臨床藥理學(xué)藥物基因組與個體化醫(yī)學(xué)2017

1、,,,,,,,,,,,,,Pharmacogenomics and Personalized Medicine,張 偉教授, 博士生導(dǎo)師中南大學(xué)湘雅醫(yī)院臨床藥理研究所中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所,Outline,Pharmacogenomics and Pharmacogenetics;Single nucleotide polymorphism (SNP);Personalized medicine and Personalize

2、d therapy.,Part I：Pharmacogenomics and Pharmacogenetics,,Pharmaceutical companies adopt “one-drug-fits-all” policy.Drugs do not work in many people.More than 90% drugs work only in 30~50% of people.Adverse drug reacti

3、ons (ADRs) are a common cause of morbidity and mortality.,Factors Contributing to Interindividual Variability in Drug Disposition and Action,Interindividual difference,AgeGenderRace/ethnicityNutrition statusCo-medica

4、tionsCo-mobiditiesLifestyle variablesSocial factorsGENETICS,,Percentages of non-responders,Potential of Pharmacogenomics,,HGP (Human Genome Project),Oct 1990 to 2003. Identify approximately 30000 human genome D

5、NADetermine composition of the human genome DNA is about 3 billion nucleotides,,The Era of Genomic Medicine,Earlier detection of genetic predisposition to disease;Improve the diagnosis of disease; Improve prediction o

6、f drug efficacy or toxicity.,Pharmacogenomics and Pharmacogenetics,遺傳藥理學(xué)（Pharmacogenetics, PGt) : 研究DNA變異如何引起藥物反應(yīng)差異屬于藥物基因組學(xué)的范疇藥物基因組學(xué) ( Pharmacogenomics, PGx) :研究DNA如何影響藥物反應(yīng)= 藥理學(xué) + 基因組學(xué), 目標(biāo):藥物反應(yīng)的遺傳易感性個體化藥物治療新醫(yī)療模式

7、的變革,Part II：Single nucleotide polymorphism (SNP),CYP2C9*2,No enzymatic activity,,430C>T (Arg144Cys),Cys,The biological basis of individualized treatment is single nucleotide polymorphisms（SNPs）---- Accounting for 90%

8、 human genetic variation,導(dǎo)致人類遺傳易感性的重要因素導(dǎo)致人類藥物代謝和反應(yīng)差異的重要因素,G?T突變,野生型 突變型,Difference in DNA sequence(SNP) Difference in encoding amino acid and protein structure and function,,,,,,,,Ala,,Ala,,A

9、la,,Arg,,Arg,,Lys,,Asp,,Asp,,Asp,,Asn,,Asn,,Asn,,Cys,,Cys,,Cys,A's gene,B's gene編碼改變但不改變氨基酸序列,C's gene編碼改變使氨基酸序列改變,G C A A G A G A T A A T T G T,G C G A G A G A T

10、 A A T T G T,G C A A A A G A T A A T T G T,1 2 3 4 5,…,…,…,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5,,,...C C A T T

11、G A C...,...C C A T T G A C...,…G G T A A C T G...,…G G T A A C T G...,...C C A T T G A C...,...C C G T T G A C...,…G G T A A C T G...,…G G C A A C T G...,...C C G T T G A C...,...C C G T T G A C...,…G G C A A C T G...,…

12、G G C A A C T G...,wt/wtHomozygous wild-type,SNP forms three genotypes,,,,X,X,X,wt/mHeterozygote wild type,m/mHomozygous mutations,等位基因（allele）-人的基因位于成對的染色體上（性染色體除外），因此每一種基因都有一對。,基因多態(tài)性（genetic polymorphism）-在正常人群中，由于同

13、一基因位點(diǎn)上多個不同等位基因作用而出現(xiàn)兩種或兩種以上遺傳決定的基因型，如果每種基因型的發(fā)生頻率超過 1% 。,單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）-在基因組水平上由單個核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性。它是人類可遺傳變異中最常見的一種，占所有已知多態(tài)性90% 以上。,表型（phenotype）-個體在一定環(huán)境條件下表現(xiàn)的性狀。,基因型（genotype）-形成表型這種性狀有關(guān)的遺傳結(jié)

14、構(gòu)。,,Individual differences in drug toxicity,,Same dose, but different drug concentration in vivo and total amount,,ineffectiveness safe and effective toxicity,Serious ADR全球死亡主要原因第 5 位美國每年因嚴(yán)重A

15、DR死亡10萬人我國因ADR住院：250萬/年; 因ADR死亡：20萬/年,Drug effect is determined by the polymorphism of drug metabolic enzymes，transporters and drug targets,pharmacokinetics,pharmacodynamics,Drug efficacy and toxicity of individual dif

