药物基因组学和心血管药物发现

1.概 述 1.1 药物基因组学的概念及意义 药物基因组学（pharmacogenomics）是研究个体遗传特性对药物反应影响的一门科学。它来源于药理学和基因组学两个名词，因此，反映药学与遗传学之间的相互作用。用于研究基因变异所致的不同患者对同一药物的不同反应，并在此基础上研制新的药物和新的用药方法。

1.2 药物基因组学的研究内容 药物基因组学是基于药物反应的遗传多态性（polymorphism）提出的，它通过研究病人对药物的反应如何受基因影响，而解决为什么不同的病人对同一种药物有不同反应这一临床难题。药物基因组学研究的内容主要是：研究药物代谢酶基因多态性、药物受体基因多态性、药物转运蛋白基因多态性与药效学、药代动力学、药物安全性之间的关系。 药物基因组学使按照个体需要制造出适应每个人遗传特性的药物成为可能。它将传统药学与基因、蛋白和单核苷酸多态性相关知识结合与一体，研究重点是基因多态性与药物作用之间的关系。

1.3 药物基因组学的研究方法 构建全基因组多态性图谱。 发现疾病和药物反应表型差异与基因多态性的统计学上的关联性。 发现疾病和药物反应表型差异与基因多态性的统计学上的关联性。  根据基因多态性和患者表型进行疾病易感性和药物反应分类。 在临床上针对易感人群进行疾病防治。

1.4 药物基因组学的优越性 生产更有效的药物:制药公司根据与基因和疾病相关的蛋白、酶和核苷酸分子制造药物。这将加速药物的发现，生产出对疾病更具有靶向性的药物。 治疗开始就选用更好、更安全的药物:与标准的药物试验方法不同，医生从开始就能够分析患者的遗传特性选择最合适的药物。不仅能发现有效药物，而且，能缩短筛选有效药物时间、增加药物的安全性、减少药物的副作用。 准确的确定用药剂量:目前根据体重、年龄确定药物剂量的方法将被根据个人的遗传特性—药物在机体的代谢的过程和时间确定药物剂量而取代。这将最大限度发挥药物的治疗价值减少药物的剂量。

1.4 药物基因组学的优越性 早期筛查疾病:了解一个人的遗传编码将能使其在幼年时就采取适合自己的生活方式和生活环境，避免或减少遗传疾病的严重程度。另外，了解疾病的易感性可以监测疾病发生发展的过程，在最合适的时间进行治疗取得最大疗效。 生产更有效、更安全的疫苗:利用遗传物质DNA或RNA制成的疫苗，具有现有疫苗的所有益处而无其所有的危险性。其能够激活免疫系统但不会引起感染，而且便宜、稳定、容易保存。

1.4 药物基因组学的优越性 改进药物发现及其审批过程:制药公司将更容易应用基因靶标发现治疗药物。过去失败的药物作为候选可以重新作为适合少数患者的用药。由于试验是在特异性遗传性状的人群中进行，因此可以最大限度地提高成功率，将加速药物的审批过程。同时减低临床药物试验的费用和危险性。 减少总医疗费用:通过减少药物的副作用，减少不合适药物的临床试验的次数，缩短药物的审批时间，缩短患者的用药时间，减少筛选有效药物的种类，减少疾病对人体的危害和增加药物靶标的可能范围，从而减少医疗费用。

2. 心血管病药物基因组学 心血管病药物基因组学的目标是引导心血管药物的发展和选择达到理想的治疗效果同时减少毒副作用。

2.1 心血管药物基因组学与高血压治疗 药物动力学机制在决定个体对抗高血压药物应答变化中的重要作用现在已被广泛使用。例如剂量-效应关系对现代抗高血压药物来说意义较大。鉴定影响血压应答药效学决定簇的基因已经是人们的主要兴趣。应用候选基因和基因组扫描方法已在这方面取得一些进展。

