药物基因组学发展和应用(一)

影响患者对药物反应的因素有很多,包括患者本身的内在因素如年龄、性别、种族/民族、遗传、疾病状态和器官功能,还有其它生理变化,包括怀孕、哺乳以及外源性因素如吸烟和…

核心提示:单核苷酸多态性(single nucleotide
polymorphism,SNP),主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它

药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是,这个机会的利用却受到阻碍和挑战,并且新的知识还在不断的更新。药物受体的基…

影响患者对药物反应的因素有很多,包括患者本身的内在因素如年龄、性别、种族/民族、遗传、疾病状态和器官功能,还有其它生理变化,包括怀孕、哺乳以及外源性因素如吸烟和饮食。基因变异可导致疾病表现和药物反应的多样性这一观念目前已得到广泛认可,并经许多的研究证实。对于一些遗传因素影响研究比较明确的药物,在治疗上可以根据基因信息的指导进行给药,避免其毒性并使治疗效果达到最优化。

单核苷酸多态性(single nucleotide
polymorphism,SNP),主要是指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。它是人类可遗传的变异中最常见的一种。占所有已知多态性的90%以上。SNP在人类基因组中广泛存在,平均每500~1000个碱基对中就有1个,估计其总数可达300万个甚至更多。

药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是,这个机会的利用却受到阻碍和挑战,并且新的知识还在不断的更新。

澳门新蒲京娱乐游戏 1

SNP所表现的多态性只涉及到单个碱基的变异,这种变异可由单个碱基的转换(transition)或颠换(transversion)所引起,也可由碱基的插入或缺失所致。但通常所说的SNP并不包括后两种情况。

药物受体的基因多态性

此外,对于药物反应个体化差异的遗传机制的研究,有助于降低新药研发中不可预期毒性的风险,明确哪些病人将会有最好的治疗效果,收益程度最大;或者淘汰那些对患者疗效不佳、容易出现严重不良反应的新药。越来越多的经美国FDA批准的药品说明书中都提供了药物基因组学方面的信息。生物学信息在药物的研发、管理和临床应用方面的融合和使用在以后将会继续增长。

理论上讲,SNP既可能是二等位多态性,也可能是3个或4个等位多态性,但实际上,后两者非常少见,几乎可以忽略。因此,通常所说的SNP都是二等位多态性的。这种变异可能是转换(C
T,在其互补链上则为G A),也可能是颠换(C A,G T,C G,A
T)。转换的发生率总是明显高于其它几种变异,具有转换型变异的SNP约占2/3,其它几种变异的发生几率相似。Wang等的研究也证明了这一点。转换的几率之所以高,可能是因为CpG二核苷酸上的胞嘧啶残基是人类基因组中最易发生突变的位点,其中大多数是甲基化的,可自发地脱去氨基而形成胸腺嘧啶。

一、β肾上腺素受体基因多态性

药物基因组学为临床医生和临床药师提供了很大程度上改善几百万患者药物治疗效果的机会。但是,这个机会的利用却受到阻碍和挑战,并且新的知识还在不断的更新。

在基因组DNA中,任何碱基均有可能发生变异,因此SNP既有可能在基因序列内,也有可能在基因以外的非编码序列上。总的来说,位于编码区内的SNP(coding
SNP,cSNP)比较少,因为在外显子内,其变异率仅及周围序列的1/5.但它在遗传性疾病研究中却具有重要意义,因此cSNP的研究更受关注。

澳门新蒲京娱乐游戏,目前认为至少存在β1、β2和β3三种不同的肾上腺素受体亚型,β1肾上腺素受体广泛分布于心脏、脂肪组织和邻肾小球细胞,β2肾上腺素受体分布于心血管、支气管平滑肌等部位,β3肾上腺素受体属不典型肾上腺素受体,主要分布在内脏脂肪组织,激动时引起脂肪分解和热量产生。

