个体化医学的现状和展望1.人类基因组计划 (HGP)：1996-2003确定人类基因组所携带的全部遗传信息，并确定、阐明和记录组成人类基因组的全部DNA序列 细胞染色体细胞染色体蛋白质生命的分子40-60万亿细胞每个细胞:染色体：46条DNA：2 m碱基对：30亿（A,T,C,G）编码基因：3万（编码执行生命功能的所有蛋白质）人类基因组研究o人类基因组计划，人类基因组计划，1996o完成人类基因组的常染色体测序. oNature 2004; 431 (7011): 931-945.o国际人类基因组单体型图计划，国际人类基因组单体型图计划，2005 o旨在确定和编目人类遗传的相似性和差异性。利用HapMap获得的信息，研究人员将能够发现与人类健康、疾病以及对药物和环境因子的个体反应差异相关的基因。目标是通过比较不同个体的基因组序列来确定染色体上共有的变异区域 oNature 2005: 437(7063):1299-1320oDNA元素百科全书元素百科全书 (ENCODE) 计划计划 2003o建立人类基因组1%目的基因中生物功能关键性元素目录 oNature 2007; 447(7146):799-816o千人基因组计划，千人基因组计划， 2008o国际千人DNA测序. 查出千个人中基因组的差异oScience 2008; 319(5863):395个体化医学个体化医学A lifelong, individually tailored health care approach to the detection, prevention and treatment of disease based on knowledge of an individuals precise genetic profile 根据个人精细的基因组信息，对疾病根据个人精细的基因组信息，对疾病实行早期查出，终生量体裁衣预防和实行早期查出，终生量体裁衣预防和治疗疾病的医疗保健模式治疗疾病的医疗保健模式o预警预警(Predictive) n检查基因序列检查基因序列-查出携带致病相关基因查出携带致病相关基因 n定期体检和血液蛋白参数检测定期体检和血液蛋白参数检测o预防预防(Preventive) n改变生活方式，避免危险因素改变生活方式，避免危险因素n疫苗疫苗n重点在养生保健重点在养生保健o个体化治疗个体化治疗(Personalized therapy) n根据个体的独特遗传变异根据个体的独特遗传变异, 选择合适药物和治疗方案选择合适药物和治疗方案n开发针对独特遗传变异人群的药物开发针对独特遗传变异人群的药物o参与参与(Participatory) n病人了解疾病并参与疾病的预防和治疗病人了解疾病并参与疾病的预防和治疗6个体化医学：个体化医学：4P 医学医学 (P4 medicine) 风险分析风险分析筛选筛选/诊断诊断预测预测监测监测发病易感遗传发病易感遗传缺陷缺陷预后预后早期查出早期查出预测可能的发预测可能的发病过程病过程预测对药物的可预测对药物的可能反应能反应监测药物反应和监测药物反应和发病反复发病反复健康状态健康状态无症状疾病状态无症状疾病状态慢性疾病慢性疾病/接受治疗状态接受治疗状态合理治疗合理治疗病人分层病人分层 / 治疗选择治疗选择有症状疾病状态有症状疾病状态个体化医学个体化医学20世纪医疗保健关注重点21世纪医疗保健关注重点个体化医学的现实个体化医学的现实1.疾病易感性疾病易感性n乳腺癌乳腺癌 - BRCA1/2n心肌梗死心肌梗死 - MEF 2A, ALOX5APn心律失常心律失常 Familion检测检测DNA (LQTS1, LQTS2, LQTS3, LQTS4)2.预后预后n乳腺癌乳腺癌 -乳腺癌基因表达分析乳腺癌基因表达分析 (Oncotype霉素，霉素，MammaPrint等等)n心脏移植的排异反应心脏移植的排异反应 AlloMap分子表达检测分子表达检测3.