药物代谢酶和药物作用靶点基因检测项目

.药物代谢酶和药物作用靶点基因检测项目 药物体内代谢、转运及药物作用靶点基因的遗传变异及其表达水平的变化可通过影响药物的体内浓度和敏感性，导致药物反应性个体差异。近年来随着人类基因组学的发展，药物基因组学领域得到了迅猛发展，越来越多的药物基因组生物标记物及其检测方法相继涌现。药物基因组学已成为指导临床个体化用药、评估严重药物不良反应发生风险、指导新药研发和评价新药的重要工具，部分上市的新药仅限于特定基因型的适应症患者。美国FDA已批准在140余种药物的药品标签中增加药物基因组信息，涉及的药物基因组生物标记物42个。此外，部分行业指南也将部分非FDA批准的生物标记物及其特性（如MGMT基因甲基化）的检测列入疾病的治疗指南。药物反应相关基因及其表达产物的分子检测是实施个体化药物治疗的前提。药理学与遗传学结合的关键环节包括药物代谢动力学（pharmacokinetics，PK）和药物效应动力学（pharmacodynamics，PD）两方面。药物代谢动力学主要是定量研究药物在生物体内吸收、分布、代谢和排泄规律，侧重于阐明药物的体内过程；药物效应动力学主要研究药物对机体的作用、作用规律及作用机制，其内容包括药物与作用靶位之间相互作用所引起的生化、生理学和形态学变化，侧重于解释药物如何与作用靶点发生作用。对药物代谢酶和药物靶点基因进行检测可指导临床针对特定的患者选择合适的药物和给药剂量，实现个体化用药，从而提高药物治疗的有效性和安全性，防止严重药物不良反应的发生。目前美国FDA和我国食品药品监督管理局（CFDA）都已批准了一系列的个体化用药基因诊断试剂盒。这些试剂盒基本都是对人DNA样本进行基因检测。而在基因表达的检测方面，由于RNA的稳定性差，样本处置不当可导致目标RNA降解，使得检测结果不准确，影响临床判断。因此，RNA检测试剂的研发相对滞后。1. 药物代谢酶与转运体基因多态性检测1.1 ALDH2*2多态性检测线粒体乙醛脱氢酶2（ALDH2）同时具有乙醛脱氢酶和酯酶活性，参与乙醇、硝酸甘油等药物的代谢。ALDH2代谢活化硝酸甘油成其活性代谢产物一氧化氮。ALDH2*2（Glu504Lys，rs671）多态导致所编码蛋白质504位谷氨酸被赖氨酸所取代，携带突变等位基因（ALDH2*2）的个体ALDH2酶活性下降，杂合子个体酶活性仅为野生型个体的10，突变纯合子个体酶活性缺失。因此，携带ALDH2*2等位基因的个体酒精代谢能力下降，少量饮酒即出现脸红、心跳加速等不适；代谢硝酸甘油的能力下降，硝酸甘油抗心肌缺血的效应减弱。亚洲人群中ALDH2*2等位基因的携带率为3050。携带ALDH2*2等位基因的心绞痛患者应尽可能改用其他急救药物，避免硝酸甘油含服无效。1.2 CYP2C9*3多态性检测CYP2C9是细胞色素P450酶（CYP）第二亚家族中的重要成员，占肝微粒体P450蛋白总量的20。CYP2C9参与抗凝血药、抗惊厥药、降糖药、非甾体类解热镇痛抗炎药、抗高血压药以及利尿药等多种药物的羟化代谢，其中华法林、甲苯磺丁脲和苯妥因均为治疗指数较窄的药物。CYP2C9活性变化可导致这些药物体内浓度出现较大变化，甚至导致严重药物不良反应的发生。CYPC2C9*2（rs1799853，C430T，Arg144Cys）和CYP2C9*3（rs1057910，A1075C，Ile359Leu）均导致CYP2C9酶活性降低，CYP2C9*3纯合子个体酶活性仅为该位点野生型纯合子基因型个体（携带CYP2C9*1或Arg144/Ile359等位基因）的46。