血管疾病精准医学研究模式的现状与展望

郑月宏，廖鹏志

(中国医学科学院&北京协和医学院 北京协和医院 血管外科，北京 100730)

血管疾病精准医学研究模式的现状与展望

郑月宏Δ，廖鹏志

(中国医学科学院&北京协和医学院 北京协和医院 血管外科，北京 100730)

精准医学是医学研究未来的方向，其目的在于将现有的基因组学研究进行规范、整合、共享，加速医学研究进程，提高医学研究效率，让基因组学研究的成果更快更好的服务于临床。本文回顾了腹主动脉瘤、静脉血栓栓塞症的疾病基因组学研究，氯吡格雷、华法林的药物基因组学研究的部分研究成果。精准医学已在血管疾病的筛查、诊断、药物治疗等方面有了初步的应用。各血管疾病诊疗中心共同努力，建立我国血管疾病的精准医学研究模式是未来的发展方向。

精准医学；基因组学；血管疾病

2015年1月30日，美国总统奥巴马在国情咨文讲话中宣布了一个生命科学领域新项目——精准医学计划，并将拨款2.13亿美元用于精准医学的科学研究、创新发展。同一天，美国国立卫生研究院现任主任弗朗西斯·柯林斯发文详尽阐述了精准医学计划，将其定义为根据个体基因特征、环境以及生活习惯进行疾病干预以及治疗的最佳方法[1-2]。精准医学应包括4个基本要素：精确、准时、共享、个体化。精准医学的相关研究在我国的国家计划中早有布局。我国学者詹启敏院士提出：精准医学是指应用现代遗传技术、分子影像技术、生物信息技术，结合患者的生活环境和临床数据，实现精准的疾病分类及诊断，制定具有个性化的疾病预防和治疗方案[3]。

随着精准医学的推动，血管疾病的诊疗也必将沿着精准医学的方向发展。与血管疾病相关的疾病基因组学、药物基因组学研究已开展多年，本文旨在回顾分析部分研究成果，为建立我国血管疾病的精准医学研究模式提供思路。

1 血管疾病基因组学研究

基因芯片和高通量测序技术是基因组学研究的武器，共享、监管制度的完善能进一步提高基因组学研究的效率和安全。在国家乃至全球层面，建立起特定疾病的基因数据库是发展趋势。有了特定疾病的基因大数据，通过生物信息分析技术，寻找特异性的基因位点，可为疾病的诊断、监测、治疗提供更为精准的方案。

以腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)和静脉血栓栓塞症(venous thromboembolism，VTE)这2种血管外科的代表性疾病为例，目前关于AAA和VTE的基因组学的研究已有诸多成果。

1.1 AAA发病机制研究 北京协和医院血管外科郑月宏等[4]应用基因芯片技术对腹主动脉瘤与正常腹主动脉组织进行基因差异表达检测，对所获得基因进行分子生物信息学分析，结果显示腹主动脉瘤与正常组织间差异表达的细胞周期和细胞凋亡基因有18条,占芯片基因总数的0.44%。其中与细胞周期相关的基因11条,与细胞凋亡相关的基因7条。在动脉瘤组织中表达上调的基因9条,平均Ratio值为3.860，表达下调的9条，平均Ratio值为0.294。生物信息学分析显示，该18条差异表达细胞周期和细胞凋亡基因与腹主动脉瘤中平滑肌细胞的生长和凋亡有关。腹主动脉瘤的发生、发展过程中存在多基因表达调控的改变，细胞周期和细胞凋亡基因与腹主动脉瘤中平滑肌细胞等的生长和凋亡有相关性，对于该相关基因群的进一步研究有助于阐释腹主动脉瘤的发病机制。

国外Biros等[5]采用基因芯片分析了20例小于55 mm的小动脉瘤，29例大于55 mm的大动脉瘤，9例主动脉闭塞性病变，并10例器官捐献者的对照样本，探测到小动脉瘤有840个差异表达的基因、大动脉瘤有1 014个基因表达差异；免疫相关通路包括细胞因子与细胞因子受体通路、T细胞受体信号通路(CTLA4、NKTR、CD8A 等)在大小动脉瘤样本中都表达上调。主动脉闭塞性病变样本则探测到1 765个基因表达差异，上调的通路包括代谢及氧化磷酸化通路。从基因表达、通路类型来分析，提示 AAA与 AOD的发病机制有区别。

