藥物基因組學(xué)在臨床藥物治療中的應(yīng)用

徐 航，回 翔，2，朱懷軍，李丹瀅，葛衛(wèi)紅

1南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬鼓樓醫(yī)院藥學(xué)部，南京210008；2中國藥科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院，南京211198

傳統(tǒng)的藥物治療模式，是由臨床醫(yī)生通過臨床診斷、輔助檢查結(jié)果并結(jié)合自身的臨床經(jīng)驗(yàn)去為患者選擇治療藥物。這種針對群體的、經(jīng)驗(yàn)性的治療模式忽略了患者的個(gè)體差異，不能最大程度地發(fā)揮藥物的療效、規(guī)避毒副作用和進(jìn)行精準(zhǔn)用藥。世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）的一項(xiàng)調(diào)查研究表明：在全球范圍內(nèi)，每年約1/3患者的死亡與不合理用藥密切相關(guān)[1]。而在我國，不合理用藥現(xiàn)象亦相當(dāng)突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年至少有200萬人由于藥物不良反應(yīng)而住院，約20萬人因此死亡[2]。不合理用藥所致的藥物不良反應(yīng)已成為繼癌癥、腦血管病和心臟疾病后的第四大死因，因此，如何減少不合理用藥，降低藥物不良反應(yīng)，做到安全精準(zhǔn)用藥已成為亟待解決的世界性公共醫(yī)療衛(wèi)生問題之一。

基于上述背景，藥物基因組學(xué)（Pharmacogenomics，PGx）應(yīng)運(yùn)而生。藥物基因組學(xué)是通過關(guān)聯(lián)基因表達(dá)或單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）與藥物的吸收、分布、代謝、排泄過程以及藥物受體靶標(biāo)，來研究患者攜帶的先天遺傳或是后天獲得的遺傳變異對藥物作用影響的學(xué)科[3]，其目的是建立基于評價(jià)疾病易感性和選擇個(gè)體化藥物治療的患者特征的遺傳變異標(biāo)志[4]。在臨床應(yīng)用中，主要關(guān)注以下四類遺傳物質(zhì)：①與藥代動(dòng)力學(xué)相關(guān)的基因，包括與藥物吸收、分布、代謝以及排泄相關(guān)基因；②與療效相關(guān)的基因；③可促使發(fā)生毒性反應(yīng)或不良反應(yīng)的相關(guān)基因；④可影響疾病易感性或疾病進(jìn)展的基因。通過分析上述分子遺傳物質(zhì)，臨床醫(yī)生可以提前判斷某些藥物是否適用，還可以獲取藥物在個(gè)體內(nèi)的藥效學(xué)和藥動(dòng)學(xué)信息，從而估算、調(diào)整藥物劑量，又可以通過分析藥物的藥理作用和毒性機(jī)制的分子決定因素，預(yù)測最終療效和不良反應(yīng)。與傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)性用藥相比，藥物基因組學(xué)可以指導(dǎo)臨床醫(yī)生將適宜藥品以最適當(dāng)劑量用于特定的病人，指導(dǎo)個(gè)體化精準(zhǔn)用藥。

近10年來，遺傳多態(tài)性導(dǎo)致藥物反應(yīng)個(gè)體差異這一觀點(diǎn)已經(jīng)得到廣泛認(rèn)同，藥物基因組學(xué)的理念也持續(xù)升溫，在理論與應(yīng)用兩方面都取得了不俗的成果。盡管藥物基因組學(xué)已相對成熟，但仍有許多未知的遺傳因素等待探索，致使藥物基因組學(xué)對藥物反應(yīng)的預(yù)測價(jià)值仍然有限。因此，本文綜述了藥物基因組學(xué)在臨床應(yīng)用中的最新進(jìn)展和突出問題，為藥物基因組學(xué)的臨床合理應(yīng)用與推廣提供借鑒。

