药物基因组学20160401

最常见的是 SNP（单核苷 酸多态性）
3
• 个体差异：P166
4
• 关注 个体和群体之间的遗传多态性
– 遗传学基础
5
药物代谢遗传因素的决定性
亲脂性药物
A
B C D
生物转化
肝脏
E
亲水性代谢产物
F G H
•0% •10% •20% •30% •40% •50% •60% •70% •80% •90% •100%
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1.“候选基因”策略
• 主要是在给定某一药物的条件下，比较 有反应者及无反应者靶基因多态性出现的 频率。该方法的一个局限性是候选基因的 选择需以给定药物的假定作用机制和(或)所 治疗疾病的病理生理学为根据。
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2.遗传标志物和药物反应表型之间的 关联研究
SNP是基因组关联研究最常用的标志 之一。据推测，人类整个基因组序列约有 100万个SNP，它们可分布在编码区、内含 子和启动子等区域，因此，进行多基因药 理学特性相关研究时，SNP可作为涵盖整 个基因组的有用标志物。
药物基因组学
季敬璋
1
6.1概述
• 不同病人对同一药物 表现出不同的药物治 疗效果和毒副作用， 一直困扰着临床医疗 和制药业。 • 比如，有的人仅仅接 触极微量青霉素即发 生过敏反应性休克， 有的甚至死亡，而更 多的人则无不良反应。
2
出现这种现象的原因
1 个体之间 差异性 2 3
药代酶、药物 转运蛋白、药 物作用靶点等 药物相关基因 的多态性和表 达水平不同
的1个单碱基突变（CYP2C19m1），另一种在外显
子4的突变（CYP2C19m2）可能只在亚洲人中出现。
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(1) CYP3A4
•
CYP3A4是代谢药物最多的一种代谢酶， 它代谢目前市场上55%的常用药物，如乙 酰氨基酚、卡马西平、洛伐他汀、硝苯地 平、长春碱等。
35
(2) CYP2D6
• CYP2D6是代谢药物种数仅次于 CYP3A4的代谢酶，可代谢异喹胍、丙咪 嗪、氯氮平、可待因、苯乙双胍、普罗 帕酮、β 2受体阻滞药等常用药物，现 已发现CYP2D6的变异体已超过70 种。
16
•
药物基因组学就是一般的基因学 吗？
17
药物基因组学和一般意义上基因学 区别
1 2 3
药物基因组学 不是以发现人 体基因组基因 为主要目的
相对简单地运 用已知的基因 理论改善病人 的治疗
以药物效应及 安全性为目标， 研究各种基因 变异与药效及 安全性的关系
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药物基因组学的三个研究目标
1.
10
• 导致了一门新学科——药物基因组学的产 生
11
•
早在20世纪50年代，人们就发现不同 的遗传背景会导致药物反应的差异，如一 些遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷患者在 接受抗疟药伯氨喹治疗后，引发严重的溶 血。
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药物基因组学P165
• 概念： 通过DNA序列差异分析，从基因组水 平上深入认识疾病和药物作用的个体差异 机制，指导和优化药物设计和临床用药。
研究领域 年龄相关的基因及基因作用 酶基因突变检测方法 药物效应与遗传学关系 人类高分辨的基因多态性数据库 高密度的、等位基因图，6 万个标识物 根据杂合型缺失型设计的抗癌治疗，抗癌药物基 因组学 以药物为目标的个人基因序列鉴定、分析软件、 不同情况下的表达数据 整合基因与药物基因组学的平台多样性分析 目的基因多态性分析 线粒体基因多样性分析 中枢神经系统疾病图
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实验室和（或）公司 Aeiveos Sciences Group （Seattle, WA） Avitech Diagostics (Malvern, PA) Eurona Medical,AB (Upsala，SE) Genome Therapeutics Crop (Waltham, MA) 金塞特 Variagenics,Inc (Gambrige, MA) Lion Bioscience,AG (Aeidelberg,DE) GuraGen Epidauros Biotechnologie Janssen Pharmaceutica Nova Mollecular
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单核苷酸多态性 （SNP）

