8 药物基因组学与临床用药

表型分型
通过检测个体的代谢能力来间接分析基因变异。选择某些 药物代谢酶的特定底物作为探针药物，给受试者口服之后收集 一定时间的血样或尿液，采用HPLC等手段分离测定血（尿） 中原型药物和代谢物，计算原型药物/代谢物摩尔浓度比值 (MR)，依据一定的分界点（antimode）将受试者区分为慢代谢 (PM)、中代谢(IM)、快代谢(EM)和极快代谢者(UM)。
All patients with same diagnosis
1
Non-responders and toxic responders
2
Treat with alternative drug or dose
Responders and patients not predisposed to toxicity Treat with conventional drug or dose
Drug Metabolizing Enzymes
细胞色素P450(CYP450)酶
血红素蛋 白 （P450）
CYP450
黄素蛋白 （NADPH -细胞色素 C还原酶）
磷脂（磷 脂酰胆碱）
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细胞色素P-450 (CYPs)
•
细胞色素P450酶系
是一组由结构和功能相关的超家族 (superfamily)基因编码的含铁血红素同工酶 其催化的总反应是:
磺胺苯吡唑
利福平，抗惊厥药
CYP2C19
苯环丙胺
利福平
CYP2D6
奎尼丁，特比萘芬
/
CYP2E1
4－甲基吡唑
乙醇，利福平
CYP3A4
咖啡碱，环孢素，二氢吡啶 类，利多卡因，咪达唑仑
醋竹桃霉素，孕二烯酮， 地塞米松，利福平，苯妥英， 五羟黄酮 苯巴比妥
细胞色素P4501A2 ( CYP1A2）
• CYPlA2是CYP450超家族中一个重要药物氧化代谢酶，它催化体内药物如 咖啡因、华法林、醋氨酚、茶碱、普萘洛尔等的代谢。
HGP data reported by Celera and Public Consortium
2/15, 2001
2/16, 2001
48 pages
62 pages
“The Sequence of the Human Genome”
“Initial Sequencing and Analysis of the Human Genome”
Same dose but different plasma concentrations
Patient A GCCCGCCTC
Wild type
Concentration
Wild type
CYP450
Time Concentration
Patient B GCCCAFra Baidu bibliotekCTC
Mutation
CYP450


•遗传药理学(Pharmacogenetics)
又称药理遗传学，它研究机体遗传因素对药效学和 药动学影响的学科，是近年来药理学与遗传学、生物 化学、分子生物学等多学科相结合发展起来的边缘学 科。
遗传药理学的建立
• 20世纪50年代，Motulsky和Vogel正式将遗传药理学作为一门
药理学分支提出来 • Motulsky在 1957年认为对药物的异常反应有时是由于遗传决 定的酶缺损而引起的 • Vogel 于 1959 年首先使用“遗传药理学（ pharmacogenetcis ） ”这一名词
是由于某些病人血浆胆碱酯酶灭活减慢，作用增强并延长的缘故。
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医生开写处方时, 必须考虑 不同病人清除药物的固有能力是不同的

一位具有迅速代谢药物能力的人，为获得适宜的治疗 浓度，可能需要更高的剂量、更频繁地给药 一位代谢能力缓慢的病人，为避免发生毒性反应，可 能需要较低的剂量和较少的给药次数 对于安全范围较窄的药物尤其重要
表型分型
• 可直观地反映出受试者对某些药物在体内代谢的快慢程
度。 右美沙芬－CYP2D6酶的表型测定
美芬妥英－美芬妥因羟化酶（CYP2C19)的表型
咖啡因－N-乙酰化酶（NAT2)的表型测定
• 特异性探针有限；卧床病人服药留尿有困难；某些药酶
抑制剂如氟西汀、特比萘芬会导致分型结果不正确
• 单基因遗传变异(monogenic
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细胞色素P4502D6(CYP2D6)酶
