基因個(gè)體化治療在心血管疾病中的應(yīng)用前景

劉欣 周瓊瓊 洪葵 綜述

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科，江西 南昌 330006)

1 前言

心血管系統(tǒng)疾病是人類常見疾病之一，據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，全球每年死于心血管病的人數(shù)將由2008 年的1 730 萬人上升至2030 年的2 360 萬人，這也跟預(yù)計(jì)的全球人口增長及老齡化相關(guān)［1］。

對(duì)心血管疾病的傳統(tǒng)治療方法是基于臨床隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)普遍群體治療，然而往往不適用于所有患者，對(duì)部分患者甚至可能造成傷害。個(gè)體化治療則是根據(jù)每個(gè)患者特有的遺傳基質(zhì)、臨床表現(xiàn)及其生活習(xí)慣和環(huán)境作出準(zhǔn)確的診斷，并針對(duì)個(gè)體制定最有效的治療方法，使患者在最大程度上獲益。

2 心血管疾病遺傳學(xué)發(fā)展

與遺傳相關(guān)的心血管病包括家族性高膽固醇血癥、早發(fā)心肌梗死、擴(kuò)張型及肥厚型心肌病、長QT 綜合征(LQTS)和馬方氏綜合征等［2］。盡管如此，此類疾病中單個(gè)致病基因變異往往對(duì)表型造成很大影響。更多心血管疾病仍以復(fù)雜形式存在，通常由基因、環(huán)境、飲食等多因素引起。隨著遺傳檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其在高通量并行的下一代測序出現(xiàn)之后，測序時(shí)間極大縮短的同時(shí)成本也顯著降低。全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)、全外顯子組測序以及基因組結(jié)構(gòu)變異相關(guān)研究在心血管疾病中廣泛開展起來。得益于GWAS，通過大規(guī)模病例對(duì)照人群檢測篩查疾病相關(guān)基因變異，數(shù)百個(gè)心血管病相關(guān)基因座陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)［3］，并在此基礎(chǔ)上采用基因型陣列、單體型圖譜和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)心血管病相關(guān)變異進(jìn)行組合分類。

隨著越來越多心血管致病基因、危險(xiǎn)因素、亞臨床指標(biāo)和疾病終點(diǎn)等相關(guān)新型基因及基因修飾物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)心血管疾病生物學(xué)通路的了解也越來越深入。這些發(fā)現(xiàn)也正逐漸應(yīng)用于心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測及防治，盡管基礎(chǔ)研究與臨床應(yīng)用之間的轉(zhuǎn)化仍處于不成熟階段，但基因個(gè)體化治療是未來心血管疾病防治的必然趨勢［4］。

3 心血管疾病個(gè)體化治療

3.1 個(gè)體化藥物治療

人們對(duì)個(gè)體化藥物治療的認(rèn)識(shí)起源于個(gè)體間對(duì)藥物反應(yīng)的巨大差異，這種差異主要取決于個(gè)體一般特征(如年齡、體質(zhì)量指數(shù)和性別等)、環(huán)境(如藥物間或藥物與食物的相互作用)和基因型。研究發(fā)現(xiàn)藥物代謝酶、轉(zhuǎn)運(yùn)體以及藥物靶點(diǎn)相關(guān)基因變異可通過影響藥代動(dòng)力學(xué)及藥效動(dòng)力學(xué)改變藥物的分布及清除，從而影響個(gè)體對(duì)藥物有效性及毒性的反應(yīng)。遺傳藥理學(xué)研究在心血管領(lǐng)域較為活躍，主要包括抗凝藥物華法林、抑制血小板聚集藥物氯吡格雷以及他汀類降脂藥物。

3.1.1 華法林

作為最常用的口服抗凝藥，華法林被廣泛用于治療靜脈血栓栓塞、心房顫動(dòng)和機(jī)械性心臟瓣膜患者。盡管華法林的臨床使用已超過半個(gè)世紀(jì)，但出血或血栓栓塞仍是患者常出現(xiàn)的不良反應(yīng)［5］。將國際標(biāo)準(zhǔn)化比值(INR)控制在2.0～3.0 是監(jiān)測華法林使用劑量的通用指標(biāo)，然而不同個(gè)體維持劑量卻有極大差異［6］?；颊邔?duì)華法林反應(yīng)差異相關(guān)遺傳藥理學(xué)研究指出，30%～40%取決于參與藥物代謝的細(xì)胞色素P4502C9 同工酶編碼基因CYP2C9 和維生素K 編碼基因VKORC1 單核苷酸多態(tài)性(SNPs)［7］。

