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药物基因组学发展和应用【四】(长文慎入)

2016/05/27 来源:生物文摘
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导读
药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是,这个机会的利用却受到阻碍和挑战,并且新的知识还在不断的更新。

药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是,这个机会的利用却受到阻碍和挑战,并且新的知识还在不断的更新。

药物受体的基因多态性

一、β肾上腺素受体基因多态性

目前认为至少存在β1、β2和β3三种不同的肾上腺素受体亚型,β1肾上腺素受体广泛分布于心脏、脂肪组织和邻肾小球细胞,β2肾上腺素受体分布于心血管、支气管平滑肌等部位,β3肾上腺素受体属不典型

肾上腺素受体,主要分布在内脏脂肪组织,激动时引起脂肪分解和热量产生。

β1肾上腺素受体基因定位于10q24~26,其开放读码区编码长度为477个氨基酸残基的蛋白质,5′侧翼区调控序列包含甲状腺激素、糖皮质激素及cAMP结合片段等公认的调控元件,3′端有900bp的非翻译区。目前已发现该基因至少存在18个SNP,其中有7个产生编码氨基酸的改变,分别为A145G、G175T、G1165C、C1195T、A1205G和C1252G,其中A145G和G1165C多态性被广为关注。

A145G多态性导致受体第49位氨基酸发生Ser/Gly多态性,该部位的变异可能改变受体表达与调节属性,并影响个体对疾病的易感性及药物疗效等。49Gly在各种族人群中的发生率没有差异,为0.13~0.15,该SNP与阻断剂的疗效关联,表现为使用肾上腺素受体阻断药的充血性心力衰竭患者,49Gly纯合子的生存时间显著长于49Ser纯合子。G1165C多态性导致受体蛋白Gly389Arg多态性,该部位为受体与G蛋白偶联的部位,是受体后信息传递的关键结构。

389Arg等位基因的发生频率在黑人为0.58,白人及亚洲人为0.72~0.76。临床研究表明服用不同剂量美托洛尔后, Arg389纯合子静息心率、运动心率与收缩压的降低均显著高于Gly389型受试者。进一步的临床试验发现,β1肾上腺素受体阻断剂抗高血压的治疗效果与β1肾上腺素肾上腺素受体Ser49Gly及Gly389Arg多态性突变的单倍型相关。美托洛尔对携带不同单倍型的高血压患者的疗效存在基因剂量效应,提示,β1肾上腺素受体单倍型可作为这类药物抗高血压病疗效的预测因子,临床可根据病人的单倍型调整给药剂量。以提高疗效、降低不良反应。

β2肾上腺素受体基因定位在染色体5q31~32,全长约1.8kb, 基因结构中无内含子, 其开放读码框编码的蛋白质由413个氨基酸残基组成。 1987年, 人类β2肾上腺素受体基因被克隆后, Liggett领导的研究小组于1993年首先检测出β2肾上腺素受体基因编码区存在9个SNPs, 其中4个位点的碱基突变导致了氨基酸的改变, 分别是第46位(Arg16Gly)、79位(Gln27Glu)、100位( Val34Met )和491 位( Thr164 Ile), 而第252位、523位、1053 位、1098位和1239位5个SNPs为沉默突变。人群中, 较为常见的氨基酸多态性是第16位和27位,这两个位点多态性具有连锁性, 绝大多数Glu27纯合子个体也是Gly16纯合子或Arg16Gly 杂合子携带者。第34位和164位多态性发生频率低, 且第34位的氨基酸改变无功能意义。β2肾上腺素受体基因5′端上游至ATG 起始密码子之间这段全长为1470bp的基因序列也有多个SNPs, 其中C-47T 和C-367T 多态性存在极强的连锁关系。 

对β2受体激动剂沙丁胺醇和福莫特罗药效与Arg16Gly多态性的相关系研究,结果呈现不一致性。部分研究认为Arg16等位基因携带者具有更强的支气管舒张效应,而另一部分研究结果则相反。 另有研究发现口服特布他林后, 携带不同β2受体单倍型受试者的静脉舒张反应存在差异,Thr164Ile杂合子对特布他林的敏感性最低, 不同单倍型导致特布他林使静脉

2肾上腺素受体减敏的程度也有差异, 以Arg16Gln27Thr164单倍型变化最明显。 人β3受体基因定位于染色体8p12-11.2,包含2个外显子和1个内含子,其中一个外显子长1.7kb,编码受体蛋白中的402个氨基酸,另一个外显子编码受体蛋白羧基端的6个氨基酸和3′端mRNA非翻译区序列。基因上存在4个多态性位点,其中G1856T位于内含子中,G3139C位于3′非翻译区,C381T不改变组成受体蛋白的氨基酸,这3种突变对受体的功能均无影响,只有T190C为功能性变异,导致3肾上腺素受体第64 位氨基酸发生Trp/Arg 多态性。因该多态性位于β3肾上腺素第一个胞内环的起始部位,能改变β3肾上腺素受体在膜表面的分布及信号传导,从而影响其所介导的生理作用。研究表明Trp64Arg多态性能影响冠心病患者的脂肪分布及血糖控制,且与肥胖患者改变生活方式后胰岛素抵抗及体重下降有关,但其与药物疗效差异的相关性未见报道。

