基因与用药课件（二）.ppt

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1、CYP2C9*2,No enzymatic activity,430CT (Arg144Cys),Cys,单核苷酸多态性 （SNP）,导致人类遗传易感性的重要因素 导致人类药物代谢和反应差异的重要因素,GT突变,野生型 突变型,服用40 mg 奥美拉唑后,Mean95%可信区间 奥美拉唑 (mg/L),CYP2C19*2/*2,CYP2C19*1/*2,CYP2C19*1/*1,CYP2C19 基因型/表型 基因剂量效应,AUC:,1.1 0.6,0.6 0.3,mg.h/L,5.32.2,CYP2D6 基因型/表型,传统用药,个体化用药,100mg,500mg,100mg,10mg,超强代谢

2、者,强代谢者,中等代谢者,弱代谢者,根据CYP2D6基因型选择去甲替林剂量,功能性： CYP2D6*1,功能降低： CYP2D6*2,*9, *10,*17,无功能： CYP2D6*3,*4,*6,基因缺失： CYP2D6*5,Xie HG, Personalized Medicine (2005) 2(4), 325337,药物作用受药物代谢、转运、靶点多态性控制,药代动力学,药效动力学,药物疗效和毒性的个体差异,基因组,基因变异 (单核苷酸多态性),药物靶点,药物转运体,药物代谢酶,举例: 6-巯基嘌呤代谢 和 巯基嘌呤甲基转移酶,6-巯基嘌呤(6-MP),硫唑嘌呤,非酶代谢,硫尿酸,巯基

3、嘌呤,次黄嘌呤磷酸核糖基转移酶,硫基次黄嘌呤单磷酸盐 (6-TIMP),Yimercaptopurine nucleotides (6-MMP),Thioguanine nucleotides (6-TGN),TPMT,内消旋肌醇单核苷酸酶脱氢酶 IMPDH,与 DNA/RNA整合 骨髓毒性,肝毒性,黄嘌呤氧化酶XO,TPMT,TPMT基因多态性及6-MP毒性,s放射性肿瘤累计发生率,放射治疗后时间 (年),McLeod et al., 2000,根据TPMT基因型调整6-MP剂量,0,10,20,30,0,500,5000,毒性风险高,毒性风险低,Cellular TGN,常规剂量,0,10

4、,20,30,0,2,4,6,8,10,*2, *3A, *3C,*1,TPMT Activity,Conventional dose,0,10,20,30,0,500,5000,Cellular TGN,6-10%,65%,基于TPMT基因型的剂量,基因检测,急性淋巴性白血病是小儿白血病中最常见的一类 基因检测可确定小儿白血病的亚型，从而有助于及时和正确的诊断 小儿白血病治愈率由1960s的4%提高到现在的80%,基因检测和依据基因型的化疗药物治疗对小儿白血病生存率的影响,New England Journal of Medicine, 2006, 200l;,个体化给药使ALL治愈率显著提

5、高,基因测试有助于确定小儿白血病的变异基因，帮助医生选择合适的药物种类和剂量。,伊立替康（转移性结肠直肠癌）代谢,伊立替康 (前药-无活性),酯酶,SN-38 (活性),UGT1A1 (肝脏内),SN-38G,胆汁,(TA)6TAA,1,2,3,4,5,(TA)7TAA,1,2,3,4,5,UGT1A1 活性,SN-38G 浓度,6/6 野生型,7/7 突变型,UGT1A1 TA 重复序列与伊立替康,N=524,41.9,33.8,14.3,0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,6/6,6/7,7/7,UGT1A1 genotype,Objective response (%

6、),P=0.045,From McLeod et al, 2004,UGT1A*28相关的伊立替康疗效 (45级嗜中性白血球低下),结肠癌 (n= 59) 毒性: 10%,Innocenti et al, J Clin Oncology 22:1-7, 2004,EGFR信号通路和恶性肿瘤靶向药物治疗,N U C L E U S,Raf,MEKK,ERK,sek,MAPK,jnk/sapk,C-myc,C-jun,PI3K,Akt,intermediates,Apoptosis,P,P,Rho-B,Ki-67,Extracellular,Intracellular,Ras,Y,EGFR,TKI

