糖尿病与基因课件.pptx

1,国家卫生部 全国合理用药监测系统 孙忠实 2011,6,13,长沙,Pharmacogenomics and Personalized Medicine for Diabetes,药物基因组学与糖尿病个体化给药,2,WHO:控制糖尿病,刻不容缓,糖尿病(T2D)是四大非传染病之一,是仅次于心脑血管疾病和癌症的第三位死亡原因;全球每9秒钟就有1人死于糖尿病,每年约死亡400万人,失明约1500万人;使心脏病与脑卒中增加34倍(US,CDC 2007);仅2010年全球为此支出3,780亿美元,占全球支出的12%!钱荣立 中国糖尿病杂志2010;18:881882,2010联合国糖尿病日;中国蓝光行动,3,糖尿病严重威胁人类健康,Source:WHO and IDF,流行性日益加剧,2000,2030,死亡 3+million,截肢 1+million,肾衰 500,000+,失明 300,000+,医疗开支 USD 156+billion,糖尿病每年给全球带来的巨大损失,全球糖尿病患者（百万）,4,中国糖尿病患者居全球之首,“Prevalence of Diabetes among Men and Women in China”中国成年人中糖尿病发病率为9.7%(远高于全球平均患病率6.4%),现有患者9,240万例,约占全球糖尿病患者1/3,居全球之首,第二位为印度,5080万例;Wenying Yang etal.N Engl J Med 2010;362:1090-1101CDS与IDF联合调研结果指出:我国糖尿病治疗费用每年高达1,734亿元(约250亿美元),是非糖尿病人的34倍;占全国医疗总支出的13%!2010,11,14第4个联合国糖尿病日IDF主席Mbanya报告,5,全球现有十一大类抗糖尿病药,1,胰岛素及其衍生物;2,磺脲类;3,双胍类;4,噻唑烷二酮类;5,-糖苷酶抑制剂;6,格列奈类胰岛素促泌剂(Meglitinides);7,胰岛淀粉样肽(Amylin analogues);普兰林肽注射液 8,肠促胰岛素激素拟似药(Incretin hormone mimetics);艾塞那肽注射液9,二肽基肽酶抑制剂(DPP4-I);西他列汀10,胰高血糖素样肽受体激动剂(GLP-1);利拉鲁肽11,钠-葡萄糖共同转运体抑制剂(Sodium-Glucose Co-Transport Inhibitors;SGLTs-I)。,注:黄色标记药物系目前认为与基因多态性密切相关者,6,当前T2D的控制率仅约40%,而T2D 却占全部糖尿病患者的90%95%!,Presented byTrudy N.Griffith BSc.Pharm(Hons)13 August 2010,7,服用降糖药的患者40%未能达标尤其是单一药物!,过去的10年,约40%T2D患者的糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin,HbA1c)未能达到 7%!尤其是服用单一药物不能控制血糖在最佳水平!Pharmaceuticals 2010,3,2610-2646,8,为什么药物的有效率不尽人意?,镇痛剂(COX-2)80%抑郁症62%哮喘60%心律失常60%糖尿病57%偏头痛(急性)52%偏头痛(预防)50%丙型肝炎47%尿失禁40%阿茨海默病30%肿瘤25%,9,国人服用降糖药77%未达标,中华医学会糖尿病学分会2011年2月11日在“诺和诺德糖尿病论坛”上公布的一项糖尿病患者调查结果显示：糖化血红蛋白(HbA1C)以为标准，有的受访者不达标；如以,为标准，则有77的受访者血糖控制不达标。这项调查启动于年，全国共有家医院、143,123名患者参与。中华医学会糖尿病学分会主任委员纪立农介绍说，这是国际上迄今规模最大的型糖尿病患者调查，也突破了国内以往局限于大城市大医院的调查范围，受访患者来自全国各地各级医院。,10,抗糖尿病药长期服用(5年)的无效率知多少?,Kahn et al 报告长期服用(5年)的无效率:罗格列酮 15%二甲双胍 21%格列苯脲 34%N.Engl.J.Med.2006,355,2427-2443.,11,59%药物的不良反应与基因变异相关,据报告,在美国不良反应发生率最高的27种药物中,有16种(59%)的发生原因是其代谢时至少有一种药酶存在基因多态性,主要是慢代谢型(PM)患者;而一般常见药物代谢酶的基因变异发生率为7%to 22%!之间,其范围有极显著差异.(P=.006-P.001).,JAMA 2001;286:2270-2279,12,T2DM是多基因/多因素疾病,Nature.2009 October 8;461(7265):747753.,13,PGx使T2D的药物治疗迈向个体化 Pharmacogenomics in type II diabetes mellitus management:Steps toward personalized medicine,迄今,经全基因组扫描(genome-wide association scans)和侯选基因*(candidate gene)的研究表明,糖尿病药物治疗的个体差异,目前认为至少与四类降糖药相关.