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1、精准医学丨基因个体化治疗在心血管疾病中的应用前景洪葵 刘欣南昌大学第二附属医院心内科专家简介洪葵.主任医师、博士生导师；南昌大学二附院心内科教授、科 副主任；江西省医学科学研究所副所长；江西省医学遗传 和基因治疗研究所所长；南昌大学心血管病研究所所长。 兼任中华医学会心血管病分会青年委员，中华医学会心电 生理和起搏分会青年委员，中国心电学会委员，中国心律 学会青年委员、江西省医学会心血管病分会常委、江西省 医学会医学遗传学会主任委员、中国心脏和起搏电生理杂 志和临床心血管病杂志编委等学术兼职。 前言心血管系统疾病是人类第一大疾病，全世界每 3 例死 亡中便有 1 人死于心血管病。据世界卫生组织
2、统计及预 测，全球每年死于心血管病的人数将由 2008 年的 17,300,000 上升至 2030 年的 23,30,000 人，这也跟预计的 全球人口增长及老龄化相关。 传统治疗方法是基于临床随 机对照实验指导普遍群体治疗，这种方法往往不适用于所 有患者，对部分患者甚至可能造成伤害。个体化治疗则完 全不同，它是根据每个患者特有的遗传特征，临床表现及 其生活习惯和环境，作出准确的诊断，并针对个体制定最 有效的治疗方法，使患者在最大程度上获益，这也成为扭转未来庞大心血管病死亡数量的希望。 心血管疾病遗传学发展 早在人类基因组计划完成之前，通 过连锁分析和基因关联研究，许多孟德尔遗传性即单基因
3、心血管病相关基因便开始被发现。这类心血管病在临床中 只占一小部分，如家族性高胆固醇血症，早发心肌梗死， 扩张性及肥厚性心肌病，长 QT综合症（LQTS）和马方氏 综合症等。尽管如此，此类疾病中单个致病基因变异往往 对表型造成很大影响，相关遗传学致病机制研究及新型治 疗方法探索不仅改变了人们对心血管病的认识，更为揭示 广大常见心血管病的遗传本质开辟了道路。 更多心血管疾 病仍以复杂形式存在，通常由多基因，环境，饮食等多因 素引起。人类基因组序列草图完成之前，多基因心血管病 研究并不顺利。而此之后，遗传检测技术飞速发展，尤其 在高通量并行的下一代测序出现之后，测序时间极大缩短 的同时成本也显著降低
4、。全基因组关联研究（GWAS）,全外显子组测序以及基因组结构变异相关研究在心血管疾病 中广泛开展起来。得益于 GWAS，通过大规模病例对照人 群检测筛查疾病相关基因变异，数百个心血管病相关基因 座陆续被发现，并在此基础上采用基因型阵列，单体型图 谱和统计学方法对心血管病相关变异进行组合分类。心血管疾病中仍有一部分无法用遗传基质变异解释，表观遗传 学的发现正弥补了这个空缺。表观遗传学机制是在不改变DNA 序列的情况下影响遗传信息的表达，参与机体的发育 与分化，且易随环境改变发生相应变化，主要包括 DNA 甲 基化，翻译后组蛋白修饰， micro RNA 和长链非编码 RNA 调控。许多心血管病相
5、关危险因素，如血浆高同型半胱氨 酸，吸烟，压力和污染等均被发现可通过表观遗传学标记 的修饰作用致病，但这些表观遗传学改变是否会遗传给下 一代仍不明确。现阶段人们对表观遗传学的认识大多来源 于基础研究，它们对基因组的潜在调控作用也许同遗传基 质本身一样重要，参与基因的稳定垂直传播以及表型传 承。 随着越来越多心血管致病基因，以及危险因素，亚临 床指标和疾病终点等相关新型基因及基因修饰物质被发 现，人们对心血管疾病生物学通路的了解也越来越深入。 这些发现也正逐渐应用于心血管疾病的风险预测及防治， 尽管基础研究与临床应用之间的转化仍处于不成熟阶段， 但基因个体化治疗是未来心血管疾病防治的必然趋势。
6、心血管疾病个体化治疗个体化药物治疗（ Cardiovascular Pharmacogenomics: Expectations and Practical Benefits ） 人们对个体化药物治疗的认识起源于个体间对药物反应的 巨大差异，这种差异主要取决于个体一般特征（如年龄， 体重指数和性别等） ，环境（如药物间或药物与食物的相互 作用）和基因型。研究发现药物代谢酶，转运体以及药物 靶点相关基因变异可通过影响药代动力学及药效动力学改 变药物的分布及清除，从而影响个体对药物有效性及毒性 的反应。遗传药理学研究在心血管领域较为活跃，主要包 括抗凝药物华法林，抑制血小板聚集药物氯吡格雷以及他