• 仅占肝脏中总CYP的1%~2% ，但已知经其催化代谢的药物却多达80 余种。 包括β受体阻滞剂、抗心律失常药、抗精神病药等。
• 异喹胍经CYP2D6 氧化代谢生成4-羟异喹胍经尿排泄。异喹胍的氧化代谢 在人群呈现二态分布，其表型表现为强代谢者(EM)和弱代谢者(PM)。
CYPs NADPH+H++O2+R-H NADP++H2O+R-OH
目前其成员已发现600多种，分为132个家族，其成员氨基酸序列同 源性>40%的属于同一家族，>60%的属于同一亚家族 命名 CYP2D6 （mouse Cyp）
2: 家族
D: 亚家族 6: 单酶
PGt and Drug Metabolism
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• 编码人类CYP2C9蛋白的基因定位于10号染色体。
• CYP2C9*3是中国人中已知的主要突变等位基因，其频率2.1％~4.5％。
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细胞色素P4502C19 ( CYP2C19）
• CYP2C19 亦是多态性表达的P450酶。为代谢S-美芬妥英的氧化酶，也称S美芬妥英4’- 羟化酶。
可引起CYPlA2诱导性增强，其发生率在中国人群中约为0.67。其他均导 致CYPlA2活性降低。
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• CYPlA2活性增强可能是结肠癌、膀胱癌和肺癌的危险因素。
• CYPlA2的C734A基因多态性可能与抗精神病药物所导致的迟发 性运动功能障碍有关。
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细胞色素P4502C9 ( CYP2C9）
• 杂合子（heterozygote）
指在一对同源染色体的特定位点上具有两个不同等位基因的个体。
• 纯合子（homozygote）
指在一对同源染色体的特定位点上具有两个相同等位基因的个体。
• 中间性遗传（intermediate • 共显性（codominance）
inheritance）
在杂合子状态下，部分表现出来的基因，称为不完全性基因。
传与性别无关。
• 乙酰化多态性、乙醇敏感性增高、α1-抗胰蛋白酶缺陷、
CYP2C19多态性、CYP2D6多态性、硫嘌呤甲基转移酶缺陷等 属于隐性遗传。
性连锁(X连锁)显性遗传
致病基因属于性染色体上的显性基因, 女性获得显性基因机率 高于男性一倍。
性连锁(X连锁)隐性遗传
• • •
性连锁遗传主要系指X染色体所携带的基因遗传。致病基因系指位于 X染色体上的隐性基因。 男性发病率高于女性。 G6PD缺陷、吡哆醇反应性贫血、血管加压素耐受症属于这类遗传。
“伯氨喹溶血症”在非洲黑人中较白种人更常见?
这一不良反应与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）缺乏导致对伯 氨喹敏感的红细胞内谷胱甘肽浓度降低有关。
许多病人口服异烟肼发生外周神经炎?
现在可以将其归因于乙酰化酶缺陷者对诸如异烟肼、普鲁卡因胺 和苯肼哒嗪等氧化性药物的不良反应。
对肌松药琥珀胆碱的异常反应（呼吸肌麻痹甚至死亡） ?
指在杂合子中，两个等位基因都能得到表现。
多基因遗传
• 多基因遗传是由许多因子（遗传的和环境的）决定的遗
传。遗传的因子是多基因，这意味着由不同基因位置上 的许多基因所决定的，每个基因有一份小的附加效应。
第三节、药物基因组学的研究内容
（一）细胞色素P450酶系 （二）乙醛脱氢酶 （三）丁酰胆碱酯酶 （四） N-乙酰化转移酶 （五）甲基转移酶 （六）尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶 （七）单胺氧化酶
• DNA
遗传的主要物质基础是细胞核染色体上的 DNA ， DNA 是 携带遗传基因，传递遗传信息最基本的物质。
• 染色体(chromosome)
真核生物的细胞核中由 DNA 、蛋白质和少量 RNA 所组成 的核蛋白线状物，能被碱性染料染色，故名染色体。它是遗传 物质的载体。在细胞分裂过程中经染色在显微镜下可看到它有 一定的形态结构和变化规律。原核生物和病毒的染色体则只由 DNA或RNA所组成。
