抗精神病藥物個體差異的全基因組關(guān)聯(lián)分析研究進展☆

宋煒宸 禹順英

抗精神病藥物（antipsychosis,AP）治療是目前精神分裂癥（schizophrenia,SCZ）最主要的有效治療方法，然而，SCZ患者對AP的反應(yīng)有極大個體差異[1]。越來越多證據(jù)表明，AP個體反應(yīng)差異有著復(fù)雜的遺傳背景，了解這些遺傳背景可以幫助臨床醫(yī)生更好地給予患者個體化用藥[2]。全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association study,GWAS）是在全基因組水平上對大量單核苷酸多態(tài)性（single neucleotide polymorphism,SNP）和拷貝數(shù)變異（copy number variation,CNV）進行分型，進而分析這些遺傳標記與某一表型關(guān)聯(lián)的研究。不同于候選基因研究 （candidate gene study），GWAS不預(yù)設(shè)假設(shè)，因而可以發(fā)現(xiàn)許多新的、與表現(xiàn)型無已知生物學(xué)關(guān)聯(lián)的易感位點，這使GWAS近年來在復(fù)雜疾病和復(fù)雜性狀的遺傳學(xué)基礎(chǔ)研究中占有越來越重要地位。AP療效和不良反應(yīng)的研究也采用了這一方法，并取得一些突破性結(jié)果，本文將對這一領(lǐng)域的研究進展進行綜述。

1 GWAS與抗精神病藥物療效相關(guān)位點的研究

針對抗精神病藥物療效相關(guān)位點的GWAS較為豐富，其中多中心項目往往同時研究多種藥物，單中心研究則聚焦于單個藥物。研究結(jié)果在多巴胺通路相關(guān)基因上有較多重合，在各個藥物特異性作用位點上也有顯著結(jié)果，在其它基因上的結(jié)果則較為分散。

中國抗精神病藥藥物基因組學(xué)聯(lián)盟的GWAS研究[3]是第一項以漢族人群為研究對象的AP療效GWAS，也是目前關(guān)于AP療效GWAS中規(guī)模最大、研究藥物最多、結(jié)果最具顯著性的一項。該研究包含2413例先證被試與1379例驗證被試，共納入5種二代AP與2種一代AP。在對所有抗精神病藥物合并分析時，該研究發(fā)現(xiàn)5個SNP與抗精神病藥物療效的關(guān)聯(lián)達到全基因組顯著性水平 （genomewide significance,GWS），即P＜5×10-8。 對各藥物組分別分析，rs2239063（CACNA1C基因）與奧氮平的療效、rs6921385（SLC1A1基因）與利培酮的療效、rs17022006（CNTN4基因）與阿立哌唑的療效關(guān)聯(lián)性達到WGS。進一步利用上述5個SNP建立患者服用AP后癥狀是否緩解的預(yù)測模型，其曲線下面積達到0.78[3]。這些結(jié)果說明，利用GWAS發(fā)現(xiàn)的位點建立臨床預(yù)測模型以指導(dǎo)用藥具有很高的臨床應(yīng)用潛力。

在此之前，本領(lǐng)域最大規(guī)模的研究是美國國家心理衛(wèi)生研究所資助的臨床抗精神病藥物干預(yù)效果試驗（the Clinical Antipsychotic Trials of Intervention Effectiveness，CATIE）[4]。該項目納入1500例美國精神分裂癥患者，在隨機雙盲試驗中給予患者1種二代AP或氟奮乃靜，并記錄患者癥狀變化及副作用。雖然該研究的樣本量小于我國GWAS[3]，但其隨訪時間長，研究指標（包括精神病癥狀、心理學(xué)指標、副作用等）更加廣泛。先后有3篇文獻[5-7]對CATIE收集的療效數(shù)據(jù)及遺傳學(xué)數(shù)據(jù)進行GWAS（表1）。比較其結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，無論是在不同藥物間還是在不同癥狀嚴重程度測量指標間，重合的結(jié)果均非常有限。這說明無論是不同藥物的作用機制，還是不同癥狀的發(fā)生機制，均有很大異質(zhì)性。因此以CATIE的結(jié)果建立臨床預(yù)測模型，必須仔細處理這些干擾變量。

