基于基因多態(tài)性致藥物代謝差異的臨床個體化用藥劑量調(diào)整

石魯月 羅一夫 張治然 崔永超 王曉波

(中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第967醫(yī)院藥物研究所，遼寧 大連 116011)

藥物基因組學(PGx)是一門將基因?qū)嶒炇覚z測結(jié)果轉(zhuǎn)化為針對受影響藥物的可行性處方，以實現(xiàn)用藥劑量個體化的學科。PGx通過檢測個體的遺傳信息來預(yù)測機體內(nèi)的藥物反應(yīng)，進而指導(dǎo)臨床醫(yī)生針對患者個體差異定制藥物治療方案，以實現(xiàn)對患者更安全、更有效和低成本、高效益的治療[1]。目前美國食品藥物監(jiān)督管理局(FDA)、歐洲藥品管理局(EMA)等機構(gòu)相繼為某些藥物標記了一定級別的PGx標簽信息，分別為需要測試、推薦測試、可行性PGx和信息性PGx 4個級別，為患者用藥之前是否需要進行基因檢測提供建議。截至2020年6月，共有381種藥物被標記PGx級別標簽。PGx級別標簽雖然給臨床精準用藥提供了重要的參考信息，但在臨床實踐中，因缺乏具體的臨床實施路徑，臨床醫(yī)生還是不能完全根據(jù)患者的基因檢測結(jié)果調(diào)整實際用藥劑量。

目前已經(jīng)有包括美國臨床藥物遺傳學實施聯(lián)盟(CPIC)、荷蘭藥物遺傳學工作組(DPWG)、加拿大藥物遺傳學藥物安全網(wǎng)絡(luò)(CPNDS)等多家機構(gòu)，編寫了可用于臨床的個體化藥物劑量調(diào)整指南，為臨床醫(yī)生提供了切實可行和便于實施的基于基因多態(tài)性的個體化用藥劑量調(diào)整方案。CPIC共發(fā)布了59種藥物劑量推薦指南，致力于解決藥物遺傳學檢測結(jié)果在臨床實施中的障礙問題。DPWG發(fā)布的94種根據(jù)基因指導(dǎo)用藥劑量調(diào)整的臨床指南中，只有54種藥物給出具體劑量調(diào)整建議，相比之下CPIC發(fā)布的臨床指南指導(dǎo)意見則更為系統(tǒng)和全面，值得借鑒。CPNDS是一個多中心的主動監(jiān)測和PGx聯(lián)盟，成立于2004年，旨在揭示藥物反應(yīng)與基因表型的遺傳學關(guān)系和機制，開發(fā)臨床藥物遺傳學實施工具，提高兒童和成人用藥的安全性和有效性。其他機構(gòu)還包括美國風濕病學會及法國國家藥物遺傳學網(wǎng)絡(luò)(RNPGx)，分別提供了別嘌呤醇及抗抑郁藥物等相關(guān)臨床用藥指南。本文在這些相關(guān)指南的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了如何依據(jù)基因表型調(diào)整個體臨床用藥劑量，并進一步總結(jié)了需要進行基因檢測的人群，旨在為臨床提供基于基因多態(tài)性的個體化用藥治療方案。

1 影響藥物代謝的基因及其相關(guān)信息

基因的突變會引起體內(nèi)酶的數(shù)量和活性的改變，從而改變藥物在體內(nèi)的代謝和轉(zhuǎn)運，導(dǎo)致不同個體對同一藥物的代謝速率有明顯的差異，因而基因的多態(tài)性與藥物療效和毒副作用之間密切相關(guān)。下面主要從涉及個體化用藥劑量調(diào)整的基因、各種基因的相關(guān)信息及不同基因型對藥物代謝的影響等幾個方面進行介紹。

