大学本科《临床药理学》第十章遗传药理学与临床合理用药课件.ppt

1,第十章 遗传药理学与临床合理用药,1第十章 遗传药理学与临床合理用药,2,一、前言,2一、前言,3,药物治疗无效:仅有30-60%的病人使用普通的药物治疗有效；严重的药物不良反应 (ADRs):约占住院病人的57； 平均延长了病人两天的住院时间。 引起个体差异的原因是复杂的，但归纳起来（1）通过影响机体对药物处置；（2）药物对机体的药理效应。分为两大类：遗传与非遗传因素，互相联系，互相影响。,临床上常见的个体差异,3药物治疗无效:临床上常见的个体差异,4,遗传变异对药物作用的影响,大量研究表明：遗传变异对药物体内处置和药效的影响可归纳为两类：影响药代动力学影响吸收、分布、代谢、排泄 影响血药浓度 影响药物效应和不良反应影响药效学通过影响药物作用的靶细胞、靶酶或药物受体 影响药物效应和不良反应,4遗传变异对药物作用的影响大量研究表明：遗传变异对药物体内处,5,Ingelman-Sundberg, M., J Int Med , 2001;250: 186-200,药物处置的个体差异,5Ingelman-Sundberg, M., J Int,6,药物疗效和毒性的个体差异： -受药物代谢酶、转运体和受体的基因多态性的影响,6药物疗效和毒性的个体差异：基因缺失 没有mRNA没有酶表达,7,频率,酶活性/清除率,PM,IM,EM,UM,PM, 弱代谢者; IM, 中等代谢者; EM, 有效代谢者（强代谢者）; UM, 超强代谢者,两个有功能的等位基因,7频率酶活性/清除率突变纯合子有害 SNPs的基因副本PMI,8,大多数药物代谢酶、转运体和受体均产生有临床意义的遗传多态性具有明显的种族或地域差异体内缺乏某一种药物代谢酶、转运体和受体的个体，必然引起该个体对药物药动学及药效学的改变，影响临床疗效和安全性。,8大多数药物代谢酶、转运体和受体均产生有临床意义的遗传多态性,9,Understanding of racial differences in drug response plays an important role in optimization of therapy for the individual patient, drug development and drug administration.,Dose reduction needed,Same dose of drug,9Understanding of racial diffe,10,二、药物代谢酶多态性,10二、药物代谢酶多态性,11,药物代谢 体内药物主要在肝脏代谢而失去药理活性，并转化为水溶性高的代谢物而利于排除体外。药物代谢过程 氧化、还原、水解； 结合,11药物代谢,12,药物在体内的生物转化过程可分为两步：第一步被称为I相代谢，包括氧化、还原和水解反应，能使多数药物灭活或者极性增大，参与此代谢的酶称为I相代谢酶；氧化反应：肝细胞微粒体药物代谢酶系统细胞色素P-450细胞色素P-450还原酶NADPH（辅酶II）和分子氧,12药物在体内的生物转化过程可分为两步：,13,第二步称为II相代谢，可使极性增大的I相代谢产物或具有极性基团的物质再与小分子的葡萄糖醛酸、谷胱甘肽和乙酰基结合，形成水溶性大、极性强的药理惰性化合物，从肾脏和胆汁排出体外，催化此步反应的酶被称为II相代谢酶。解毒反应：药物灭活（GST）增毒反应：某些药物如异烟肼乙酰化 （II相） N乙酰化异烟肼 肝毒性 乙酰肼 水解（I相）,13第二步称为II相代谢，可使极性增大的I相代谢产物或具有极,14,大多数药物代谢酶均产生有临床意义的遗传多态性，包括：I相代谢酶的CYP450超家族：CYP1A1/2、CYP1B1、CYP2A6、CYP2B6、CYP2D6、CYP2C9、CYP2C19、CYP2E1、CYP3A4/5/7；乙醛脱氢酶等。