北京军区总医院基因导向的个体化给药项目及其临床应用

边佳明，丁媛媛，杨 凡，张 梅，许景峰（北京军区总医院药理科，北京100700）

［本文编辑］贡沁燕

合理用药是临床药学工作的核心，个体化给药则是实现合理用药的可靠方法之一。随着生物信息学的飞速发展，基因导向的个体化给药已经成为医院药学服务的一项重要内容，与治疗药物监测、不良反应监测、药师融入临床等工作一起作为医院药学工作的内容。本文将近年来北京军区总医院药学部门开展的个体化给药基因检测项目及其临床应用作一介绍，为医院临床药学服务工作的拓展提供新的思路。

1 基因导向的个体化给药与临床药学

研究人类基因的变异与药物临床效应关系的科学称为药物遗传学（pharmacogenetics）。随着后基因组时代的到来，海量生物信息处理能力的提升和高通量基因技术平台的建立与完善，允许研究者对遗传和药效间的关系从全基因组水平做出筛选和评价，因此出现了药物基因组学（pharmacogenomics）概念［1］。在影响药效的众多因素中，遗传具有不可控性，往往是造成药效个体差异的核心因素，因此破解遗传与药效之间的关系是实现真正个体化给药的前提。目前已经积累了大量的药物遗传学信息，研究者可以利用这些信息，通过检测病人的基因，为临床药物治疗提供依据，即基因导向的个体化给药。

临床药师的工作紧密结合临床，且熟知药物的基本信息和临床使用情况，因此在基因导向的个体化给药服务和药物基因组学研究中比医院其他部门更具优势。在药师融入临床的实践中，大量的药物治疗相关问题表露出来，其中不乏可以利用药物基因组学信息预警或解释的典型案例。临床药学在传统服务模式的基础上，进一步分析遗传因素对药效的影响，使临床药学工作更加完整和可靠。本院选择的技术平台为焦磷酸测序，系统所配软件可协助完成扩增引物和测序引物的设计，操作步骤少、时间短，结果自动判读，用于单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）检测。

2 本院目前开展的基因导向的个体化给药服务

以个体化给药为目的的药物相关基因检测项目，需要具备充分的临床证据方可开展，因此本院开展的基因导向的个体化给药服务均基于这样的观点：（1）相关领域有共识认可基因变异与药物效应的相关性；（2）有大样本的临床证据支持这样的关联性；（3）有相关领域权威机构推荐。

2.1 β1肾上腺素受体基因和CYP2D6基因突变检测 β1肾上腺素受体（β1adrenergic receptor，β1AR）基因存在一个重要突变G1165C，导致出现Gly389Arg转变，该突变位于细胞内羧基末端Gs蛋白耦联部位，可显著增强异丙肾上腺素诱导的腺苷酸环化酶活性［2］，在中国汉族人群中的突变率为70%左右（NCBI数据）。研究发现，389Arg纯合子病人服用美托洛尔或阿替洛尔后的降压效果显著高于389Gly纯合子者［3］；而在心衰治疗方面，389Arg纯合子病人同样受益更多［2］。CYP2D6是β受体拮抗药的重要代谢酶，中国汉族人群中CYP2D6＊10（C188T）等位基因的突变频率高达51.6%，是导致CYP2D6活性下降的主要原因［4］。因此，通过检测β1AR和CYP2D6基因的关键突变，分析病人对β受体拮抗药的敏感程度，以期提高疗效，减少不良反应。

2.2CYP2C19基因突变检测 氯吡格雷（clopidogrel）经CYP2C19代谢生成的产物具有抗血小板活性，在急性冠状动脉综合征（ACS）、接受经皮冠状动脉介入治疗（PCI）和冠脉内支架术的病人中，联合应用阿司匹林与氯吡格雷抗凝已成为标准治疗方案，但是氯吡格雷疗效在不同病人间存在巨大差异，这与病人的不同遗传背景相关［5］。中国汉族人群中CYP2C19基因常见的两个功能缺失等位基因是CYP2C19＊2和＊3，即G681A和G636A，突变率分别为30%和8%左右（未发表数据），这两个等位基因突变均导致不能翻译出完整活性酶。大样本的对照研究显示，携带CYP2C19功能缺失等位基因的病人，氯吡格雷活性代谢产物的血药浓度更低［6］，发生不良心血管事件的风险更高［7］。2010年8月，美国心脏病学会基金会和美国心脏学会共同发布了美国FDA关于氯吡格雷的黑框警告，针对医师和病人，建议通过基因检测明确病人氯吡格雷的代谢变化，预测病人不良反应的风险。