1.1 細胞色素P450(CYP450)系列基因

CYP450酶是藥物代謝的主要參與者，根據(jù)研究報道超過90%的已知藥物被CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1以及CYP3A4酶代謝[2]。CYP2D6是研究最廣泛的CYP系列基因之一，占總CYP的2%～4%，可參與臨床上約25%藥物的代謝[3-4]，與可待因、他莫昔芬等藥物劑量的調(diào)整密切相關(guān)[5]。如果不考慮藥物劑量的個體化調(diào)整，有些藥物如可待因的使用可能會導(dǎo)致患者出現(xiàn)嚴重的副反應(yīng)[6]，因此強烈建議針對特殊人群考慮基于基因的藥物劑量調(diào)整方案。CYP2C19酶可代謝多達15%已知的治療窗口狹窄藥物，包括華法林、氯吡格雷和卡馬西平等[7]。其突變基因可分為兩種類型：降低酶活性的CYP2C19*2、CYP2C19*3，增加酶活性的CYP2C19*17[8]，參與了至少10%臨床藥物代謝。CYP2B6參與大約7%的常用藥物的代謝[9]。其多態(tài)性對環(huán)磷酰胺代謝的影響，不同患者體內(nèi)的代謝產(chǎn)物濃度差異超過10倍，具有明顯個體差異性[10]。CYP3A4酶主要在肝臟(95%)和小腸中表達，參與大約30%藥物的全身前代謝和全身代謝[11]。CYP4F2基因則與CYP2C9、VKORC1基因共同調(diào)節(jié)華法林的抗凝血作用。CYP系列基因?qū)λ幬锎x的影響及相關(guān)信息見表1。

表1 CYP450系列基因?qū)λ幬锎x的影響及相關(guān)信息

1.2 生素K環(huán)氧化物還原酶復(fù)合體1(VKORC1)基因

VKORC1是體內(nèi)維生素K依賴性凝血因子生成的限速酶，與CYP2C9、CYP4F2共同調(diào)控華法林在體內(nèi)的代謝，華法林可競爭性抑制此酶而達到抗凝效果。VKORC1基因多態(tài)性導(dǎo)致的個體對華法林敏感性的差異及相關(guān)信息見表2。

1.3 其他影響藥物代謝的基因

目前個體化用藥劑量調(diào)整指南中涉及到的其他影響藥物代謝的基因有UGT1A1基因、NUDT15基因、TPMT基因以及DPYD基因。UGT1A1屬于UDP-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶家族1成員A1，UGT1A1編碼UDP-葡萄糖醛酸糖基轉(zhuǎn)移酶，可將親脂性小分子如膽紅素、激素和藥物轉(zhuǎn)化為水溶性的可排泄代謝物，隨后通過腎臟、膽汁以及腸道排出，因此攜帶轉(zhuǎn)化能力低(即活性低)的基因型的個體對藥物清除能力降低，應(yīng)相應(yīng)減少用藥劑量[25]。NUDT15基因變異在亞洲人群中發(fā)生率較高，是該人群易發(fā)生硫嘌呤毒性的主要遺傳原因[26]，因此臨床上在制定免疫系統(tǒng)疾病的用藥方案時，尤其需要注意。二氫嘧啶脫氫酶 (DPD)是由DPYD基因編碼的，廣泛分布于多種組織當中。目前已經(jīng)確定的DPYD變體已超過200種，通過DPD酶活性的體外評估，證實有DPYD*2A、DPYD*13、DPYDc.2846A>T和DPYD單倍型-B3 4種變體,其中DPYD*2A可導(dǎo)致DPD酶活性完全喪失[27]。除UGT1A1基因外，其他影響藥物代謝的基因?qū)λ幬锎x的影響及相關(guān)信息見表3。

表2 VKORC1基因?qū)θA法林敏感性的影響及相關(guān)信息

1.4 對用藥個體產(chǎn)生其他影響的基因

CACNA1S是位于人類1號染色體的基因，該基因編碼的電壓門控鈣通道亞基α1S，為一種骨骼肌細胞L型電壓依賴性鈣通道緩慢失活的亞基。該基因突變與藥物所致的低鉀性周期性麻痹、甲狀腺毒性周期性麻痹和惡性高熱易感性(MHS)有關(guān)。同樣，RYR1基因突變引起的癥狀也與惡性高熱易感性相關(guān)[36]。

