影響美托洛爾治療效果的藥物基因組學研究進展

李樹春，王 槐

（中央民族大學中國少數(shù)民族傳統(tǒng)醫(yī)學研究院公共衛(wèi)生與遺傳研究所，北京 100081）

自20世紀50年代開始，由原發(fā)性高血壓及其他因素引發(fā)的心血管疾病已成為主要致死原因之一，嚴重威脅著人類的生命健康［1］。美托洛爾是心臟選擇性β1腎上腺素受體（β1－adrenergic receptor，ADRβ1）阻斷劑［2］，作為經(jīng)典的治療高血壓及心血管疾病藥物廣泛應(yīng)用于臨床治療。然而大量資料表明：美托洛爾的療效顯示出明顯的個體差異性，臨床較易發(fā)生藥物不良反應(yīng)。研究表明：藥物臨床反應(yīng)個體差異與藥物基因組學關(guān)系密切。藥物基因組學是通過研究藥物代謝、轉(zhuǎn)運及藥物作用受體相關(guān)基因單核苷酸多態(tài)性（SNP）對藥物療效的影響，開發(fā)新藥、指導臨床合理用藥，從而提高藥物的療效及安全性的學科。藥物基因組學研究［3］證明：藥物代謝酶、藥物受體及其下游蛋白基因的遺傳變異是造成藥物反應(yīng)個體差異的主要因素。

美托洛爾經(jīng)小腸吸收，隨血流通過門靜脈進入肝臟進行首過代謝，部分藥物經(jīng)藥物代謝酶CYP2D6代謝為α－烴基美托洛爾，經(jīng)由腎臟排出體外，其余則隨血流進入體循環(huán)送達作用靶位—ADRβ1。美托洛爾與ADRβ1具有較強的親和力，能取代神經(jīng)遞質(zhì)和兒茶酚胺與之結(jié)合，從而阻斷β受體的蛋白激酶A信號通路，抑制Ca2＋內(nèi)流，保持細胞內(nèi)Ca2＋濃度，使心肌收縮力減弱、心率減慢、排血量下降、血壓降低，從而達到降血壓和控制心血管疾病的目標。服藥一段時間后，隨著血液的交換美托洛爾不斷被送至肝臟經(jīng)CYP2D6及其他酶代謝成為α－烴基美托洛爾和O－去甲基美托洛爾，最后通過腎臟排出體外。因此，細胞色素酶CYP2D6基因、ADRB1基因和G蛋白基因的多態(tài)性是導致美托洛爾個體藥物反應(yīng)差異的主要因素。

1 ADRβ1基因多態(tài)性對美托洛爾療效的影響

ADRβ1是美托洛爾的直接作用受體，分布于大部分交感神經(jīng)節(jié)后纖維所支配的效應(yīng)器細胞膜上，是兒茶酚胺受體之一。ADRβ1主要分布于心肌，受刺激激動后引起心率和心肌收縮力增加。ADRβ1阻斷劑能與去甲腎上腺素能神經(jīng)遞質(zhì)或腎上腺素受體激動劑競爭β受體，從而產(chǎn)生拮抗作用，并對心臟起到抑制作用，表現(xiàn)為心率減慢，心肌收縮力減弱，心輸出量減少，心肌耗氧量下降。

人類ADRβ1蛋白由477個氨基酸殘基組成，其編碼基因位于10q24－26［4］。該基因有2個 SNPs位點，分別為145A－G突變導致編碼蛋白49位由絲氨酸變?yōu)楦拾彼幔⊿er49Gly）；1165G－C突變導致編碼蛋白389位由甘氨酸變?yōu)榫彼幔℅ly389Arg）［5］。對有編碼基因突變可能引起的功能改變，國內(nèi)外學者進行了不同程度的研究。Mason等［6］進行了針對389位突變的離體實驗，將Gly389－ADRB1和Arg389－ADRB1基因轉(zhuǎn)染中國倉鼠成纖維細胞進行功能表達，結(jié)果顯示：Arg等位基因較Gly389具有2倍以上的基礎(chǔ)腺苷酸環(huán)化酶活性及3倍以上的激動劑介導的腺苷酸環(huán)化酶活性，初步證明Arg389可導致ADRB1活性升高。Liu等［7］進行在體實驗，以中國健康男性青年為受試對象，采用美托洛爾干預(yù)1d后，檢測心率及收縮壓的改變，發(fā)現(xiàn)Arg389純合子較Gly389純合子變化更為顯著，分析這可能與Gly389Arg突變導致受體敏感性增加有關(guān)。進一步針對高血壓病患者的研究［8］表明：給予相同劑量的美托洛爾后，高血壓患者血壓下降幅度由高到低依次為Arg389Arg型、Gly389Arg型和Gly389Gly型，差異有統(tǒng)計學意義。李瑩等［9］在研究美托洛爾降壓療效差異時也證實了這一結(jié)論。因此，可以說明ADRB1基因G1165C基因型是影響美托洛爾療效的因素之一。