2.3 维生素K环氧化物还原酶复合物1和CYP2C9基因突变检测 维生素K环氧化物还原酶复合物1（vitamin K epoxide reductase complex subunit 1，VKORC1）基因编码维生素K环氧化物还原酶的重要亚基，该基因启动子区—1639G＞A的突变，导致VKORC1mRNA表达水平显著下降，影响对华法林的敏感性［8］。在中国人群中该突变率为94.2%左右（NCBI数据），因此中国人临床使用华法林的剂量较西方人低。CYP2C9是华法林的重要代谢酶，CYP2C9＊3是中国汉族人群中导致酶活性下降最重要的等位基因，其核心突变Ile359Leu，突变率在4.4%左右（作者的数据），改变了酶结构，降低了酶活性，导致华法林体内清除能力减弱［9］。大样本对照研究证实，VKORC1和CYP2C9的基因突变均是影响华法林抗凝效应的重要遗传因素［10］，美国FDA已经将该信息写进华法林的使用说明书，并给出了剂量调整范围（0.5～7mg／d）。

2.4 巯嘌呤甲基转移酶基因突变检测 嘌呤类药物，如巯嘌呤、硫唑嘌呤等，广泛用于治疗白血病、克罗恩病（Crohn disease）等。这类药物代谢产生的6－鸟嘌呤核苷酸不仅是产生疗效的原因，也是引起不良反应的主要原因。巯嘌呤甲基转移酶（thiopurine methyltransferase，TPMT）甲基化巯嘌呤，使之成为无活性的甲基巯嘌呤，阻碍6－鸟嘌呤核苷酸形成，因此TPMT基因的多态性，使不同个体对嘌呤类药物代谢具有很大差异［11］。中国汉族人群中TPMT常见的突变是A719G，该突变导致酶活性大大降低或消失，突变率为2.3%左右（NCBI数据）。因此对于TPMT缺陷的病人，使用常规剂量的巯嘌呤或硫唑嘌呤，会导致6－鸟嘌呤核苷酸积累，诱发严重不良反应，如严重的骨髓抑制等。研究表明，TPMT基因A719G突变与该类药物的不良反应发生率显著相关［12］。最近，美国临床药物遗传应用集团（Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium，CPIC）发布了携带不同TPMT基因型时嘌呤类药物剂量的调整指南［13］，以供临床治疗参考。

2.5 肿瘤靶向药物相关基因检测 肿瘤靶向药是以癌症发生、肿瘤生长所必需的特定分子为靶点，设计的用于阻止癌细胞生长的一类选择性较高的药物。由于肿瘤基因组的特殊性，肿瘤靶向药物的疗效容易受到靶蛋白突变的影响，因此使用肿瘤靶向药物前进行肿瘤组织基因型检测是必要的。美国FDA已经将药物基因组学信息列入了这类药物的使用说明书，以强化这类药物的个体化给药［1］。以表皮生长因子受体（EGFR）突变检测为例，在EGFR酪氨酸激酶区已发现至少28种突变，且大多发生在编码EGFR酪氨酸激酶区的外显子18～21上，其中4种主要的突变与非小细胞肺癌（non－small－cell lung cancer，NSCLC）病人对小分子酪氨酸激酶抑制剂的敏感性有关，分别是G719A／C（外显子18）、4个氨基酸（Leu－Arg－Glu－Ala）的框内缺失（外显子19）、L858R及L861Q（外显子21），研究证实这些突变有利于吉非替尼（gefitinib）和厄洛替尼（erlotinib）等靶向药物对NSCLC的治疗［14］，该信息已经包含在《NCCN非小细胞肺癌临床实践指南》2010版中。作为EGFR下游信号分子，K－ras和B－raf的突变同样也与肿瘤靶向药的疗效相关。研究显示，对于晚期结肠癌的治疗，野生型K－ras和突变型B－raf更加有利于病人从西妥昔单抗（cetuximab）的治疗中受益［15，16］。