CYP2C9 R144C(* 2)和CYP2C9 I359L(* 3)常見于白種人，在亞洲人中少見［8］，在非裔美國人中極罕見［9］。兩種基因型分別引起酶活性降低30%～40%和80%～90%，減慢華法林清除，導(dǎo)致半衰期延長，INR 加速到達(dá)治療水平，從而降低劑量需求［8］。在非裔美國人中常見的其他幾型CYP2C9 D360E(* 5)、10601del A(* 6)、R150H(* 8)和R335E(* 11)，同樣需減少華法林劑量［10］。VKORC1 相關(guān)SNPs -1639G＞A 則改變啟動(dòng)子區(qū)域轉(zhuǎn)錄結(jié)合位點(diǎn)引起酶表達(dá)降低，增加對(duì)華法林的敏感性［8］。

以遺傳藥理學(xué)為基礎(chǔ)指導(dǎo)華法林的使用，本該從縮短起始用藥時(shí)間、穩(wěn)定INR、優(yōu)化治療窗內(nèi)時(shí)間以及減少不良反應(yīng)這幾方面使患者獲益［11］，然而實(shí)際臨床應(yīng)用的效果卻存在爭議。近來，兩大關(guān)于基因型指導(dǎo)華法林治療效用的多中心隨機(jī)對(duì)照研究相繼報(bào)道。來自歐洲的EU-PACT 研究顯示，根據(jù)基因型決定華法林劑量組治療窗內(nèi)時(shí)間所占百分比更高，且不良事件明顯減少。而美國COAG 研究并未發(fā)現(xiàn)基因型特異的華法林治療比傳統(tǒng)治療方法效果好［12-13］。兩大試驗(yàn)中截然不同的結(jié)果也許取決于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)差異，主要表現(xiàn)在藥物劑量計(jì)算策略上，EU-PACT 采用負(fù)荷劑量，而COAG 中使用維持劑量;以及納入人群的不同，COAG 中的研究人群較EU-PACT 存在明顯的多樣性，尤其是非裔美國人對(duì)基因型計(jì)算的藥物劑量反應(yīng)不佳，影響了整體效果。根據(jù)基因型指導(dǎo)用藥能否成為未來華法林治療的方向期待更多大規(guī)模臨床試驗(yàn)加以確立。

3.1.2 氯吡格雷

氯吡格雷作為冠心病中常規(guī)使用的抗血小板聚集藥物，臨床療效在不同個(gè)體間卻存在較大差異。盡管在臨床中存在一些預(yù)測因素，如老齡(＞65歲)、高體質(zhì)量指數(shù)、藥物相互作用抑制CYP 酶、糖尿病和腎衰竭等，可拮抗血小板對(duì)氯吡格雷的反應(yīng)，但這些情況僅能解釋少部分病例［14］。CYP2C19 是參與氯吡格雷體內(nèi)活化的重要代謝酶，研究發(fā)現(xiàn)CYP2C19 至少存在25 個(gè)變異體，但大部分并不改變酶的活性。CYP2C19 * 2 在非洲人和白種人中的等位基因頻率為0.15，在亞洲人中≤0.35，CYP2C19 * 3 則主要存在于亞洲人，分別通過異常剪切和提前終止密碼導(dǎo)致酶功能失活［15］，從而減少體內(nèi)循環(huán)活化氯吡格雷代謝產(chǎn)物，引起患者治療后高血小板反應(yīng)性［16］。CYP2C19 c.-806C ＞T(* 17)是另一個(gè)常見的多態(tài)性，在非洲人、白種人以及亞洲人中的等位基因頻率分別為0.16，0.027 和0.18，然而不同的是，它可通過增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄作用引起功能獲得［15］。

多項(xiàng)薈萃分析一致認(rèn)為CYP2C19 功能喪失性等位基因(尤其是CYP2C19* 2)可顯著增加冠狀動(dòng)脈介入治療(PCI)術(shù)后支架血栓形成風(fēng)險(xiǎn)，但是否增加主要心血管不良事件風(fēng)險(xiǎn)還存在爭議，盡管如此，基因型指導(dǎo)氯吡格雷治療劑量仍將成為主導(dǎo)趨勢。2013年更新的臨床遺傳藥理學(xué)實(shí)施協(xié)會(huì)指南指出，攜帶功能喪失性CYP2C19 基因變異的冠心病患者PCI 術(shù)后應(yīng)更換抗血小板治療方案，如改用普拉格雷或替卡格雷［15］。CYP2C19 * 17 也并非想象中對(duì)減少支架血栓形成有益，反而可能增加出血風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.3 他汀類藥物

目前，已超過40 個(gè)候選基因與他汀類藥物的降脂效果相關(guān)。然而，主要研究仍然集中于他汀類藥物致肌肉毒性相關(guān)SLCO1B1 基因變異。SLCO1B1 V174A(* 5)被發(fā)現(xiàn)與他汀類藥物，尤其是辛伐他汀強(qiáng)烈相關(guān)［17］。該變異可干擾OATP1B1 在肝細(xì)胞膜上定位，降低其轉(zhuǎn)運(yùn)能力，從而升高血漿辛伐他汀濃度，增加藥物在骨骼肌的暴露時(shí)間。值得注意的是，近來有研究通過基因表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)參與肌酸合成的甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶編碼基因GATM 可防御他汀藥物引起的肌性病變，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也顯示它可能與他汀類藥物有效性和毒性功能相關(guān)［18］。由于體內(nèi)他汀類藥物暴露程度與肌性病變的關(guān)系并不像INR 水平與出血或血栓的關(guān)系一樣直接明了，相關(guān)基因變異對(duì)臨床他汀類藥物應(yīng)用策略的影響需進(jìn)一步明確。