7、 （吉非替尼，厄洛替尼）,mAb (Cetuximab，西妥昔单抗，爱必妥 ),凋亡,增殖,增殖,K-ras,带有K-ras 突变的结肠癌患者对西妥昔单抗的疗效降低,K-ras 变异 和 恶性肿瘤的抗-EGFR 治疗,12, 13外显子(96%) and 61 12外显子 35GA(甘天门冬）为主,G,CTGATGCCG,EGFR,TK,G,细胞膜,K-ras的功能突变不受上游信号控制,K-ras发生率及药物疗效,Licar A, Intl J Oncology, 2010;36:1137,转移性结肠直肠癌 273例 检测K-ras基因：12，13密码子7个常见突变 野生型： 54.5% 突变

8、型： 45.5% （Gly12Asp最多： 38.5%） 西妥昔单抗（Cetuximab）治疗有效者的野生型为85.7% 有效者中也有突变型；无效者中也有野生型,个体化用药能够提高结肠癌的药物疗效,Langreth, R. (2008), Imclones Gene Test Battle, F, 16May,K-ras基因型 检测,不用西妥昔治疗,用西妥昔治疗,西妥昔治疗,治疗成功,个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 - 美国,治疗有效者平均每人节省60%费用 40%疗效不好的病人避免罕见副作用 有效率没有改变，为 25%,Langreth, R. (2008), Imclones Gene

9、Test Battle, F, 16 May,进行Kras检测,不进行 Kras检测,$22.800,$38.000,$97.022,$156.554,是否进行Kras检测实行爱必妥个体化治疗费用 的比较,$0,$50,000,$100,000,$150,000,$200,000,平均治疗费用/人,平均治疗费用/有效病人,个体化用药降低结肠直肠癌治疗费用 我国,西妥昔临床用法： 每周注射一次。 初始量第一周400mg/m2，随后每周250mg/m2。按中国人平均体表面积计算，第一次用7瓶（100毫克/瓶） ，以后每次用4瓶。 4400元/瓶。首次量：44007=30800元；其后每次：4400

10、4=17600元。 西妥昔停用指针为肿瘤进展（药物治疗无效，病情恶化）。西妥昔治疗患者肿瘤无进展中位时间为16周，也即注射16次，合计费用为294800元。 K-ras基因突变患者可平均节约30万元。,Han et al. J Clin Oncology 23(11),2006,Mutation,Wilt-type,Mutation,Wilt-type,EGFR主要功能突变: 19号外显子：Glu746-Ala750 缺失 21号外显子：Leu858Arg,携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者对吉非替尼(gefitinib,TKI) 疗效更好,19-21外显子突变纯合子,19-21外显子突变杂合

11、子,19-21外显子野生纯合子,用 TKI (gefitinib)治疗,用 TKI (gefitinib)治疗,不用 TKI (gefitinib)治疗,ECFR 检测,根据非小细胞肺癌患者EGFR基因型应用吉非替尼(gefitinib,TKI),售价：550元/片。每天口服药物费用550元，每月费用16500元。 基因检测EGFR无突变患者可节省1-6个月的药费：16500元至99000元。,个体化用药降低非小细胞肺癌治疗费用,高血压病 n=422,CYP2D6*1*10+Arg389Arg CYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389Arg,CYP2D6*1*1+Arg389

12、Arg/Gly389Arg CYP2D6*1*10+Gly389Arg CYP2D6*10*10+Gly389Gly,CYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly,随机分两组,CYP2D6*1*10+Arg389Arg CYP2D6*10*10+Arg389Arg/Gly389Arg,CYP2D6*1*1+Arg389Arg/Gly389Arg CYP2D6*1*10+Gly389Arg CYP2D6*10*10+Gly389Gly,CYP2D6*1*1/CYP2D6*1*10+Gly389Gly,25mg, bid 12w,125mg, bid 12w,25mg, bid

13、 12w,50mg, bid 12w,n=14,n=100,n=104,n=N=14,n=91,n=104,常规治疗,个体化治疗,美托洛尔治疗高血压的个体化用药,A1,A2,A3,B1,B2,B3,前瞻性美托洛尔治疗高血压的个体化用药研究,A, 常规治疗,B, 个体化治疗,0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20, SBP, DBP,Blood pressure decrease (mm Hg),P= 0.118,P = 0.009,A1+A3,B1+B3,0,2,4,6,8,10,12,14,16,18,SBP,DBP,Blood pressure decrease (mm H