1 藥物基因組學(xué)的發(fā)展

早在公元前510年，畢達(dá)哥拉斯發(fā)現(xiàn)一部分人食用蠶豆后即發(fā)生危及生命的溶血性貧血；幾個(gè)世紀(jì)后，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象是由于葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的遺傳缺失所致。20世紀(jì)50年代，著名美國遺傳學(xué)家Arno Motulsky發(fā)現(xiàn)了藥物反應(yīng)的差異可能歸因于遺傳基因的影響，由此創(chuàng)立了遺傳藥理學(xué)。20世紀(jì)60年代至80年代的多項(xiàng)家族研究記錄了多種藥物反應(yīng)及其遺傳特征，并運(yùn)用分子遺傳學(xué)揭示了其中的遺傳決定因素。到20世紀(jì)90年代，運(yùn)用藥物基因組學(xué)，Yates CR等[5]發(fā)現(xiàn)了硫代嘌呤S-甲基轉(zhuǎn)移酶缺乏與硫唑嘌呤、巰嘌呤不耐受的因果關(guān)系。2001年完成的人類基因組計(jì)劃和近年來全基因組遺傳變異查詢技術(shù)的進(jìn)步，加速了藥物基因組學(xué)的發(fā)展，也有助于將藥物基因組學(xué)推向臨床一線的應(yīng)用。

幾年來藥物基因組學(xué)研究已經(jīng)將實(shí)驗(yàn)室基因檢測應(yīng)用到人體，并由此確定了許多配對的基因藥物關(guān)聯(lián)，但將這些研究結(jié)論用于日常臨床實(shí)踐才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。正如人類基因組計(jì)劃主席、美國國立衛(wèi)生研究院主席Francis Collins所預(yù)言的：藥物基因組學(xué)將會(huì)在發(fā)現(xiàn)靶向藥物、預(yù)測藥物反應(yīng)性方面發(fā)揮重要作用，并且到2020年，“預(yù)測藥物反應(yīng)性的藥物基因組學(xué)方法將成為診斷疾病和使用藥物的標(biāo)準(zhǔn)做法”[6]。

2 藥物基因組學(xué)的臨床應(yīng)用

2.1 引導(dǎo)藥物開發(fā)，預(yù)測藥物療效

藥物基因組學(xué)早在藥物開發(fā)階段就發(fā)揮了其預(yù)測藥效的作用，這一特點(diǎn)在癌癥領(lǐng)域尤為明顯。許多腫瘤靶向藥物是通過基因引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)的，故稱為遺傳靶向藥物。這些藥物針對特定突變進(jìn)行基因測試和開發(fā)，并在說明書中標(biāo)明應(yīng)用該藥物前需要作基因檢測，藥物僅用于突變攜帶者。雖然這種藥物價(jià)格較高，在一定程度上限制了其使用，但其高度敏感性、特異性的特點(diǎn)加速了未來基因特異性藥物的開發(fā)和應(yīng)用。美國FDA批準(zhǔn)上市的具有基因特異性適應(yīng)癥的藥物見表1。

不僅限于上述藥物，測試相關(guān)基因突變或下游蛋白質(zhì)表達(dá)來預(yù)測藥物療效的方法、已廣泛地運(yùn)用在癌癥、傳染病乃至一些慢性病的治療藥物中。研究發(fā)現(xiàn)，固醇酯轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（CETP）和前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9（PCSK9）的基因多態(tài)性與升高高密度脂蛋白、降低低密度脂蛋白相關(guān)，于是開發(fā)出調(diào)脂藥CETP抑制劑和PCSK9抑制劑[7]。未來，藥物基因組學(xué)將更能準(zhǔn)確地為藥物發(fā)現(xiàn)指明方向并成為藥物開發(fā)的普遍方法。