7、汀类降脂药物。华法林 作为全世界最常用的口服抗凝药，华法林被广泛用 于治疗静脉血栓栓塞，心房颤动和机械性心脏瓣膜患者。 尽管华法林的临床使用已有超过 60 年的历史，但出血或血 栓栓塞仍然是患者常出现的不良反应。将国际标准化比值(INR)控制在2.0-3.0是监测华法林使用剂量的通用指 标，然而不同个体维持剂量却有极大差异，从 0.6mg/ 天至 15.5mg/ 天不等。患者对华法林反应差异相关遗传药理学研 究指出，近 30-40%取决于参与药物代谢的细胞色素P4502C9同工酶编码基因 CYP2C9和维生素K编码基因VK0RC1单核苷酸多态性(SNPs)。CYP2C9 R144C( *2)和
8、 CYP2C9 I359L( *3 )是白种人 CYP2C9中最常见的两个次要 等为基因，在亚洲人中少见，而非裔美国人中极罕见。 CYP2C9*2 和 CYP2C9*3 可分别引起酶活性降低 30-40%和80-90%，减慢华法林清除，导致半衰期延长，INR 加速到达治疗水平，从而降低剂量需求。非裔美国人中常见的其他几型 CYP2C9 D360E (*5) , 10601del A (*6) , R150H(*8)和 R335E(*11 )，同样需减少华法林剂量。 VKORC1相关 SNPs -1639G>A 则改变启动子区域转录结合位点引起 酶表达降低，增加对华法林的敏感性。 以遗传药
9、理学为基 础指导华法林的使用，本该从缩短起始用药时间，稳定 INRs，优化治疗窗内时间以及减少副作用这几方面使患者 获益，然而实际临床应用的效果却存在争议。近来，两大 关于基因型指导华法林治疗效用的多中心随机对照研究相 继报道。来自欧洲的 EU-PACT 研究显示，根据基因型决定 华法林剂量组治疗窗内时间所占百分比更高，且不良事件 明显减少。而美国 COAG 研究并未发现基因型特异的华法 林治疗比传统治疗方法效果好。两大试验中截然不同的结 果也许取决于实验设计差异，主要表现在药物剂量计算策 略上， EU-PACT 采用负荷剂量，而 COAG 中使用维持剂 量；以及纳入人群的不同， COAG 中
10、的研究人群较 EU- PACT 存在明显的多样性，尤其是非裔美国人对基因型计算 的药物剂量反应不佳，影响了整体效果。根据基因型指导 用药能否成为未来华法林治疗的方向期待更多大规模临床 试验加以确立。氯吡格雷 氯吡格雷作为冠心病中常规使用的抗血小板聚集 药物，临床疗效在不同个体间却存在较大差异。尽管在临 床中存在一些预测因素，如老龄（ >65 岁），高体重指数， 药物相互作用抑制 CYP 酶，糖尿病和肾衰竭等，可拮抗血 小板对氯吡格雷的反应，但这些情况仅能解释少部分病 例。CYP2C19是参与氯吡格雷体内活化的重要代谢酶，研究发现CYP2C19至少存在25个变异体，但大部分并不改 变酶的活
11、性，除外 CYP2C19 c.681 G>A （ *2 ）和 CYP2C19 c.636G>A （*3）。CYP2C19 *2在非洲人和白种人中的等位 基因频率为 0.15，在亚洲人中W 0.35 , CYP2C19 *3则主要 存在于亚洲人，频率W 0.89，分别通过异常剪切和提前终止 密码导致酶功能失活，从而减少体内循环活化氯吡格雷代 谢产物，引起患者治疗后高血小板反应性。 CYP2C19 c.- 806C>T （*17）是另一个常见的多态性，在非洲人，白种人 以及亚洲人中的等位基因频率分别为 0.16， 0.027 和 0.18， 然而不同的是，它可通过增强转录作用引起