导致人类遗传易感性的重要因素 导致人类药物代谢和反应差异的重要因素
C G
10q24.2
5’
430C>T (Arg144Cys)
G A G G A C C T G T G T T C A A Glu Asp Cys Arg Val Gln
3’
SNP
10q24.2 Chromosome 10
基因多态性与抗药性 基因多态性和群体
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6.3.1. 基因多态性与药物毒性
• 药物代谢即药物生物转化，主要是通 过药物分子的氧化、还原、水解等引入极 性基团，使多数药物灭活。 • 这一过程需有药物代谢酶的催化，其 中最主要的代谢酶是细胞色素P450 (CYP) 酶系。
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1、细胞色素P450 (CYP) 酶系
CYP2C9 gene
CYP2C9*1 CYP2C9*2

T A
9 Exon 55kb 490 AA
Normal No enzymatic enzymatic activity activity
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GT突变
野生型
突变型
6.3药物基因组学研究的内容
1 2 3 4 基因多态性与药物毒性
基因多态性与药效
NADP+
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•
TS基因5′端启动增强子区存在串联重复序列（TSER）多 态性 它含有多个拷贝重复序列的等位基因，分别命名为 TSER*2（2R）、 TSER*3（3R） 、 TSER*4（4R） 、 TSER*5（5R） 、 TSER*9（9R）。研究显示2R和3R是 最重要的等位基因型。在中国和日本人中3R/3R基因型的 发生率（67%）明显高于白种人和西亚人（38%）。许 多实验研究认为增加重复序列的数量导致TS mRNA水平 及蛋白质表达的升高。
CYP
CYP3A4
CYPAC9
CYP2D6
CYP2C9
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（2）基因多态性与酶活性
• CYP不仅存在种属差异，还具有基因和酶活 性多态性。 • 基因变异类型 超快速代谢型（UM）难达药效浓度 快速代谢型(extensive metabolizer, EM) 中等代谢型（IM） 慢代谢型（poor metabolizer, PM）易蓄积中毒
C G
10q24.2
5’
430C>T (Arg144Cys)
G A G G A C C T G T G T T C A A Glu Asp Cys Arg Val Gln
3’
SNP
10q24.2 Chromosome 10
CYP2C9 gene
CYP2C9*1 CYP2C9*2