3.2 心血管疾病基因治療

最初作為單基因遺傳病治療策略的基因療法，逐漸被發(fā)現(xiàn)可廣泛應(yīng)用于獲得性多基因疾病，包括外周血管疾病、缺血性心臟病、心律失常和心力衰竭(心衰)?；蛑委煹呐R床試驗(yàn)已迎來第25 個(gè)年頭，進(jìn)展雖然緩慢但卻穩(wěn)步走向臨床成功。作為繼腫瘤之后第二大基因治療臨床研究對(duì)象，心血管疾病基因療法已呈現(xiàn)出巨大潛力。

LQTS 是基因型與表現(xiàn)型關(guān)系研究的典范，也是最早成為基因特異性治療研究的對(duì)象。LQTS 的三大臨床類型具有不同特性，一般情況下，LQT1 應(yīng)避免劇烈活動(dòng)等交感神經(jīng)刺激;LQT2 好發(fā)于睡眠或突然的噪音干擾，對(duì)血清鉀離子也較為敏感，應(yīng)注意給患者提供適當(dāng)生活環(huán)境，避免鉀離子攝入;SCN5A 基因功能獲得性的LQT3 則建議常規(guī)測試鈉離子通道阻滯劑的使用，以輔助治療。然而藥物、起搏器或埋藏式心臟復(fù)律除顫器植入和左側(cè)心交感神經(jīng)切除術(shù)等治療方法仍然局限。誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞(iPSC)是近來研究疾病發(fā)生機(jī)制的新型手段。繼LQT2 相關(guān)人c.G1681A突變通過皮膚組織通過iPSC 被成功誘導(dǎo)為特異的心肌細(xì)胞后，研究采用等位基因特異的RNA 干擾(RNAi)將突變基因敲除后，細(xì)胞功能重新恢復(fù)正常［19］。目前，人心肌細(xì)胞等位基因特異性RNAi 轉(zhuǎn)導(dǎo)方案尚未見報(bào)道，它的呈遞方法、安全性、劑量以及時(shí)效性在心血管疾病中的臨床應(yīng)用還有待更多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

腺相關(guān)病毒(AAV)高效轉(zhuǎn)導(dǎo)、持續(xù)表達(dá)，非致病原性以及有絲分裂后組織如心臟、骨骼肌、大腦等中高度易感性的優(yōu)勢，使之成為臨床試驗(yàn)中最常用的基因轉(zhuǎn)運(yùn)工具。在心血管AAV 基因治療領(lǐng)域中，唯一進(jìn)入臨床二期試驗(yàn)的CUPID 心衰治療研究已初見成效，他們通過AAV1 將肌漿網(wǎng)鈣離子ATP 酶(SERCA2a)經(jīng)冠狀動(dòng)脈注入，提高心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)內(nèi)鈣離子回收能力［19］。在為期6 個(gè)月的治療后，心衰患者包括癥狀、功能狀態(tài)、左室功能/重構(gòu)和臨床后果在內(nèi)的多項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)得到顯著改善［20］。越來越多AAV 相關(guān)心血管病基因治療研究在心肌病、心律失常、動(dòng)脈粥樣硬化以及高血壓動(dòng)物模型中取得成效，如兒茶酚胺敏感性室性心動(dòng)過速(CPVT)R33Q 小鼠模型中，通過AAV9 將野生型CASQ2 基因經(jīng)腹腔導(dǎo)入體內(nèi)，可長期逆轉(zhuǎn)CPVT 表現(xiàn)［21］。盡管如此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并不一定經(jīng)得起考驗(yàn)，大規(guī)模安慰劑隨機(jī)雙盲對(duì)照臨床試驗(yàn)才是決定基因治療臨床獲益的關(guān)鍵。

4 總結(jié)

針對(duì)不同個(gè)體特征，采用特定的防治手段，使心血管疾病的治療有效性最大化、危害性最小化是最理想的治療目標(biāo)。隨著人體本質(zhì)即基因及其修飾物質(zhì)被逐漸深入理解，心血管疾病的發(fā)生機(jī)制日益明確，依據(jù)個(gè)體基因型特性確立治療方案正由理想邁向現(xiàn)實(shí)。但無論是個(gè)體化藥物治療還是基因治療，在真正轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用之前，仍面臨有效性、毒性、技術(shù)等一系列問題的挑戰(zhàn)。心血管疾病個(gè)體化治療道路雖然崎嶇但前景無限光明。

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