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药物基因组学的应用前景

  • 省部重点实验室
    2012/07/02
  • 私聊

中药/天然药检测

  • 药物基因组学是上世纪九十年代末发展起来,基于药理学和基因组学,将传统的药物科学与基因、蛋白、单核苷酸多态性等知识结合起来的一门科学。正因为药物基因组学是研究基因序列变异及其对药物不同反应的科学,所以它是研究高效、特效药物的重要途径,通过它为患者或者特定人群寻找合适的药物,药物基因组学强调个体化;因人制宜,有重要的理论意义和广阔的应用前景。

    一、促进新药研发

    由于药物基因组学规模大、手段强、系统性强,开辟了医药工业研究的新领域,可以直接加速新药的发现。首先药品制造商不仅把注意力放在可能引起疾病的基因上,而且对药物效应基因产生了兴趣,这些药物效应基因为新药研究提供依据。由于新一代遗传标记物的大规模发现,以及将其迅速应用于群体,流行病遗传学也可以大大推进多基因遗传病和常见病机理的基础研究。还可以帮助制药厂商在一些与基因和疾病相关的蛋白质、酶和RNA分子等基础上开发新药,这样不仅促进了药物的发现,还有利于开发出针对某一特定疾病的药物,从而增强疗效,并减少对健康细胞的损伤。

    对于每一个药物来说大约都有10-40%的人没有疗效,又百分之几的或更多的人有副作用。如果制药公司利用药物基因组学理论可以实现预见结果或筛选人群的话,可以大大增加新药的通过率,也可以对未通过药检的新药重新估价,这些药物中一个经常引用的例子是第一个非典型性抗精神活性药氯氮平(clozapine),在氯氮平的使用过程中,由于1%的病人服药后出现严重的粒细胞缺乏症,因而只有当其它药物使用后无效才使用。但是在粒细胞缺乏症的药物效应基因被确定后,极大地改善了氯氮平的使用,除极少数敏感的病人不能服用此药外,对于99%的病人来说,这一药物是一线治疗药物。在新药的临床试验研究中,如果事先知道人群可能对药物反应的话,如代谢酶的基因型,可以减少参试人群,试验的时间表也可以大大缩短。对药物有效或毒性变异的预测试验中,可用于筛选病人。经过药物效应基因突变筛选的受试者,可以加强临床试验的统计学意义,可以用更少的病例数达到所需的统计学意义,这样可以大大节约时间和费用。

    二、用药个体化

    合理用药的核心是个体化用药。药物基因组学通过对患者的基因检测,如对一些疾病相关基因的单核苷酸多态性(SNP)检测,进而对特定药物具敏感性或抵抗性的患病人群的SNP差异检测,指导临床开出适合每个个体的“基因处方”,使患者既能获得最佳治疗效果,又能避免药物不良反应,真正达到“用药个体化”的目的。

    医生在疾病的首次治疗过程中,往往需要临床实验来确定适合病人的药物,而药物基因组学则可以通过分析病人的遗传组成来确定最合理的治疗药物。这样就免去了先期用于药物选择的临床过程及由此带来的可能的副作用,并缩短了病热的康复期。更准确的用药剂量 通过基因组分析可以判断药物在体内的作用效果及代谢时间,并以此来确定不同个体的用药剂量,对比依据体重和年龄的方法,其具有更好的治疗效果,降低了过量服药的可能性。

    一些临床上经常出现的现象,例如两患者诊断相同、一般症状相同、血药浓度相同,但疗效却大相径庭,这些用传统的药代动力学原理是无法解释的。这时应考虑到与药物作用相关的位点(如受体等)是否发生了变异?是什么水平的变异?药物作用的位点的变异可能发生在基因水平,也可能发生在转录、翻译等水平,基因水平的变异相对比较容易鉴定,研究也表明基因的变异与药物效应的差异是更具相关性。研究基因突变与药效关系的药物基因组学正是适应了这一要求,因此药物基因组学在临床合理用药中的应用前景是非常之好的。将基因功能学用于合理用药,利用药物基因组学的技术和方法增加药物的有效性和安全性,减少不良反应,实现个体化、可预测及可预防的医疗,这就称之为临床药物基因组学。

    药物基因组学应用到合理用药中,弥补了只根据血药浓度进行个体化给药的不足,惟以前无法解释的药效学现象找到了答案,为临床个体化给药开辟了一个新的途径。这样药物基因组学原理为特定人群设计最为有效的药物,不仅提高了药效,缩短了病程,而且减少了毒副反应和成本,真正达到了“物美价廉”的要求。