中国人群中CYPC2C9*2的频率为0，CYPC2C9*3的频率为3。CYP2C9遗传多态性导致其酶活性变化，从而导致药物代谢种族和个体差异现象。华法林是临床上常用的抗凝药物，是深静脉血栓、心房纤颤、心脏瓣膜置换术和肺栓塞等疾病的一线用药，其临床疗效和不良反应存在很大的个体差异，血药浓度过高或敏感性增加可导致严重出血事件。华法林由S-和R-两种消旋体构成，其中S-华法林的抗凝活性约为R-华法林的5倍。85以上的S-华法林在体内经 CYP2C9代谢为无活性的代谢产物，CYP2C9*3纯合子和杂合子基因型个体S-华法林的口服清除率分别下降90和66，因此华法林的给药剂量需相应降低2-4。美国FDA已批准修改华法林产品说明书，推荐在使用华法林前进行CYP2C9基因检测5。测定CYP2C9*3等位基因可用于指导中国人群确定华法林的起始用药剂量，并预测药物毒性，结合国际标准化比值（International normalized ratio，INR）检测值，估计华法林的维持剂量，确保用药安全。塞来昔布是昔布类非甾体类抗炎药，通过特异性抑制环氧酶-2而发挥解热、镇痛和抗炎作用，其不良反应涉及心血管系统、胃肠道、中枢神经系统和呼吸系统，如引起高血压、消化不良、头疼等。塞来昔布在肝脏中主要由CYP2C9代谢。建议携带CYP2C9低酶活性基因型的患者降低塞来昔布的用药剂量，从而降低药物不良反应的发生风险。洛沙坦是一种常用的抗高血压药物，在体内主要经CYP2C9代谢活化为具有降压作用的代谢产物E-3174。携带CYP2C9*3等位基因的个体服用洛沙坦后E-3174的生成减少，洛沙坦的代谢率降低。口服单剂量洛沙坦后1h6h后，CYP2C9*1/*3基因型个体中洛沙坦的降压作用下降，需适当增加用药剂量以增强降压疗效。1.3 CYP2C19*2和CYP2C19*3多态性检测CYP2C19参与氯吡格雷、S-美芬妥英、奥美拉唑、伏立康唑、安定、去甲安定等药物的代谢。CYP2C19遗传变异可导致酶活性的个体差异，使人群出现超快代谢者（ultrarapid metabolizer，UM）、快代谢者（extensive metabolizer，EM）、中间代谢者（intermediate metabolizer，IM）和慢代谢者（poor metabolizer，PM）4种表型。CYP2C19*2（rs4244285，c.681G>A）和CYP2C19*3（rs4986893，c.636G>A）是中国人群中存在的2种导致CYP2C19酶缺陷的主要等位基因。CYP2C19*2导致剪接缺失，CYP2C19*3为终止密码子突变。EM个体只携带CYP2C19*1等位基因，IM个体携带CYP2C19*2或CYP2C19*3杂合子基因型；PM个体包括CYP2C19*2/*2、CYP2C19*2/*3和CYP2C19*3/*3基因型。东方人群中7585的PM由CYP2C19*2所致，约2025的PM由CYP2C19*3所致。氯吡格雷是一种抗血小板药物，广泛用于急性冠脉综合征、缺血性脑血栓、闭塞性脉管炎和动脉硬化及血栓栓塞引起的并发症。心脏支架手术后的患者需长期服用氯吡格雷以防止支架内再梗。氯吡格雷主要经CYP2C19代谢活化后发挥抗血小板效应。