14、g),P = 0.027,P = 0.001,Liu J and Zhou HH, 2008,美托洛尔治疗高血压的个体化用药,根据CYP26和1受体基因型调整剂量的个体化治疗比均使用相同剂量的常规治疗有更显著的降压疗效； 两组中相同的基因型（A1与B1; A3与B3）,使用了相同的不同的剂量，在根据基因性选择药物的个体化治疗组有比常规治疗组有更显著的降压疗效,* SBP P=0.014 vs A2; DBP P=0.014 vs A2; DBP P=0.034 vs A2;,常规治疗A组中，不同基因型使用同一剂量有不同的降压疗效,20 16 12 8 4 0 ,Blood Pressure D

15、ecrease (mm Hg),A1 A2 A3,SBP,DBP,*,25 mg, bid,美托洛尔治疗高血压的个体化用药,A、B两组相同基因型（A3和B3），分别应用25和50mg，有不同的降压疗效,* P0.05 P0.01,BP Reduction (mm Hg),20 15 10 5 0 ,*,B3 50mg, bid,A3 25mg, bid,SBP,DBP,美托洛尔治疗高血压的个体化用药,基因导向型治疗组(12.5mg bid)舒张压降低显著高于常规治疗组(25mg bid),*,20 15 10 5 0 ,B1 12.5mg, bid,A1 25mg, bid,BP Reduct

16、ion (mm Hg),SBP,DBP,风险分析,筛选/诊断,个体化医学,预测,监测,发病易感遗传缺陷,预后,早期查出,预测可能的发病过程,预测对药物的可能反应,监测药物反应和发病反复,健康状态,无症状疾病状态,慢性疾病/接受治疗状态,合理治疗的适应,病人分层 / 治疗选择,有症状疾病状态,个体化医学-基因组学医学-21世纪医学,针对每个个体的基因谱，进行个体化的终身疾病检测、预防和治疗,预警(Predictive) 疾病概率史-DNA序列 定期体检和血液带白参数检测 预防(Preventive) 生活方式的改变和避免危险因素 疫苗 重点在疗养 个体化治疗(Personalized thera

17、py) 根据个体的独特遗传变异, 选择合适药物和治疗方案 开发针对独特遗传变异人群的药物 参与(Participatory) 病人了解疾病并参与用药选择,个体化用药,新的医学模式:个体化治疗 （Personalized Therapy），根据分子诊断提出治疗方案,诊断,分子诊断-预测反应,治疗,理想反应,打破试误医学的循环,个体化用药-个体化医学的先行领域,病人,A 药,ADR,B 药,循证医学,病人,分子诊断,ADR,目标药,个体化用药,健康体系,循证医学,个体化用药,疗效不同-浪费资源和时间 常见和不可预知的药物不良反应,量体裁衣治疗 提高疗效，减少不良反应,把“试误医学”当做标准医疗模式

18、是不完善的,旧的医学模式: 反复尝试，不断摸索-“试误医学” （Trial and Error Medicine）,个体化用药,循证医学：以群体数据为依据，对个体来说，仍为反复尝试，不断摸索，达到理想治疗的过程,FDA批准药品说明书中的遗传变异,要求检测 推荐检测 有报告,FDA批准药品说明书中的遗传变异,2*. 在危险人群中检测,FDA批准药品说明书中的遗传变异,药品说明书FDA确认的与基因多态性,检测方法的发现、确证和临床应用,临床常用 治疗窗较窄 超过治疗窗用药风险增大 药物反应个体差异大 没有替代药物可选,需要PGx干预施行个体化治疗的药物,男，56 岁，高血压，职员 美托洛尔 20m