相對G1165C而言，A145G多態(tài)性對美托洛爾療效的影響尚不明確。一方面，Evans等［10］通過轉(zhuǎn)染人胚細胞實驗發(fā)現(xiàn)：Gly49－ADRB1無論基礎(chǔ)水平還是異丙腎上腺素作用下的腺苷酸環(huán)化酶活性均顯著高于Ser49－ADRB1；Johnson等［4］通過美托洛爾干預(yù)實驗也發(fā)現(xiàn)：攜帶Arg389和Ser49等位基因的患者較攜帶Gly389和Gly49的患者降壓療效明顯，具有Ser49Arg389／Ser49Arg389基因型個體較Gly49Arg389／Ser49Gly389基因型個體有更好的降壓效果。另一方面，Holtbecker等［11］則認為145位點3種基因型的受體對激動劑的親和力以及激動劑引起的腺苷酸環(huán)化酶活性均無差異，因而與高血壓發(fā)病和治療無關(guān)，同時，牛永紅等［12］在探討Ser49Gly多態(tài)性在原發(fā)性高血壓發(fā)病機制作用時也得出了相似結(jié)論。

2 CYP2D6基因多態(tài)性對美托洛爾療效的影響

美托洛爾主要在肝臟通過CYP2D6進行氧化代謝，是CYP2D6的代謝底物，給藥劑量10%的美托洛爾完全由CYP2D6進行烴基化作用代謝為α－烴基美托洛爾，而65%的美托洛爾則由CYP2D6脫甲基作用和其他酶的催化代謝為O－去甲基美托洛爾［13］。因此，CYP2D6基因多態(tài)性是引起美托洛爾血藥濃度個體差異的關(guān)鍵因素。

CYP2D6是細胞色素氧化酶P450酶系中的一個重要成員，代謝了臨床上20%～25%的處方藥物［14］。CYP2D6基因是第1個被發(fā)現(xiàn)具有多態(tài)性的藥物代謝酶基因，也是最具多態(tài)性的藥物代謝酶基因［15］，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并命名了70多個等位基因［16］。CYP2D6基因位于22號染色體上（22q13.1），含有9個外顯子，總長達7000bp，其編碼的蛋白質(zhì)由497個氨基酸殘基組成，其相對分子質(zhì)量為51000，主要分布在肝臟、大腦、心肌及小腸中。

CYP2D6基因突變的發(fā)生主要是因堿基的缺失、插入或替換引起了讀碼框架移位，甚至是大片段基因的丟失以及基因的復制或擴增［17］，根據(jù)其代謝表型可分為超快代謝型、強代謝型、中間代謝型和弱代謝型。常見CYP2D6等位基因在不同人群的分布頻數(shù)［18］見表1。

表1 常見CYP2D6等位基因在不同人群的分布頻數(shù)Tab.1 The distribution frequencies of common CYP2D6 allele in different population

分析各等位基因?qū)γ劳新鍫査幋鷦恿W的影響發(fā)現(xiàn)：攜帶CYP2D6＊2的中國人群對于美托洛爾的藥代動力學過程無影響，而CYP2D6＊10純合子變異比雜合子變異對美托洛爾藥代動力學的影響較大，且呈現(xiàn)基因與劑量相關(guān)效應(yīng)，特別是CYP2D6＊10可以使心律不齊患者體內(nèi)美托洛爾血藥濃度升高［19］，但高血壓患者血壓降低程度在CYP2D6＊1＊1、＊1＊10、＊10＊10間卻無差異，說明CYP2D6＊10突變可顯著改變美托洛爾的藥代動力學，但對其降壓療效無顯著影響。在韓國人群中，CYP2D6＊10組美托洛爾的血藥濃度的AUC、最大血漿濃度Cmax、消除半衰期T1／2與CYP2D6＊1／＊1組均有著顯著差異，而攜帶CYP2D6＊10／＊10者的美托洛爾的口服清除率比CYP2D6＊1／＊1低40%［20］。