靶向治疗靶向治疗n赫赛汀赫赛汀(Herceptin) - Her2 阳性的乳腺癌阳性的乳腺癌n格列卫格列卫(Gleevec) 费城染色体阳性的费城染色体阳性的慢性髓细胞样白血病慢性髓细胞样白血病n特罗凯特罗凯(Tarceva) -EGFR阳性的肺癌阳性的肺癌4.靶向剂量靶向剂量n华法林华法林(Wafarin) - CYP2C9, VKORC1n6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-Mercaptopurine) -巯嘌呤甲基转移酶巯嘌呤甲基转移酶遗传筛选遗传筛选 举例举例 基因基因疾病疾病HFE（遗传性血色病基因）（遗传性血色病基因）遗传性血色病遗传性血色病APO E4 (载脂蛋白载脂蛋白E基因基因)老年滞呆症老年滞呆症BRCA 1（乳腺癌易感基因（乳腺癌易感基因1型）型）乳腺癌乳腺癌BRCA 2 （乳腺癌易感基因（乳腺癌易感基因2型）型）乳腺癌乳腺癌凝血因子凝血因子V (莱顿莱顿)静脉血栓形成静脉血栓形成APC（腺瘤性结肠息肉病相关基因（腺瘤性结肠息肉病相关基因 ）家族性腺瘤性息肉病家族性腺瘤性息肉病o迄今查出的常见疾病相关基因多为低频率、高外显率等位基因：n结肠癌：HNPCC (具有HNPCC基因的人患结肠癌和其他癌症的可能性要比正常人高出80% )n乳腺癌和卵巢癌：BRCA1 & 2 (乳腺癌易感基基因突变的女性容易患激素依赖性肿瘤 )n糖尿病：MODY 1,2,3 (青年发病成年型糖尿病基因突变 )n震颤麻痹： -synuclein基因突变是较早发现的与帕金森病相关的基因突变o但从人群群体层面上看，和常见疾病相关的基因突变通常是高频率、低外显率的等位基因：n结肠癌：APC I1307Kn老年滞呆：ApoEn血栓症：凝血因子V莱顿基因突变nHIV/AIDS 耐药：CCR5基因突变疾病相关基因的频率和外显度与发病疾病相关基因的频率和外显度与发病致病因素和易感基因突变对发病的综合影响致病因素和易感基因突变对发病的综合影响致病因素侵袭易感基因突变 疾病发生风险低风险低风险低风险低风险中风险中风险高风险高风险北欧犹太人北欧犹太人Age突变突变病人病人健康人健康人Odds ratioT (Arg144Cys)Arg144Cys)Cys单核苷酸多态性单核苷酸多态性(SNP)n90%以上的人类变异是由以上的人类变异是由SNP引起引起n导致人类药物代谢和反应差异的主要原因导致人类药物代谢和反应差异的主要原因GT突变突变CYP2C9*3基因型决定甲苯磺丁脲的体内代谢清除率磺脲类降糖药物磺脲类降糖药物25-20-15-10-5-0-15.010.67.8P0.05 VS. *1/*1 P0.05 VS. *1/*1P0.05 VS. *1/*2 *1/*1 *1/*2 *1/*3CYP2C9 GenotypeCLO (mL/min)ANOVA p0.001oCYP2C9*3/*3和*1/*3患者口服磺脲类药物(甲苯磺丁脲、格列苯脲、格列美脲)应降低剂量20%至50%，同时密切观察血糖指标；oCYP2C9*1/*1患者采用正常剂量。 6-MP代谢与毒性代谢与毒性 6-巯基嘌呤巯基嘌呤(6-MP)硫唑嘌呤硫唑嘌呤 非酶代谢非酶代谢硫尿酸硫尿酸 巯基嘌呤巯基嘌呤 次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶 硫基次黄嘌呤单磷酸盐硫基次黄嘌呤单磷酸盐 (6-TIMP)甲巯基嘌呤甲巯基嘌呤(6-MMP)硫鸟嘌呤核苷酸硫鸟嘌呤核苷酸 (6-TGN)TPMT内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶 IMPDH与与 DNA/RNA整合整合骨髓毒性骨髓毒性肝毒性肝毒性黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶XO TPMTTPMT基因多态性及基因多态性及6-MP毒性毒性s放射性放射性肿瘤累瘤累计发生率生率放射治放射治疗后后时间 (年年)10.80.60.40.20突变纯合子突变纯合子突变杂合子突变杂合子野生纯合子野生纯合子0 