*候選基因:一個位于被怀疑与某疾病有关的染色体区域中的一段基因,由转录出來的蛋白质推測為造成疾病的基因.,Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,14,Pharmacogenetics:研究单个基因与个体药物反应差异的相关性,Pharmacogenomics:研究多个基因或整个基因组与个体药物反应差异的相关性目前已将二者统一称为PGx.,什么是药物基因学与药物基因组学?,15,基因是影响药物作用的关键因素,16,PGx是影响药物PK/PD的重要因素,药代动力学:Absorption(吸收)Distribution(分布)Metabolism(代谢)Excretion(排泄)药效动力学:受体离子通道酶信息通路免疫系统,ADME,17,基因多态性表现在何处?,药物代谢酶:如影响药物代谢的细胞色素450等的多态性;药物转运蛋白:如影响药物吸收、分布和排泄的-糖蛋白的多态性;受体或靶位:如肾上腺素能受体的多态性;离子通道:如钙离子通道的多态性;信息通路的靶点:如酪氨酸激酶等;这些都是生物标记物(Biomarkers),它们的多态性导致了药物治疗中的药效和不良反应的多样性。,18,关于药酶的基因多态性,P450的基因多态型（Genetic polymorphism）使药物代谢存在着种族和个体差异，尤其是CYP2C19和2D6。目前分为4种表型：正常代谢型 EM,又称快代谢型（Extensive Metabolizer，占75-85%）;缺乏代谢型 PM,又称慢代谢型（Poor Metabolizer,占5-10%）;超速代谢型 UM（Ultrarapid Metabolizer,占1-10%);中间代谢型 IM（Intermediate Metabolizer,占10-15%)(此型介于EM与PM之间）。,19,Transporters expressed in the human hepatocyte,20,涉及降糖药的PGx,21,为什么有些人应用二甲双胍无效?,FDA;1995,22,二甲双胍是治疗T2D的一线药物,减少肝糖的输出增加胰岛素敏感降低LDL和TG降低C反应蛋白减轻体重或保持不引发低血糖风险可引发恶心痉挛及腹泻罕见乳酸中毒禁忌证:CHF,肾功不良,80岁老人!,23,在服用二甲双胍的患者中,有35-40%禁食血糖水平未达标!,Diabet.Care 1994,17,1100-1109Diabet.Med.1994,11,953-960,Metformin is not without adverse events such as diarrhea and nausea that occur in about 30%of patients;or a more serious but very rare side effect,lactic acidosis.Despite an exceptional efficacy and safety profile,several T2Ds(about 38%)still fail to reach glycemic goals in metformin therapy.Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,24,临床证明单用二甲双胍易出现继发性失效Secondary Failure of Metformin Monotherapy in Clinical Practice,作者报告,在20042006年间,用二甲双胍共治疗T2D患者1,799例,以7%!注:继发性失效定义 1,需加用或换用第二种降糖药;2,随后的HbA1C7.5%。Diabetes Care 2010;33:501506,25,二甲双胍在体内的转运,二甲双胍为一亲水性有机阳离子(pKa 12.4),是有机阳离子转运体(organic cation transporters;OCTs)包括OCT1,OCT2的底物,OCT1主要在肝细胞表达,OCT2则在肾细胞中表达,二者分別将二甲双胍转运至肝细胞内和肾脏上皮细胞内.Pharmaceuticals 2010;3:2610-2646,26,二甲双胍的摄取及其作用机制,LKB,alias of serine-threonine kinase 11(STK11);PGC-1,peroxisome proliferator activated receptor coactivator 1;TORC2,target of rapamycin complex 2.,J.Clin.Invest 2007:17:1422-1431,27,涉及二甲双胍的PGx转运体基因多态性,OCTs:Organic cation transporter gene(有机阳离子转运体基因)OCT 1:由SLC22A1编码,承载肝摄取;OCT 2:由SLC22A2编码,承载肾排泄;MATE:Multidrug and toxin extrusion gene(多药与毒素外排基因)MATE1:由SLC47A1编码,承载从肝细胞转运至胆汁;MATE2:由SLC47A2编码,承载肾排泄.Acta Pharm 60;387406,28,OCTs的表达及其基因多态性,OCT1 主要在肝细胞和肠上皮细胞表达,介导二甲双胍在这些细胞的摄取;OCT2,主要在远端肾小管细胞表达,介导、促进包括二甲双胍在内的许多生物异源性物质在尿中的排泄 OCT1的变异已知有12个:S14F,R61C,F160L,S189L,G220V,P341L,R342H,G401S,V408M,420del,G465R,R488M,其中标记为兰色者为功能降低的转运体。Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,29,为什么二甲双胍必需个体化给药?,应用最广泛;在美国处方量排名前15位!治疗指数窄;为多因素病;疗效差异大;有的有效,有的无效,有的甚至发生乳酸中毒!(MALA range from three to nine cases per 100,000 patient-years)once it develops,it has been associated with a 50%to 75%mortality rate.N Engl J Med.1998;338:265-6.Letter;Diabetes Care.1999;22:925-7.Ellenhorns medical toxicology:1997;728-731.在肝脏起效;转运体或肝功能影响很大主经肾排泄;转运体或肾功能影响很大,30,OCT1等位基因对二甲双胍摄取的影响,*P 0.01,J.Clin.Invest 2007:17:1422-1431,31,OCT1等位基因对二甲双胍降糖作用的影响,*P=0.012,J.Clin.Invest 2007:17:1422-1431,32,OCT1基因多态性显著降低二甲双胍的疗效,人体OCT1的基因多态性很多,其中有7个S14F,R61C,S189L,G220V,G401S,420del,G465R功能是降低的,如美国白人OCT1-420del约占20%;OCT1-R61C在美国人约占7%;OCT1的基因多态性,使肝细胞不能或减少摄取二甲双胍发挥降糖作用,故疗效显著降低。OCT1的基因多态性可使葡萄糖耐量试验显著降低。J.Clin.Invest 2007:17:1422-1431,33,OCTs基因多态性显著降低二甲双胍的疗效,凡携带OCTs(SLC22A1)变异型等位基因者,口服二甲双胍2h后,较携带野生型(正常人功能正常者)患者的AUC增大,血糖水平升高,尤其是携带420del者,终致二甲双胍的疗效更显著降低!Pharmaceuticals 2010;3:26102646,34,为什么20%欧洲人的二甲双胍疗效差?,研究表明,欧洲血统的患者中有20%是携带变异的OCT1基因,即使服用二甲双胍,禁食血糖水平仍难以达标.,35,OCT1基因多态性在中国和 日本人群的表达及其影响,中国和日本人群中极少数人可携带功能降低下的3个OCT1 等位基因:Q97K,P117Land R206C,则分别显著降低肝细胞摄取二甲双胍作用的62 4.3%;55 6.8%和 22 1.5%,J Pharmacol Exp Ther.2010 Oct;335(1):42-50.,36,原发性磺脲类无效与继发性磺脲类无效,服用磺脲类药物的患者中有10-20%,既使服用最大推荐剂量血糖水平仍然不能达标,称为原发性磺脲类无效(“primary sulfonylurea failure”Lancet 1998,352,837-853服用磺脲类药物的患者中有5-10%开始有效,以后逐渐无效,接近正常水也难以维持平,称为继发性磺脲类无效(“secondary sulfonylurea failure”)Diabet.Med.1998,15,297-303.是由于作用于KATP通道的、分别由KCNJ11 和ABCC8编码的Kir6.2 and SUR1受体以及代谢磺脲类药物的CYP2C9发生变异;,37,磺脲类的疗效差异很大,据报告,每年有57%服用磺脲类的患者发生继发性无效;一项大规模随机试验ADOPT(A Diabetes Outcome Progression Trial)表明,单用磺脲类5年失效率(禁食血糖180 mg/dl)高达34%,而罗格列酮为15%;二甲双胍为 21%;UKPDS试验表明,每年约有1%服用磺脲类的患者发生严重低血糖!.N.Engl.J.Med.2006;355(23):24272443,38,磺脲类降糖机制Schematic Representation of the Pancreatic Beta Cell,Illustrating the Role of the ATP-Sensitive Potassium(KATP)Channel in Insulin Secretion.,N Engl J Med 2004;350:1838-49.,39,影响磺脲类作用的基因多态性,Acta Pharm.60(2010)387406,transcription factor 1(TCF1,transcription factor 2(TCF2),40,涉及磺脲类的基因多态性,Kir6.2 pore:为KATP