• CYP2C19基因定位在10号染色体(10q24．1-10q24.3)，至少存在14种突变基 因。
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• 人群中常见的突变等位基因为CYP2C19*2 与CYP2C19*3。
• CYP2C19*2等位基因在亚裔人(25%)的出现频率大于白种人(13%)。
• 而CYP2C19*3频率亚裔人为8%白种人小于1%。
• 此外还参与内源活物质17β-雌二醇、雄烯二酮代谢和许多前致癌物或前毒性 物质在体内的激活。
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• 编码人类CYPlA2的基因位于15号染色体上，全长7.8kb，包括7个外显子
和6个内含子。 • CYPlA2基因具有遗传多态性。
• 现已发现15种突变等位基因，其中四种具有功能意义，其中CYPlA2*1F
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Many CYP450 Enzymes Are Polymorphic: Example CYP 2D6
• Responsible for metabolism of 40% of all Rx drugs • Over 300 million Rx’s for drugs with polymorphism per year
遗传药理学的里程碑工作
•1956，Carson等发现对伯氨喹敏感者G6PD缺乏 •1957，Kalow证实对琥珀胆碱反应异常是胆碱酯酶的亲和
力异常所致 •1960，Evans等发现了异烟肼代谢率的遗传差异 •2000，人类基因组项目完成
人类基因组计划——促进了遗传药理学的发展 1990年10月美国正式启动人类基因组计划 (Human Genome Project， HGP) 大多数药物代谢酶系统的特征是基因和基因产物的多重性 CYP450超家族由13个家族和许多亚家族组成 人类基因组计划将最终提供所有 P450 系列、解释基因的 复杂性
• 基因（gene）
储有遗传信息的DNA片段称为基因。
• 等位基因(allele)
一个基因在同源染色体的相同座位上的一种形式。
• 表型(phenotype)
药物疗效的个体差异为表型。在基因水平上描述遗传特 征，例如血红蛋白S等位基因引起的镰状细胞贫血。
• 基因型(genotype)
与药物作用有关的基因结构为基因型。描述明显的遗传 特征。
variance）
是指一个等位基因发生变异而影响药物代谢。它是指性状或疾病 按照孟德尔提出的“分离律”和“自由组合律”而传递，家族遗传
性强。
单基因遗传在人群中的分布特点是“多峰”不连续曲线分布。
单基因遗传方式
• 常染色体显性遗传 • • •
常染色体隐性遗传 性连锁(X连锁)显性遗传 性连锁(X连锁)隐性遗传
• 经CYP2C9代谢的药物有华法林、苯妥因、洛沙坦、依贝沙坦、甲苯磺丁脲、格列 口比嗪、氟伐他汀、托塞咪、三甲双酮及各种非甾体类抗炎药如双氯芬酸和布洛芬。 • 它还参与一些前药如环磷酰胺和异环磷酰胺以及前致癌物质的激活。部分激素和内 源性物质也是CYP2C9的底物，如孕酮、睾酮、花生四烯酸和亚油酸等等。
第八章 药物基因组学与临床用药
PHARMACOGENETICS
第一节 概述
某些人由于对药物的作用非常敏感而产生特异质 反应，而另一些人由于遗传特征的不同而对药物具
有很强的耐药性。在环境因素一致条件下，不同个
体对药物反应的差异主要取决于遗传因素。
Potential of Pharmacogenomics
Mutation
Time
7种与药物代谢有关的重要细胞色素P450酶
细胞色素P450
CYP1A2
底物
咖啡因，茶碱，对乙酰氨基 酚 香豆素
抑制剂
呋拉茶碱，喹诺酮类， 氟伏沙明 /
诱导剂
吸烟，奥美拉唑
CYP2A6
巴比妥类，地塞米松
CYP2C9
甲苯磺丁脲，苯妥英，华法 林 （S）-美芬妥英，奥美拉唑， 地西泮 异喹胍，右美沙芬，美托洛 尔 氯唑沙宗，乙醇，硝基苯酚
常染色体显性遗传
•
变异基因属于显性基因，纯合子、杂合子都表现出疾病。 患病情况常有较大可变性。有些致病基因子代可以显现， 但也有隔代后重现者。 等属于常染色体显性遗传。
• 乙醛脱氢酶代谢、香豆素抗凝血作用耐受症、恶性高热症
常染色体隐性遗传
• 变异基因属隐性基因，纯合子才表现疾病，杂合子不表现。遗