2.1 心血管药物基因组学与高血压治疗 α-内收蛋白基因: 内收蛋白基因是肌动蛋白- 膜收缩蛋白组合的α/β异二聚体蛋白， 参与信号转导。 有人对法国人和意大利人两个人群进行了三方面的研究： 1）在法国人中利用微卫星技术应用同胞对连锁分析，发现α-内收蛋白基因位点 与原发性高血压有显著连锁关系。2）法国人和意大利人两个人群进行病例—对照研究，发现在高血压患者中的460Trp 突变频率明显高于正常血压者 （意大利人P=0.009，法国人=0.01），将数据汇集统计学处理发现，等位基因频率与高血压仍显著相关（ P=0.0003）， 说明无国家间差异 。携带1个或 1 个以上突变等位基因的人患高血压的风险明显高于不携带突变基因的人 ，归因危险度很大，从汇集后的数据中得到的人群归因危险度（PAR）为18%。 3)在高血压患者中进行的急性盐敏感试验中，发现携带1个突变等位基因患者对钠平衡的改变有更高的敏感性，且血浆呈低肾素活性。突变的纯合子也表现同样的性质。在用双氢克尿噻进行长达2个月的利尿治疗中，杂合型高血压患者平均动脉压的下降较野生型明显。提示α- 内收蛋白与盐敏感性原发性高血压相关联。

2.1 心血管药物基因组学与高血压治疗 肾素-血管紧张素系统(RAA)基因携带α- 内收蛋白Trp460 杂合突变的高血压患者的血浆平均肾素活性低于 Trp460 纯合突变患者，低肾素性高血压患者对利尿疗法的敏感性明显高于正常或高肾素性高血压，利尿剂的抗高血压作用与肾素-血管紧张素- 醛固酮（RAS） 系统的调节活性程度呈负相关， 推测该系统基因可用于预测血压的变化。有研究显示，血压对饮食摄入钠的应答与编码血管紧张素原和血管紧张素转换酶(ACE)基因相关，基因变异与限制钠摄入后的血压恢复密切相关。

2.1 心血管药物基因组学与高血压治疗 RAS系统的活性及相继的血管紧张素II的活性在正常生理功能和心脏病和肾脏病的进展方面均起着重要的作用。血管紧张素II的活性受AT-1受体的调节，包括血管收缩、加压反应、肾小管钠离子转运和醛固酮分泌。RAA基因多态性被认为是决定原发性高血压预后的遗传基础。血管紧张素原(AGT)，血管紧张素I－转换酶(ACE)和血管紧张素II 1型受体(AT-1)与抗高血压疗效的不同有关。AT-1受体参与血管紧张素II(Ang II)的缩血管作用和正性肌力作用。AGT1R是编码AT-1受体的基因。至少AT-1多态性表现在AGT1R基因。特别是+1166 A/C多态性与原发性高血压的严重类型有关。

2.2 药物基因组学与降脂和冠状动脉粥样硬化性心脏病 研究发现他汀类降脂药大多经肝脏细胞色素酶 P-450代谢。 Mulder等对88例高胆固醇血症的患者研究了CYP2D6多态性与辛伐他汀的疗效及耐受性之间的关系。发现4/5 具有2个有缺陷的CYP2D6 等位基因的患者在 低剂量时胆固醇水平就明显下降,每日每毫克辛伐他汀降低0.23 mmol/L胆固醇 ，并出现了严重的副作用而被迫停药 。28例CYP2D6 基因发生一个突变的患 者13例不能耐受治疗，每毫克辛伐他汀降低胆固醇水平0.20 mmol/L。 1例CYP2D6 基因多个突变的患者每日服用 40mg辛伐他汀，每毫克辛伐他 汀仅降低胆固醇水平0.01 mmol/L。54例野生型纯合子患者因不能耐受而停药 的仅9例， 每毫克辛伐他汀降低胆固醇0.10 mmol/L。由此可见，CYP2D6基因 多态性对辛伐他汀降低胆固醇的疗效有影响。

2.2 药物基因组学与降脂和冠状动脉粥样硬化性心脏病 apo E基因多态性与个体间降脂疗效的差异呈背景依赖性相关（context-dependent association）。胆固醇对3-羟基-3甲基戊二酰辅酶(HMG-COA) 还原酶的反应和apo E基因多态性的相关性见于男性患者而女性患者则无这种相关性。提示遗传因素对药理作用的干预可能有性别特异性。男性家族性高脂血症（FH）的患者中，洛伐他汀在降低总胆固醇和LDL-胆固醇方面，携带apo e4等位基因的患者的疗效不及携带e3 和/或e2等位基因的患者。同样，会萃分析发现携带e2等位基因的患者比e3等位基因的患者普伐他汀降低LDL-胆固醇的疗效显著，携带e4等位基因的患者对药物的反应明显降低。