19、g bid; 高血压和交感神经高反应控制差 基因检测：1- Gly389Gly 用药指导：增大180%美托洛尔的剂量 40mg bid; 高血压和交感神经高反应得到很好控制,个案举例,个体化药物治疗临床服务,广东,福建,安徽,北京,江西,陕西,重庆,目标,把药物基因组学的知识的普及和应用纳入公众健康决策过程 扩展发展中国家的遗传药理学和药物基因组学知识 运用遗传药理学和药物基因组学为人们提供医疗服务 为遗传药理学和药物基因组学研究提供地区性基础设施和平台,涉及104 个国家, 覆盖78% 世界人口,104 PGENI countries; 78% of world population,PGE

20、NI International Centers,结论,个体化医学是根据个体对特定疾病的易感性的基因变异而施行的早期预警、预防和一旦发病后根据药物相关基因的变异实行个体化药物治疗。 个体化治疗是根据每个病人的遗传结构实行分子诊断，选择合适的药物和剂量，优化治疗方案，是个体化医学的先行领域； 药物安全性是病人从个体化用药首先受益的领域；恶性肿瘤是目前呼唤和最需要个体化药物治疗的一类疾病；癌症靶向药物治疗的个体化用药就是一个典型的成功例子； 当前，虽然不是所有的药物都能实行基因导向的个体化治疗，对于前药、安全药物浓度范围窄、以及作用靶点是重要分子或途径的药物个体化治疗已经有显著临床应用意义； 个体

21、化用药还是处于初始阶段，为了推进个体药物治疗，在技术层面上需要更多大样本、多中心、多因素、多基因的临床试验；同时也需要更精确、方便、低廉、快速的分子诊断技术和检测方法。,科技部药物基因组学创新技术服务平台,药物基因组应用技术平台,药物靶点发现,药物靶点确证,先导化合物筛选,化合物库筛选,上市,先导化合物优化,临床前研究,临床试验I/II/III期,药 物 基 因 组 学,遗 传 药 理 学,基因组学研究 发现、克隆 表型分析（转基因、基因敲除） 确定靶点（疾病模型）确定先导化合物 评价ADMET 优化设计 临床前研究 临床研究,选择更多、更好、针对性的靶点,提高临床试验精确性 预测效应和ADR

22、 针对特殊治疗人群,药物基因组学已全面介入新药研发的全过程,鉴定靶标,克隆编码靶标的基因,新靶标的发现和新药开发,以重组方式表达靶标,合成优化的先导化合物,先导化合物,应用抑制剂筛选重组靶标,靶标晶体结构和靶标/抑制剂复合物,临床前试验,毒性和PK研究,病人或动物模型功能基因组学 全長cDNA文库、基因表达谱 蛋白质组及序列、蛋白质间相互作用,应用PGx发现新靶标和开发新药之六步,敲除/转基因小鼠功能基因组学、基因表达谱 蛋白质组学、表达谱 与蛋白質序列 抗体、RNAi 等抑制剂,建立化合物/天然物文库供高通量分析 组合化学 重组蛋白之細胞表現系統。,药物设计、制剂 PK/PD, DNA芯片动

23、物細胞水平药理学评价 生物信息学：药物模拟、虚拟筛选,药效、药理、药代、安全性评价 表达谱分析、蛋白质相互作用,患者基因檢查与分层 有效/无效者SNP谱 表达谱分析比较,发现疾病基因及靶点,鉴定疾病基因及靶点,化合物高通量筛选,先导化合物优化,临床前试验,临床试验,1st step：探討疾病基因及其靶分子： (a) 所用材料：(1) 患病者及疾病模型动物；(2) 功能基因组学；(3) 全長cDNA文库；(4) 基因表达谱；(5) 蛋白质组分析。 (b) 生物信息学：(1) 表达谱 (如芯片)分析；(2) 蛋白質序列分析；(3) 蛋白质與蛋白质相互作用之预测。 2nd step：鉴定疾病基因 (

24、a) 蛋白质组学：(1) 敲除小鼠；(2) 蛋白过度表达；(3) 功能基因组学；(4) 转基因小鼠分析；(5) 抗体、RNAi 等抑制剂；(6) 基因表达谱；(7) 蛋白质组之分析。 (b)生物信息学：(1) 表达谱 (如芯片)分析；(2) 蛋白質序列分析； 。 3rd step：高通量筛选 (a) (1) 建立化合物文库供高通量分析；(2) 组合化学；(3) 建立天然物文库供高通量筛选分析；(4) 制造重组蛋白之細胞表現系統。 (b) 生物信息学及化合信息学包括：化合物数据库，高通量数据库及组合化学等等。,应用PGx发现新靶标和开发新药之六步,4th step：先导化合物优化 (a) (1)