2.6IL28B基因突变检测 丙肝是由丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）引起的肝脏慢性炎症，HCV是导致肝硬化和肝细胞癌的主要病原体之一。急性HCV感染者中只有20%～30%的病人可发生自发病毒清除，70%～80%的病人发展为慢性感染者，其中30%可进展为终末期肝病，包括肝硬化、肝癌等。以干扰素（interferon，IFN）为基础的抗病毒治疗是目前控制HCV感染唯一的有效手段，聚乙二醇干扰素（PEG－IFN）联合利巴韦林是抗HCV的标准治疗方案，但只有约一半的病人能达到持续病毒应答（sustained viral response，SVR）［17］。独立的全基因组关联研究找到了几个与PEG－IFN联合利巴韦林治疗慢性丙肝疗效密切相关的SNP（rs12979860C＞T，rs8099917T＞G），这些SNP位于IL28B基因附近，IL28B基因编码干扰素λ－3。在中国汉族人群中，rs12979860C＞T的突变率约为10%，rs8099917T＞G的突变率约为9%（NCBI数 据 ）［18］。在基因1型慢性丙肝治疗中，rs12979860CC纯合子病人和rs8099917TT纯合子病人的SVR率较携带突变等位基因的病人高2倍以上［19］，而对我国另一种较常见的基因2型HCV，这两个SNP同样对SVR有很好的预测作用［20］。此外，在肝脏移植导致的丙肝感染中，rs12979860亦对丙肝治疗的预后有预测作用［21］。

2.7O6－甲基鸟嘌呤－DNA－甲基转移酶基因甲基化检测 替莫唑胺（temozolomide）是目前治疗脑胶质瘤唯一有明确疗效的化疗药物，该药进入体内后转化为活性产物5－（3－甲基三嗪－1－基）咪唑－4－酰胺（monomethyl triaizine imidazole carboxamide，MTIC），干扰 DNA 复制，发挥抗肿瘤作用［22］。O6－甲基鸟嘌呤－DNA－甲基转移酶（O6－methylguanine－DNA methyltransferase，MGMT）是一种DNA修复酶，能够移除DNA上鸟嘌呤O6位点上能致突变毒性和细胞毒性的烷基化加合物，使损伤的鸟嘌呤恢复，是替莫唑胺耐药的重要原因［23］。在正常脑组织MGMT的表达较低，但在肿瘤组织中的表达却往往较高。研究发现，低水平表达的MGMT更有利于脑胶质瘤的治疗和预后［24］。MGMT基因启动子存在CpG岛，该区域的甲基化导致基因转录受阻，可作为延长脑胶质瘤的术后生存期的表观遗传标志物，而且接受替莫唑胺治疗的胶质瘤病人可从MGMT基因启动子甲基化中明显受益［25］。

2.8 基因突变检测与药物重要不良反应的预测史蒂文斯－约翰逊综合征（Stevens－Johnson syndrome，SJS）是一种急性皮肤炎症反应，其典型特征是表皮细胞死亡，导致表皮与真皮分离，严重者又称为中毒性表皮坏死症，是一种致命的皮肤疾病，尽管罕见，但药物过敏是其最常见的诱因。抗癫药可以引起这种致命的不良反应。研究显示，中国汉族人群中携带HLA－B＊1502等位基因的病人在接受抗癫药治疗时，发生严重皮肤不良反应的风险显著增高［26］。另一项大样本、多中心的临床研究显示，卡马西平（carbamazepine）导致的皮肤不良反应与HLA－B＊1502等位基因的携带显著相关［27］。基于以上研究成果，美国FDA已将该药物基因组学信息列入卡马西平的药品说明书。另一个容易引起SJS的药物是别嘌醇（allopurinol），该药是治疗慢性痛风的首选药物。研究显示，HLA－B＊5801等位基因筛查结果应该作为中国人群接受别嘌醇治疗发生严重皮肤不良反应的风险预测因素［28］。作者的数据显示，HLA－B＊1502和HLA－B＊5801等位基因在中国人群中出现的频率分别为7%和11%（未发表数据）。