药物基因组学基础

从对生物的遗传性状的影响上来看,cSNP又可分为2种:一种是同义cSNP(synonymous
cSNP),即SNP所致的编码序列的改变并不影响其所翻译的蛋白质的氨基酸序列,突变碱基与未突变碱基的含义相同;另一种是非同义cSNP(non-synonymous
cSNP),指碱基序列的改变可使以其为蓝本翻译的蛋白质序列发生改变,从而影响了蛋白质的功能。这种改变常是导致生物性状改变的直接原因。cSNP中约有一半为非同义cSNP。

澳门新蒲京娱乐游戏 2

一、遗传药理学的提出

先形成的SNP在人群中常有更高的频率,后形成的SNP所占的比率较低。各地各民族人群中特定SNP并非一定都存在,其所占比率也不尽相同,但大约有85%应是共通的。

β1肾上腺素受体基因定位于10q24~26,其开放读码区编码长度为477个氨基酸残基的蛋白质,5′侧翼区调控序列包含甲状腺激素、糖皮质激素及cAMP结合片段等公认的调控元件,3′端有900bp的非翻译区。目前已发现该基因至少存在18个SNP,其中有7个产生编码氨基酸的改变,分别为A145G、G175T、G1165C、C1195T、A1205G和C1252G,其中A145G和G1165C多态性被广为关注。

美国药学科学家协会将遗传药理学(Pharmacogenetics)定义为一门研究药物反应个体差异遗传机制的科学。遗传药理学的研究历史可以追溯到公元前510年,当时Pythagoras发现有一些人摄入蚕豆后会发生致死性的发应,而其它大部分人则不会有这种反应。从那时起,许多里程碑性的发现逐渐形成了现在的研究领域。遗传药理学较重要的发展时期是在20世纪50年代,Motulsky和Vogel正式将遗传药理学作为一门药理学分支提出来。Motulsky在1957年认为对药物的异常反应有时是由遗传决定的酶缺损而引起的,Vogel则首先使用“遗传药理学(Pharmacogenetics)”这一名词。20世纪90年代,药物基因组学(pharmacogenomics)这一术语开始出现在一些科学著作中。它的出现源于全基因组学技术的出现和兴起。美国药学科学家协会对药物基因组学的定义是“全基因组水平分析药物效应和毒性的遗传标记”。

SNP自身的特性决定了它更适合于对复杂性状与疾病的遗传解剖以及基于群体的基因识别等方面的研究:

A145G多态性导致受体第49位氨基酸发生Ser/Gly多态性,该部位的变异可能改变受体表达与调节属性,并影响个体对疾病的易感性及药物疗效等。49Gly在各种族人群中的发生率没有差异,为0.13~0.15,该SNP与阻断剂的疗效关联,表现为使用肾上腺素受体阻断药的充血性心力衰竭患者,49Gly纯合子的生存时间显著长于49Ser纯合子。G1165C多态性导致受体蛋白Gly389Arg多态性,该部位为受体与G蛋白偶联的部位,是受体后信息传递的关键结构。

遗传药理学主要着重于染色体上单个或少量基因的研究,从药物代谢动力学和药物效应动力学两方面研究DNA序列的变异在药物反应个体变异中的作用。机体内药物作用靶点、药物转运体和药物代谢酶是在一定基因指导下合成的,所以遗传基因的变异是构成药物反应差异的决定因素。而药物基因组学的研究范畴更大,包括全基因组上决定药物效应的所有基因。药物基因组学的目的在于系统性的评价基因的相互作用系统如何影响疾病的易感性、药理学功能、药物处置和药物治疗反应。其最初的一个目的是去发现可能在疾病的诊断、分期和分类上给予协助的遗传标记。另外也寻求新药研发的完善,产生最理想的药理效应。药物基因组学有望对目前的一些大的制药公司的新药研发模式产生影响。从本质上来说遗传药理学是药物基因组学的一个分支。