2.2 药物基因组学与降脂和冠状动脉粥样硬化性心脏病 普通肝脂酶基因启动子多态性决定降脂治疗的临床效果。肝脂酶（HL）基因启动子区域常见C514T多态性影响HL活性。C等位基因与高HL活性、高LDL-胆固醇水平和低HDL2-胆固醇水平、高总胆固醇水平相关。规范降脂治疗能降低HL活性，降低LDL-胆固醇和增高HDL-胆固醇及逆转冠状动脉粥样硬化性心脏病(CAD)。Zambon等检验了CC基因型个体致动脉粥样硬化的脂结构，通过药物干预使CAD逆转更明显。他们研究了49例血脂异常和确诊为冠心病的中年患者，进行规范的降脂治疗。冠状动脉的狭窄程度的变化通过冠状动脉造影定量确定。HL多态性通过PCR扩增，HL活性通过14C-标记的底物测定，LDL-胆固醇通过密度梯度超速离心测定。不同HL启动子基因型对降脂治疗的效果有明显差异。CC基因型比TC和TT型HL活性明显降低（P<0.005），治疗后LDL-胆固醇（P<0.005）和HDL2-胆固醇(P<0.05)显著降低。这些患者冠状动脉造影有明显改善，96%的患者CAD逆转，而TC型仅有60%逆转，TT型无一例逆转（P<0.001）。因此，CAD和血脂异常的患者，HL基因-514C-T多态性能预测降脂治疗能否改善冠状动脉狭窄，它与HL影响LDL-胆固醇代谢有关。强烈提示降脂药物疗效受基因多态性的影响。

2.3 药物基因组学与心律失常 Keating 等将基因导入人细胞研究了SCN5A 基因多态性如何增加心律失常易感性。他们已经建立了SCN5A 蛋白形成的钠通道，当适当刺激时通道开放使钠离子流进入心肌细胞触发心肌细胞收缩。他们发现当通道发生少部分变异时本应关闭的通道再次开放，这种改变容易发生心律失常。然而，Keating指出这种改变不大，携带这种基因突变的个体本身不会出现心律失常，但是，包括利尿药在内的某些药物直接或间接触发心律失常。如果这种理论得以证实，将通过试验筛查基因突变携带者，使这些患者避免应用那些有触发心律失常危险性的药物。

2.3 药物基因组学与心律失常 某些抗心律失常药物如氟卡胺和普罗帕酮的血药浓度的个体差异与CYP2D6基因多态性有关。一些常用药物如各种抗心律失常药物、抗菌素、抗真菌药、抗组胺药、镇静药等通常均有延长心脏复极使体表心电图QT间期延长的副作用，QT间期延长的患者有发生扭转性室速（Tdp）、晕厥和猝死的危险。药物导致的QT间期延长发生心律失常，并不是发生于每一个用药的患者而是常常发生于易感患者，这些患者一旦应用延长QT间期的药物常有反复发生心律失常的危险性。目前怀疑这些患者携带遗传性长QT综合征基因的沉默突变。β - 受体阻滞剂心得安代谢和清除的个体差异受CYP2D6同工酶相互作用的影响。

2.3 药物基因组学与心律失常 治疗心律失常药物的药代动力学、药效学和遗传药理学非常重要，因为这些药物的治疗剂量和中毒剂量的差距很小。近5年来，对罕见的遗传性心律失常综合征的认识取得了重大进展，如长QT综合征和Brugada综合征。这些进展不仅有助于了解这些疾病的发病机制，而且为药物干预基因多态性的功能及表达打下了基础。因此，遗传性心律失常综合征与药物遗传学交互成一体，而且，认识疾病的遗传学基础对了解药物治疗的多态性有重要意义 。

3. 药物基因组学实施的障碍和前景 药物基因组学是一个新生的研究领域仍处于婴儿期，目前仅在有限范围内应用（神经与精神病学、癌症、心血管系统等）。 发现影响药物反应的基因多态性十分复杂 ：SNPs是DNA序列多态性，当基因组序列单核苷酸(A,T,C,G)发生变化时就产生了SNPs。因此，必须鉴定分析几百万个SNPs用于确定其对药物反应的影响。更困难的是我们对哪些基因参与每一种药物反应知之甚少。由于许多基因可能影响药物反应，获得基因多态性的的宏伟蓝图十分复杂需要花费大量的时间。 虽然药物基因组学目前仍处在初期阶段，但是它无疑将为新药研究开发与合理用药开辟美好前景 。

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