16、ferences,Genomous,genovariation (single nucleotide polymorphism),,,,,,,,,drug targets,drug transporter,,,,drug metabolic enzyme,DME in human liver,SNPs and phenotype distribution of DME,Phenotype distribution of CYP2D6 a

17、nd drugs metabolized by CYP2D6,MetoprololProponololCarvedilolFlecainideDiacetolol DebrisoquineMexiletinePropafenone,,,,,Poor metabolizer,Extensive metabolizer,Ultra-rapid metabolizer,服用40 mg 奧美拉唑后,奧美拉唑 (mg/L),CYP2

18、C19*2/*2,CYP2C19*1/*2,CYP2C19*1/*1,CYP2C19 基因型/表型基因劑量效應(yīng),AUC:,1.1 ±0.6,0.6 ± 0.3,mg.h/L,5.3±2.2,1. 藥物代謝酶基因變異與藥物反應(yīng)實(shí)例,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,UM,EM,EM/het.,IM,PM,

19、Metoprolol plasma con.(ng/ml),1.3,3.9,14.2,50.8,80.5,Dose [mg],100,100,100,78,74,濃度相差： 60 倍,美托洛爾血漿藥物濃度與CYP2D6基因多態(tài)性的關(guān)系,Fux et al., CPT 2006,根據(jù)CYP2D6基因型調(diào)整劑量,,藥物 平均劑量（Mg） 調(diào)整劑量(%)單位

20、 PM IM EM,,卡維地洛 50 80 110 110美托洛爾 100 30 60 140,,,傳統(tǒng)用藥,個體化用藥,100mg,500mg,100mg,10mg,超強(qiáng)代謝者,強(qiáng)代謝者,中

21、等代謝者,弱代謝者,根據(jù)CYP2D6基因型選擇去甲替林劑量,功能性：CYP2D6*1,功能降低：CYP2D6*2,*9, *10,*17,無功能：CYP2D6*3,*4,*6,基因缺失：CYP2D6*5,,Xie HG, Personalized Medicine (2005),ALDH2*2多態(tài)影響硝酸甘油的心血管效應(yīng),*,Guo R, et al. J Am Coll Cardiol 2008,Examples of dru

22、gs “pharmacogenomic (PGX) testing proved to be bene?cial.,血漿Endoxifen濃度與CYP2D6基因型的關(guān)系,他莫西芬與CYP2D6,*4/*4代表CYP2D6弱代謝者，生成活性endoxifen能力降低，所以A圖的無復(fù)發(fā)時間縮短，B圖代表的無病生存時間也縮短。,PM由于生成活性產(chǎn)物Endoxifen少，復(fù)發(fā)風(fēng)險增高3.3倍。,他莫西芬與CYP2D6,RF表示無復(fù)發(fā)生存率在CY

23、P2D6 EM最高，PM或IM或HetEM都會降低，只要攜帶功能降低突變的合并組也降低。,2C19*17/*17純合子超快代謝者因可產(chǎn)生更多4-OH-TAM，間接產(chǎn)生更多Endoxifen而升高療效，導(dǎo)致無病生存期延長。,定義CYP2D6 EM和CYP2C19*17是導(dǎo)致生存期延長的有益突變，攜帶兩個有益因素的黃色線條代表無病生存期最長，其次是攜帶一個有益突變，生存率最低的是2種有益突變都缺乏的患者群。,他莫西芬與CYP2D6,1325

24、例乳腺癌患者；除EM外，IM和PM都是復(fù)發(fā)風(fēng)險因子，類似腫瘤體積、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、癌癥分期這些臨床指標(biāo)。,續(xù)表,Clinical Use of Pharmacogenomic Tests in 2009，Clin Biochem Rev Vol 30 May 2009,可待因與CYP2D6,62 y.o. man hospitalized for pneumoniaTreated with “standard” doses of cod

25、eine as a cough supressantComa Morphine levels 20x expected levelsCYP2D6 ultrarapid metabolizer,NEJM, 30 Dec 2004,原因分析：,可待因,經(jīng)患者肝臟代謝,,生成嗎啡 ↑ ↑,,,呼吸抑制,,死亡,,藥物代謝酶CYP2D6*2突變超快代謝者,可待因與CYP2D6,2. 藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體基因變異與藥物反應(yīng)實(shí)例,藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因的遺傳

26、多態(tài)性倍受關(guān)注; 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白存在于細(xì)胞膜上，調(diào)節(jié)藥物的吸收、分布和排泄。分兩大類：三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體超家族（ATP-binding cassette transporters，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體）和溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Solute carriers，SLC）家族。ABC超家族含約50個成員，如ABCB1(MDR1)、ABCC2 (MRP2)、ABCG2 (BCRP)。,多藥耐藥（multi?drug resistance, MDR）基因的產(chǎn)物