2.2 制定給藥方案，調(diào)整給藥劑量

藥物進(jìn)入人體后需要多種轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白、代謝酶以及藥物受體等的參與，編碼這些蛋白的基因決定了個(gè)體的代謝型，包括慢代謝型（PM）、中間代謝型（IM）、快代謝型（EM）、超快代謝型（UM）。臨床主要研究的是超快代謝型UM以及慢代謝型PM，因?yàn)檫@兩類患者代謝速度與一般患者差異較大，在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)劑量的藥物時(shí)，很容易出現(xiàn)血藥濃度過高或過低的現(xiàn)象，表現(xiàn)在臨床上即為發(fā)生毒性反應(yīng)或治療無效。因此，對于治療窗窄或個(gè)體差異大的藥物，藥物基因檢測能夠有效地避免不合理用藥，達(dá)到更好的治療效果。

然而，大部分藥物的基因研究往往基于某一個(gè)位點(diǎn),這對于受兩種以上基因影響的藥物而言，使劑量調(diào)整方面的指導(dǎo)不夠準(zhǔn)確。同時(shí)，對于同一種藥物而言，不同種族人群劑量的調(diào)整存在差異。因此,發(fā)布客觀且全面的用藥“指南”以幫助醫(yī)師、藥師制定給藥方案、調(diào)整給藥劑量是尤為重要的。美國FDA頒布了140多種可通過基因譜優(yōu)化的藥物使用“指南”[8]；臨床藥物基因組學(xué)實(shí)施聯(lián)盟（CPIC）制定了35種藥物的基因組學(xué)應(yīng)用說明書[9，10]。遺傳藥理學(xué)和藥物基因組學(xué)數(shù)據(jù)庫（PharmGKB）提供3300多個(gè)用藥警示和30篇用藥“指南”[11]。這些文件已經(jīng)針對部分人種和藥物提供了具體劑量調(diào)整的步驟和計(jì)算方法；但其普適性和準(zhǔn)確性依然有待加強(qiáng)。

表2綜合了臨床藥物基因組學(xué)實(shí)施聯(lián)盟（CPIC）、荷蘭皇家藥劑促進(jìn)協(xié)會(huì)—藥物遺傳學(xué)工作組（DPWG）和加拿大藥物基因組學(xué)藥物安全網(wǎng)絡(luò)（CPNDS）所發(fā)表的指南文件，提煉出“指南”涵蓋的藥物及對應(yīng)的基因位點(diǎn)，以供醫(yī)療參考。

表2 CPIC、DPWG和CPNDS發(fā)表的藥物劑量指南信息

續(xù)表2 CPIC、DPWG和CPNDS發(fā)表的藥物劑量指南信息

2.3 預(yù)測不良反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)

ADR是臨床實(shí)踐中一個(gè)難解的問題，往往只能在發(fā)生后處理而不能提前預(yù)測，但是藥物基因組學(xué)的發(fā)展為解決這一難題提供了可能性。目前約有200種藥物的ADR與基因的關(guān)聯(lián)證據(jù)已經(jīng)探明，主要包括抗癌藥、抗精神病藥和心血管藥。這些信息主要收錄在PharmGKB網(wǎng)站中，并使用一個(gè)簡單的6級證據(jù)強(qiáng)度評估系統(tǒng)，來評價(jià)遺傳變異與臨床表型之間的關(guān)聯(lián)證據(jù)的強(qiáng)度。強(qiáng)度水平從1A級到4級，4級、3級是低證據(jù)強(qiáng)度，而2B-1A級是中到高級強(qiáng)度，見圖1。

圖1 PharmGKB網(wǎng)站使用的6級證據(jù)強(qiáng)度評估系統(tǒng)