    目前,已经有人将药物基因组学知识应用于高血压、哮喘、高血脂、内分泌、肿瘤等的药物治疗中。如原发性高血压是多因素诱发的疾病,对于许多患者,高血压药物的不同药效和耐受性与遗传变异有关。Ferrari发现,一种细胞骨骼蛋白(cytoskeletalprotein)、内收蛋白(adducin)的基因多态性与高血压的发病、对钠敏感性以及对利尿剂的效果相关。因此在抗高血压治疗需要用利尿剂时,可以对患者预先进行基因检测,以确定是否选择使用此药。

    通过对β2肾上腺素受体的基因多态性及其对β2肾上腺素受体激动剂的敏感性关系的研究,发现β2肾上腺素受体的基因多态性影响β2肾上腺素受体激动剂福莫特罗(formoterol)的脱敏效果,β2肾上腺素受体激动剂改善肺通气的作用对Gly纯合子个体明显比Arg纯合子个体要强,杂合子个体介于两者之间。

    载脂蛋白E(APOE)的基因多态性,影响绝经后妇女用雌激素替代疗法(ERT)时的血脂和脂蛋白的浓度。人群中的APOE有3个等位基因:E2、E3、E4,ERT能使具有E2型基因的妇女血中总胆固醇含量大大高于E3、E4型。提示医生在绝经期妇女中使用ERT时,可事先检测患者的APOE基因,对具有E2型基因的妇女在治疗过程中密切监测甘油三酯浓度。如此,通过对不同个体的药物代谢相关酶、转运因子、药物作用靶点的基因多态性的研究,对突变的等位基因进行分离和克隆,在分子诊断水平上建立以聚合酶链反应(PCR)为基础的基因型分析方法,在治疗患者各种疾病前检测其基因型,更精确地选择适当的治疗药物和合适的剂量以减少不良反应的发生,对患者的治疗具有很大的意义。

    随着基因分析技术的飞速发展,越来越多的药物效应的个体差异与基因多态性的关系被阐明,药物基因组学将更广泛地指导和优化临床用药。

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  • 省部重点实验室

    第1楼2012/07/02

    三、对药物经济学的意义

    药物经济学是日前新兴的一门学科,它不仅注重药物治疗的成本,同时也关注药物治疗的结果。而药物基因组学在这门新兴的学科中也具有重要意义。在医疗保险制度下,节省药费可以明显提高其在药品市场中的潜力和竞争力。例如目前发现原发性高血压涉及到的相关基因已达70个,不同的基因导致的药物疗效对高血压患者也有差别。现在治疗高血压的药物共分六大类,但相同的药物在某些人群中容易降解失效,疗效差,副作用也少;而在另外一些人群中的疗效较好,但不良反应也较多,因此对不同人群的药物选择应根据基因差异来决定。目前,我国正在进行的“原发性高血压相关基因多态性和疾病相关性”的研究,将有助于揭示原发性高血压的病理机制,进一步为原发性高血压针对性的治疗奠定良好的基础,在药物基因组学的研究方面迈出了重要的一步。

    药物基因组学的产品将提供以下可以竞争的优势:①节约医疗保险费用;②增加首剂处方的有效性,③减少病人就诊次数;④减少无效处方的可能性;⑤避免毒副反应等。 

    四、在疾病治疗中的作用

    通过了解自身的基因编码,患者可以及早调整生活习惯和生活环境,避免遗传疾病的发生或减轻遗传疾病的危害。同样,预先了解某一特定疾病的感药性将有利于疾病的跟踪,确定合适的治疗介入时间,使治疗效果最优化。

    1、精神疾病

    对于药物治疗精神病人产生的高度变异的治疗反应,依然没有科学的方法来指导个体化的治疗,现在利用药物基因组学则可能优化精神病药理学(Psyˉchopharmacology)。药物基因组学在精神疾病方面研究的关键部分包括理解精神病药物作用机制,鉴定后遗基因及其变异,有效的临床试验结果。如在药物标靶、药物代谢、疾病路径水平等方面对精神分裂症病人进行基因分型。以找到适合病人特殊基因特征的治疗方法,从而达到最佳的药物治疗效果,如5-羟色胺再吸收抑制剂(SSRI),能调节5-羟色胺活性,从而治疗5-羟色胺相关性精神疾病,如抑郁症、焦虑症等。

    2、神经系统疾病

    目前对变性性神经疾病的研究表明,除了已知的多因素发病机制以外,遗传学机制疾病系改变乃至不同病人之间独特的疾病表型的变化都起着主要的作用,现在药物基因组学已经用于研究多种神经性疾病。如肌萎缩侧索硬化,阿尔茨海默病等 。