T A
9 Exon 55kb 490 AA
40
p179
5-氟尿嘧啶(5-Fu) 是临床上最广泛使用 的肿瘤化疗药物之一。
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2、二氢嘧啶脱氢酶
•
p179
二氢嘧啶脱氢酶(DPD)是5-FU代谢的限 速酶，在其分解代谢中起关键作用。 • DPD功能缺陷一方面可以提高活性5-FU 代谢产物的浓度，但同时也会产生严重的 毒性不良反应。
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• 二氢嘧啶脱氢酶（DPD）是5-FU分解代谢的限速酶，在不 同个体中，其活性最大波动范围可达20倍。DPD活性低的
患者不能有效灭活5-FU，导致过量生成5-FdUMP，从而引
起致命的胃肠、血液、神经毒性，反之，则降低5-FU的抗 瘤作用。 • 随着对DPYD研究的深入，目前已发现40余种突变位点并 对部分位点的发生频率进行了研究。
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• 最常见的无活性突变体是一处剪切位点突变 （IVS14+1G→A突变（DPYD*2A）（发生于第14号外显子和 内含子接合处的恒定剪接位点 GT位，使GT突变为AT，在
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(3) CYP2C9
•
CYP2C9催化代谢大多数的抗凝药物, 该酶的基因变异会导致患者发生出血的严 重不良反应, 甚至死亡。
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抗凝血药物华法林
• 在标准剂量下 CYP2C9变异的个体， 通常表现为华法林抗 凝作用的显著增强， 增加患者发生出血的 风险。
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(4)突变型CYPAC9
•
突变型CYPAC9，它的144位Arg变为 Cys，导致药物与氧化还原酶的亲合力降 低
研究人类对疾病的治疗
2.
研制符合人类不同个体的药物
3.
把药物或疗法的副作用降至最 低，而把疗效提至最高
19
• 为什么要研制符合人类不同个 体的药物呢？
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药物反应个体差异机制
身高、体重 性别
基因型
环境因素
食物/ 吸烟 / 合并用药
年龄
老年、儿童 、新生儿
药物反应个体差异
病程 合并症 器官功能
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药物代谢酶表型和效应 （基因剂量效应）
血浆药物浓度
最小毒性浓度
药物在体内的蓄积而中毒
最低有效浓度
达不到药物有效浓度而对药物无应答
慢代谢者 中间代谢者 超快代谢者
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药物代谢酶基因型
CYP2C19：白种人、美国黑人PM基因型
约占3%～5%，亚洲人为12%～100%，其中中 国人为15%，日本人19%～23%，朝鲜人13%， 均远高于白种人。 最基本的PM基因型是在CYP2C19外显子5
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药物代谢酶相关基因多态性与药物反应
药物 华法林 氯沙坦、厄贝沙坦 美托洛尔、噻吗咯尔 普罗帕酮 奥美拉唑等质子泵抑制 剂 巯嘌呤 巯嘌呤 降酯药物 普鲁卡因胺 基因 CYP2C9 CYP2C9 CYP2D6 CYP2C19 二氧嘧啶脱氢酶 胸腺嘧啶甲基转移酶 肝脏脂酶 N-乙酰基转移酶 2 相关的报道 功能不良的等位基因使抗凝 作用增强 功能不良的等位基因使降压 作用增强 弱代谢者表现为较弱的β阻 断作用 代谢加速，多差异，疗效变化 毒性增加 骨髓毒性，肝脏损伤 降脂作用不同 慢性乙酰化者药源性痕疮的 风险更大
大多数结直肠癌研究表明TSER*2纯合子比 TSER*2/*3杂合子和TSER*3纯合子对5Fu 为基础的化疗敏感，且预后要好。中位生 存期由TSER*2纯合子的16个月下降到 TSER*3 纯合子的 12 个月。 TS 的基因型在 46 研究中表明是一个无进展生存和总生存的
13
• 1990年10月，美国正式启动当时世界最大 规模的“人类基因组计划”。 • 1994年，中国先后启动了“中华民族基因 组中若干位点基因结构的研究”和“重大 基因相关基因的定位、克隆、结构与功能 研究”。
人类基因的多态性
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国外药物基因组学的研究动态
• 1997年6月28日,金赛特（巴黎）可伯特 实验室宣布成立世界上第一个独立的基因 与制药公司研究药物基因组学，随后已有 几十家公司已涉及此领域。目前，药物基 因组学已涉及的研究领域包括：
身高，体重
年龄（老年人，儿童）
影响药效的个体 差异因素有
性别（男性，女性） 各人体质、器官功能不同
环境因素（wenku.baidu.com合并用药)
22
6.2药物基因组学的研究方法 p171
23
6.2.1药物基因组学的研究
大致分为三个阶段
1. 对一些相关基因 进行研究以期发 现它们是否存在 一些有害的等位 基因，并对其可 能造成的结果进 行预防
形成mRNA过程中跳过第14号外显子，使DPD mRNA丢失长度
为165 bp的片段，导致DPD 氨基酸序列中缺少581-635位 的55个氨基酸，生成截短的 DPD）。
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2. 5-氟尿嘧啶（5-FU）与胸苷合成酶
胸苷合成酶TYMS遗传多态性与5-FU应答 变异性相关。
TS
N5, N10-甲烯FH4 FH4 FH2还原酶 NADPH+H+ FH2
Normal No enzymatic enzymatic activity activity
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GT突变
野生型
突变型
SNP
• 定义： • SNP是指基因组DNA双等位基因上单 核苷酸的多态性。
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•
SNP研究是人类基因组计划走向应用 的重要步骤。因为SNP提供了一个强有力 的工具，用于高危群体的发现、疾病相关 基因的鉴定、药物的设计和测试以及生物 学的基础研究等。
2. 应用各种现代技 术对一些不是很 清楚的相关基因 进行研究
3. 对整个基因组范 围内相关基因的 关系进行研究
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6.2.2药物基因组学的研究手段
1.ONE
采取“候选基因”策略
2.TWO
基因组范围内遗传标志物和药物反应 表型之间的关联研究
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基因
A: 保泰松
药物重吸收 药物重吸收 排泄
环境
E:异戊巴比妥 F: 水杨酸钠 G: 锂盐 H: 二苯妥因
6
B: 安替比林 C: 阿司匹林 D: 双香豆素
药物代谢
多态性分子标记 p168
• RFLP • STR or MS • SNP
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单核苷酸多态性 （SNP）

导致人类遗传易感性的重要因素 导致人类药物代谢和反应差异的重要因素