1、
SNP数量多,分布广泛。据估计,人类基因组中每1000个核苷酸就有一个SNP,人类30亿碱基中共有300万以上的SNPs.SNP
遍布于整个人类基因组中,根据SNP在基因中的位置,可分为基因编码区SNPs(Coding-region
SNPs,cSNPs)、基因周边SNPs(Perigenic
SNPs,pSNPs)以及基因间SNPs(Intergenic SNPs,iSNPs)等三类。

389Arg等位基因的发生频率在黑人为0.58,白人及亚洲人为0.72~0.76。临床研究表明服用不同剂量美托洛尔后,Arg389纯合子静息心率、运动心率与收缩压的降低均显著高于Gly389型受试者。进一步的临床试验发现,β1肾上腺素受体阻断剂抗高血压的治疗效果与β1肾上腺素肾上腺素受体Ser49Gly及Gly389Arg多态性突变的单倍型相关。美托洛尔对携带不同单倍型的高血压患者的疗效存在基因剂量效应,提示,β1肾上腺素受体单倍型可作为这类药物抗高血压病疗效的预测因子,临床可根据病人的单倍型调整给药剂量。以提高疗效、降低不良反应。

二、药物基因组学的遗传学基础

2、
SNP适于快速、规模化筛查。组成DNA的碱基虽然有4种,但SNP一般只有两种碱基组成,所以它是一种二态的标记,即二等位基因(biallelic)。
由于SNP的二态性,非此即彼,在基因组筛选中SNPs往往只需+/-的分析,而不用分析片段的长度,这就利于发展自动化技术筛选或检测SNPs.

β2肾上腺素受体基因定位在染色体5q31~32,全长约1.8kb,基因结构中无内含子,其开放读码框编码的蛋白质由413个氨基酸残基组成。1987年,人类β2肾上腺素受体基因被克隆后,Liggett领导的研究小组于1993年首先检测出β2肾上腺素受体基因编码区存在9个SNPs,其中4个位点的碱基突变导致了氨基酸的改变,分别是第46位、79位、100位和491位(Thr164Ile),而第252位、523位、1053位、1098位和1239位5个SNPs为沉默突变。人群中,较为常见的氨基酸多态性是第16位和27位,这两个位点多态性具有连锁性,绝大多数Glu27纯合子个体也是Gly16纯合子或Arg16Gly杂合子携带者。第34位和164位多态性发生频率低,且第34位的氨基酸改变无功能意义。β2肾上腺素受体基因5′端上游至ATG起始密码子之间这段全长为1470bp的基因序列也有多个SNPs,其中C-47T和C-367T多态性存在极强的连锁关系。

遗传的主要物质基础是细胞核染色体上的DNA,DNA是携带遗传基因、传递遗传信息最基本的物质。正常人细胞中有23对染色体。其中22对常染色体,一对性染色体。储有遗传信息的DNA片段称为基因。DNA分子是由2条平行的多核苷酸链围绕同一中心轴构成的双螺旋结构,多核苷酸的方向由核苷酸间的磷酸二酯键的走向决定,一条从5’3’,另一条从3’5’,两条链呈反向平行排列,彼此由氢键相连。每个核苷酸由1个磷酸、1个五碳糖和1个碱基三部分组成。DNA分子中存在4种碱基,2个嘧啶碱基是胸腺嘧啶,2个嘌呤碱基是腺嘌呤。在所有DNA分子中,一条链上的A总是与另一条链上的T互补配对,而C总是与G配对。碱基对的顺序决定了DNA的序列,进而氨基酸的序列也由此决定。

3、
SNP等位基因频率的容易估计。采用混和样本估算等位基因的频率是种高效快速的策略。该策略的原理是:首先选择参考样本制作标准曲线,然后将待测的混和样本与标准曲线进行比较,根据所得信号的比例确定混和样本中各种等位基因的频率。