channels的亚单位,由KCNJ11 gene编码,系SU的靶点;SUR1 subunits:为KATP channels的亚单位由ABCC8 gene编码,系SU的靶点;Inactivating mutations cause the channel to be closed and thus the-cells to over-secrete insulin,causing hyperinsulinaemichypoglycaemia.Activating mutations cause the-cell to be unresponsive to glucose and therefore are a cause of neonataldiabetes mellitus(NDM)TCF7L2:直接影响SU的疗效;CYP2C9,CYP2C19:SU的代谢;HNF1 60:387406,41,两种最重要的CYP2C9基因多态性,CYP2C9*2:是单核苷酸中的外显子 3位由C T),其活性仅是正常功能者的40%左右;CYP2C9*3:是单核苷酸中的外显子 7位由A C),其活性仅是正常功能者的10%左右;,42,CYP2C9基因多态性显著降低磺脲类的疗效,A recent population-based study of incident sulfonylurea users found that Type 2 diabetes patients with CYP2C9*2/*2,*2/*3 or*3/*3 genotypes were 3.4-times more likely to achieve a treatment HbA1c of less than 7%compared with CYP2C9 wild-type homozygotes.Furthermore,patients with at least one copy of the CYP2C9*2 or*3 allele were less likely to experience sulfonylurea monotherapy treatment failure Clin.Pharmacol.Ther.2009;87(1):5256,43,CYP2C9基因多态性显著增加磺脲类的ADR,CYP2C9 polymorphisms may also serve as useful predictors of adverse effects.For example,a different study showed that sulfonylurea-treated patients who possessed the CYP2C9*3/*3 or*2/*3 genotype had 5.2-times the odds of a severe hypoglycemic event than the other CYP2C9 genotype groups.Br.J.Clin.Pharmacol.2005;60(1):103106.,44,CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效,携带杂合子CYP2C9*1/*2的患者可轻度减少格列本脲的肾清除,较携带纯合子CYP2C9*2/*2 者降低10%;携带杂合子CYP2C9*1/*3 和 CYP2C9*2/*3的患者可减少甲苯磺丁脲肾清除率50%;携带纯合子CYP2C9*3/*3的患者可显著减少格列本脲的肾清除。Acta Pharm 2010;60:387406,45,携带杂合子CYP2C9*1/*2和 纯合子CYP2C9*3/*3的患者,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可分别减少甲苯磺丁脲、格列本脲以及格列吡嗪的肾清除率16%、50%和20%,携带纯合子CYP2C9*2/*2的患者,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可分别减少甲苯磺丁脲、格列本脲的肾清除率75%和90%。,CYP2C9基因多态性影响磺脲类的疗效,46,为什么有些国人应用磺脲类易发生ADR?,Br.J.Clin.Pharmacol.2007,64,67-74.,因为亚洲人的PM占10-25%,而白人仅有2-6%。如携带CYP2C19 PM的中国男性患者,服用格列齐特后的AUC,与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比增加3.4-fold 95%CI 2.5,4.7;P0.01;其半衰期也从15.1h延长至44.5 h(P0.01);相似的差别,在多剂量研究时也同样存在,携带CYP2C19 PM的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,AUCss,AUC0 and Cmax 分别增加 3.4倍(95%CI 2.9,4.0)、4.5倍(95%CI 3.8,5.4)和 2.9 倍(95%CI 2.4,3.4),(P0.01),其半衰期也从13.5 h延长至24.6h(P0.01).,47,格列苯脲与CYP2C9基因多态性(glyburide glyburide;优降糖),格列苯脲的疗效与CYP2C9的基因多态性密切相关,如与携带纯合子CYP2C9*3/*3,的患者,与携带野生型纯合子CYP2C9*1/*1的患者相比,其口服清除率减少1/2,依此给患者调整剂量极为重要。