二、血管紧张素Ⅱ型受体

肾素-血管紧张素系统(rennin-angiotensin system,RAS)是机体的重要体液调节系统,血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)是其中最重要的活性介质之一。现已鉴别清楚的AngⅡ受体有1型(ATlR)和2型(AT2R)2 种。ATlR主要表达于肾脏,在肝、肺中也有表达,而AT2R主要分布于胎儿肾脏。AT1R是一种G蛋白耦联受体,其编码基因定位于染色体3q22,全长大于55Kb,包含5个外显子和4个内含子。该基因存在50多个多态性位点,包括T573C、A1062G、A1166C、G1517T 和A1878G等,其中研究较多的是A1166C多态性,该突变位于3′端非编码区,调控mRNA的转录或翻译,影响ATlR的功能。AT1R遗传多态性与ARB类药物的疗效差异有关。临床发现氯沙坦(25 mg/d)只对半数门脉高压患者安全有效,通过研究发现携带1166AA基因型的患者服用氯沙坦后门静脉压力梯度的降低幅度要比携带1166C等位基因(AC或CC基因型)携带者显著,表明携带AA基因型的患者试用氯沙坦治疗更为有效。

三、过氧化物酶体增殖物激活受体

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor,PPAR)属于核激素受体超家族,可与启动子上游的过氧化物酶体增生因子反应元件结合调控多种基因的转录。PPAR有PPARα,PPARβ/δ和PPARγ3种亚型,其中PPARγ主要在脂肪细胞中表达,是脂质稳定、脂肪干细胞分化和胰岛素作用的重要调节者,在3 种亚型中报道最多。噻唑烷二酮类降糖药是一类高亲和力PPARγ激动剂,通过提高胰岛素的敏感性影响脂肪组织中胰岛素耐受源介质的释放与表达,对胰岛素抵抗和高血糖有很好的疗效。PPARγ遗传多态性能影响该类药物的降糖作用。 人PPARγ基因定位于染色体3p25,全长超过100kb,包含9个外显子。1431C>T为常见的多态性位点,位于外显子6,为无义突变;目前研究较多的是位于外显子B的C34G,该突变处于PPARγ氨基端一个由胰岛素调节的配体非依赖性活化区域内,导致PPARγ第12位氨基酸发生Pro/Ala多态性,改变受体蛋白的构象,降低PPARγ转录活性,从而影响药效。研究表明34CG杂合子患者使用罗格列酮后血浆葡萄糖(FPG)水平和糖化血红蛋白水平(HbA1c)的降低幅度要比34CC野生型纯合子患者显著,携带34G等位基因的患者使用罗格列酮治疗更为有效。

四、μ阿片受体

μ阿片受体(mu opioid receptor,MOR)属于G蛋白耦联受体超家族,是阿片类药物的主要作用位点。MOR被激活后可抑制cAMP,促进K+ 外流和Ca2+ 内流,减弱或阻滞痛觉信号的传递,产生镇痛作用。但临床上阿片类药物的有效剂量与毒副作用程度常表现为个体差异,MOR遗传多态性是影响因素之一。 人MOR基因OPRM1定位于6q24-2,全长96.3lkb,包含3个内含子和4个外显子,目前研究发现其启动子、编码区和内含子上存在多个多态性位点,如G172T 位于外显子1 的5′端非编码区、A118G 位于外显子1 的l18 bp 处及G31A和G691C位于内含子2 上。其中研究较多的是A118G,该多态性导致MOR第4O位氨基酸发生Asn/Asp 多态性,造成其氨基端细胞外区一个公认的糖基化位点消失,从而影响MOR的功能。 通过测定癌痛患者所需的吗啡治疗量来考察Asn/Asp 多态性与其镇痛作用差异的相关性。研究发现Asp-40 突变型纯合子患者所需剂量远高于Asn-40 野生型纯合子和杂合子患者,分别为每24 h(225±143)mg,(96±92)mg和(78±54)mg,表明吗啡对Asp-40 突变型纯合子患者作用较弱,提示OPRM1 基因多态性与吗啡镇痛作用的个体差异有关。 吗啡-6-葡糖醛酸(morphine-6-glucuronide,M6G)是吗啡的活性代谢物,血浆浓度远高于吗啡,其蓄积是阿片类药物产生毒副作用的重要原因。因M6G主要经肾排泄,故肾衰患者M6G 排泄缓慢,易蓄积,文献报道肾衰患者口服90mg硫酸吗啡后体内M6G 浓度可达4 000 ng/L以上,而健康受试者仅约为400 ng/L。但临床上>20%的肾衰患者可对吗啡耐受,未见严重的毒副作用。研究表明吗啡所致的不良反应程度可能与Asn/Asp 多态性有关,Asp-40 突变型纯合子携带者易对吗啡产生耐受。