II相代谢酶N-乙酰基转移酶，硫嘌呤甲基转移酶等。,14大多数药物代谢酶均产生有临床意义的遗传多态性，包括：,15,（一）I相代谢酶,细胞色素P450是重要的参与I相反应的代谢酶体系，由一群基因超家族编码的酶蛋白所组成。利用现代生物学技术，可以将P450基因鉴定出来，并把它们分为正常型基因 (野生型)和突变型基因。突变型基因是指在一个或更多碱基位点上与正常基因不同，也包括基因缺失、基因拷贝以及多重拷贝。有的突变不影响代谢酶活性，有些突变可使酶活性降低，甚至失活，而基因多拷贝可使酶活性异常升高。,15（一）I相代谢酶细胞色素P450是重要的参与I相反应的代,16,人群中药物代谢酶、转运体和受体基因多态性的3种基因型,16.C C A T T G A C.C C,17,表型与基因型个体的表型(phenotype)取决于体内代谢酶的活性，而代谢酶活性又是由其相应的基因型(genotype)决定的：携带一对正常型等位基因(纯合子)或一个正常型等位基因(杂合子)的个体，其药物代谢酶活性正常，被称为“快代谢者”(EMs)或中速代谢者(IMs)而慢代谢者(PMs)携带两个活性降低或无功能酶等位基因；超快代谢者(UMs)则携带有两个或两个以上活性酶基因的拷贝,17表型与基因型,18,给予PMs一个标准剂量，就能产生一个较高的血药浓度。因此，发生药物不良反应更为常见。UMs却因血药浓度极低，而不能获得治疗作用；如果一个药物的治疗作用是依靠活性的代谢产物，而这个代谢产物的形成是通过体内的多态酶催化的，那么：PMs有可能治疗效果欠佳EMs和UMs却可因血药浓度异常升高而发生不良反应,18给予PMs一个标准剂量，就能产生一个较高的血药浓度。因此,19,CYP2D6多态性,CYP2D6是遗传药理学领域研究最早、了解也最为清楚的药物代谢酶基因。已证明100多种药物为该酶的底物，包括抗心律失常药、抗高血压药物、精神科用药及阿片类药物。以异喹胍（DB）为探针来划分，故又称为异喹胍羟化代谢 CYP2D6 DB 4-OH-DB,19CYP2D6多态性,20,DB羟化代谢存在PM和EM两种表型DB羟化代谢缺陷（PM）发生率存在明显的种族差异 白种人：高达510% 东方人：1% 非洲黑人：02%中国人EM的代谢能力比白种人弱应用常规剂量：EM代谢者无效；PM代谢者毒性反应增强。对不同表型、不同种族病人应调整剂量。,20DB羟化代谢存在PM和EM两种表型,21,与DB羟化代谢多态性有关的药物 1.抗心律失常药 ：普罗帕酮、恩卡尼、美西律等 2. 受体阻断药 ：美托洛尔、普萘洛尔等 3. 三环类抗抑郁药 ：阿米替林、米安色林、丙咪嗪等 ,21与DB羟化代谢多态性有关的药物,22,CASE 1,精神科用药去甲替林，大多数抑郁症病人(约90%)每天服用75 150 mg，可以达到治疗血药浓度(200 600 nmol/L)。对于PMs，每天服用75 mg，血药浓度可达1300 nmol/L，出现头晕、疲劳、轻微迷糊等不良反应的症状，将剂量减为每天10 20 mg，病人不但获得良好的治疗效果，而且没有出现上述不良反应。UMs则相反，服用常规剂量的去甲替林，血药浓度非常低，每天需服用300 500 mg或更大剂量才能获得同样治疗效果,22CASE 1精神科用药去甲替林，大多数抑郁症病人(约90,23,23,24,CASE 2,抗抑郁药帕罗西汀和氟西汀,这些药物治疗指数相对较大，单剂使用不良反应少见。然而，由于它们还是CYP2D6竞争性抑制剂，当与其他由CYP2D6代谢的药物(例如：普罗帕酮)联合使用时，会使患者由EM的基因型转变成PM表型，从而会产生不良反应。