與中國抗精神病藥藥物基因組學(xué)聯(lián)盟和CATIE相比，單中心的GWAS往往規(guī)模較小，且聚焦于單個藥物。2009年LAVEDAN等[8]基于新上市的伊潘立酮（其高5-羥色胺2A和多巴胺D2受體親和力與普通非典型AP相似，而高去甲腎上腺素α2c受體親和力與低組胺受體親和力則使其具有更好的抗抑郁效果與更低的鎮(zhèn)靜副作用）三期臨床試驗是第一個在AP研究中應(yīng)用GWAS的報道。該研究對218例接受伊潘立酮治療 （隨機分成先證樣本和驗證樣本）、103例接受齊拉西酮治療、105例接受安慰劑治療的精神分裂癥患者行全基因組SNP芯片分型，雖然沒有一個SNP達到嚴格意義的 GWS（P＜5×10-8），但以 P值最小的100個SNP進行后續(xù)獨立樣本驗證時，發(fā)現(xiàn)6個SNP與伊潘立酮療效有關(guān)，其中位于NPAS3基因的rs11851892與伊潘立酮療效關(guān)系最顯著，另外5個SNP分別位于XKR4、TNR、GRIA4、GFRA2 及 HTR7 基因附近[8]。

LI等[9]在2017年發(fā)表的研究是當時CATIE以外研究AP療效樣本量最大的GWAS，包含來自12項臨床研究1390例使用帕利哌酮的歐洲裔患者，患者隨機分為兩組后分別給予帕利哌酮緩釋片或長效針劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ADCK1基因rs56240334與用藥前后臨床總體印象量表—嚴重程度（clinical global impression-severity,CGI-S）評分變化（P=7.97×10-8）及陽性與陰性癥狀量表 （positive and negative symptom scale,PANSS）評分變化（P=8.72×10-7）顯著相關(guān)，且這種關(guān)聯(lián)不隨給藥途徑而變化。ADCK1基因與精神分裂癥的生物學(xué)聯(lián)系尚不清楚，但有報道稱其變異可影響顱內(nèi)體積[10]。進一步利用GCTA軟件[11]計算出該研究所涉及SNP對帕利哌酮治療效果的遺傳貢獻度在0.32～0.42（因所選癥狀量表不同而異）[9]。與CATIE的結(jié)果類似，這一結(jié)果也從側(cè)面佐證了不同量表中包含的癥狀異質(zhì)性具有遺傳學(xué)基礎(chǔ)。

表1 基于CATIE數(shù)據(jù)3項分析顯著影響抗精神病藥物療效的多態(tài)性位點GWAS結(jié)果

SACCHETTI等[12]同樣也在一項對86例精神分裂癥患者進行為期2周的利培酮療效研究中進行GWAS，發(fā)現(xiàn)（GRM7谷氨酸代謝性受體7）基因上rs2133450與用藥后首2周療效顯著相關(guān)。隨后，作者又從CATIE中抽取97例經(jīng)利培酮治療9個月的歐洲裔患者進行這一位點的基因分型，證實了rs2133450與利培酮療效的關(guān)系[12]。

LI等[13]對302例服用魯拉西酮的SCZ患者進行GWAS及后續(xù)研究。GWAS發(fā)現(xiàn)172個SNP與魯拉西酮治療精神分裂癥的療效有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜1×10-4）。后續(xù)的功能基因網(wǎng)絡(luò)分析則發(fā)現(xiàn)這些SNP多位于突觸連接與骨架蛋白基因、可變剪切基因、離子通道基因附近。這其中有許多基因已被證實與SCZ發(fā)病有關(guān)，如NRXN1、MAGI2等[14]。共表達分析則發(fā)現(xiàn)許多SNP可能影響HTR7的表達，后者正是魯拉西酮特征性作用位點之一[13]。這幾項針對單藥的GWAS都發(fā)現(xiàn)與藥物作用離子通道相關(guān)的位點可影響藥物療效，提示我們在臨床用藥前設(shè)計藥物特異性的基因檢測方案對優(yōu)化藥物療效或許有很大幫助。