CYP2C19 PM患者应用常规剂量的氯吡格雷后体内活性代谢物生产减少，对血小板的抑制作用下降。美国FDA和美国心脏病学会建议，对于CYP2C19慢代谢基因型患者需考虑改变治疗方案5，具体意见为：CYP2C19*1/*1基因型个体应用氯吡格雷有效，可常规使用；CYP2C19*2或*3基因型个体对氯吡格雷疗效降低，建议更换成普拉格雷或替卡格雷；CYP2C19*2或*3突变型纯合子个体应用氯吡格雷效果差，建议换用普拉格雷或替卡格雷。阿米替林为三环类抗抑郁药，主要用于焦虑性或激动性抑郁症的治疗。阿米替林在体内主要经CYP2C19代谢为活性代谢产物去甲替林。CYP2C19活性的高低可通过影响血液中阿米替林与去甲替林的浓度比，影响阿米替林的疗效和不良反应的产生。CYP2C19 PM个体血浆阿米替林与去甲替林浓度的比值显著升高，5-羟色胺再摄取的抑制作用显著增强。由于三环类抗抑郁药具有多种不良反应如抗胆碱作用、中枢神经系统不良反应和心血管不良反应，与治疗失败密切相关。调整携带CYP2C19突变等位基因患者阿米替林的起始用药剂量有助于降低初始治疗的失败率。CPIC指南建议CYP2C19 EM和IM基因型患者应用常规起始剂量的阿米替林，而CYP2C19 PM基因型个体阿米替林的起始剂量应降低至常规剂量的50，并进行治疗药物监测1。伏立康唑是一种广谱三唑类抗真菌药，CYP2C19是其主要代谢酶之一。CYP2C19 EM与PM个体间伏立康唑的血液浓度存在显著差异，PM个体在应用常规剂量药物时可能出现毒副反应，建议减少用药剂量；EM和IM个体可给予常规剂量。在常规剂量治疗时，若EM个体出现毒副反应或PM疗效不佳，均应考虑更换药物。FDA批准的药物说明书中指出应用伏立康唑前需检测CYP2C19基因型，以确保用药安全5。1.4 CYP2D6*10多态性检测CYP2D6又称异喹胍4-羟化酶, CYP第二亚家族中的重要成员。人群中CYP2D6的活性呈现强代谢者（EM）、中间代谢者（IM）、弱代谢者（PM）和超强代谢者（UM）四态分布的现象。白种人群中CYP2D6 PM的发生率高达510，而在东方人群中PM的发生率约为1。目前已发现了CYP2D6基因的70多种遗传变异。不同突变类型对酶活性和药物代谢的影响不一。中国人群中CYP2D6常见的导致酶活性降低的等位基因包括CYP2D6*3（A2637 deletion）、CYP2D6*4（G1934A）、CYP2D6*5（CYP2D6deletion）和CYP2D6*10（C188T），等位基因频率分别为1、1、6和53。其中，CYP2D6*5为基因缺失多态，导致PM表型；CYP2D6*10为该酶第34位脯氨酸被丝氨酸所替代所致，导致IM表型。导致CYP2D6酶活性缺失的多态性可影响安替比林、可待因、受体阻滞剂如美托洛尔和卡维地洛、氯丙咪嗪、去甲替林、地昔帕明、多虑平、丙咪嗪、马普替林、奥匹哌醇、三甲丙咪嗪、昂丹司琼、曲马多和他莫昔芬等的体内代谢，从而影响这些药物的疗效和不良反应的发生，临床需根据个体的基因型进行剂量的调整。他莫昔芬通过与雌激素竞争结合雌激素受体，从而抑制乳腺癌细胞的增殖，广泛应用于雌激素受体阳性乳腺癌的治疗。他莫昔芬主要通过其活性代谢产物4-羟他莫昔芬和吲哚昔芬发挥作用，其活性产物抑制细胞增殖的活性是他莫昔芬的100倍以上。CYP2D6活性下降可导致他莫昔芬的疗效下降6,7。美国FDA建议雌激素受体阳性的乳腺癌患者在接受他莫昔芬治疗前进行CYP2D6基因型检测，以确保药物的疗效5。