3 G蛋白基因多態(tài)性對美托洛爾療效的影響

G蛋白又稱鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白，是腎上腺素受體的下游蛋白，位于細胞膜內(nèi)側(cè)，與胞膜外側(cè)的受體及胞內(nèi)效應(yīng)蛋白偶聯(lián)，在信號傳遞過程中起中介和轉(zhuǎn)換作用。當G蛋白結(jié)構(gòu)、含量和功能異常時，可以放大或縮小神經(jīng)遞質(zhì)和激素的效應(yīng)［21］。G蛋白由α、β和γ3個亞單位構(gòu)成，在非活性狀態(tài)下α、β和γ構(gòu)成復合體，Gα與GDP聯(lián)接，一旦G蛋白的偶聯(lián)受體與配體相結(jié)合，GDP被GTP取代，Gα與Gβγ復合體分離，并作用于效應(yīng)蛋白。目前研究發(fā)現(xiàn)編碼G蛋白α亞單位（GNAS1）及β3亞單位（GNB3）的基因多態(tài)性與高血壓及心血管疾病有關(guān)［22］。

3.1 GNβ3基因多態(tài)性的相關(guān)影響 GNB3基因位于染色體12q13，長約7500bp，由11個外顯子和10個內(nèi)含子組成，編碼340個氨基酸，相對分子質(zhì)量為37000［23］。研究［24－25］發(fā)現(xiàn)：GNB3基因存在多種多態(tài)性，其中最常見的為C825T多態(tài)性。常見GNB3等位基因在不同人群的分布頻數(shù)［26］見表2。

表2 常見GNB3等位基因在不同人群的分布頻數(shù)Tab.2 The distribution frequencies of common GNB3allele in different population

GNB3基因C825T多態(tài)性為GNB3基因轉(zhuǎn)錄mRNA核苷酸序列第498～620位堿基缺失，導致第3個WD結(jié)構(gòu)中后4個氨基酸及第4個WD結(jié)構(gòu)中的前37個氨基酸缺失，最終形成的G蛋白復合體比野生型G蛋白復合體的活性更高［27］。

GNB3C825T不僅可能參與原發(fā)性高血壓的發(fā)生機制，而且可能會對降壓藥物的降壓效果產(chǎn)生影響［22］。韓璐璐等［28］在研究GNB3基因C825T基因多態(tài)性與美托洛爾藥效學關(guān)系時發(fā)現(xiàn)：GNB3C825T基因多態(tài)性與美托洛爾治療后葉尖收縮壓及舒張壓下降有關(guān)，其中CC型下降最多，CT型次之，TT型最小。并且由于ADRβ1基因G1165C突變位于與G蛋白偶聯(lián)的重要區(qū)域，因此ADRβ1基因G1165C突變還與GNB3C825T聯(lián)合影響美托洛爾心血管效應(yīng)［29］。

3.2 GNAS1基因多態(tài)性的相關(guān)影響 GNAS1基因定位于染色體20q13.2－13.3［30］，GNAS1基因 T393C多態(tài)性為編碼GNAS1基因的第5外顯子393位點，存在1個無義突變（ATT－ATC），產(chǎn)生1個Fok1酶多態(tài)性位點，該多態(tài)性位點與原發(fā)性高血壓及ADRB1阻滯劑的療效相關(guān)［31］。

在中國健康人群中，GNAS1第393位突變等位基因C的發(fā)生頻數(shù)為34.9%，其基因型頻數(shù)符合Hardy－Weinberg平衡。與日本人群比較，其基因型和等位基因頻數(shù)差異無統(tǒng)計學意義，與白種人比較則顯著降低，與黑種人比較其基因型頻數(shù)差異有統(tǒng)計學意義［31］。研究［32－33］顯示：β受體阻滯藥對T393C基因型人群有顯著降壓作用，但對美托洛爾的具體影響尚不明確，譚珍妮［30］在對318例特發(fā)性室性早搏患者進行臨床研究時發(fā)現(xiàn)：ADRβ1阻滯劑對CC基因型人群療效較為明顯。