此外，通过基因测序技术，对于腹主动脉瘤的疾病基因组学也有相关研究。Zhao等[6]通过对126个 AAA和 119 个健康人的样本进行基因检测，发现ATP绑定转运蛋白A1(ATP-binding cassette transport protein A1， ABCA1)作为细胞表面蛋白，可促进胆固醇向细胞外转运,ABCA1 基因的单核苷酸多态性位于 rs2230806位点，KK/RR基因型在2组中有明显差异。RR基因型以及 R 等位基因在AAA组低表达，对AAA组进行组内分析，发现AAA组内携带R等位基因(包括RR型和RK型)的人群血浆载脂蛋白A和高密度胆固醇脂蛋白水平较高，而低密度胆固醇脂蛋白和甘油三酯水平较低。ABCA1基因的单核苷酸多态性与脂质的异常代谢有关,ABCA1基因的R等位基因可能通过调节脂质代谢与AAA发病相关。Chen等[7]通过对腹主动脉瘤瘤颈组织和正常腹主动脉组织进行基因测序后分析比对，发现HNF4A基因与 E2F4、NCOR1、H4三个基因关系密切,基因间协同调节转录的机制或许能为 AAA的治疗提供新的治疗靶点。

随着疾病基因组学研究结果的丰富，以及精准医学的推出，人类遗传学欧洲学会(European Society of Human Genetics，ESHG)正在推动建立基因卡片临床应用(Clinical Utility Gene Cards，CUGCs)项目[8]，已有计划制定关于胸腹主动脉瘤和动脉夹层的分子基因检测的指南。指南中提出的基因检测方案包括特殊基因检测与全基因测序相结合或核心基因检测与附加基因检测相结合。并指出方案的制定要根据患者个体的情况合理制定，在全面覆盖和重点筛查之间取得平衡。

1.2 VTE发病机制研究 VTE也是血管外科常见病，促凝与抗凝的动态平衡受到多种凝血因子与抗凝物质的调节，抗凝物质发挥正常的生理功能受到多种基因的调节，抗凝物质的缺失或功能障碍可能伴随相关基因的缺陷。

国内有研究[9]通过对202位VTE患者进行抗凝血酶和蛋白C活性的基因筛查，发现抗凝血酶和蛋白C基因存在遗传缺陷的比率分别为2%和8%。得出在中国VTE人群中蛋白C的基因缺陷比抗凝血酶基因突变更常见，对VTE患者进行凝血功能检测的同时进行抗凝物质的基因筛查，对于进一步的诊断与治疗很有意义。关于血栓凝集素与VTE的发病机制，有研究报道[10]血栓凝集素与蛋白C的抗凝活性有关。血栓凝集素基因点突变c.1418C>T会提高原发性静脉血栓栓塞发病风险，而与静脉血栓栓塞复发率无明显相关。抗凝物质蛋白C通过与内皮细胞蛋白C受体结合发挥抗凝作用，蛋白C编码基因外显子3，蛋白C受体编码基因外显子2、3，是编码2者结合位点的基因。有研究[11]对653例原发VTE和627例健康人进行上述结合位点的筛查，在原发VTE组检测出5例点突变，而在健康人组没有发现上述位点的突变，提示蛋白C与蛋白C受体结合位点的突变可能是原发VTE的发病机制之一。国外也有学者[12]发现凝血因子Ⅴ基因突变引起的活化蛋白C抵抗现象，提出该基因突变与静脉血栓性疾病发病相关。

类似的血管疾病发病机制的基因组学研究还有很多，但是和隐藏在血管疾病发病机制背后完整的基因组学相比，现在的研究就像浩瀚网络中的一个个节点，精准医学就是要将这些节点串联，揭示血管疾病发病机制的完整基因网络。