CYP2D6可将三环类抗抑郁药阿米替林代谢为无活性的代谢产物，因此IM和PM个体血浆中阿米替林的浓度升高；同时，CYP2D6也是阿米替林活性代谢物去甲替林的主要代谢酶。CPIC指南建议EM基因型个体使用常规剂量的阿米替林，IM基因型个体阿米替林的起始剂量降低至常规剂量的75，PM基因型个体选用其他不经CYP2D6代谢的药物，或将阿米替林的起始剂量降低至常规起始剂量的50，以避免不良反应的发生1。昂丹司琼为一种高度选择性的5-羟色胺受体拮抗剂，用于防治术后、化疗及放疗引起的恶心呕吐，然而其在部分患者中疗效不理想。CYP2D6是昂丹司琼的主要药物代谢酶之一，CYP2D6 UM个体由于体内携带3个拷贝的CYP2D6基因，药物代谢加速，昂丹司琼的预防恶心呕吐的作用减弱。CPIC指南指出携带3个CYP2D6等位基因的UM基因型个体昂丹司琼的疗效下降1。1.5 CYP3A5*3多态性检测CYP3A5参与他克莫司、咪达唑仑、氨苯砜、可的松、尼菲地平等多种药物的代谢。CYP3A5基因第3内含子内22893位存在6986A>G的突变（rs776746，CYP3A5*3），该SNP可导致CYP3A5mRNA异常剪接，引起终止密码子过早剪切CYP3A5蛋白，从而使其失去酶的活性，因此CYP3A5*3纯合子个体肝脏和肠道CYP3A5蛋白表达和活性显著下降。CYP3A5*1等位基因频率存在显著种族差异，白种人群中为10%-15%，中国人群中为28，而黑种人群则高达60%-80%。他克莫司（tacrolimus，FK506）为大环内酯类免疫抑制剂，临床上广泛用于肝、肾、心、肺、胰等器官移植患者的免疫抑制治疗，其主要不良反应包括继发性感染、肾毒性、神经毒性、胃肠反应、代谢障碍以及淋巴增生性疾病和肿瘤等。器官移植患者应用他克莫司后血药浓度偏低可导致急性排斥反应和药物敏感性降低；血药浓度偏高则容易发生肾毒性、神经毒性、糖尿病、高血脂症、高血压和胃肠道紊乱等不良反应。导致他克莫司毒副作用的发生。CYP3A5在他克莫司的代谢中起重要作用，其活性降低可导致他克莫司的血药浓度升高，不良反应增加。CPIC指南建议携带CYP3A5*3/*3基因型的移植患者减少他克莫司的用药剂量，以避免发生药物不良反应1。具体而言，可根据欧洲科学家委员会的建议或中国人群他克莫司用药剂量计算公式进行他克莫司剂量的调整。欧洲科学家委员会的建议：CYP3A5*3/*3基因型患者他克莫司的起始剂量为 0.15mg/kg/day；CYP3A5*1/*3基因型患者他克莫司的起始剂量为 0.20mg/kg/day；CYP3A5*1/*1基因型患者他克莫司的起始剂量为0.25mg/kg/day。中国人群根据CYP3A5*3基因型给予初始剂量：CYP3A5*3/*3基因型患者他克莫司的起始剂量为 0.075mg/kg/day；CYP3A5*1/*3和CYP3A5*1/*1基因型患者基因型患者他克莫司的起始剂量为 0.15mg/kg/day；基于中国人群的他克莫司用药剂量公式：他克莫司稳定剂量= 5.409 2.584*CYP3A5GGa 1.732*CYP3A5GAb 0.279* ABCB1C 1236Tc 0.205*ABCB1G2677Td-0.163*donor typee-0.149*CCBf - 0.140 * infectiong -0.197* Hypertensionha. CYP3A5GG：AA=0，GG=1；b. CYP3A5AG：AA=0，AG=1；c. ABCB1C1236T:0 for CC, 1for CT or TT; d. ABCB1G2677T: 1 for GG or GT, 2 for TTe. 