與肝纖維化有關(guān)的常見基因變異位于9號染色體上的IFNL-3和IFNL-4基因之間。IFNL-3基因編碼干擾素-λ，干擾素-λ作為一種生長因子，通常與用作治療的IFN制劑相似，無論是在抗病毒治療的急性發(fā)作期還是持續(xù)期，都有助于清除病毒[37]。

有機陰離子轉(zhuǎn)運體1B1(SLCO1B1)基因編碼的有機陰離子轉(zhuǎn)運因子2，是一種肝細胞基底膜上轉(zhuǎn)運膽紅素等物質(zhì)的重要轉(zhuǎn)運體，編碼691個氨基酸蛋白。SLCO1B1基因突變會使辛伐他汀其引起肌病，亦可抑制有機陰離子轉(zhuǎn)運因子2轉(zhuǎn)運膽紅素入肝的能力，使膽紅素清除能力減慢，過多游離膽紅素可能會導(dǎo)致新生兒高膽紅素血癥[38]。

6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G6PD)是一種存在于人體所有細胞的細胞質(zhì)中的酶[39]，在睪丸、骨髓和其他23種組織中廣泛表達。G6PD基因突變導(dǎo)致該酶活性降低，紅細胞不能抵抗氧化損傷而遭受破壞，引起溶血性貧血。不論是否患有慢性非球囊性溶血性貧血(CNSHA)，G6PD基因缺陷型患者均禁用拉布立酶。由于G6PD基因位于X染色體，確定基因表型時，應(yīng)結(jié)合性別和基因檢測結(jié)果共同判定。 對用藥的個體產(chǎn)生影響的其他基因以及相關(guān)的信息詳見表4。

表4 對用藥個體產(chǎn)生其他影響的基因及相關(guān)信息

2 根據(jù)基因多態(tài)性調(diào)控劑量的藥物

藥物在體內(nèi)的代謝往往受多基因調(diào)控，基于基因多態(tài)性調(diào)整用藥劑量能夠提高藥物治療的有效性、安全性、成本效益和臨床治療效果[44]。受基因多態(tài)性調(diào)控代謝速率的藥物，需要根據(jù)某個基因或結(jié)合某幾個基因的基因型調(diào)整用藥劑量。

2.1 主要受單基因調(diào)控的藥物

截至2020年6月，經(jīng)FDA批準藥物共1 739種，而已知的受具體基因操控且有個體化用藥劑量調(diào)整指南可循的藥物僅112種，僅占總量的6%。臨床指南中涉及的藥物包括主要受單基因調(diào)控的藥物和受2個或者2個以上基因調(diào)控的藥物。盡管藥物在體內(nèi)的代謝常受多個基因的調(diào)控，但是在很多情況下，某個基因會對一種藥物的代謝發(fā)揮主要的調(diào)控作用。

2.1.1受單基因調(diào)控代謝的藥物 表5列出了現(xiàn)有臨床個體化用藥劑量調(diào)整指南指導(dǎo)的所有受單基因調(diào)控的藥物，及其基因?qū)λ幬锎x影響情況，并根據(jù)基因多態(tài)性給出了個體化用藥劑量調(diào)整的3種不同程度的建議等級，建議程度由高到低分別為強、中、可選。

2.1.2受單基因功能表達對用藥個體產(chǎn)生不良反應(yīng)的藥物 有些基因在臨床指南中并未明確表示其各自基因型所對應(yīng)的表型是否為PM、IM及EM等，只是以功能表達是否正?；蛞哉{(diào)控藥物代謝能力高低來表示。見表6。