25、 药物设计；(2) 药理药效；(3) 药代；(4) DNA芯片由动物細胞水平进行药理学评价；(5) 代谢研究及制剂加工。 (b) 生物信息学：(1) 药物模拟（drug simulation）；(2) 虚拟筛选（virtual screening）：例如癌細胞靶点有16种蛋白质，由35 亿分子於56 个月，找到几种化合物可抑制癌細胞生长。 5th step：临床前试验 (a) 药效药理：(1) 藥物狀態，(2) 毒性等安全試驗。 (b) 生物信息学：(1) 預測蛋白质、蛋白质相互作用；(2) 表达谱分析。 6th step：临床试验 (a) (1) 患者之基因 檢查；(2) 临床试验设计；(3

26、) 药效评价(有效者及无效者，根据SNP分层分析)；(4) 表达谱及药物間之差異；(5) 选择患者；(6) 安全性评价。 (b) 生物信息学：表达谱之分析。 新药上市,应用PGx发现新靶标和开发新药之六步,1. 以基因蛋白质之结构寻找靶标药物 2. 以DNA芯片分析基因表达的变化，研究靶标药物 3. 以蛋白质生物芯片protein biochip分析与蛋白质結合分子之靶标药物 4. 个体化药物（Order/Tailored-made药物：因个人SNP差异引起的药物反应差异而开发的适合个人的药物,应用PGx开发新药的主要策略,应用PGx开发新药的策略,根据靶标结构筛选与其结合的候选药物：靶标如为

27、细胞因子或生长因子的受体时，与其结合常可抑制细胞因子或生长因子的信号传导；与细胞核内受体结合的药物，可调控代谢。目前特别对功能末期的孤儿受体（orphan receptor，其配体结构不明）的配体最受关注。 以DNA芯片分析表达谱开发新药： 由芯片法分析正常人與病人的基因表达差异，探讨討病人所具有的之有特异性的基因转录组(transcriptome)的抑制或活化作用，如化合物能抑制基因的转录，对基因有调控作用时，即可能成为治疗疾病的药物。 用蛋白芯片对靶分子的高通量分析：用各种化合物点在芯片上，其上再加拟探讨之酶。於芯片之化合物上，如有蛋白质量合即该化合物有可能为可抑制该酶之药物。 根据SNP

28、s开发个体化治疗药物（Tailor-mede medicines).,52,核赛汀(Herceptin)-人源化单抗-个体化药物,乳腺癌细胞,核赛汀,治疗效应：癌细胞死亡,25% HER2+,乳腺癌病人,Her2+：核赛汀作用靶标,Her2 受体 (人表皮生长因子受体2),53,核赛汀(Herceptin)-源化单抗-个体化药物,乳腺癌细胞,核赛汀,治疗效应：NO,Her2-：核赛汀无作用靶标,25% HER2+,乳腺癌病人,(1)曲妥株单抗与HER2阳性的癌细胞结合，刺激机体免疫系统，使循环中的自然杀伤细胞和巨噬细胞对肿瘤的识别能力增强,机体免疫系统的自然杀伤细胞和巨噬细胞,(2)曲妥株单抗

29、还可拮抗生长因子对肿瘤细胞的调控，终止肿瘤细胞的生长和分化,不用曲妥株单抗，癌细胞继续生长和分化,HER2阳性癌细胞,核赛汀(Herceptin)-人源化单抗-个体化药物,FDA与药物基因组学,2002: 提出PGx是资料提交的安全港概念 2003: 发布药企提交资料指导原则草稿 2004: PGx 被确认为FDA通向未来的“重要途径”中的关键机会 多专业PGx评估小组组成. FDA受理“自主基因组学数据的提交 (Voluntary Genomic Data Submission, VGDS)” 2005 设立基因组网站: www.fda.gov/cder/genomics 药企指导原则最终规