,24CASE 2抗抑郁药帕罗西汀和氟西汀,这些药物治疗指数相,25,氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响, ：Before PPF; ：After PPFCai WM, Chen B, Zhou Y, Zhang Y. Fluoxetine impairs the metabolism of propafenone enantiomers mediated by CYP2D6 in healthy Chinese volunteers. Clin Pharmacol Ther 1999；66(5)：51621.,25氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响 ：Before P,26,氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响,26氟西汀对普罗帕酮对映体药动学的影响,27,CASE 3,80年代，抗心绞痛药哌克昔林(perhexiline)曾因诱发周围神经炎，而从许多国家医药市场撤出。研究表明，服用哌克昔林发生周围神经炎的病人，其血药浓度比无此副作用的病人高。后来，Shah等发现哌克昔林是由CYP2D6所代谢，这就解释了CYP2D6受损的患者服用哌克昔林更易发生周围神经炎的原因。FDA要求所有新药均要做代谢途径研究，以避免类似情况发生。,27CASE 380年代，抗心绞痛药哌克昔林(perhexi,28,CASE 4,可待因在体内经CYP2D6催化约有10%转化为吗啡，从而发挥其镇痛作用。EMs由于吗啡转化率高，正常剂量可出现眩晕、呕吐、便秘、嗜睡，甚至尿潴留、呼吸抑制和成瘾等吗啡过量的症状。而PMs在常规剂量不能使可待因转化为吗啡而获得镇痛效果，其呼吸系统作用、精神运动作用以及瞳孔的作用都有所减弱。,28CASE 4可待因在体内经CYP2D6催化约有10%转化,29,Johansson et al., PNAS 90:1945-51, 1993, Aklillu et al., JPET 278: 441-6, 1996,29Johansson et al., PNAS 90:19,30,血浆去甲替林与10羟基去甲替林的浓度反映了活性CYP2D6 基因的数量,Results by Dalen et al,30血浆去甲替林与10羟基去甲替林的浓度反映了活性CYP2,31,2004年12月，FDA批准了第一个药物代谢酶实验室遗传学检查方法，这个名为“Amplichip细胞色素P450基因分型实验”的检验方法主要用于对CYP2D6的基因变异进行检测。通过该检测，可评估患者对与CYP2D6代谢相关的b-受体阻断药、抗抑郁药、抗精神病药和化疗药等的代谢能力，从而更好地掌握临床用药量。,312004年12月，FDA批准了第一个药物代谢酶实验室遗传,32,CYP2C19 多态性,CYP2C19多态性的发现源于抗癫痫药美芬妥英代谢的多态性。以S-美芬妥英（S-MP）为探针来划分，故又称为S-美芬妥英羟化代谢 CYP2C19 S-MP 4-OH-S-MPS-MP羟化代谢存在PM和EM两种类型S-MP羟化代谢缺陷（PM）发生率存在明显的种族差异 白种人： 35% 东方人：1520% 黑 人： 46%,32CYP2C19 多态性CYP2C19多态性的发现源于抗癫,33,S-MP羟化代谢多态性的分子基础：CYP2C19遗传多态性及缺陷。CYP2C19至少有7种以上突变，可导致代谢酶缺失,或者氨基酸序列改变而影响酶催化活性或使酶失活。最主要的突变是CYP2C19*2和CYP2C19*3。除S-MP外，其他主要经CYP2C19代谢的药物：质子泵抑制剂(奥美拉唑、潘托拉唑及兰索拉唑等)、抗焦虑药安定、抗癫痫药苯巴比妥、抗疟药氯胍和某些抗抑郁药。