27、在ATP能量作用下排出細(xì)胞內(nèi)底物，包括膽紅素、抗腫瘤藥、強(qiáng)心苷、免疫抑制劑、糖皮質(zhì)激素等在血腦屏障脈絡(luò)叢，P-糖蛋白抑制多種藥物在腦中的蓄積，如地高辛、依維菌素、長春緘、地塞米松、環(huán)孢素、多潘立酮等.,P?糖蛋白 (P-glycoprotein, P-gp),P-glycoprotein,2677G/T,3435C/T,ABCB1 (MDR1) 3435C→T多態(tài)性,TT基因型個體地高辛的生物利用度增加,ABCB1遺傳變異對底物代謝

28、動力學(xué)的影響,多藥耐藥相關(guān)蛋白（multi-drug resistance protein, MRP）基因變異位點(diǎn)具有種族差異性。已發(fā)現(xiàn) MRP1 基因 SNP 變異位點(diǎn) 81個、MRP2 基因 41個、MRP3 基因 30個、MRP4 基因 230個、MRP5 基因 76 個、MRP8 基因 102個和 MRP9 基因70個。,多藥耐藥相關(guān)蛋白(MRP),MRP 的功能：腫瘤多藥耐藥、藥物處置。MRP2 為特異性有機(jī)離子通道蛋白，

29、主要與鉑類、依托泊甙、阿霉素、表柔比星等藥物的耐藥性和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)。MRP1與乳腺癌、肺癌等耐藥密切相關(guān)。,藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的基因變異可導(dǎo)致抗腫瘤藥物化療敏感性的改變,MRP1/ABCC1的過表達(dá)與腫瘤的多藥耐藥相關(guān),MRP1 Arg723Gln 多態(tài)性可增加過表達(dá)MRP1細(xì)胞株對于柔紅霉素、阿霉素、依托泊苷、長春新堿和長春堿的敏感性。,3.藥物作用靶點(diǎn)基因變異與藥物反應(yīng)實(shí)例,影響藥物效應(yīng)的藥物靶點(diǎn)基因多態(tài)性（續(xù)）,ACE的II基因型個體中

30、ACE抑制藥的效應(yīng)增強(qiáng),,,,,NH2,HOOC,Ser49?Gly,Gly389?Arg,,,,Arg389,Gly389,,,Concentration of isoprenaline,Activity of cAMP (pmol/min/mg),異丙腎上腺素的?1-AR激動作用與基因多態(tài)性相關(guān),?1受體基因多態(tài)性,ADRB1 haplotype and mortality during ?-blocker therapy in h

31、ypertension,Pacanowski MA, et al. Clin Pharmacol Ther 2008,4. 藥物代謝酶和靶點(diǎn)基因多態(tài)性綜合作用實(shí)例,華法林起始劑量和毒性反應(yīng)預(yù)測,臨床用藥存在問題：,口服抗凝藥，用于深部靜脈栓塞、房顫、瓣膜置換術(shù)后的抗凝防栓，體內(nèi)藥物濃度個體差異大，易造成出血甚至致命。治療指數(shù)小、抗凝不當(dāng)所致的并發(fā)癥困擾臨床。近年來突破性明確CYP2C9多態(tài)性與華法林敏感有關(guān)。維生素K環(huán)氧化物還原酶亞

32、基1（VKORC1)是華法林作用靶點(diǎn)，其啟動子區(qū)?1639G>A多態(tài)性導(dǎo)致藥物敏感性增加，須降低劑量以防不良反應(yīng)。,CYP2C9*3純合子病人每天只需 0.5 mg 消旋華法林，而CYP2C9野生型病人每天需 5-8 mg (相差十多倍) 才能達(dá)到相同的治療效果。CYP2C9*3 病人在治療之初表現(xiàn)更多的不良反應(yīng)以及出血并發(fā)癥的危險性 。華人與高加索人間的華法林維持劑量與VKORC1 -1639G>A多態(tài)性間具有相關(guān)性。

33、VKORC1變異可解釋31%的維持劑量差異。,,用藥建議：,病人須按照以下基因型組合給予起始劑量，可預(yù)防出血并取得療效。,WSD (mg/day) = [1.363+0.323 × (VKORC1 AG) – 0.33× (CYP2C9*3) + 0.618 × (VKORC1 GG) - 0.005 Age + 0.288 × BSA + 0.06 × AVR + 0.065 

