个体化药物治疗及其基因诊断

#专论#个体化药物治疗及其基因诊断

周宏灏王连生

药物反应个体差异是药物治疗中的普遍现象。临床上许多药物仅对部分患者有效。据估计,哮喘、心血管疾病以及精神病治疗药物有效率约为60%,多达40%的患者疗效不理想甚至无效[1]。而在糖尿病和肿瘤等治疗药物中,有效率更低。药物反应个体差异是临床药物治疗失败的重要原因。与此同时,个别患者对常规药物治疗非常敏感而出现各种程度不等的药物不良反应的情况也十分普遍。据美国流行病学资料统计,严重药物不良反应在医院患者中高达617%,且0132%的住院患者因药物不良反应而死亡,在各类死亡原因中药物不良反应死亡排名第4~6位[2]。药物反应个体差异也是药物不良反应的罪魁祸首。此外,在新药研发中,70%~80%的候选药因少数个体对药物异常反应而未能上市或上市后被撤出市场。由于普遍存在药物反应的个体差异,使得许多药物疗效及其治疗的安全性无法准确预测。因此,长期以来,临床医生在制定药物治疗方案时,除了考虑患者病情以及药物适应症等情况外,往往还要加入个人的临床经验。好的经验被称为药物治疗艺术。如何把握这门艺术,实行安全有效的药物治疗,一直是医学工作者追求的目标。

40多年前,临床发现肌松药琥珀胆碱超敏感个体在常规剂量下,患者出现呼吸肌麻痹,且持续时间长。经查明这种高敏感性反应是一种遗传性反应,源于血浆假性胆碱酯酶基因变异引起机体对琥珀胆碱灭活能力缺陷所致。尽管人群中琥珀胆碱高敏反应个体频率非常小,在高加索人中仅为1/3500,但由于这种异常反应的危险性大,因而查明这种高敏药物反应机理具有非常重要的临床意义。同时,这一事件连同早期的美芬妥因、异喹胍、华法林和异烟肼等一些药物异常反应的典型遗传现象,促进了新学科遗传药理学的迅速形成与发展。这门新兴学科系统研究药物反应相关蛋白的基因多态性变异对蛋白功能和临床药物治疗的影响。经过50多年的发展,遗传药理学先后发现并查明了多种药物代谢酶遗传多态性,对一些药物的体内代谢动力学或临床疗效或临床不良反应的影响及其规律,这些代谢酶包括细胞色素P450氧化酶CYP2D6、CYP2C19、CYP2C9、N乙酰基转移酶2(NAT2)、巯嘌呤甲基转移酶(th i o puri n e m ethy ltransferase,TP MT)等。同时,P糖蛋白(P-g lycoprotein,PGP)、有机阴离子转运蛋白OATP-C等转运体以及5-羟色胺(5-H T)受体等对药物临床治疗具有显著影响的多态性变异及其机理也被陆续发现。

目前,多数经遗传药理学研究所查明的药物异常反应均属于单基因遗传性反应。这些反应主要是因药物代谢酶基因变异导致酶活性异常,服药后体内药物未能被正常代谢消除而排出体外,导致体内过高或过低药物浓度所致。这种异常药物反应往往可以通过调整药物剂量来获得理想药物疗效。P450药物代谢酶CYP2D6就是一个十分典型的代表。由于数种多态性点突变以及基因多拷贝的原因,人群中CYP2D6酶活性呈现4种表型分布,它们分别是弱代谢型、中间代谢型、强代谢型以及超代谢型。在高加索人群中他们的频率依次为7%、40%、50%以及3%。亚洲人群中,CYP2D6的弱代谢者发生频率不到1%。约10%的西班牙人为超代谢型,瑞典人中超代谢型约占1%~2%。CYP2D6酶活性遗传多态性在临床上影响可待因、美多洛尔、卡维地洛、阿咪替林、氟哌啶醇等40多种药物临床治疗疗效。通过药物剂量调整,例如,应用阿咪替林治疗时,对于从弱代谢到超代谢4种分型的患者可分别给予40%、80%、120%及180%的剂量,便可以消除不同分型的个体间因代谢差异所造成的药物作用浓度的差异,达到理性疗效[3]。同样,对于CYP2C19的底物奥美啦唑、西泰普兰、安定、兰索啦唑以及雷贝啦唑,CYP2C9底物华法林、格列本脲、甲苯黄丁尿、醋硝香豆素,NAT2底物异烟肼,TP MT的底物硫唑嘌呤等也可通过类似的药物剂量调整,来消除代谢酶遗传多态性在药物临床治疗中引发的药物反应个体差异。

作者单位:410078长沙,中南大学临床药理研究所

5羟色胺转运体启动区域多态性尽管不影响5羟色胺重摄取抑制剂体内药物浓度,但短等位基因显著降低该类药临床抗抑郁疗效,并增加其不良反应。而该等位基因对其他类抗抑郁药的治疗影响则截然相反,即短等位基因可增加其疗效,降低不良反应[4]。显然,临床上可以根据5羟色胺转运体基因型来选择抗抑郁药物种类,已获得疗效和用药安全的最理想效果。