,33S-MP羟化代谢多态性的分子基础：CYP2C19遗传多态,34,CASE 1,以安定为例，CYP2C19*2纯合子(PMs)血药浓度半衰期(84小时)比CYP2C19*1纯合子(20小时)长4倍多，比突变杂合子(64小时)长1.3倍。对PMs来说，更易发生由于安定血药浓度过高引发的副作用，如镇静作用延长，甚至意识丧失。亚洲人突变等位基因频率高于欧洲人，相应PMs也较多，所以使用安定时要注意剂量的调整。,34CASE 1以安定为例，CYP2C19*2纯合子(PMs,35,CASE 2,有研究表明以奥美拉唑(20 mg/日，6 8周)和阿莫西林(2000 mg/日，2周)联合治疗胃和十二指肠溃疡；CYP2C19 PMs的治愈率(100%)；CYP2C19 EMs的治愈率(野生型杂合子为60%，纯合子为29%) ；这与PMs的奥美拉唑血药浓度显著升高有关。,35CASE 2有研究表明以奥美拉唑(20 mg/日，6 ,36,CYP2C19*2/*2Dose: 40 mgAUC: 5.32.2 mg.h/l (n=6),CYP2C19*1/*2Dose: 40 mgAUC: 1.10.6 mg.h/l (n=7),CYP2C19*1/*1Dose: 40 mgAUC: 0.60.3 mg.h/l (n=6),Hours after single dose application,Plasma omeprazole (mg/L),36CYP2C19*2/*2CYP2C19*1/*2CYP2,37,CYP2C9多态性,CYP2C9有三种等位基因，其中CYP2C9*1为野生型，CYP2C9*2、CYP2C9*3为突变型，后两者均是碱基点突变引起代谢酶单一氨基酸被替代。CYP2C9*2、*3基因编码的酶其催化活性下降CYP2C9*2在白人中发生基因突变频率为8% 13%，东方人0%，在美国黑人中仅有1%；CYP2C9*3突变基因频率在白人和东方人中相似，约为6%。约有2% 6%的白人是CYP2C9的PMs。,37 CYP2C9多态性 CYP2C9有三种等位基因，其中C,38,CASE 1,Arithal 等研究发现，用低剂量华法林(1.5 mg/d)治疗的病例组(低剂量组)，携带一个或一个以上CYP2C9突变等位基因几率是对照组的6.21倍。与随机临床病例组相比，低剂量组在华法林治疗期间出现问题(如因选择最佳剂量而延缓出院、多次住院、需要对华法林异常敏感的病例研究等)的几率是其5.97倍, 出血并发症的比率是对照组的3.48倍。,38CASE 1Arithal 等研究发现，用低剂量华法林(,39,CASE 2,抗癫痫药苯妥英钠由CYP2C9代谢，1例头颅伤患者接受常规剂量苯妥英钠用于预防癫痫发生，第10天出现苯妥英钠过量的神经系统症状(嗜睡、头晕、眼球震颤、小脑性共济失调等)。检测其血药浓度，发现该病人苯妥英钠的半衰期是103小时，为平均半衰期(22小时)的5倍。基因型检测发现该患者基因型为CYP2C9*3纯合子。,39CASE 2抗癫痫药苯妥英钠由CYP2C9代谢，1例头颅,40,另一项研究表明，携带一种突变等位基因(*2或*3)的病人，达到治疗浓度平均所需的苯妥英钠剂量(199 mg/d)比平均常规剂量(314 mg/d)低37%(P 300 mg/d；研究者建议，对患者进行基因分型，并在此基础上调整药物剂量，将有助于降低与苯妥英血药浓度相关的不良反应。,40另一项研究表明，携带一种突变等位基因(*2或*3)的病人,41,CASE 3,Holstein在一项关于有严重低血糖症患者的回顾性病例对照组研究中发现，CYP2C9慢代谢者基因型在严重低血糖患者中的发生率明显要高于对照组。 