0.5 1 1.5 2 2.5Amer J Hum Gen 63(1), 11-16, 1998500040003000200010000突变纯合子突变纯合子 突变杂合子突变杂合子 野生纯合子野生纯合子TGN (pmol/8106 RBC)10864200 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0TPMT 活性活性 %TPMT突突变变等等位位基基因因根据根据TPMT基因型调整基因型调整6-MP剂量剂量010203005005000毒性风险高毒性风险高 毒性风险低毒性风险低Cellular TGN常规剂量常规剂量01020300246810*2, *3A, *3C*1TPMT Activity Conventional dose010203005005000Cellular TGN6-10% 65%基于基于TPMT基因型的剂量基因型的剂量基因基因检测检测卡马西平卡马西平-抗癫痫药物抗癫痫药物卡马西平致严重皮肤不良卡马西平致严重皮肤不良反应：反应：l多形糜烂性红斑多形糜烂性红斑 (Stevens-Johnson Syndrome，SJS)l中毒性皮肤溶解坏死中毒性皮肤溶解坏死 (Toxic Epidermal Necrolysis, TEN)n多形性红斑，发热、喉咙痛、畏寒、多形性红斑，发热、喉咙痛、畏寒、头痛和全身不适，小疱、紫癜、坏死头痛和全身不适，小疱、紫癜、坏死n死亡率死亡率3040%HLA*1502和卡马西平引起的和卡马西平引起的SJS/TEN相关性相关性与与HLA-B*1502的关联性的关联性人群人群Ref.98.3%(59/60)(p=1.610-41, OR 1357)台湾汉人台湾汉人Hung et al. 2006100%(4/4)(p=1.4810-4, OR =71.9)香港汉人香港汉人Man et al. 2007100%(6/6)(p=0.0005, OR=25.5)泰国人泰国人Locharernkul et al. 2008亚裔家系中亚裔家系中100% (4/4)中国中国柬埔寨柬埔寨 留尼汪岛留尼汪岛Lonjou et al. 2006白人中无关联白人中无关联 (0/8)德国，法国，越南德国，法国，越南Lonjou et al. 2006日本人无关联日本人无关联(0/7)日本日本Kaniwa et al. 2008亚裔亚裔HLA-B*1502 频率频率/与与CBZ性性SJSTEN的关联的关联Wen-Hung Chung WH, Hung SI & Chen YT, Expert Opin. Drug Saf. (2010) 9(1)国家国家/地区地区人群人群HLA-B*1502 频率频率HLA- B*1502与与 SJA/TEN的关联性的关联性台湾台湾台湾汉人台湾汉人4.3%强关联强关联香港香港香港汉人香港汉人7.2%强关联强关联中国中国江南汉人江南汉人7.1%强关联强关联日本日本日本日本0.1%无关联无关联韩国韩国韩国韩国0.4%无数据无数据欧洲欧洲德国德国 0%无关联无关联HLA-B*5801和和Allopurinol致致SCAR相关相关与与HLA-B*5801的关联性的关联性人群人群Ref.51/51(100%)P=4.710-24, OR=580.3台湾汉人台湾汉人Hung SI, et al. 200527/27 (100%)(p=1.6110-13, OR=348.3)泰国人泰国人Tassaneeyakul W, et al. 2009别嘌呤醇引起严重皮肤不良反应（别嘌呤醇引起严重皮肤不良反应（SCAR):l药物过敏性药物过敏性综合征l多形糜烂性红斑多形糜烂性红斑 (Stevens-Johnson Syndrome，SJS)l中毒性皮肤溶解坏死中毒性皮肤溶解坏死 (Toxic Epidermal Necrolysis, TEN)药物不良反应发生率与突变基因频率相关药物不良反应发生率与突变基因频率相关5000 