移植类型：活体移植=1，其他=0；f CCB:合并使用钙通道阻滞剂为1，不合并为0.f. 感染：感染=1，未出现=0；g. 高血压：高血压=1，未出现=0。1.6 CYP4F2*3多态性检测CYP4F2为维生素K单氧酶，可氧化底物生成w-羟基衍生物。CYP4F2*3（rs2108622C>T，V433M）可导致酶活性降低，野生型纯合子基因型个体代谢活性最高，CYP4F2*3杂合子其次，CYP4F2*3纯合子活性最低。CYP4F2*3纯合子个体酶活性下降导致维生素K浓度升高，华法林的抗凝效果增强。临床研究提示，CYP4F2*3多态性与华法林稳态剂量相关，可解释110的华法林剂量个体差异4。携带CYP4F2*3等位基因的个体应用华法林时出血的风险显著增加。CPIC指南建议降低CYP4F2*3纯合子基因型个体华法林及香豆素类抗凝药（醋硝香豆素、苯丙香豆素）的用药剂量1。1.7 DPYD*2A多态性检测氟尿嘧啶（5-FU）、卡培他滨和替加氟都为嘧啶类似物，属抗代谢类抗肿瘤药物。卡培他滨为5-FU的前体，在体内可活化代谢为5-FU，用于结肠癌和对紫杉醇及多柔比星等无效的晚期乳腺癌的治疗。替加氟为5-FU的衍生物，在体内经肝脏活化转变为5-FU而发挥抗肿瘤作用。85的5-FU经二氢嘧啶脱氢酶（DPYD）代谢灭活。DYPD酶活性低下的结肠癌和胃癌患者应用5-FU、卡培他滨或替加氟后出现体内5-FU蓄积，引起严重粘膜炎、粒细胞减少症、神经系统症状甚至死亡。DPYD位于1号染色体短臂，该基因14外显子1986位A>G多态性（DPYD*2A）是最常见的引起酶活性下降的遗传变异，等位基因携带率为3。约40低DPYD酶活性的个体携带DPYD*2A等位基因，其中有60的患者应用5-FU治疗后出现4级严重的粒细胞减少；而在DPYD酶活性正常患者中，5-FU所致严重毒副反应的发生率仅为108, 9。因此，对DPYD*2A多态性进行检测可预测5-FU治疗导致致命性毒性反应发生风险。FDA已批准在5-FU说明书中增加在用药前对DPYD多态性进行检测的建议5。CPIC指南也建议在应用5-FU、卡培他滨和替加氟前对DPYD多态性进行检测，携带DPYD*2A等位基因的患者慎用5-FU、卡培他滨和替加氟，或降低用药剂量，以避免严重不良反应或毒性的发生1。1.8 NAT1和NAT2多态性检测N-乙酰基转移酶是一种II相药物代谢酶，催化多种药物的乙酰化代谢。人类有两个编码N-乙酰基转移酶的基因，分别是NAT1和NAT2，两者具有87的同源性。NAT1表达于大多数组织中，其中以红细胞和淋巴细胞中最丰富，主要参与异烟肼、吡嗪酰胺、利福平、氨基水杨酸和对氨基苯甲酸等药物的代谢；NAT2仅表达于肝脏和肠道，参与异烟肼、普鲁卡因胺、磺胺等20多种肼类化合物的乙酰化代谢。人群中N-乙酰基转移酶活性呈多态分布，根据乙酰化表型的不同将人群划分为三类：慢型乙酰化代谢者、快型乙酰化代谢者和中间型乙酰化代谢者。亚洲人中慢型乙酰化代谢者的发生率为1030。NAT1基因具有高度多态型，国际芳香胺N-乙酰基转移酶基因命名委员会已发布了28种NAT1的基因型，其中NAT1*4是NAT1的野生型等位基因。