2 血管疾病药物基因组学研究

现有的治疗血管疾病的药物，如抗血小板药物、抗凝药物、降脂药物等，药理作用的发挥可能存在一个或多个靶点，治疗过程中药理作用的敏感性、特异性的个体差异在临床工作中很常见。开展血管疾病的药物基因组学研究，一方面可以探寻高敏感性、高特异性的治疗靶点，开发新药，提高药效，减少用药风险。另一方面，对于现有的成熟的药物，在使用前进行相关基因多态性检测，根据患者的基因型选择个体化的治疗药物和治疗剂量，可以更加高效、安全地进行药物治疗。目前有关氯吡格雷、华法林等药物用药前的基因多态性分析，国内已有开展，用于指导患者的抗血小板、抗凝治疗。

2.1 氯吡格雷基因多态性研究 氯吡格雷是一种血小板聚集抑制剂，常与阿司匹林联合用于急性冠状动脉综合征、急性心肌梗死及外周动脉疾病的治疗。氯吡格雷抵抗是临床常见现象之一。目前已报道的与氯吡格雷相关的基因有一百多种，常见基因包括 CYP2C19、ABCB1。其中关于CYP2C19的基因多态性与氯吡格雷的活化代谢相关，ABCB1的基因多态性与氯吡格雷的吸收代谢相关。

氯吡格雷为前药，经细胞色素 P450 酶系将其代谢为活性代谢物而发挥抗血小板的作用。CYP2C19 是细胞色素 P450 酶系的主要成员，该基因位于人类第10号染色体，编码的蛋白酶位于肝微粒体内，参与氯吡格雷的活化代谢。CYP2C19基因在人体内呈多态性表达，正常的基因型为CYP2C19*1/*1，常见的突变体为 CYP2C19*2、CYP2C19*3、CYP2C19*4、CYP2C19*5等，其中CYP2C19*2为最主要的突变体[13]。通过检测患者CYP2C19的基因型，可以判定通过CYP2C19代谢的药物速率类型，依据其对氯吡格雷的代谢速度，可分为超快代谢型、快代谢型、中间代谢型、慢代谢型。在中间代谢型和慢代谢型患者使用氯吡格雷过程中，常规剂量产生的活性代谢物减少，抑制血小板聚集作用减弱，形成血栓不良反应的风险增加。因此检测 CYP2C19基因多态性，基因型为中间代谢型和慢代谢型的患者需增加氯吡格雷的剂量或使用其他抗血小板聚集药物替代治疗。超快代谢型和普通代谢型的患者应适当减少氯吡格雷的使用剂量，同时注意监测出血的发生风险[14]。多项临床研究[15-18]均提示携带CYP2C19功能缺失性等位基因(*2、*3、*4、*5等)的人群对比CYP2C19正常基因型(*1/*1)人群，接受氯吡格雷治疗时，前者的获益率较后者低。

氯吡格雷在小肠的吸收受到ABCB1基因编码的肠道外排蛋白P糖蛋白的调控。ABCB1基因在人类多药耐药基因族中起主导作用，属于可调控基因。在TRITON-TIMI38试验中的氯吡格雷治疗组中，ABCB1 3435C→T突变与主要终点事件呈明显相关性(P=0.0064)。与ABCB1 3435CT/CC基因携带者相比，TT纯合子主要终点事件风险增加72%。在健康受试者中，服用氯吡格雷后，TT基因型的血小板最大聚集率的降幅低于CT/CC基因型7.3%(P=0.0127)[15]。

2.2 华法林基因多态性研究 华法林是目前临床上广泛使用的维生素K拮抗剂类口服抗凝血药，用于静脉血栓栓塞、心肌梗死、缺血性脑卒中、心脏瓣膜置换术后、房颤等的抗凝治疗和预防。临床使用结果发现华法林抗凝效果个体差异很大，存在安全使用问题。低于临床疗效的剂量达不到有效抗凝强度，会致血栓形成；高于临床疗效的剂量则会引起出血。已发现与华法林相关的基因有十余种，包括 CYP2C9、VKORC1、CYP4F2、CALU、NR1I3、EPHX1、GGCX、STX4、PRSS53、NQO1 等。其中细胞色素氧化酶P450(CYP2C9)和维生素K环氧化物还原酶复合体1(VKORC1)为研究较多、证据较充分的基因[14]。