他汀类血脂调节药最重要的不良反应为该类药物引起的肌病，表现为肌痛、肌无力等，严重的可导致横纹肌溶解症，有致命危险。全基因组关联研究显示，编码有机阴离子转运体的SLCO1B1基因存在一个SNP（rs4149056），与他汀类药物引起肌病的危险性显著相关［29］。rs4149056位于SLCO1B1基因编码区（T521C），导致编码蛋白174位氨基酸由Val变为Ala，蛋白活性降低，使血浆中他汀类药物浓度显著升高［30］。中国人群中T521C的突变率约为15%（NCBI数据）。美国CPIC最近就SLCO1B1基因多态性在预测他汀类药物引起的肌病中的作用做了指南性的解读，给出了SLCO1B1基因突变检测在预测辛伐他汀（simvastatin）不良反应时的临床个体化给药建议［31］。

3 问题和展望

基因导向的个体化给药是转化医学研究的重点领域，如何将正确的药品以合适的剂量用于适合的病人，是临床医学和药物开发两大领域共同需要考虑的问题。最近，美国NIH和FDA联合署名在新英格兰医学杂志上发表了题为“The path to personalized medicine”的文章，指出该领域在未来研究中的重要性，并提出了为提高个体化用药水平而打算采取的一系列医学研究和药物研发措施［32］。由此可见，未来临床基因检测将成为个体化给药或治疗的重要环节。作者认为，如何持续跟踪和掌握这些药物基因组学信息，不仅是临床医师需要重视的问题，更是转型中的药学人员应当具备的基本知识和技能。

尽管基因导向的个体化用药极大地丰富了药物治疗的内涵，但必须科学地认识到基因导向的个体化用药的局限性。在利用这些基因组学信息的同时，临床药师决不能忽视其他非遗传因素对药物效应造成的影响。只有与临床紧密结合，尽可能地综合分析影响药效的遗传因素和非遗传因素，以及药物本身的理化因素，才能更好地实现个体化给药的服务宗旨，体现药学服务的价值。

［1］Wang LieWei，McLeod H L，Weinshilboum R M.Genomics and drug response［J］.N Engl J Med，2011，364（12）：1144－1153.

［2］Liggett S B.Pharmacogenomics ofβ1－adrenergic receptor polymorphisms in heart failure［J］.Heart Fail Clin，2010，6（1）：27－33.

［3］Liu Jie，Liu ZhaoQian，Yu BangNing，etal.β1－Adrenergic receptor polymorphisms influence the response to metoprolol monotherapy in patients with essential hypertension［J］.Clin Pharmacol Ther，2006，80（1）：23－32.

［4］Ji Ling，Pan ShiXiu， Wu JianMin，etal. Genetic polymorphisms ofCYP2D6in Chinese mainland［J］.Chin Med J，2002，115（12）：1780－1784.

［5］Cuisset T，Morange P E，Alessi M C.Recent advances in the pharmacogenetics of clopidogrel［J］.Hum Genet，2012，131（5）：653－664.

［6］Mega J L，Close S L，Wiviott S D，etal.Cytochrome P－450 polymorphisms and response to clopidogrel［J］.N Engl J Med，2009，360（4）：354－362.

［7］Simon T，Verstuyft C，Mary－Krause M，etal.Genetic determinants of response to clopidogrel and cardiovascular events［J］.N Engl J Med，2009，360（4）：363－375.

［8］Yuan H Y，Chen J J，Lee M T M，etal.A novel functional VKORC1promoter polymorphism is associated with inter－individual and inter－ethnic differences in warfarin sensitivity［J］.Hum Mol Genet，2005，14（13）：1745－1751.

［9］Tan S L，Li Z，Song G B，etal.Development and comparison of a new personalized warfarin stable dose prediction algorithm in Chinese patients undergoing heart valve replacement［J］.Pharmazie，2012，67（11）：930－937.

［10］Schwarz U I，Ritchie M D，Bradford Y，etal.Genetic determinants of response to warfarin during initial anticoagulation［J］.N Engl J Med，2008，358（10）：999－1008.

［11］Zhou ShuFeng.Clinical pharmacogenomics of thiopurineS－methyltransferase［J］.Curr Clin Pharmacol，2006，1（1）：119－128.

［12］Dong XianWen，Zheng Qing，Zhu MingMing，etal.ThiopurineS－methyltransferase polymorphisms and thiopurine toxicity in treatment of inflammatory bowel disease［J］.World J Gastroenterol，2010，16（25）：3187－3195.

［13］Relling M V，Gardner E E，Sandborn W J，etal.Clinical pharmacogenetics implementation consortium guidelines for thiopurine methyltransferase genotype and thiopurine dosing：2013update［J］.Clin Pharmacol Ther，2013，93（4）：324－325.