Acta Pharm.2010;60:387406近期Zeller等提岀将格列苯脲淘汰岀局,因显著增加AMI死亡率。是否与患者基因变异相关?JCEM 2010;95;49935002,48,CYP2C9基因多态性与磺脲类等的清除率,49,相关生物标记物的基因多态性对磺脲类作用的重要影响,There are several other KCNJ11 variants(which include F333I,F35V,R201H,R201C,Q52R,I296L,L164P,G53S,G53R)and ABCC8 variants(which include I182V,H1023Y,I1424Y,F132L),Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,50,CYP2C19基因多态性对格列齐特PK的影响(单剂量),Br.J.Clin.Pharmacol.2007,64,67-74,51,CYP2C19 基因多态性对格列齐特PK的影响(多剂量),Br.J.Clin.Pharmacol.2007,64,67-74,52,磺脲类与TCF7L2变异 GoDARTS(Genetics of Diabetes Audit and Research Tayside)study,方法:1997 July 2006,901例口服磺脲类,945例口服二甲双胍,研究转录因子7-相似物2(Transcription factor 7-like 2;TCF7L2)的等位基因 rs12255372 和rs7903146是否影响两类药物的作用;无效指标是用药312个月后HbA1C 7%。Diabetes 56:21782182,2007,53,磺脲类与TCF7L2的变异,结果:携带rs12255372 T/T等位基因的患者与携带rs12255372 G/G的患者相比,无效率的Odds ratio(OR)为1.95(95%CI 1.233.06;P 0.005),如以基线HbA1C相比,则OR为 2.16 95%CI 1.213.86,P=0.009);携带rs7903146等位基因的患者其结果相似;在二甲双胍组未见此相关性。Diabetes 56:21782182,2007,54,涉及格列奈类/二甲双胍/噻唑烷二酮的基因多态性,Acta Pharm.60(2010)387406,55,涉及格列奈类的基因多态性,CYP2C9其基因变异有CYP2C9*3CYP2C8其基因变异有CYP2C8*3SLCO1B1:solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有521TT,521TC,521CCOATP:其基因变异有OATP 1B1IGF2BP2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2)Pharmaceuticals(Basel).2010 August 1;3(8):26102646Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,56,Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,转运体/药酶基因多态性影响格列奈类的疗效,57,2C9基因多态性影响格列奈类的清除,研究表明 CYP2C9*3可减少格列奈类的清除,而CYP2C8*3 则增加格列奈类的清除。Mol Diagn Ther.2007;11(5):291-302,58,2C9基因多态性影响格列奈类的疗效,携带CYP2C9*3的患者,可显著降低那格列奈的清除率;而携带CYP2C9*2的患者,其药动学参数与携带野生型CYP2C9*1的患者却相似;携带CYP2C9*3/*3的患者与携带野生型CYP2C9*1/*1的患者相比,可增加低血糖的风险,特别是那格列奈剂量超过120 mg时!Mol Diagn Ther.2007;11(5):291-302,59,SLCO1B1基因多态性对格列奈类的影响,SLCO1B1 有三个等位基因:521TT,521TC,521CC;携带杂合子521TC和纯合子 521CC的患者与携带纯合子521TT相比,可分别显著增加那格列奈的血浓度 83%和76%;半衰期延长78%,(p=0.036);提示SLCO1B1基因多态性可显著增加那格列奈血浓度,可能是减少了肝细胞的摄取所致。