NAT1*20、*21、*23、*24、*25、*27与NAT1*4功能类似，而*14A、*14B、*15、*17和*22导致慢乙酰化表型，*10和*11导致酶活性升高。此外，还存在编码无酶活性的截短蛋白的基因型。通常将NAT1*10和NAT1*11纯合子和杂合子基因型视为快型乙酰化代谢基因型，而其余等位基因的组合则被认为是慢型乙酰化代谢基因型。因此，对NAT1基因进行分型不能局限于单个SNP，而应同时对多个SNP进行检测和分型。异烟肼受NAT1多态性影响最大，快乙酰化代谢型个体口服药物后，血浆半衰期为45110分钟，而慢乙酰化代谢型个体口服药物后血浆半衰期可长达4.5 小时。慢代谢型个体反复给药后易引起蓄积中毒，引起周围神经炎。FDA已将NAT1基因列为药物基因组生物标记4。NAT2基因也具有高度多态性，国际芳香胺N-乙酰基转移酶基因命名委员会已发布了87种NAT2基因型，其中NAT2*4是野生型等位基因，属快代谢型等位基因；已知的慢代谢型等位基因包括NAT2*5B、*5B、*5C、*5D、*5E、*5F、*5G、*5H、*5I、*6A、*6B、*6C、*6D、*6E、*7B、*12D、*14A、*17和*19。NAT2基因多态性通过降低酶的稳定性、改变酶与底物亲和力以及促使蛋白酶降解等方式影响NAT2的功能。临床上推荐检测的NAT2SNP有rs1801280、rs1799930、rs1799931和rs1801279。目前FDA已将NAT2列为异烟肼个体化用药的基因组标记物，推荐在使用异烟肼前对NAT2基因型进行检测4。建议降低NAT2慢代谢型（携带两个慢代谢型等位基因或单倍型）个体异烟肼的用药剂量以预防蓄积中毒和周围神经炎；中间代谢型（携带一个慢代谢型等位基因和一个快代谢型等位基因）和快代谢型（具有两个快代谢型等位基因）患者可常规使用异烟肼进行治疗。1.9 SLCO1B1多态性检测有机阴离子转运多肽1B1（OATP1B1，又称OATP-C、OATP2或LST1）特异地表达在肝细胞基底膜上，在肝细胞摄取和清除内源性和外源性物质如胆汁酸、非结合型胆红素、甲状腺素、他汀类药物、瑞格列奈、依那普利拉、替莫普利、缬沙坦、奥美沙坦、甲氨蝶呤和伊立替康活性代谢产物SN-38等中发挥重要作用。OATP1B1由SLCO1B1基因编码，该基因第5外显子521T>C（Val174Ala）多态性是亚洲人群中的主要遗传变异，等位基因频率为1015，该多态性显著降低OATP1B1对其底物的摄取能力，使他汀类药物如普伐他汀、阿托伐他汀和罗苏伐他汀等的血药浓度升高。SLCO1B1 521T>C多态性导致出现三种基因型：521TT（野生型纯合子）、521TC（突变型杂合子）和521CC（突变型纯合子）。他汀类药物的严重不良反应包括肝功能下降和横纹肌溶解症等，携带521C等位基因的患者应用辛伐他汀、西立伐他汀时肌病的发生风险显著增加10, 11。为降低他汀类药物严重不良反应的发生风险，建议临床上根据SLCO1B1基因型选择他汀类药物进行治疗。附表1. SLCO1B1 521T>C基因型与最大用药剂量的关系药物SLCO1B1c.521TT (mg/天)SLCO1B1c.521TC(mg/天)SLCO1B1c.521CC(mg/天)正常剂量范围(mg/天)辛伐他汀8040205-80匹伐他汀4211-4阿托伐他汀80402010-80.