现有的遗传药理学重要发现尚停留在单基因变异对药物反应影响的查明方面。众所周知,药物反应是一种非常复杂的表型,同时涉及药物吸收、代谢、转运以及排泄消除诸多药代动力学过程及药效动力学环节等数十种基因。从人类基因组计划所提供的信息分析,人基因组全长2185Gb,含20~25万个基因[5]。拥有159万个单核苷酸变异[6]。据估计,任意两人的DNA核甘酸差异约占基因组0101%。可以想象,一些异常药物反应是由许多特殊基因型构成的特定基因型组所决定的。这也是目前药物基因组学要明确的研究内容。药物基因组学是遗传药理学在人类基因组信息平台以及生物芯片等高通量检测技术支持情况下的新的学科模式。

遗传药理学研究为提高临床药物疗效和降低药物不良反应提供了有力工具,是近年来临床医学以及新药研发中非常活跃的领域。药物反应受多种因素影响,而遗传因素是人一生中稳定的决定因素。如果异常药物反应和各种基因型组关系已明确,完全可以按照遗传药理学的信息,指导选择药物品种以及给药剂量,以进行安全有效的治疗。这也是一幅未来药物治疗的美好蓝图,早在1999年4月19日,美国华尔街日报头版题为/开创个体化药物治疗新纪元)))依据个体基因型确定药物类别和药物剂量0的报道,呼唤进行药物治疗模式新的变革。

事实上,临床上基因导向性个体化药物治疗变革已经在临床上悄然拉开了序幕。已有医院在临床上针对三环类抗抑郁药、华法林以及硫唑嘌呤等遗传变异型反应开展药物治疗基因型诊断。塞莱昔布和阿立唑等市售药物已经在说明书上开始标注有关遗传药理学方面的个体化治疗指导内容。2005年3月22日,美国食品与药品管理局(FDA)颁布了面向药厂的/药物基因组学资料呈递0指南,敦促药厂在申报新药时提供药物的药物基因组学资料。我国的食品药品管理局(SFDA)颁布的新药药代动力学研究指导原则中也提出了相应的要求,表明药政管理也对个体化药物治疗诊断做好了充分的准备。

辅助药物治疗的基因诊断的目的是,确定对药物反应具有决定性影响的多态性变异,即将特殊基因片段的碱基序列作为制定药物治疗方案的主要依据。它不同于疾病诊断及疾病预后性诊断等,后者提供的是诊断当时的病理或生理状态,而个体化治疗基因诊断则提供的是人一生中非常稳定的遗传信息,一旦结合遗传药理学与临床药理学有关的个体化治疗知识,就可为现有相关药物的治疗提供指导,也能为将来上市的相关药物治疗提供类似指导。这种诊断所涉及的基因变异主要是单核苷酸碱基变异(SNP),还有少数是短区段的缺失和重复,如CYP2A6基因6碱基对缺失,CYP2D6则存在基因重复而出现2~10个不等的基因拷贝。

通常SNP检测根据多态位点序列差异所对应的内切酶识别序列的改变,而采用PCR扩增y酶切y凝胶电泳方法,即PCR/RFLP方法进行SNP检测。这种方法简单,不需要特殊设备,容易操作,检测耗费不多,临床上便于推广。其缺点是对不同的SNP不能同时检测,只能逐个进行。

另一种检测方法是采用探针进行杂交,该方法需要制备特异性探针。检测时对样本DNA进行PCR扩增,然后电泳,转膜,探针杂交和显带。该法需要严格控制杂交和洗脱条件,技术上难度较高,但对不同检测位点可同时进行杂交显带,相对省时,设备要求不高。因此,探针杂交方法也适合在临床推广应用。

芯片杂交检测法是一种结合芯片技术的探针杂交方法,该方法将多种探针以微阵列的方式固定排列在芯片上,同时联用了多重PCR技术。检测时将临床DNA样通过多重PCR扩增,然后带有多个待检测的扩增片段和探针规则排列的芯片进行杂交,便可同时确定数十个甚至更多的多态性位点碱基构成。该法在操作程序上非常简单,适合医院推广。其缺点是芯片制作和探针点样需要特殊设备,同时技术上要求非常高,医院开展芯片制备有一定困难。而专业芯片公司将为医院开展芯片杂交诊断创造条件。目前,个体化药物治疗的基因诊断芯片已经开始起步。2004年12月,美国FDA批准/Am plich i p细胞色素p450基因分型试验0的个体化治疗基因型诊断芯片应用于临床。Roche A ffy m etrix公司预计将很快推出指导个体化用药的基因诊断芯片。在我国,中南大学临床药理研究所早在2003年就开始研制个体化药物治疗基因型诊断产品,现