对β2受体激动剂沙丁胺醇和福莫特罗药效与Arg16Gly多态性的相关系研究,结果呈现不一致性。部分研究认为Arg16等位基因携带者具有更强的支气管舒张效应,而另一部分研究结果则相反。另有研究发现口服特布他林后,携带不同β2受体单倍型受试者的静脉舒张反应存在差异,Thr164Ile杂合子对特布他林的敏感性最低,不同单倍型导致特布他林使静脉

自然界中,某一群体同种生物常在某些方面有所不同,存在两种或两种以上变异型的现象,成为多态性(polymorphism)。多态性的产生是多个不同等位基因作用的结果,一般认为变异频率超过1%为遗传多态性。多态性的存在形式有几种,单个核苷酸碱基的变异称为单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP),其它多态性的形式包括基因缺失变异和基因重复序列变异等。多态性可以影响基因的表达,蛋白的功能和活性。另外,在DNA序列未改变的情况下也可以发生基因表达的改变,例如表观遗传(epigenetics).

4、 易于基因分型。SNPs
的二态性,也有利于对其进行基因分型。对SNP进行基因分型包括三方面的内容:鉴别基因型所采用的化学反应,常用的技术手段包括:DNA分子杂交、引物延伸、等位基因特异的寡核苷酸连接反应、侧翼探针切割反应以及基于这些方法的变通技术;完成这些化学反应所采用的模式,包括液相反应、固相支持物上进行的反应以及二者皆有的反应。化学反应结束后,需要应用生物技术系统检测反应结果。

2肾上腺素受体减敏的程度也有差异,以Arg16Gln27Thr164单倍型变化最明显。人β3受体基因定位于染色体8p12-11.2,包含2个外显子和1个内含子,其中一个外显子长1.7kb,编码受体蛋白中的402个氨基酸,另一个外显子编码受体蛋白羧基端的6个氨基酸和3′端mRNA非翻译区序列。基因上存在4个多态性位点,其中G1856T位于内含子中,G3139C位于3′非翻译区,C381T不改变组成受体蛋白的氨基酸,这3种突变对受体的功能均无影响,只有T190C为功能性变异,导致3肾上腺素受体第64位氨基酸发生Trp/Arg多态性。因该多态性位于β3肾上腺素第一个胞内环的起始部位,能改变β3肾上腺素受体在膜表面的分布及信号传导,从而影响其所介导的生理作用。研究表明Trp64Arg多态性能影响冠心病患者的脂肪分布及血糖控制,且与肥胖患者改变生活方式后胰岛素抵抗及体重下降有关,但其与药物疗效差异的相关性未见报道。

由于没有一个被大家普遍接受的SNP统一命名法,对于SNPs的描述方法有很多种。有根据特定基因和变异的位置用数字和字母进行表示的,比如ABCB13435C>T,ABCB1是基因的名称-三磷酸腺苷结合盒蛋白B1(Adenosine-triphosphatebindingcassetteproteinB1,ABCB1),其编码P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp),数字3435表示SNP在DNA上的位置,C代表原始或参考核苷胞嘧啶,字母T是指改变了的核苷胸腺嘧啶。也可以根据等位基因来表示SNP。等位基因是指在染色体某一特定位置上基因多个变异形式中的一种。等位基因也可以表述为基因的原始形式。人类是二倍体生物,每个染色体和特定的基因都有两个拷贝,因此人类具有两个等位基因。一个等位基因来自于生物学上的父亲,一条来自于生物学上的母亲,一个蛋白可以有两个不同的等位基因亚型。以CYP2C19来说,CYP2C19*1,CYP2C19*2和CYP2C19*3是三个不同的等位基因亚型,前面几个字母CYP2C19是指蛋白,*和后面的数字是表示等位基因亚型。亚型的识别与每一个等位基因的功能影响相关。TheCYP2C19*1等位基因使得个体的酶活性表现为正常,相反,具有CYP2C19*2和CYP2C19*3等位基因的个体酶活性缺失。

相关文章