不良反应不良反应突变基因频率突变基因频率ADR发生率发生率Her-2基因基因 - Her-2受体受体 - 乳腺癌乳腺癌 - 核赛汀核赛汀HER 2 geneHER 2 Receptor正常乳腺组织细胞的正常乳腺组织细胞的Her-2基因在细胞膜基因在细胞膜表达表达Her-2受体受体某些乳腺癌，某些乳腺癌，Her-2 基因过表达，过量基因过表达，过量Her-2受体促进癌细胞生长受体促进癌细胞生长核赛汀（核赛汀（Herceptin）为阻断）为阻断Her-2受体受体的抗体，阻断肿瘤细胞的生长的抗体，阻断肿瘤细胞的生长33核赛汀核赛汀(Herceptin)-人源化单抗人源化单抗-个体化药个体化药物物乳腺癌乳腺癌细胞细胞 核赛汀核赛汀治疗效应：癌细胞死亡治疗效应：癌细胞死亡25%HER2+乳腺癌病人乳腺癌病人Her2+：核赛：核赛汀作用靶标汀作用靶标H He er r2 2 受受受受体体体体 ( (人人人人表表表表皮皮皮皮生生生生长长长长因因因因子子子子受受受受体体体体2 2) )34核赛汀核赛汀(Herceptin)-源化单抗源化单抗-个体化药物个体化药物乳腺癌乳腺癌细胞细胞 核赛汀核赛汀治疗效应：治疗效应：NOHer2-：核赛汀无作用靶标：核赛汀无作用靶标75%HER2-乳腺癌病人乳腺癌病人高血压病人高血压病人 (n=422)随机随机常规方案常规方案 (所有病人一个剂量所有病人一个剂量) (n=218)根据基因型给予不同剂量根据基因型给予不同剂量 (n=204)组组1: 2.5mg; 组组2: 25mg; 组组3: 50mg bid X 3 mon25mg bid X 3 mon CYP2D6 和和 1 受体基因型分析受体基因型分析低低CYP2D6活性，高活性，高 1受体敏感性受体敏感性中等中等CYP2D6活性和活性和 1受体敏感性受体敏感性高高CYP2D6和低和低 1受体敏感性受体敏感性分层成分层成3组组CYP2D6和和 1-受体基因型分层前瞻性对照临床研究受体基因型分层前瞻性对照临床研究低低CYP2D6活性，高活性，高 1受体敏感性受体敏感性CYP2D6*1*10+Arg389ArgCYP2D6*10*10+Arg389Arg and Gly389Arg中等中等CYP2D6活性和活性和 1受体敏感性受体敏感性CYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389ArgCYP2D6*1*10+Gly389ArgCYP2D6*10*10+Gly389Gly高高CYP2D6和低和低 1受体敏感性受体敏感性CYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389GlyLow dosen=14Mid. Dosen=90High dosen=104高血压病高血压病PGx分层前瞻性对照临床研究分层前瞻性对照临床研究* DBP P=0.009 compared with group A.Efficacy of genotype directed metoprolol monotherapy was significantly higher than conventional therapyGenotype base therapy vs conventional therapy高血压病高血压病PGx分层前瞻性对照临床研究分层前瞻性对照临床研究1.GG型型0.080.1mg/kg初始剂量在术后初始剂量在术后37天内约天内约91%达到有效目标浓度范围，视为合适推荐剂量达到有效目标浓度范围，视为合适推荐剂量2.快代谢型快代谢型 (AA/AG)给予给予0.15mg/kg初始剂量在术后初始剂量在术后37天内仅约天内仅约63%达到有效目标浓度范围，视为推荐给药剂达到有效目标浓度范围，视为推荐给药剂量不足量不足3.