研究调查指出，CYP2C9的基因型*2/*3和*3/*3（即慢代谢者基因型，据报道其代谢活性只有野生型CYP2C9*1的1020%）是在白人患者中用磺脲类治疗引发严重低血糖的危险因素，原因是其对药物代谢清除减慢。,41CASE 3Holstein在一项关于有严重低血糖症患者,42,（二）II相代谢酶多态性,N-乙酰化转移酶：大多数肼和芳香胺类药物清除的主要代谢途径。 1. 代谢药物：异烟肼、氨苯砜等 2. 在人群中呈多态分布：慢型、快型、中间型。其多态性有明显的种族差异： 东方人：10-30% 西方人：40-70% 爱斯基摩人：0%,42（二）II相代谢酶多态性N-乙酰化转移酶：大多数肼和芳香,43,药物代谢酶的多态性 根据对药物的代谢能力，将人群分为：快代谢者（RM）强代谢者（EM）慢代谢者（SM）弱代谢者（PM）,N-乙酰化代谢多态性,43药物代谢酶的多态性N-乙酰化代谢多态性,44,以异烟肼为例在体内，异烟肼经NAT2代谢生成乙酰化异烟肼而灭活，乙酰化异烟肼又代谢成乙酰化肼，此物质一方面复合生成二乙酰异烟肼，另一方面经CYP450代谢生成具有肝毒性的产物。与欧洲人和非洲人相比，东方人快代谢发生率较高，体内可产生较多肝毒性物质，从而服用异烟肼后肝脏损伤的可能性也就增大。,44以异烟肼为例,45,肼屈嗪等在人体内经乙酰化代谢：应用肼屈嗪后，慢代谢者较多产生抗核抗体和系统性红斑狼疮样反应，其降压作用也明显降低。应用普鲁卡因胺后，慢代谢者易出现抗核抗体阳性，比快乙酰化者较早发生狼疮，而且发生率也较高。柳氮磺胺吡碇的副作用如溶血等在慢代谢者中常见。,45肼屈嗪等在人体内经乙酰化代谢：,46,乙酰化分型,快、慢乙酰化者的疗效和不良反应不同：同样剂量的药物：慢乙酰化者敏感，快乙酰化者则可能无效；建议：临床上应用异烟肼治疗结核、柳氮磺胺吡啶（SASP） 治疗溃疡性结肠炎以及肼屈嗪治疗高血压时， 对病人进行乙酰化分型。例：SASP，慢乙酰化者每天服用4.5-6.0g后，血中磺胺足以引起溶血，故对服用高剂量SASP的病人进行分型非常有必要。,46乙酰化分型快、慢乙酰化者的疗效和不良反应不同：,47,表型分型方法：异烟肼实验口服一定剂量异烟肼后测定血或尿样中异烟肼乙酰化代谢物。 目前对其基因型分型的研究已取得很大进展，基因型与表型有着良好的相关性，其基因型几乎可以完全解释其表型多态性。目前方法：从血液白细胞中提取DNA进行基因分型。,47表型分型方法：异烟肼实验口服一定剂量异烟肼后测定血或,48,（三）药物转运蛋白,药物转运蛋白在吸收、排泄和分布过程中的起重要作用。其中P糖蛋白(Pgp，P-glycoprotein)的研究最为广泛。Pgp由多药耐药基因(MDR，multidrug resistance)编码表达的一种ATP依赖性载体蛋白，最初是在对多种药物有耐药性的肿瘤细胞中发现的。Pgp在在肝细胞胆管面、肠细胞的肠腔面、肾小管细胞的腔膜面等处均有表达。它能够依靠能量将异生质(xenobiotic)包括药物(如强心甙、环孢素)从细胞内泵出，排泄到胆汁和尿液，或限制药物从胃肠道吸收，其表达是影响许多药物吸收的重要因素。,48（三）药物转运蛋白药物转运蛋白在吸收、排泄和分布过程中的,49,编码P-糖蛋白的多药耐药基因（MDR1）具有多态性第26外显子C3435T突变明显影响地高辛血药浓度：野生型纯合子3435CC个体的血浆AUC比突变型纯合子3435TT低20%突变等位基因3435T个体的P-糖蛋白活性降低。3435C等位基因在非洲裔美国人中的发生率为84%，英国人48%，种族差异显著。故在不同种族中应用以P-gp为底物的药物时，需注意种族因素的影响。,49编码P-糖蛋白的多药耐药基因（MDR1）具有多态性,50,（四）药物受体的遗传多态性,药物到达靶器官或组织后，通过与组织细胞内受体结合或其他作用途径，发挥药理作用。