［14］Maemondo M，Inoue A，Kobayashi K，etal.Gefitinib or chemotherapy for non－small－cell lung cancer with mutated EGFR［J］.N Engl J Med，2010，362（25）：2380－2388.

［15］Karapetis C S，Khambata－Ford S，Jonker D J，etal.K－rasmutations and benefit from cetuximab in advanced colorectal cancer［J］.N Engl J Med，2008，359（17）：1757－1765.

［16］Tol J，Nagtegaal I D，Punt C J A.BRAFmutation in metastatic colorectal cancer［J］.N Engl J Med，2009，361（1）：98－99.

［17］Yan ZeHui，Fan Ke，Wang XiaoHong，etal.Efficacy and safety of low－dose peginterferon alpha－2aplus ribavirin on chronic hepatitis C［J］.Gastroenterol Res Pract，2012，article ID 302093：1－8.

［18］Ge DongLiang，Fellay J，Thompson A J，etal.Genetic variation inIL28Bpredicts hepatitis C treatment－induced viral clearance［J］.Nature，2009，461（7262）：399－401.

［19］Hayes C N，Imamura M，Aikata H，etal.Genetics ofIL28Band HCV－response to infection and treatment［J］.Nat Rev Gastroenterol Hepatol，2012，9（7）：406－417.

［20］Kawaoka T，Hayes C N，Ohishi W，etal.Predictive value of theIL28Bpolymorphism on the effect of interferon therapy in chronic hepatitis C patients with genotypes 2aand 2b［J］.J Hepatol，2011，54（3）：408－414.

［21］Charlton M R，Thompson A，Veldt B J，etal.Interleukin－28Bpolymorphisms are associated with histological recurrence and treatment response following liver transplantation in patients with hepatitis C virus infection［J］.Hepatology，2011，53（1）：317－324.

［22］Roos W P，Batista L F Z，Naumann S C，etal.Apoptosis in malignant glioma cells triggered by the temozolomide－induced DNA lesionO6－methylguanine［J］.Oncogene，2007，26（2）：186－197.

［23］Thomas R P，Recht L，Nagpal S.Advances in the management of glioblastoma：the role of temozolomide andMGMTtesting［J］.Clin Pharmacol，2013，5：1－9.

［24］van den Bent M J，Gravendeel L A，Gorlia T，etal.A hypermethylated phenotype is a better predictor of survival thanMGMTmethylation in anaplastic oligodendroglial brain tumors：a report from EORTC study 26951［J］.Clin Cancer Res，2011，17（22）：7148－7155.

［25］Hegi M E，Diserens A C，Gorlia T，etal.MGMTgene silencing and benefit from temozolomide in glioblastoma［J］.N Engl J Med，2005，352（10）：997－1003.

［26］Man C B L，Kwan P，Baum L，etal.Association betweenHLA－B＊1502allele and antiepileptic drug－induced cutaneous reactions in Han Chinese［J］.Epilepsia，2007，48（5）：1015－1018.

［27］Chen P，Lin J J，Lu C S，etal.Carbamazepine－induced toxic effects andHLA－B＊1502screening in Taiwan［J］.N Engl J Med，2011，364（12）：1126－1133.

［28］Lee M H H，Stocker S L，Williams K M，etal.HLA－B＊5801should be used to screen for risk of Stevens－Johnson syndrome in family members of Han Chinese patients commencing allopurinol therapy［J］.J Rheumatol，2013，40（1）：96－97.

［29］SEARCH Collaborative Group.SLCO1B1variants and statin－induced myopathy—agenomewide study［J］.N Engl J Med，2008，359（8）：789－799.

［30］Wilke R A，Ramsey L B，Johnson S G，etal.The clinical pharmacogenomics implementation consortium：CPIC guideline forSLCO1B1and simvastatin－induced myopathy［J］.Clin Pharmacol Ther，2012，92（1）：112－117.

［31］Niemi M，Pasanen M K，Neuvonen P J.Organic anion transporting polypeptide 1B1：agenetically polymorphic transporter of major importance for hepatic drug uptake［J］.Pharmacol Rev，2011，63（1）：157－181.

［32］Hamburg M A，Collins F S.The path to personalized medicine［J］.N Engl J Med，2010，363（4）：301－304.