,60,涉及噻唑烷二酮类的基因多态性,PPAR-gene:过氧化物体增殖激活受体-基因变异有 PPAR-heterozygous genotype(rs1801282;Pro12Ala)和 homozygous genotype(Pro12Pro).lipoprotein lipase gene:其基因变异有 S447S和S447XCYP2C8 gene:其基因变异有 CYP2C8*1/*3 CYP2C8*3/*3 ACDC gene:adipocyte C1q and collagen domain-containing(ACDC)gene,编码adiponectin其基因变异有SNP45,SNP276,SNP11377 SLCO1B1:solute carrier organic anion transporter family,member 1B1)其基因变异有521TT,521TC,521CCADIPOQ:其基因变异有 rs1501288 和 rs2241766PGC-1(PPAR-coactivator):其基因变异有Thr394和Gly482 Pharmaceuticals(Basel).2010 August 1;3(8):26102646Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,61,为什么有些患者TZDs无效?,TZDs未达标率:罗格列酮(2mg/bid;26week)45.8%罗格列酮(4mg/bid;26week)36.1%吡格列酮(45 mg/d;26 weeks)25.0%(空腹血糖降低不超过10%;12%患者HbA1c仅降低0.5%1.0%)The Journal of Clinical Endocrinology 26:825831,62,ACDC/S447S基因多态性对TZDs的影响,Pharmacogenomics and Personalized Medicine 2009:2 7991,63,脂蛋白酯酶(LDL)基因多态性对TZDs的影响,研究发现,中国T2D患者服用吡格列酮,如携带纯合子S447S,其达标率较携带其他基因多态性者更高,反之如携带S447X,则达标率较携带S447S患者降低 1/2,提示检测LPL基因多态性可预测吡格列酮的疗效。,64,脂联素ADIPOQ等位基因 对罗格列酮疗效的影响,Pharmaceuticals(Basel).2010 Aug 1;3(8):2610-2646.,65,PGx与噻唑烷二酮类的疗效,首先,过氧化物体增殖激活受体-(PPAR-)基因变异有 heterozygous genotype(rs1801282;Pro12Ala)和 homozygous genotype(Pro12Pro).如携带Pro/Ala者,较携带 Pro/Pro者显著降低罗格列酮的禁食血糖水平和HbA1c水平;如携带Pro12Ala,则PPAR-增加 7.2倍Mol Diagn Ther.2007;11(5):291-302Pharmacogenomics 2007;8:917931,66,CYP2C8/SLCO1B1基因多态性 对罗格列酮疗效的影响,研究表明携带CYP2C8基因多态性者,可显著改变罗格列酮的PK,并提高疗效,而SLCO1B1 则否;Human Genomics 2008;3:716,67,小结:PGx与口服抗高血糖药,British Journal of Diabetes&Vascular Disease 2011 11:10,68,美国糖尿病协会2010年会重点研讨PGx与T2D的相关性,70th:PGx Abstracts from the American Diabetes Associations Annual Scientific Sessions July 07,2010 investigating SNPs showing variable patient responses to commonly prescribed medications;and analyzing genetic risk for conditions that can heighten peoples chances of developing diabetes.,69,PGx&抗高血糖药主要关注三个基因多态性,1,针对药物ADME的OCT1和2C9/8/19 3A4;2,针对药物受体的KCNJ11;3,针对疾病发展的TCF7L2,70,防治糖尿病达标我们的目的是什么?如何做得更好!,Achieving Diabetes TargetsWhere are we,and how can we do better?,Robert E.Ratner,MDMedStar Research InstituteGeorgetown University Medical SchoolWashington,DC,71,代结束语Una Glamoclija professor:Genetic polymorphisms in diabetes:Influenceon therapy with oral antidiabetics,迄今资料显示,一系列基因影响着口服降糖药的疗效,为此,有关糖尿病个体化治疗的成绩与日俱增,特别是关注的焦点集中在如何保证剂量准确的领域,即防止因过量或不合理用药所致的低血糖!PGx的发展为改善糖尿病的预后提供了科学依据,今后将更深入研究发展。Acta Pharm.60(2010)387406,72,基因身份证,73,謝谢大家参与!,