34、5; Sex + 0.105 × Smoking habit + 0.042 × Atrial fibrillation + 0.138× Aspirin -0.152 × Amiodarone]2,,Note：VKORC1 -1639AG, 1 = AG, 0 = AA or GG; VKORC1 -1639AA, 1 = GG, 0 = AG or AA; CYP2C9*3 allele, 1

35、 = *3 allele carrier, 0 = *1*1; Age（year）；Sex, female =1，male = 0；Smoking habit, AVR (aortic valve replacement), Atrial fibrillation, Aspirin, Amiodarone, Thyroxine, 1 = if statement is ture, 0 = if statement is false.,華

36、法林穩(wěn)定劑量預(yù)測湘雅模型,Note: MAE, mean absolute error = the mean of (clinical observed WSD – predicted WSD); Ideal prediction, predicted dose at clinical observed dose ±20%; over prediction, predicted dose higher than 1.2*

37、clinical observed dose; under prediction, predicted dose lower than 0.8* clinical observed dose.,Figure 1-2 The Q-Q chart of observed WSD and predicted WSD.,Table 1-3 Sensitive analysis of the new model,Part III：Personal

38、ized Medicine and Personalized therapy,What Is Personalized Medicine?,Personalized medicine is a rapidly advancing field of health care that promises greater precision and effectiveness than traditional medicine because

39、it is informed by each person’s unique clinical, social, genetic, genomic, and environmental information.Personalized medicine takes an integrated, coordinated, evidence-based approach to individualizing patient care a

40、cross the continuum from health to disease.,急性淋巴性白血病是小兒白血病中最常見的一類基因檢測可確定小兒白血病的亞型，從而有助于及時和正確的診斷根據(jù)TPMT基因型個體化給藥小兒白血病治愈率由1960s的4%提高到現(xiàn)在的80%,基因檢測和依據(jù)基因型的化療藥物治療對小兒白血病生存率的影響,New England Journal of Medicine, 2006, 200l;,個體化給

41、藥使ALL治愈率顯著提高,基因測試有助于確定小兒白血病的變異基因，幫助醫(yī)生選擇合適的藥物種類和劑量。,個體化用藥能夠提高結(jié)腸癌的藥物療效,Langreth, R. (2008), ‘Imclone’s Gene Test Battle’, Forbes.com, 16May,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,K-ras基因型檢測,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,突變者不用西妥昔治療,野生者用西妥昔治療,?,?,?,?,?,

42、?,?,?,?,?,西妥昔治療,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,治療成功,?,?,?,,,,,,,?,?,?,,風(fēng)險分析,篩選/診斷,Personalized therapy,預(yù)測,監(jiān)測,,,,發(fā)病易感遺傳缺陷,預(yù)后,早期查出,預(yù)測可能的發(fā)病過程,預(yù)測對藥物的可能反應(yīng),監(jiān)測藥物反應(yīng)和疾病復(fù)發(fā),,,健康狀態(tài),無癥狀疾病狀態(tài),慢性疾病/接受治療狀態(tài),合理治療的適應(yīng),病人分層 / 治療選擇,有癥狀疾病狀態(tài),誰有權(quán)使用個人基因信息，又是

43、怎樣使用的？誰掌握和控制基因信息？個人基因信息通過何種途徑來影響個體以及社會對于此個體的看法？醫(yī)護(hù)人員會將基因技術(shù)的風(fēng)險與局限妥當(dāng)忠告家長嗎？胎兒基因檢測的準(zhǔn)確度和可用度又是怎樣的呢？基因檢測要通過何種途徑來保證和規(guī)范其準(zhǔn)確度、可信度，及使用度？當(dāng)前，鮮有國家層面的此類規(guī)則制度。在無相應(yīng)治療手段的前提下，基因檢測是否還須進(jìn)行？家長是否有權(quán)為其未成年兒女檢測成年型疾?。炕驒z測的可靠性及如何詮釋？,倫理、法律和社會問題（EL

44、SI）,人體的生物學(xué)系統(tǒng)極其復(fù)雜醫(yī)療保健體系不能完全提供充分的分子學(xué)方法大量數(shù)據(jù)的不確定性和分析的困難性復(fù)雜的倫理、法律和社會問題管理滯后資金短缺,挑 戰(zhàn),,,10名院士和來自9個國家的代表600余人參加 主委周宏灝院士，副主委賀林院士和陳超教授，常委42名，委員108名 來自于39家大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，68家大型三甲醫(yī)院和6家生物醫(yī)藥公司 中南大學(xué)臨床藥理研究所是全國首屆藥物基因組學(xué)專業(yè)委員會主任委員和秘書長所在單位,全