CYP2C9即是华法林最主要的代谢酶。到目前为止，已发现的CYP2C9等位基因有30种，其中以*l(野生型)、*2(Argl44Cys)、*3(Ile359Leu)最为常见。基因突变使酶活性改变而致华法林在体内的代谢减慢或增强。CYP2C9*2 突变型对应的单核苷酸多态性(SNP)位点位于 rs1799853，该位点基因突变后导致该突变型酶活性降低，华法林在体内蓄积。CYP2C9*3 突变型不仅酶活性降低，使用华法林后不良反应发生风险也增加。

维生素K环氧化物还原酶(VKORC1)是华法林作用的靶蛋白。华法林通过抑制VKORC1，使无活性的氧化型(还氧化物型)VK无法还原为有活性的还原型(氢醌型)VK而起到抗凝作用。其基因型包括 AA、AG、GG型，VKORC1(1639G→A)基因多态性可影响华法林的个体给药剂量。

都丽萍等[19]曾对中国汉族健康受试者以及临床使用华法林的患者采用聚合酶链反应-限制性内切酶片段长度多态性(PCR-RFLP)技术检测CYP2C9和VKORC1基因型。结果 221例健康受试者的CYP2C9基因型检测有200例为*1/*1型,1例为*1/*2型，20例为*1/*3型；VKORC1(-1639GA)基因型检测有182例为突变纯合子AA型，39例为杂合子GA型，未发现GG型；190例患者的CYP2C9基因型检测有174例为*1/*1型，16例为*1/*3型，未发现*2突变；VKORC1基因型检测有163例为AA型，25例为GA型，2例为纯合子GG型。VKORC1 AA组，华法林平均剂量[(2.61±0.84)mg/d]明显低于GA+GG组[(4.44±0.87)mg/d]，CYP2C9*1/*3基因型组华法林平均剂量[(2.29±0.83)mg/d]明显低于*1/*1型组[(2.98±1.09)mg/d]；CYP2C9基因型、VKORC1基因型差异与华法林剂量个体差异趋势相符。

美国FDA批准的基因诊断和检测项目有2 000项左右，其中1 290多项已完全批准用于临床，大约1 000项正在审批过程中。实践证明，基因多态性检测是有效的。通过基因检测的手段来确定氯吡格雷、华法林等血管外科常用药物的使用剂量只是药物基因组学研究的一个方向。随着研究的深入，数据的丰富，根据研究人群的基因大数据分析结果设计新药也是发展方向之一。

3 总结

精准医学实际上是在推动一种新的医学研究模式，其目的在于将现有的基因组学研究进行规范、整合、共享，加速医学研究进程，提高医学研究效率，让基因组学研究的成果更快更好的服务于临床。这是一个系统工程，需要医生、患者、社会共同参与，临床医师是精准医学模式的主导，政府的支持、政策法规的制定、家庭社会的健康意识的提高都是必需的。血管疾病的发病率随着人口老龄化社会的到来还将不断升高，对于血管外科医师来说，研究并建立我国血管疾病的精准医学模式是十分有必要的。各血管疾病诊疗中心在完成各自研究项目的同时，应紧跟国家发展步伐，在系统整合并扩大现有研究队列和样本资源库的基础上建立生物资源及大数据的共享平台，并积极参与血管疾病全球数据库的建立，充分发挥精准医学模式的先进性，进而推动精准医学研究成果在血管疾病方面的临床转化应用。

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(编校：吴茜)

Current status and future perspectives of precision medicine research model in vascular disease

ZHENG Yue-hongΔ, LIAO Peng-zhi

(Department of Vascular Surgery, Peking Union Medical College Hospital, Peking Union Medical College and Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 1007302, China)

Precision medicine is the future direction of medical research.The purpose of promoting precision medicine is standardizing, integrating and sharing present achievements of genomics, accelerating the progress and improving the efficiency of medical research, and transferring the achievements of genomics on clinical application faster and better.This paper reviews the achievements of genomics on abdominal aortic aneurysm, venous thromboembolism disease, and the achievements of pharmacogenomics on warfarin and clopidogrel.The preliminary applications of precision medicine on vascular disease have already started.Establishing the precision medicine research model on vascular disease is the future direction.

precision medicine; genomics; vascular disease

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.07.04

郑月宏，通信作者，男，博士，主任医师、教授、博士生导师，研究方向：血管疾病治疗，E-mail：yuehongzheng@yahoo.com。

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