基因个体化治疗在心血管疾病中的应用前景

刘欣 周琼琼 洪葵 综述

(南昌大学第二附属医院心内科，江西 南昌 330006)

1 前言

心血管系统疾病是人类常见疾病之一，据世界卫生组织统计及预测，全球每年死于心血管病的人数将由2008 年的1 730 万人上升至2030 年的2 360 万人，这也跟预计的全球人口增长及老龄化相关［1］。

对心血管疾病的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，然而往往不适用于所有患者，对部分患者甚至可能造成伤害。个体化治疗则是根据每个患者特有的遗传基质、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。

2 心血管疾病遗传学发展

与遗传相关的心血管病包括家族性高胆固醇血症、早发心肌梗死、扩张型及肥厚型心肌病、长QT 综合征(LQTS)和马方氏综合征等［2］。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。更多心血管疾病仍以复杂形式存在，通常由基因、环境、饮食等多因素引起。随着遗传检测技术的飞速发展，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。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［3］，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。

随着越来越多心血管致病基因、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［4］。

3 心血管疾病个体化治疗

3.1 个体化药物治疗

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、体质量指数和性别等)、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汀类降脂药物。

3.1.1 华法林

作为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超过半个世纪，但出血或血栓栓塞仍是患者常出现的不良反应［5］。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［6］。患者对华法林反应差异相关遗传药理学研究指出，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VKORC1 单核苷酸多态性(SNPs)［7］。

CYP2C9 R144C(* 2)和CYP2C9 I359L(* 3)常见于白种人，在亚洲人中少见［8］，在非裔美国人中极罕见［9］。两种基因型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［8］。在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［10］。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［8］。

以遗传药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INR、优化治疗窗内时间以及减少不良反应这几方面使患者获益［11］，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［12-13］。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。

3.1.2 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)、高体质量指数、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［14］。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性。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≤0.35，CYP2C19 * 3 则主要存在于亚洲人，分别通过异常剪切和提前终止密码导致酶功能失活［15］，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［16］。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功能获得［15］。

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［15］。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。

3.1.3 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，主要研究仍然集中于他汀类药物致肌肉毒性相关SLCO1B1 基因变异。SLCO1B1 V174A(* 5)被发现与他汀类药物，尤其是辛伐他汀强烈相关［17］。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［18］。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应用策略的影响需进一步明确。

3.2 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(心衰)。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［19］。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)经冠状动脉注入，提高心肌细胞肌浆网内钙离子回收能力［19］。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［20］。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［21］。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。

4 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。

［1］Smith SC Jr，Collins A，Ferrari R，et al.Our time:a call to save preventable death from cardiovascular disease (heart disease and stroke)［J］.J Am Coll Cardiol，2012，60(22):2343-2348.

［2］Nabel EG.Cardiovascular disease［J］.N Engl J Med，2003，349(1):60-72.

［3］Lohmueller KE，Pearce CL，Pike M，et al.Meta-analysis of genetic association studies supports a contribution of common variants to susceptibility to common disease［J］.Nat Genet，2003，33(2):177-182.

［4］Ordovás JM，Smith CE.Epigenetics and cardiovascular disease［J］.Nat Rev Cardiol，2010，7(9):510-519.

［5］Johnson JA，Cavallari LH.Pharmacogenetics and cardiovascular disease—implications for personalized medicine［J］.Pharmacol Rev，2013，65(3):987-1009.

［6］Caraco Y，Blotnick S，Muszkat M.CYP2C9 genotype-guided warfarin prescribing enhances the efficacy and safety of anticoagulation:a prospective randomized controlled study［J］.Clin Pharmacol Ther，2008，83(3):460-470.

［7］Bodin L，Verstuyft C，Tregouet DA，et al.Cytochrome P450 2C9 (CYP2C9)and vitamin K epoxide reductase (VKORC1)genotypes as determinants of acenocoumarol sensitivity［J］.Blood，2005，106(1):135-140.

［8］Johnson JA，Gong L，Whirl-Carrillo M，et al.Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium Guidelines for CYP2C9 and VKORC1 genotypes and warfarin dosing［J］.Clin Pharmacol Ther，2011，90(4):625-629.

［9］Suarez-Kurtz G，Botton MR.Pharmacogenomics of warfarin in populations of African descent［J］.Br J Clin Pharmacol，2013，75(2):334-346.

［10］Cavallari LH，Langaee TY，Momary KM，et al.Genetic and clinical predictors of warfarin dose requirements in African Americans［J］.Clin Pharmacol Ther，2010，87(4):459-464.

［11］Caraco Y，Blotnick S，Muszkat M.CYP2C9 genotype-guided warfarin prescribing enhances the efficacy and safety of anticoagulation:a prospective randomized controlled study［J］.Clin Pharmacol Ther，2008，83(3):460-470.

［12］Pirmohamed M，Burnside G，Eriksson N，et al.A randomized trial of genotype-guided dosing of warfarin［J］.N Engl J Med，2013，369(24):2294-2303.

［13］Kimmel SE，French B，Kasner SE，et al.A pharmacogenetic versus a clinical algorithm for warfarin dosing［J］.N Engl J Med，2013，369(24):2283-2293.

［14］Trenk D，Hochholzer W.Genetics of platelet inhibitor treatment［J］.Br J Clin Pharmacol，2014，77(4):642-653.

［15］Scott SA，Sangkuhl K，Stein CM，et al.Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium guidelines for CYP2C19 genotype and clopidogrel therapy:2013 update［J］.Clin Pharmacol Ther，2013，94(3):317-323.

［16］Holmes MV，Perel P，Shah T，et al.CYP2C19 genotype，clopidogrel metabolism，platelet function，and cardiovascular events:a systematic review and meta-analysis［J］.JAMA，2011，306(24):2704-2714.

［17］Voora D，Shah SH，Spasojevic I，et al.The SLCO1B1* 5 genetic variant is associated with statin-induced side effects［J］.J Am Coll Cardiol，2009，54(17):1609-1616.

［18］Mangravite LM，Engelhardt BE，Medina MW，et al.A statin-dependent QTL for GATM expression is associated with statin-induced myopathy［J］.Nature，2013，502(7471):377-380.

［19］Matsa E，Dixon JE，Medway C，et al.Allele-specific RNA interference rescues the long-QT syndrome phenotype in human-induced pluripotency stem cell cardiomyocytes［J］.Eur Heart J，2014，35(16):1078-1087.

［20］Jessup M，Greenberg B，Mancini D，et al.Calcium Upregulation by Percutaneous Administration of Gene Therapy in Cardiac Disease (CUPID):a phase 2 trial of intracoronary gene therapy of sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase in patients with advanced heart failure［J］.Circulation，2011，124:304-313.

［21］Denegri M，Bongianino R，Lodola F，et al.Single delivery of an adeno-associated viral construct to transfer the CASQ2 gene to knock-in mice affected by catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia is able to cure the disease from birth to advanced age［J］.Circulation，2014，129(25):2673-2681.