移植后两周内移植后两周内 A/G、GG型患者所需剂量分别为型患者所需剂量分别为0.1310.023 和和 0.0910.017mg/ kg/d，p0.001，提示，提示AG型他克莫司给药剂量高于型他克莫司给药剂量高于GG型患者型患者不同代谢类型中国肾移植者他克莫司剂量范围研究不同代谢类型中国肾移植者他克莫司剂量范围研究目的：目的：确定确定CYP3A5 *1/*1（AA），），*1/*3（AG），和），和*3/*3（GG）型患者）型患者FK506起始剂量范围起始剂量范围Oncotype DX (基因表达谱-21)临床研究(n=400)验证筛选乳腺癌相关基因确定与无转移生存最有关的21个基因基因表达谱-21试剂盒(RT-PCR技术)l16个癌基因l5个癌基因正常表达参考基因(reference genes)l多(3)中心临床试验l结果以复发风险评分(0-100):18分: 低；18-31：中；31：高 l250/25000基因胰腺癌分子诊断：胰腺癌分子诊断： PathFinderTG 分子诊断（分子诊断（MDx）标准标准良性非黏蛋白囊肿良性非黏蛋白囊肿1. DNA质量低到中等，和：质量低到中等，和：2. 未见未见k-ras基因点突变，和：基因点突变，和：3. LOH75%), 或：或：2. LOH 2个位点，高幅度个位点，高幅度(75%)包括3个检测项目：1.k-ras基因突变2.15个抑癌基因杂合性丢失 (LOH) 分析 3.胰腺囊肿液中DNA 质量检定分子诊断改善胰腺癌的治疗分子诊断改善胰腺癌的治疗可疑胰腺癌可疑胰腺癌观察与等待观察与等待胰切除术胰切除术风险增高风险增高胰岛素不足胰岛素不足可疑胰腺癌可疑胰腺癌 良性，不处理良性，不处理胰腺癌积极治疗胰腺癌积极治疗两种坏结果两种坏结果正确选择正确选择理想结果理想结果70%30%分子诊断分子诊断PathFinderTG 中南大学的个体化药物治疗2004-4：个体化治疗咨询中心2006-2：个体化治疗遗传分析中心2010-9：中南大学湘雅医学检验所PM service of Xiangya Medical LabClinical diagnosisXiangya Medical LabMolecular diagnosis of genetic variationProposed therapeutic regimenMolecular diagnosis certificateClinician optimize therapeutic regimen遗传药理学遗传药理学亚洲示范实亚洲示范实验室验室 国家重国家重点学科点学科 国家创新技术国家创新技术服务平台服务平台 遗传药理学遗传药理学湖南省重点湖南省重点实验室实验室 PGENI 亚洲中心亚洲中心教育部工程教育部工程研究中心研究中心国家药品国家药品临床研究临床研究基地基地卫生部临床卫生部临床药理学国家药理学国家培训中心培训中心湖南省个体化湖南省个体化用药咨询指导用药咨询指导中心中心国家科技重大专国家科技重大专项药物安全性评项药物安全性评价关键技术平台价关键技术平台 863重点项目重点项目GWAS和和PGx研究平台研究平台 湘雅医学检验所技术平台Pharmacogenetics For Every Nation Initiativel把把PGt/PGx知识的普及和应用纳入公众健康决策过程知识的普及和应用纳入公众健康决策过程l运用运用PGt/PGx提供医疗服务提供医疗服务l提供地区性提供地区性设施和平台设施和平台覆盖覆盖104 个国家个国家, 78% 世界人口世界人口Chinese Pharmacogenomics Network46.l 22个疾病治疗套餐l 80余个基因位点分型方法l 数百种药物治疗指导建议湘雅医学检验所主要服务内容一、重大疾病药物基因组学分析；一、重大疾病药物基因组学分析；抗肿瘤药物抗肿瘤药物心血管病药物心血管病药物糖尿病药物糖尿病药物抗癫痫药物抗癫痫药物抗微生物药物抗微生物药物抗抑郁药抗抑郁药免疫抑制药免疫抑制药二、抗肿瘤药物个体化治疗：二、抗肿瘤药物个体化治疗：非小细胞性肺癌非小细胞性肺癌结直肠癌结直肠癌胃癌胃癌膀胱癌膀胱癌宫颈癌宫颈癌卵巢癌卵巢癌乳腺癌乳腺癌前列腺癌前列腺癌肾癌肾癌食管癌食管癌头颈癌头颈癌胰腺癌症胰腺癌症胃肠癌胃肠癌三、重大疾病个体化治疗：三、重大疾病个体化治疗：心血管疾病心血管疾病糖尿病糖尿病癫痫癫痫抑郁抑郁器官移植器官移植感染性疾病感染性疾病l 