4 討 論

藥物在體內(nèi)通過吸收、分布、代謝和排泄4個過程發(fā)揮藥效，每個過程主要功能蛋白的改變均會對其藥效的發(fā)揮產(chǎn)生影響。對美托洛爾而言，藥物作用靶點ADRβ1、G蛋白和代謝酶CYP2D6是決定其藥效的關(guān)鍵功能蛋白，這些蛋白基因的遺傳多態(tài)性決定了美托洛爾藥物療效的個體差異。

綜合分析目前的研究結(jié)果，可將這些基因分成兩類：一類決定藥物代謝動力學，主要為CYP2D6基因，其多態(tài)性可影響血藥濃度，延長或縮短藥物作用時間，但與美托洛爾的各種效應(yīng)無關(guān)；另一類影響藥效學，包括ADRβ1基因和G蛋白基因，其多態(tài)性直接影響美托洛爾的療效。因此，雖然多種基因多態(tài)性均對美托洛爾的療效產(chǎn)生影響，但比較而言，ADRβ1和G蛋白基因是影響美托洛爾個體間療效差異的決定因素。

與其他藥物相類似，在美托洛爾療效上的個體差異由多種因素共同決定，除遺傳因素外，性別、年齡、體質(zhì)量、血漿腎素活性、個體器官功能及藥物間相互作用均可能成為影響美托洛爾代謝和療效的因素［34］。在討論單一因素所引起的效應(yīng)時，應(yīng)該同時綜合其他因素共同分析。隨著研究的不斷推進，藥物基因組分析可能成為指導合理使用美托洛爾的有效策略。

［1］劉力生.中國高血壓防治指南［M］.3版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2010：12.

［2］Walash MI，Belal FF，El－Enany NM，et al.Synchronous fluorescence spectrofluorimetric method for the simultaneous determination of metoprolol and felodipine in combined pharmaceutical preparation［J］.Chem Cent J，2011，5（1）：70.

［3］Evans WE，Relling MV.Pharmacogenomics：translating functional genomics into rational therapeutics ［J］.Science，1999，286（5439）：487－491.

［4］Johnson JA，Zineh I，Puckett BJ.Beta 1－adrenergic receptor polymorphisms and anti－h(huán)ypertensive response to metoprolol［J］.Clin Pharmacol Ther，2003，74（3）：44－52.

［5］Kyungsoo P，Seong BJ，Tae DK，et al.The effect of beta1－adrenergic receptor gene polymorphism on prolongation of corrected QT interval during endotracheal intubation under sevoflurane anesthesia ［J］.Korean J Anesthesiol，2011，61（2）：117－121.

［6］Mason DA，Moare JD，Green SA，et al.A gain－of－function polymorphism in a G－protien coupling domain of the human betal－adrenergic receptor［J］.J Biol Chem，1999，274（18）：12670－12674.

［7］Liu J，Liu ZQ，Tan ZR，et al.Gly389Arg polymorphism of betal－adrenergic receptor is associated with the cardiovascular response to metoprolol［J］.Clin Pharmacol Ther，2003，74（4）：372－379.

［8］Liu J，Liu ZQ，Yu BN，et al.Betal－Adrenergic receptor polymorphisms influence the response to metoprolol monotherapy in patients with essential hypertension［J］.Clin Pharmacol Ther，2006，80（1）：23－32.

［9］李 瑩.美托洛爾降壓療效差異相關(guān)機制的臨床與基礎(chǔ)研究［D］.長沙：中南大學，2008.

［10］Evans WE，Meleod HL.Pharmacogenomics－drug disposition，drug targets，and side effects［J］.N Engl J Med，2003，348（6）：538－549.

［11］Holtbecker N，F(xiàn)romm MF.Kroemer for induction of gut wall metabolism［J］.Drug Metab Dispos，1997，25（9）：1107－1109.

［12］牛永紅，馬厚勛，李章勇，等.β1腎上腺能受體基因Ser49Gly多態(tài)性與原發(fā)高血壓 相關(guān)性研究［J］.高血壓雜志，2003，11（5）：440－442.

［13］翟曉艷，崔 煒，張亞楠，等.國人CYP2D6＊10基因多態(tài)性研究［D］.石家莊：河北醫(yī)科大學，2010，31（2）：128－131.