12、功能获得。多项荟萃分析一致认为 CYP2C19功能丧失性等位基因（尤其 是CYP2C19*2）可显著增加冠状动脉介入治疗（PCI）术后支架血栓形成风险，但是否增加主要心血管不良事件风险 还存在争议，尽管如此，基因型指导氯吡格雷治疗剂量仍 将成为主导趋势。 2013 年更新的临床遗传药理学实施协会 指南就指出，携带功能丧失性 CYP2C19 基因变异的冠心病 患者 PCI 术后应更换抗血小板治疗方案，如改用普拉格雷或 替卡格雷。 CYP2C19 *17 也并非想象中对减少支架血栓形成 有益，反而可能增加出血风险。他汀类药物 目前，已超过 40 个候选基因与他汀类药物的 降脂效果相关。然而，主要研
13、究仍然集中于他汀类药物致 肌肉毒性相关 SLCO1B1 基因变异。 SLCO1B1*5（c.521T>C,V174A）被发现与他汀类药物，尤其是辛伐他汀强烈相关。 该变异可干扰 OATP1B1 在肝细胞膜上定位，降低其转运能 力，从而升高血浆辛伐他汀浓度，增加药物在骨骼肌的暴 露时间。值得注意的是，近来有研究通过基因表达谱发现 参与肌酸合成的甘氨酸脒基转移酶编码基因 GATM 可防御 他汀药物引起的肌性病变，体内实验也显示它可能与他汀 类药物有效性和毒性功能相关。由于体内他汀类药物暴露 程度与肌性病变的关系并不像 INR 水平与出血或血栓的关 系一样直接明了，相关基因变异对临床他汀类药物
14、应用策 略的影响需进一步明确。心血管疾病基因治疗 最初作为单基因遗传病治疗策略的基 因疗法，逐渐被发现可广泛应用于获得性多基因疾病，包 括外周血管疾病，缺血性心脏病，心律失常和心力衰竭。 基因治疗的临床试验已迎来第 25 个年头，进展虽然缓慢但 却稳步走向临床成功。作为继肿瘤之后第二大基因治疗临 床研究对象，心血管疾病基因疗法已呈现出巨大潜力。LQTS 是基因型与表现型关系研究的典范，也是最早成为基 因特异性治疗研究的对象。 LQTS 的三大临床类型具有不同 特性，一般情况下， LQT1 应避免剧烈活动等交感神经刺 激； LQT2 好发于睡眠或突然的噪音干扰，对血清钾离子也 较为敏感，应注意给
15、患者提供适当生活环境，避免钾离子 摄入； SCN5A 基因功能获得性的 LQT3 则建议常规测试钠离子通道阻滞剂的使用，以辅助治疗。然而药物，起搏器 或埋藏式心脏复律除颤器植入和左侧心交感神经切除术等 治疗方法仍然局限。诱导多功能干细胞（iPSC）是近来研究疾病发生机制的新型手段。继 LQT2 相关人 c.G1681A 突变 通过皮肤组织通过iPSC被成功诱导为特异的心肌细胞后， 研究采用等位基因特异的 RNA干扰（RNAi）将突变基因敲 除后，细胞功能重新恢复正常。目前，人心肌细胞等位基 因特异性 RNAi 转导方案尚未见报道，它的呈递方法，安全 性，剂量以及时效性在心血管疾病中的临床应用还
16、有待更 多实验验证。 腺相关病毒（ AAV ）高效转导，持续表达， 非致病原性以及有丝分裂后组织如心脏，骨骼肌，大脑等 中高度易感性的优势，使之成为临床试验中最常用的基因 转运工具。在心血管 AAV 基因治疗领域中，唯一进入临床 二期试验的 CUPID 心衰治疗研究已初见成效，他们通过 AAV1将肌浆网钙离子 ATP酶（SERCA2a）经冠脉内注入， 提高心肌细胞肌浆网内钙离子回收能力。在为期 6 个月的 治疗后，心衰患者包括症状，功能状态，左室功能/ 重构和临床后果在内的多项参数指标得到显著改善。越来越多 AAV 相关心血管病基因治疗研究在心肌病，心律失常，动 脉粥样硬化以及高血压动物模型中
17、取得成效，如儿茶酚胺 敏感性室性心动过速（ CPVT） R33Q 小鼠模型中，通过 AAV9 将野生型 CASQ2 基因经腹腔导入体内，可长期逆转CPVT表现。尽管如此，动物实验并不一定经得起考验，大 规模安慰剂随机双盲对照临床试验才是决定基因治疗临床 获益的关键。总结 针对不同个体特征，采用特定的防治手段，使心血管 疾病的治疗有效性最大化，危害性最小化是最理想的治疗 目标。随着人体本质即基因及其修饰物质被逐渐深入理 解，心血管疾病的发生机制日益明确，依据个体基因型特 性确立治疗方案正由理想迈向现实。但无论是个体化药物 治疗还是基因治疗，在真正转化为临床应用之前，仍面临 有效性，毒性，技术等一系列问题的挑战。心血管疾病个 体化治疗道路虽然崎岖但前景无限光明。