30、定发布,1990-基因变异致严重毒性而从市场撤出的药物,PGx可避免新药的临床毒性和市场召回,开发费用 (M=百万美元),No PGx: $324M,With PGx: $245M,54,41,38,160,31,Pre-Clin,Phase 1,Phase 2,Phase 3,Phase 4,From Oxagen,27,30,48,94,45,PGx可降低新药研发费用和开发周期,Data from CMR International Institute for Regulatory Science 2003,PGx 在新药研发中的作用,根据病人的遗传变异（基因型）分层，研究不同遗传变异的病

31、人的PK、治疗效应和安全性 评估药物代谢酶不同基因型/表型的药物代谢动力学参数，以便预估剂量 寻找PK极端值、毒性、有效和无效受试者的遗传差异，发现有意义的基因变异的结构和功能 对严重的和不能解释的不良反应寻求遗传方面的解释 临床试验受试者均应留DNA标本以备必须的PGx研究 建立已知DMEs基因型的受试者库，以备具多态性特征的DME特异性底物（试验药物）时用,t1/2, hr,10,20,30,40,50,地昔帕明 PK 参数,CYP2D6 *6/*9,基因型鉴定可提高临床试验准确性和解释逸出值,不含CYP2D6 PM (2 无效等位基因)； 发现一个逸出值者，属PM； 具 *6 无效等位基

32、因和酶活性降低的*9等位基因； 预期*9 基因型发生率为0.4%,EM,PM,35,33,80,14,0,0,中心 1,中心 2,中心 3,受试者例数,100 80 60 40 20 0 ,任一中心对CYP2D6底物的耐受性可能作出错误结论 任一中心获得的PK参数或三中心合并的参数均不符合白人和中国人总体人群,CYP2D6代谢底物(propafenone)多中心I期临床试验,CYP2D6代谢底物(propafenone)多中心I期临床试验,CYP2D6代谢底物(propafenone)多中心I期临床试验,CYP2C19底物 II 期临床试验病例分布,EM,PM,95,63,80,20,5,7,

33、1,2,3,临床试验中心,受试者例数,120 80 40 0 ,CYP2C19底物II期临床试验,1,2,3,临床试验中心,血浆药物浓度,有效率：53% 不良反应率：5%,有效率：67% 不良反应率：9%,有效率：74% 不良反应率：21%,总不良反应率：10% 预期发生率：15%,100- 75- 50- 25- 0-,76 个批准的药物含有 PGx 信息，如 核赛汀仅用于HER2 蛋白过表达的乳腺癌病人； 在带有CYP2C9 和 VKORC1 基因变异的病人中Warfarin的启始剂量应减少 PGx 数据已经成为 NDA/BLA 申请材料的一部分，只是现在还不是必呈部分 PGx 已用于先导

34、化合物筛选的标准；如: 化合物需优化成不主要经高度多态性药物代谢酶的底物 大的制药公司在新药临床试验中已常规收集 PGx 样本 (DNA or RNA) 对由 PGx 转化到临床应用有很高的期望,药物基因组学在新药研发中的应用,在药物临床试验中应测试的CYP多态性,CYP超家族已发现数百突变等位基因（http:/www.cypalleles.ki.se/），但很多没有功能意义，也没有阐明发生频率种族差异； 对所有的基因多态性实行检测费用很高，工作量极大且不可能； 应检测发生频率高的有功能意义的基因多态性；而且应保留DNA有待日后出现超常病例时可对其进行分析； 确定的原则：常检：CYP2A6, CYP2D6, CYP2C9, CYP2C19 有功能意义； 在大多数种族人群中发生频率高； 与受试药物的代谢途径相关的多态性为必检。 在确定何种多态性要检测时应考虑受试人群的遗传背景。如果是亚洲人，则应特别注意检测CYP2C19*3和CYP2D6*10，因为它们在亚洲人群中发生率很高。,药物基因组学使临床试验获得更多预见性信息,以药物基因组学为基础的临床试验可在较小样本量的受试者中获得更有针对性的结果 在任一期临床试验中获得的药物基因组学信息可用以改善受试化合物，或改变进一步的临床试验 药物基因组学信息可指导新一代更有效的化合物的开发,临床试验：非个体化 vs 个体化,