表3列出了主要的具有中高級證據(jù)的基因-藥物信息。

通常人們將ADR分為兩種來加以分析。第一種是罕見/嚴(yán)重ADR，表現(xiàn)為二元性狀（即“發(fā)生”或“不發(fā)生”），主要涉及藥物代謝基因（如CYP2D6、SLCO1B1或NAT2）或HLA基因的非同義突變[34]。由于這種ADR的二元離散性質(zhì)主要取決于遺傳變異，受藥物劑量的影響較小，所以基因-藥物的關(guān)聯(lián)可以通過小樣本基因檢測加以確定，并將這種變異作為注意事項(xiàng)標(biāo)注在藥品說明書中，有效防止嚴(yán)重ADR的發(fā)生。例如，在辛伐他汀[35]治療的患者中鑒定肌病相關(guān)的遺傳變異等。第二種常見的ADR涉及多個(gè)遺傳變異的影響，以及藥物劑量、代謝物濃度或毒性作用的定量變化。在這些基因中，每一個(gè)都可能存在多種變異、編碼或調(diào)節(jié)，因此需要1000個(gè)以上的樣本通過GWAS來測量遺傳變異的效應(yīng)大小，樣本量越大越能揭示更多的具有微小影響的變異位點(diǎn)。GWAS能夠?qū)?shù)百或數(shù)千個(gè)受試者、數(shù)千個(gè)SNP進(jìn)行基因分型，繪制人類基因組SNP之間的相關(guān)性（連鎖不平衡）[36]。但是GWAS實(shí)施的要求相對較高，往往需要協(xié)調(diào)一致的全球范圍內(nèi)的樣本收集和匯總，也需要大型機(jī)構(gòu)聯(lián)盟來統(tǒng)一負(fù)責(zé)，如國際嚴(yán)重不良事件聯(lián)盟和EUDRAGENE。

近年來研究者們不斷探索更加便捷有效的分析方法，發(fā)現(xiàn)使用分析途徑的方法來分析基因和藥物ADR之間的關(guān)系，可以進(jìn)一步確定藥物的相互作用并發(fā)現(xiàn)潛在的ADR。此外，基因表達(dá)譜也可用于鑒定參與藥物反應(yīng)的潛在靶基因，并進(jìn)而用于分析特定疾病患者的藥物基因組學(xué)，可以用來預(yù)測藥物療效和ADR的發(fā)生。

3 藥物基因組學(xué)的局限性

表3 具有中度至高度的ADR相關(guān)臨床證據(jù)的基因-藥物信息

在現(xiàn)實(shí)臨床治療中，遺傳因素與非遺傳因素共同影響著藥物療效和不良反應(yīng)。無論在臨床研究還是疾病診療過程中，我們都不能忽略患者的病情、生理病理狀態(tài)的變化、經(jīng)濟(jì)狀況等因素。研究表明，藥物反應(yīng)的遺傳多態(tài)性集合還包括一些調(diào)節(jié)基因，僅僅研究單核苷酸多態(tài)性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?，F(xiàn)階段，藥物基因組學(xué)的臨床實(shí)施已取得了顯著進(jìn)展，但若想在2020年達(dá)到廣泛使用藥物基因組學(xué)信息、指導(dǎo)多種藥物治療決策的目標(biāo)還太過樂觀，必須要保證基因檢測高效實(shí)施、檢測結(jié)果合理解釋，以及正確處理其對醫(yī)療支出、個(gè)人信息、醫(yī)保付費(fèi)、政策法律等方面的影響。見表4。

表4 藥物基因組學(xué)應(yīng)用于臨床藥物治療的10大挑戰(zhàn)

4總 結(jié)

隨著基因檢測技術(shù)和GWAS研究的快速進(jìn)展，藥物基因組學(xué)正不斷更新完善。藥物基因組學(xué)可幫助臨床醫(yī)師、藥師預(yù)測藥物療效、估算藥物劑量、指導(dǎo)調(diào)整給藥方案以及預(yù)防藥物不良反應(yīng)的發(fā)生，并進(jìn)而在一定程度上優(yōu)化了臨床藥物治療的格局。但是現(xiàn)有基因檢測方法可能忽略了許多未知的遺傳因素，從而限制了對遺傳多態(tài)性和藥物反應(yīng)的預(yù)測能力，同時(shí)藥物基因組學(xué)也面對著技術(shù)、成本、政策等的制約。如何克服這些限制，合理地將藥物基因組學(xué)應(yīng)用到個(gè)體化給藥中，做到精準(zhǔn)治療，需要專家、學(xué)者、醫(yī)生和藥師的共同努力。