［14］Gaedigk A，F(xiàn)rank D，F(xiàn)uhr U.Identification of a novel nonfunctional CYP2D6allele，CYP2D6＊69，in a Caucasian poor metabolizer individual［J］.Eur J Clin Pharmacol，2009，65（1）：97－100.

［15］van Schaik RH.CYP450pharmacigeneties for personalizing cancer therapy［J］.Drug Resist Updat，2008，11（3）：77－98.

［16］Zanger UM，Turpeinen M，Klein K，et al.Functional pharmacogenetics／genomics of human cytochromes P450 involved in drug biotransformation［J］.Anal Bioanal Chem，2008，392（6）：1093－1108.

［17］De Gregori M，Allegri M，De Gregori S，et al.How and why to screen for CYP2D6interindividual variability in patients under pharmacological treatments ［J］.Curr Drug Metab，2010，11（3）：276－282.

［18］朱志慧，李樹春，徐斯凡.藥物代謝酶CYP2D6基因多態(tài)性及表型的研究進展［J］.國際遺傳學雜志，2009，32（5）：354－359.

［19］李 芹，王 睿，郭 雅.中國人群CYP2D6基因多態(tài)性對美托洛爾藥代動力學的影響［J］.中國臨床藥理學與治療學，2008，13（7）：796－802.

［20］Jin SK，Chung HJ，Chung MW，et al.Influence of CYP2D6＊10on the pharmacokinetics of metoprolol in healthy Korean volunteers［J］.J Clin Pharm Ther，2008，33（5）：567－573.

［21］張武德，閻 煒.G蛋白β3亞單位基因多態(tài)性與高血壓及肥胖的關(guān)系［J］.蘭州醫(yī)學院學報，2003，29（3）：62－64.

［22］Li DB，Hua Q.The relationship between hypertension，hypertension treatment and polymorphism of GNB3gene［J］.J Med Postgrad，2003，16（9）：692－695.

［23］Rosskopf D，Bush S，Maanthey I，et al.G proteinβ3gene，structure，promoter，and additional polymorphisms［J］.Clin Exp Hypertens，2000，36（1）：33－41.

［24］Sondek J，Bohm A，Lambright DG，et al.Crysial structure of a GA proteinβγdimer at 2.1Aresolution［J］.Nature，1996，379（6563）：369－374.

［25］Levine MA，Smallwood PM，Moen PT，et al.Molecular cloning of beta 3subunit，a third form of the G protein betasubunit polypeptide［J］.Proc Nail Acad Sci USA，87（6）：2329－2333.

［26］穆葉賽.GNB3基因多態(tài)性與心血管病研究進展［J］.新疆醫(yī)學，2008，38（6）：100－106.

［27］Siffert W，Rorester P，Jockel KH，et al.Wordwide ethnic distribution of the G protein beta3subunit 825Tallele and its association with obesity in Caucasian，Chinese and Black African individuals［J］.J Am Soc Nephrol，1999，10（9）：1921－1930.

［28］韓璐璐，李 娜，蔣雄京，等.CNB3基因C825T多態(tài)性與美托洛爾藥效的相關(guān)性研究［J］.中國新藥雜志，2010，19（9），762－765，768.

［29］黃海英.ADRB1G1165C基因多態(tài)性與GNB3C825T聯(lián)合突變對美托諾爾心血管效應(yīng)的影響［D］.長沙：中南大學，2008.

［30］譚珍妮.GNAS1基因T393C單核苷酸多態(tài)性與特發(fā)性室性早搏及β－Blockade對其藥效學的相關(guān)性研究［D］.廣州：南方醫(yī)科大學，2010.

［31］Kaderi MA，Murray F，Jansson M.The GNAS1T393C polymorphism and lack o clinical prognostic value in chronic lymphocytic leukemia［J］.Leuk Res，2008，32（6）：984－987.

［32］Trotta R，Donati MB，Iacoviello L.Trends in pharmacogenomics of drugs acting on hypertension ［J］.Pharmacol Res，2004，49（4）：351－356.

［33］Jia H，Hingorani AD，Sharma P，et al.Association of the G（s）alpha gene with essential hypertension and response to beta－blockade［J］.Hypertension，1999，34（1）：8－14.

［34］Ye HB，Zheng H，Zhang XA，et al.Population pharmacokinetic modeling and evaluation of propofol from multiple centers［J］.Acta Pharmaceut Sin，2010，45（12）：1550－1558.