22个疾病治疗套餐l 80余个基因位点分型方法l 数百种药物治疗指导建议湘雅医学检验所主要服务内容CYP2C19*2CYP2C19*3CYP2C9*3CYP2D6*10CYP2D6*4CYP2D6*6 (单倍体)本套餐通过对4个基因的常见突变位点检测，参与了182种临床常用药物的代谢，这些药物用于治疗绝大多数常见疾病。临床医师可以根据检测结果提供的基因位点信息，制订更加科学的个体化治疗方案，有效地降低治疗费用，同时提高生活质量。182种药物合理用药基因检测套餐第一部分 作用于中枢神经系统的药物1 抗精神失常药抗精神失常药2 抗癫痫药抗癫痫药3 镇静催眠药镇静催眠药4 解热镇痛抗炎药解热镇痛抗炎药第二部分 作用于心血管和肾脏的药物 1 抗心肌缺血药抗心肌缺血药2 抗高血压药抗高血压药3 治疗慢性心功能不全的药物治疗慢性心功能不全的药物4 抗心律失常药抗心律失常药5 调血脂药和抗动脉粥样硬化药调血脂药和抗动脉粥样硬化药第三部分 作用于消化系统的药物 1 治疗消化性溃疡药治疗消化性溃疡药2 胃肠动力药胃肠动力药第四部分 作用于呼吸系统的药物物 1 镇咳药镇咳药2 平喘药平喘药第五部分 作用于内分泌系统的药物 1 肾上腺皮质激素类药物肾上腺皮质激素类药物2 性激素类药物性激素类药物3 口服降糖药口服降糖药第六部分 作用于凝血系统的药物 1 抗凝血药抗凝血药 2 抗血小板药抗血小板药 第七部分 化学治疗药物 1 抗微生物药抗微生物药2 抗寄生虫药抗寄生虫药3 抗恶性肿瘤药抗恶性肿瘤药第八部分 其他药物 1 作用于泌尿系统的药物作用于泌尿系统的药物 2 促智药促智药3 抗痛风药抗痛风药4 肌肉松弛药肌肉松弛药5 抗组胺药抗组胺药182种药物合理用药基因检测套餐p临床常用临床常用p治疗窗较窄治疗窗较窄p超过治疗窗用药风险增大超过治疗窗用药风险增大p药物反应个体差异大药物反应个体差异大p没有替代药物可选没有替代药物可选需要需要PGx干预施行个体化治疗的药物干预施行个体化治疗的药物n男，男，56 岁，高血压，职员岁，高血压，职员n美托洛尔美托洛尔 20mg bid; 高血压和交感神经高反应控高血压和交感神经高反应控制差制差n基因检测：基因检测： 1- Gly389Glyn用药指导：增大用药指导：增大180%美托洛尔的剂量美托洛尔的剂量n40mg bid; 高血压和交感神经高反应被控制高血压和交感神经高反应被控制个个 案案 举举 例：病例例：病例1nMale, 26 yr, anxiety disordersnPrescription: buspirone（丁螺环酮）nGenetic test: CYP2C9: EM, CYP2C19: EM, CYP2D6: IM nRecommendation: using lower initial dose个个 案案 举举 例：病例例：病例2nMale, 64 yr. colorectal cancer nPrescription: Cetuximab（西妥昔（西妥昔单抗）抗）nGenetic test: K-RAS mutations in codons 12 and 13 nRecommendation: priscribe alternative medicine个个 案案 举举 例：病例例：病例3中南大学湘雅医学检测所个体化医学临床服务中南大学湘雅医学检测所个体化医学临床服务1.1.人体的生物学系统极其复杂人体的生物学系统极其复杂2.2.医疗保健体系不能完全提供充分的分子学方法医疗保健体系不能完全提供充分的分子学方法3.3.大量数据的不确定性和分析的困难性大量数据的不确定性和分析的困难性4.4.复杂的伦理、法律和社会问题复杂的伦理、法律和社会问题5.5.管理滞后管理滞后6.6.资金短缺资金短缺挑战