编码药物受体的基因存在多态性，如果这种多态性具有功能意义，就极有可能对药物效应产生影响。,50（四）药物受体的遗传多态性药物到达靶器官或组织后，通,51,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷,1. G-6-PD的生理功能 G-6-PD活性正常时，可以生成足够的NADPH，从而保证了红细胞膜中的巯基呈还原状态。可预防各种蛋白质氧化，特别是保护细胞膜。 2. G-6-PD缺乏的临床表现 平时无症状，接触某些具有氧化作用的药物（如阿斯匹林或磺胺类药物）时，红细胞膜上的巯基被氧化，出现急性溶血反应。 大多数的变异是由于结构基因的突变所致，在合成肽链时其中一种氨基酸被另一种氨基酸所取代。,51葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷 1. G-6-PD的生理功,52,华法林耐受性,1.华法林抗凝作用机理 竞争性抑制维生素K环氧化物还原酶，从而减少维生素K而发挥抗凝血作用。 2.维生素K环氧化物还原酶受体缺陷的临床表现： 有遗传性缺陷的人对华法林有耐受现象，要用到常用量的20倍才能显示抗凝血效果：维生素K环氧化物还原酶的受体部位变异，对抗凝剂的亲和力降低所致。,52华法林耐受性1.华法林抗凝作用机理,53,药物受体的遗传多态性,恶性高热胰岛素耐受氨基糖苷类致耳聋受体,53药物受体的遗传多态性,54,三、药物基因组学（pharmacogenomics),54三、药物基因组学（pharmacogenomics),55,1997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特的基因与制药公司，研究基因变异所致的不同疾病对药物的不同反应，并在此基础上研制新药或新的用药方法，这一新概念称为药物基因组学。-从基因水平研究基因序列的多态性与药物效应多态性之间的关系，即：研究基因本身及其突变体对不同病人药物效应差异的影响，指导合理用药，提高有效性和安全性，避免不良反应，减少药物治疗的费用和风险。,55 1997年6月28日金赛特（巴黎）可伯特实验室宣,56,How Can Pharmacogenomics Data Be Used to Enhance Therapeutic Index?,Adjust Dose To Maximize Efficacy While Avoiding Toxicity for each individual patient (Individualized therapy)根据每一位病人的基因型调整剂量，以达到最大疗效,同时避免毒性反应，实现个体化用药的最终目标。,56How Can Pharmacogenomics Dat,57,药物基因组学在未来的临床治疗中：在1525 % 的病例中基因型对预测药物的疗效及不良反应起非常重要的作用对一些特定的药物，基因型与病例100的相关对基因型的预测将有效的阻止1020严重甚至致命的药物不良反应,57药物基因组学在未来的临床治疗中：,58,未来,大型的预测性研究将很好的把病人归类并进行个体化给药药物基因组学将应用于药物研发阶段首要的任务是对老药的重新评价,58未来大型的预测性研究将很好的把病人归类并进行个体化给药,59,个体基因型,治疗药物,结合,未来,59个体基因型治疗药物结合未来,60,用药注意事项,仔细询问病史，防止遗传基因缺陷患者对药品的不良反应认真阅读说明书，了解药物对遗传基因缺陷患者的影响，禁用或慎用该药对具有遗传多态性的药物注意用药个体化注意种族差异的存在,60用药注意事项仔细询问病史，防止遗传基因缺陷患者对药品的不,61,谢 谢！,61谢 谢！,