2 GWAS與抗精神病藥副作用相關(guān)位點的研究

AP的副作用復(fù)雜多樣，除常見的錐體外系反應(yīng)（帕金森綜合征、急性肌張力障礙、遲發(fā)型運動障礙等）[15]、代謝與內(nèi)分泌紊亂（體重上升、血脂異常、高催乳素血癥等）、精神癥狀（鎮(zhèn)靜、激越等）及胃腸道癥狀外，心血管副作用（體位性低血壓、長QT綜合征）與罕見的粒細胞缺乏均有潛在致死性[16]。了解AP副作用的遺傳學(xué)基礎(chǔ)對安全用藥具有很大意義。目前，針對抗精神病藥副作用相關(guān)位點的GWAS多集中在代謝副作用上，所得的結(jié)果也易于用已有生物學(xué)知識進行解釋。這與代謝副作用的出現(xiàn)頻率以及測量方便性有很大關(guān)聯(lián)。針對其它副作用的研究則亟待補充與完善。

2.1 代謝副作用與經(jīng)典抗精神病藥相比，非典型抗精神病藥更易于導(dǎo)致代謝副作用，包括血脂、血糖異常，體重增加等[17]。其中，體重增加是不少GWAS的焦點。YU等[18]對534例單一服用非典型抗精神病藥物8周的中國漢族SCZ患者進行GWAS，發(fā)現(xiàn)編碼受體型酪氨酸磷酸化酶的PTPRD基因上 2個 SNP（rs10977144和 rs10977154）與服藥后體重增加的關(guān)聯(lián)達到GWS，在547例患者組成的驗證樣本中，這一關(guān)聯(lián)也得到驗證。進一步的表達數(shù)量性狀基因座（expression quantitative trait loci，eQTL）分析也證實這2個SNP與P值同樣較小的SNP（GFPT2基因rs12386481）都影響海馬及下丘腦中PTPRD基因表達[18]。BRANDL等[19]利用CATIE數(shù)據(jù)進行GWAS時未發(fā)現(xiàn)SNP與體重增加的關(guān)聯(lián)達到GWS，但對P值較小的SNP進行后續(xù)獨立樣本分析時發(fā)現(xiàn)OGFRL1基因上游SNP rs9346455與氯氮平所致體重增加顯著相關(guān)（P＜0.005）。MALHOTRA等[20]對 139例美國年齡在19歲以下且初次服藥的精神分裂癥患者進行GWAS，發(fā)現(xiàn)18 q21.32區(qū)域內(nèi)20個SNP與體重增加顯著相關(guān)（P＜10-5），其中位于 MC4R基因附近的 rs489693在后續(xù)3個獨立人群驗證中都表現(xiàn)出與體重增加具有相關(guān)關(guān)系[20]。將4個人群的數(shù)據(jù)進行meta分析，該SNP與抗精神病藥所致體重上升的關(guān)聯(lián)顯著性達到P=5.59×10-12水平[20]。針對該SNP的關(guān)聯(lián)研究進一步發(fā)現(xiàn)，其與服藥后甘油三酯、血糖、膽固醇、脂蛋白、瘦素等代謝指標的水平均有顯著關(guān)聯(lián)[20]。MC4R基因編碼黑皮質(zhì)素4受體，與體重、血糖等代謝指標的異常有密切關(guān)系[21]。在針對普通人群體重的GWAS中，MC4R基因亦是熱點區(qū)域[21]。CZERWENSKY等[22]在隊列研究中證實rs489693與AP所致體重上升的關(guān)聯(lián)。值得注意的是，在YU等[18]研究中，MC4R基因區(qū)域內(nèi)的SNP亦達到個體顯著性（P＜0.05）。針對抗精神病藥所致體重上升的遺傳學(xué)研究結(jié)果最終指向了已知的代謝調(diào)控通路，這提示AP所致代謝副作用與一般的異常代謝病理機制有很高重疊度。

亦有研究著眼于體重以外的代謝指標。ADKINS等[23]對CATIE進行的GWAS發(fā)現(xiàn)，MEIS2基因rs1568679與利培酮所致腰圍、臀圍及體質(zhì)量指數(shù)（body mass index,BMI）上升，以及奧拉西泮所致血糖上升的關(guān)聯(lián)達到GWS。該基因編碼一個同源異形盒蛋白，參與多個基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。該研究還發(fā)現(xiàn)位于 PRKAR2B、GPR98、FHOD3、RNF144A、ASTN2、SOX5及ATF7IP2等基因的 SNP與糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin,HbA1c）、甘油三酯等多個代謝指標異常有聯(lián)系（經(jīng) FDR校正P＜0.1）。ATHANASIU等[24]對挪威594例精神分裂癥患者進行類似研究，發(fā)現(xiàn)8 q21.3上位于MMP16基因上游200 kb的區(qū)域，其內(nèi)有8個達到GWS的SNP與AP所致BMI上升有關(guān)。12q21上的rs11615274與高密度脂蛋白膽固醇（HDL-c）的聯(lián)系也達到GWS[24]。該位點附近無已知基因，但有數(shù)個與糖尿病風(fēng)險相關(guān)的SNP。