2.1.3受人類白細胞抗原(HLA)系列基因影響的藥物 特異性HLA-A及HLA-B等位基因并不影響藥物在體內(nèi)代謝，而是與藥物不良反應(yīng)(ADR)風險密切相關(guān)，如HLA-A*31:01攜帶者被證明服用常見的抗癲癇藥物(如卡馬西平、苯妥英鈉等)以后可以導(dǎo)致伴嗜酸性粒細胞增多和全身癥狀藥物反應(yīng)(DRESS)、斑丘疹性皮疹(MPE)、STEVENS-JOHNSON綜合征(SJS)、中毒性表皮壞死松解癥(TEN)及藥物性肝損傷產(chǎn)生的風險增加，HLA-B*58:01等位基因與別嘌呤醇誘導(dǎo)的嚴重皮膚不良反應(yīng)(SCAR)密切相關(guān)等[55-56]。見表7。

表5 臨床指南指導(dǎo)的受單基因調(diào)控代謝的藥物

表5(續(xù))

2.2 受多個基因調(diào)控的藥物及其治療建議

除了在體內(nèi)轉(zhuǎn)化過程中受單基因調(diào)控的藥物外，許多種情況下，有些藥物會同時受2個或2個以上基因的調(diào)控，每個基因各自不同的表型又會對藥物的代謝產(chǎn)生不同影響。在此情況下，則需要檢測多個基因，以指導(dǎo)臨床用藥劑量?，F(xiàn)對臨床個體化用藥劑量調(diào)整指南中受多個基因調(diào)控的藥物進行總結(jié)，并給出了相應(yīng)的治療劑量調(diào)整建議。每個表格中，每個橫向基因及其表型和縱向基因及其表型交匯處的治療建議，就是指在這兩種基因各自為其表型的情況下，相應(yīng)的藥物治療建議及建議等級。詳見表8～10。

3 基于臨床指南對用藥劑量調(diào)整的臨床實踐步驟

多數(shù)情況下，藥物在體內(nèi)代謝受到多個基因調(diào)控，需同時考慮多個基因的表型對藥物代謝的調(diào)控，以指導(dǎo)臨床用藥。并且不同地區(qū)人群基因頻率也存在較大差異，應(yīng)根據(jù)不同的種族來確定是否需要基因檢測，需要檢測哪些基因的表型。例如華法林受CYP2C9、CYP4F2及VKORC1基因的共同調(diào)控，在決定用藥劑量前需制定詳細計劃，應(yīng)明確3種基因各自基因型及對藥物代謝產(chǎn)生的影響，結(jié)合種族分布，決定是否進行基因檢測或如何調(diào)整用藥。詳見圖1。

以華法林為例的臨床實施步驟，主要是結(jié)合基因檢測結(jié)果制定個體化用藥方案的核心步驟，在實際臨床實施過程中，還應(yīng)有較完善的前序及后續(xù)工作[1]。如圖2所示，在研究實施前，應(yīng)首先結(jié)合患者自身情況明確需要探究的基因或藥物，查找相應(yīng)臨床個體化用藥劑量調(diào)整指南，確定需檢測基因的等位基因型后，進行基因檢測。再根據(jù)檢測結(jié)果，確認患者基因表型及藥物在患者體內(nèi)的代謝情況，從而為醫(yī)生提供用藥建議。個體化用藥劑量調(diào)整建議形成后，根據(jù)其他受影響藥物的相互作用調(diào)整用藥方案，再與醫(yī)生、患者及家屬溝通用藥方案等相關(guān)信息，經(jīng)機構(gòu)批準后方可實施用藥。方案實施一段時間后，還需有臨床實施效果評價，這樣基于臨床指南對用藥劑量調(diào)整的臨床實踐才算完整。

4 需要進行基因檢測的人群

目前根據(jù)基因多態(tài)性指導(dǎo)患者用藥還需考慮到治療的成本和效益，因此在臨床實踐中非常有必要明確哪些患者需要進行基因檢測，以促進臨床合理用藥。

