遗传变异 31 1 药物代谢酶 Drug MetabolizingEnzymes 细胞色素P450 cytochromeP450 CYP450 32 例 CYP2D6遗传变异 底物 代谢包括多种抗心律失常药 受体阻断药 抗高血压药 三环抗抑郁药等 如 异哇胍 金雀花碱 可待因 美沙芬 阻滞剂 三环抗抑郁药 氟哌啶醇 氯丙嗪和抗心律失常药物等 遗传变异类型 包括基因缺失 基因扩增 点突变在内至少16种 33 结果 造成酶活性的改变 有些导致酶活性完全丧失 有些则造成酶活性过强而使药物代谢过快 因此即使使用标准剂量 患者的反应也可能千差万别 有的患者由于不能正常代谢药物而使发生ADR AdverseDrugReaction 的风险增大 有的患者则可能由于药物代谢过快而导致治疗失败 代谢表型 4种 存在种族差异 34 CYP2D6遗传变异基因缺失 基因扩增 点突变 CYP2D6等位基因形式 CYP2D6 3 6 核苷酸改变或插入CYP2D6 4 RNA剪切终止CYP2D6 10 17 多态性改变底物亲和力或特异性 影响催化速度CYP2D6 41 启动子突变降低表达 PM poormetabolism 弱代谢型IM intermediatemetabolism 中间代谢型EM extensivemetabolism 强代谢型UM ultrarapidmetabolism 超快代谢型 35 1 药物代谢酶的遗传变异2 药物转运体的基因多态性3 药物靶分子的遗传变异 二 药物基因组学研究进展 36 舍曲林在体外是神经元强效和特异的5 羟色胺再摄取抑制剂 能导致动物体内5 羟色胺效应的增强 从而产生抗抑郁作用 人5 羟色胺转运蛋白 serotonintransporter 5 HTT 是一种钠依赖单胺转运蛋白 位于5 羟色胺 5 HT 能神经元的突触前膜上 其作用是与突触间隙中5 HT结合 并将其转运至神经元的轴突末端 例5羟色胺转运蛋白5HTT基因多态性 37 Variationinpromotersequence44bpinsertion deletion LandSalleles Short SLC6A4expression 484bp Long SLC6A4expression 528bp 38 CGIResponse 临床总体印象 评分byGenotypeof5羟色胺转运蛋白 L LgenotypesrespondmorerapidlytoSertraline 舍曲林 P 01 P 01 Neuropsychopharmacology 2000Nov 23 5 587 90 39 药物基因组学研究进展 1 药物代谢酶的遗传变异2 药物转运体的基因多态性3 药物靶分子的遗传变异 40 靶点 受体受体的信号转导系统酶离子通道 由于许多编码药物靶点的基因具有多态性 因而将改变药物的效应 即药物靶位的基因多态性能够影响药效和不良反应 41 例EGFR的遗传多态性 基因突变主要集中在外显子18 21 易瑞沙Iressa和它赛瓦tarciva是表皮生长因子受体 酪氨酸激酶抑制剂 治疗非小细胞肺癌的靶向药物 早期发现这些药对于女性 不吸烟 东亚人 腺癌疗效好 后发现疗效与患者是否携带EGFR的基因突变直接相关 非选择患者群疗效 10 EGFR基因突变携带者 疗效达到90 100 42 基因突变 预测药物敏感性 43 三 药物遗传学与药物基因组学的应用 一 合理和安全用药 二 指导新药研发 44 一 合理和安全用药 TheRightDrug fortheRightPatient attheRightTime intheRi