2.2 粒細胞缺乏氯氮平所致粒細胞缺乏 （clozapineinduced agranulo cytosis/granulocytopenia,CIAG）是氯氮平的特征性副作用，具有潛在的致死性。由于氯氮平臨床處方量較少且CIAG發(fā)生率較低，對CIAG的GWAS往往難以獲得足夠樣本量。氯氮平所致粒細胞缺乏癥協(xié)會（Clozapine-Induced Agranulocytosis Consortium,CIAC）進行的研究包括163例CIAG患者、250例用藥但未發(fā)生CIAG的對照患者及8405名健康對照，未發(fā)現(xiàn)達到GWS（P＜5.0×10-8）的 SNP[25]。但作者后續(xù)利用四位 HLA基因型填充（four digit HLA allele imputation）方法[26]則發(fā)現(xiàn) HLA-DQB1 126Q及HLA-B 158T兩個氨基酸位點與CIAG的發(fā)生顯著相關(guān)。HLA-DQB1是抗原呈遞通路的組成部分；HLA-B蛋白與許多藥物分子的 “脫靶結(jié)合”（off-target binding of drug molecule）則是這些藥物副作用的重要發(fā)生機制[25]。不過作者指出，如果在臨床上僅通過這兩個位點預(yù)測CIAG的發(fā)生，靈敏度與特異度將只有0.36與0.89[25]。

SAITO等[27]對日本50例CIAG患者、380例用藥未發(fā)生CIAG患者及2905名健康對照進行的GWAS發(fā)現(xiàn)HLA區(qū)域內(nèi)位于 PBX2（1 個）、NOTCH4（3 個）附近的 SNP 達到GWS。進一步的HLA分型發(fā)現(xiàn)HLA-B*59:01與CIAG風(fēng)險有關(guān)[27]。LEGGE等[28]的GWAS包含66例服用氯氮平后出現(xiàn)粒細胞減少的患者與5583名用藥對照，隨后又與CIAC的數(shù)據(jù)合并進行meta分析，發(fā)現(xiàn)一個全新的達到GWS位點（SLCO1B3/7基因rs149104283）。該基因編碼肝臟特異性陰離子轉(zhuǎn)運多肽，已被證實與其它藥物的副作用有關(guān)[29]。此外，CIAC發(fā)現(xiàn)的HLA-DQB1多態(tài)性與粒細胞減少的關(guān)聯(lián)[25]也再次得到證實。以上結(jié)果說明，HLA區(qū)域基因多態(tài)性與CIAG關(guān)系十分緊密；對于考慮應(yīng)用氯氮平的患者，針對該區(qū)域的基因檢測或許可以提升用藥安全性。

3 小結(jié)

目前，針對抗精神病藥物治療個體差異的GWAS已取得不少成果，諸如ADCK1、CNTN4等此前未與精神分裂癥聯(lián)系起來的基因被發(fā)現(xiàn)，為未來研究抗精神病藥物個體差異的生物學(xué)機制提供了候選基因。但目前研究的局限性仍很突出：各項研究間重合結(jié)果少，達到GWS的結(jié)果少，能區(qū)分不同藥物差異的結(jié)果少。除了中國抗精神病藥藥物基因組學(xué)聯(lián)盟項目[3]，其余GWAS都沒有建立起通過SNP分型預(yù)測抗精神病藥療效的理想模型。而我國的研究結(jié)果距離臨床應(yīng)用也尚有距離。精神分裂癥患者用藥背景大多復(fù)雜，依從性差，藥物選擇多樣，這些都限制了GWAS樣本量擴大與統(tǒng)計學(xué)顯著性提升。為了使GWAS結(jié)果更好地服務(wù)于臨床，未來有必要進行樣本量更大、設(shè)計更加完善的GWAS，以期獲得可信的臨床預(yù)測模型。