表6 受單基因功能表達對用藥個體產(chǎn)生不良反應(yīng)的藥物

表7 受HLA特殊等位基因表達調(diào)控的藥物

表8 受CYP2C9和HLA-B基因調(diào)控的抗癲癇藥物的治療建議

表9 受CYP2C19和CYP2D6基因調(diào)控的抗抑郁藥的治療建議

表10 受NUDT15和TPMT基因調(diào)控的3種藥物的治療建議

4.1 腫瘤患者

腫瘤是受基因驅(qū)動的疾病，如肺癌，但每個患者的驅(qū)動基因并不相同。所以腫瘤患者在治療時，應(yīng)通過檢測驅(qū)動基因找準治療靶點，選擇相應(yīng)的靶向藥物進行治療，從而獲得更好的治療效果，提高患者的生存時間和生存質(zhì)量。此外由于基因多態(tài)性的差異, 相同的藥物治療方案也可能會對同種類型的腫瘤患者產(chǎn)生截然不同的療效和毒副反應(yīng)[59]。因此腫瘤患者需要結(jié)合基因檢測結(jié)果調(diào)整用藥劑量，以期達到更好的治療效果。

4.2 藥效長期不明顯的患者

基因多態(tài)性對藥物代謝動力學和藥效特征均有一定的影響[60]，患者使用某種藥物后效果不佳，病情控制不穩(wěn)定，可能原因之一是某種基因型改變了藥物在患者體內(nèi)的代謝方式，需選擇替代藥物或相應(yīng)加大用藥劑量。

4.3 需長期服用某種藥物的患者

如罹患心血管疾病、精神疾病以及抑郁癥等的患者，需長期甚至終生服用某些藥物，從藥物經(jīng)濟學角度來看，患者通過檢測明確自身基因表型，選擇更加合適的藥物和更恰當?shù)挠盟巹┝?，能夠花費更少資金獲得更好的治療效果。

注：①“臨床劑量”是指在沒有獲取患者遺傳信息時，按藥物的正常劑量給藥，可能包括使用標準劑量或根據(jù)臨床劑量算法計算給藥量；②如果未檢測到CYP2C9*5、*6、*8和*11，則根據(jù)臨床劑量服用華法林；③攜帶CYP2C9基因代謝不良表型(如CYP2C9*3/*3、*2/*3、*2/*2)以及同時攜帶對藥物敏感性增加的基因表型(VKORC1 A/G或A/A)，或攜帶CYP2C9基因其他代謝不良相關(guān)基因型的患者，考慮使用替代藥物；④變異純合子可能需要減少更多劑量(即20%～40%)

注：①政策教育包括臨床醫(yī)生和患者需了解：此方案結(jié)果意味著什么、需要什么信息及哪些藥物可能會受到影響

4.4 特殊人群

特殊人群指本人或家族成員中有嚴重藥物不良反應(yīng)史的人群。同時接受多種藥物治療的患者、經(jīng)常接觸有毒物質(zhì)的患者以及兒童、老年人等適合進行藥物相關(guān)基因檢測。

5 總結(jié)和展望

將PGx應(yīng)用到臨床用藥決策之中，參照臨床個體化用藥劑量調(diào)整指南對患者按照不同基因型分別治療，不僅能夠彌補單純依據(jù)血藥濃度檢測制定個體化用藥方案的不足，也為個體治療方案的制定提供了新思路[61]。目前臨床個體化用藥劑量調(diào)整指南涉及的藥物有限，仍然有大量藥物沒有切實可信的臨床指南和實施路徑參考。但隨著基因檢測技術(shù)不斷發(fā)展與完善，將實驗室基因檢測結(jié)果轉(zhuǎn)化為可實施的個體化用藥方案會在臨床上得到更廣泛的應(yīng)用。本文搜集并整理了有關(guān)基因多態(tài)性指導(dǎo)個體化用藥的相關(guān)指南，系統(tǒng)地闡述了如何依據(jù)基因表型調(diào)整個體臨床用藥劑量，并進一步總結(jié)需要進行基因檢測的人群，旨在為臨床提供基于基因多態(tài)性的個體化用藥治療方案。實現(xiàn)用藥劑量個體化，不僅能夠提高藥物療效，縮短療程，還可減少藥物毒副作用，亦能降低用藥成本，促進國家藥物資源充分合理分配，節(jié)約國家醫(yī)療資源。