    3、心脑血管疾病

    肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAS)在心血管系统中扮演最重要的角色。而与该系统有关的药物也对心力衰竭、心肌梗死等心血管疾病起着重要的治疗作用。控制RAS酶系的基因多态性也是心血管疾病的原因之一,一些研究表明血管紧张素转化酶抑制剂的功效和副反应与多种遗传多态性有关,如血管紧张素转化 酶(ACE)基因在第16内含子中存在插入型(insertion.I)或缺失型(deletion.D)多态性。血清ACE水平与ACE基因多态性之间有显著相关性,血清ACE活性高低在不同ACE基因人群中依次为DD>DI>II型 。心衰治疗的关键在于个体化给药,所以鉴定遗传因子,确定基因多态性导致对药物的不同反应,是非常重要的。现在已经对多种药物进行了研究,如血管紧张素转化酶抑制剂、β-肾上腺受体拮抗剂、血管紧张素AT1受体拮抗剂、螺内酯、血管肽酶抑制剂、内皮素受体拮抗剂等。Tanaka等通过差异显示和定量反转录PCR,发现血红素加氧酶-1(Ho-1)mRNA在基底动脉中显著表达,脑血管痉挛程度与基底动脉中血红素加氧酶-1mRNA的水平相关,反义Ho-1寡聚脱氧核苷酸(ODN)抑制HO-1在基底动脉中的诱导,但并不抑制其在整个脑组织中的诱导。由此认为HO-1寡聚脱氧核苷酸可作为蛛网膜下腔出血导致的脑血管痉挛中抑制HO-1基因表达的保护剂,HO-1基因也就成了新的药物标靶。

    4、内分泌疾病

    2型糖尿病是一种由多遗传因子和环境影响相互作用而产生的多基因,异基因疾病,其中胰岛素受体基因被认为是导致糖尿病的主要候选基因。胰岛素受体基因底物(INS)分子又是介导胰岛素信号的关键,它是胰岛素受体和细胞内信号分子的复杂网络的停靠蛋白质。胰岛素受体底物分子有4种:IRS-1、IRS-2、IRS-3、IRS-4。认为IRS-1、IRS-2基因与2型糖尿病的发展机制显著相关,其中IRS-1基因的多态性(72位的甘氨酸替换成精氨酸)是2型糖尿病发展的重要因素。专家们还研究了大多功能蛋白酶LMP2-R/H、LMP2R/R基因分别是胰岛素依赖型糖尿病(IDDM)的易感基因与保护基因 。对糖尿病病人分型治疗药物选择有一定的意义。

    5、骨质疏松症

    Cabfα1(cant binding factorα1)基因为成骨特异性转导激活因子,在成骨细胞发育、分化和骨形成过程中起着至关重要的作用 。对Cabfα1基因表达的因素及传导通路将有利于人们用药物主动地调节其表达,从刺激骨的形成来治疗某些骨代谢性疾病,如骨质疏松症。

    6、病毒感染

    病毒感染是目前许多传染病和非传染病甚至癌症的病因。严重损害着人民的生命和健康 。病毒体内部的核酸构成病毒基因,是决定病毒遗传变异和复制的物质,核酸具有多样性,可以是线型或环型,可为双链RNA、单链RNA或分节段RNA、双链DNA或单键DNA。核酶是具有酶催化作用的一种RNA小分子,核酶RNA分子能在特定位点裂解RNA或DNA的核苷酸序列,发挥反义RNA阻断特异性RNA的作用。同时又能以酶的高效催化作用自动解离,与新的靶RNA结合并将其裂解,如此循环往复而发挥其抗病毒作用。

    此外在研制疾病疫苗方面,使用遗传物质(DNA或RNA)制造的疫苗能够达到现有疫苗所提供的所有利益,而不存在现有疫苗的使用风险。它们将激活免疫系统,但不会引起感染。另外,这种疫苗还具有廉价、稳定、易于贮存等优点。 药物基因组学自诞生之日起,就引起医药学界的广泛关注和深入的研究,最终导致药物处置和负有遗传基础的完全阐明,使得根据每一病人对特定药物的代谢,反应等过程的遗传特性来选择药物和决定其使用剂量,最终由现在的诊断定向的传统药物治疗模式,向基因型定向治疗的新型药物治疗模式转型。研制中的一种由各种常见人类染色体的基因差异形成的微矩阵芯片,如SNP芯片,当含有病人DNA的溶液从这种芯片流过,就可判定病人基因存在什么差异,再将基因差异与不同药物反应做一对应,最后就能开出最适合病人基因组成的处方,即“基因处方” 。使病人得到最佳治疗效果,从而达到真正“用药个体化”的目的。在不远的将来,药物基因组学将在临床个体化诊断、治疗用药决策中得以广泛应用。


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  • xiaowang268

    第2楼2012/07/05

    这个基因组学听起来是很神奇,但真正的应用还是不容易的吧

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  • 省部重点实验室

    第3楼2012/07/09

    shijian世间的一切都遵循这个道理

    xiaowang268(xiaowang268) 发表:这个基因组学听起来是很神奇,但真正的应用还是不容易的吧

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  • xiaowang268

    第4楼2012/07/10

    涉及生物和医药,很复杂的

    省部重点实验室(gl19860312) 发表:shijian世间的一切都遵循这个道理

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