五、磺脲类受体

磺脲类药物能与胰岛β细胞膜上磺脲类受体(sulfonylurea receptor,SUR1)结合阻断其ATP 敏感性钾离子通道(KATP),促进胰岛素分泌而发挥降糖作用。KATP 通道是调控胰岛素分泌的物质基础,由钾离子内向整流器(inwardly rectifying potassium channel,Kir6.2)和SUR1两种亚单位构成。Kir6.2 是离子通透孔道,负责维持细胞的静息电位,该孔道关闭使细胞去极化,促进电压依赖性Ca2+通道开放而增加细胞内Ca2+浓度,刺激胰岛素分泌。SUR1 是受体结合位点,属于ATP 结合蛋白家族,主要分布于胰岛β细胞和大脑,对磺脲类药物具有高亲和力。临床上该类药物对2型糖尿病患者的降糖作用存在个体差异,SUR1遗传多态性是重要的影响因素。 人SUR1编码基因ABCC8定位于染色体11p15.1,平均长124 bp,包含39 个外显子,共编码1581 个氨基酸,其5′端有一个长为173 bp 的小片段为强启动子。该基因存在多个多态性位点,包括外显子16上的T3C,外显子18上的沉默突变T759T 以及几种罕见突变如外显子6上的R275Q、外显子12 上的V560M、外显子20 上的D811N 和外显子21上的R835C 等,研究较多的是位于外显子33 上的Ser1369Ala错义突变(TCC→GCC)[28-30]。有研究显示Ala-1369突变型等位基因携带者对格列奇特更为敏感,服用格列奇特后,HbA1c的下降程度更为明显。

六、维生素K环氧化物还原酶复合体

华法林是临床上广泛应用的一种口服抗凝药,主要用于预防和治疗血栓性疾病。但其有效治疗范围较窄且不同个体之间维持剂量存在较大差异性,使其在临床应用比较棘手。 除了代谢酶CYP2C9的基因多态性可以影响到华法林的疗效之外,其作用靶点维生素K环氧化物还原酶(VKOR)编码基因的多态性也在华法林需求剂量的个体差异中发挥着一定的作用。 VKOR主要由维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1(VKORC1)基因编码 ,VKOR能够催化环氧化的维生素K生成还原性维生素K,后者为γ-谷氨酰基羧化酶(GGCX)的必要辅助因子。含有谷氨酸残基的维生素K依赖性凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X、蛋白质C和蛋白质S必须经过GGCX的羧化作用,才具有活性,进而发生一系列级联反应引起血液凝固。

华法林能够抑制VKOR的催化反应,进而影响有活性的凝血因子形成,最终阻止血液凝固。 VKORC1基因位于染色体16pl1.2,全长约4kb。位于内含子1的1173C>T和3′非编码区的3730G>A是能够影响华法林需求剂量个体差异的两个常见多态位点。1173CC基因型个体华法林需求剂量(6.2mg/d)比CT或者TT基因型(4.8mg/d)高,但是1173C>T多态现象并没有影响VKORC1 mRNA的转录,其机制可能是VKORC1基因突变体能够调节VKORC1 mRNA的转录水平。另有研究发现VKORC1启动子的基因多态性(-1639G>A)是影响华法林需求剂量种族差异和个体差异的主要因素。华法林敏感者(≤1.5 mg/d)的基因型为纯合子AA,而华法林抵抗者(≥6.0mg/d)则为基因型AG或者GG。其机制是启动子多态现象改变了能够影响启动子转录活性的E-盒(CANNTG)共有序列,因此G基因的VKORC1启动子活性比A基因的启动子活性高出44% 。GG基因型的个体VKORC1启动子活性增高,引起VKORC1 mRNA表达增加,VKORC1蛋白质生成也相应增多。VKOR活性增高,还原性维生素K生成和凝血因子生成也增加,因此需要较高剂量的华法林才能达到抗凝效果。AA基因型频率在中国人和高加索人之间的分布不同。

中国人中,AA纯合子基因型占绝大多数(约82.1%),而高加索人AA纯合子基因型频率却很低(约4%),这两个人种中AA基因型频率的差异与临床上发现的中国人华法林维持剂量低于高加索人相一致。 尽管目前已证实CYP2C9和VKORC1基因多态性与华法林需求剂量的个体差异有关,但是华法林剂量变异的40%仍得不到合理解释。有学者发现编码维生素K依赖性凝血因子Ⅱ的基因突变Thr165Met、VII因子基因突变-402G>A和 γ-谷氨酰基羧化酶(GGCX)基因多态性与日本人对华法林的敏感性存在相关性,但对此现象还有争议。

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