药物代谢酶的基因多态性与合理用药既案例分析课件.ppt

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1、药物代谢酶的基因多态性与合理用药暨案例分析,郭 涛沈阳军区总医院2010.9.19,主要内容提要一、基本概念二、体内药酶的基因多态性与合理用药三、临床用药案例分析附 注射剂与合理用药问题,1.遗传多态性(genetic polymorphism)药物代谢酶在人群中广泛存在着遗传多态性现象。所谓遗传多态性指一个或多个等位基因发生突变而产生遗传变异，在人群中呈不连续多峰分布。遗传多态性是人类长期进化过程中为适应环境，通过突变改造药物代谢酶类基因，以产生相应的酶蛋白来对付环境中外来化合物，基因上的变化可通过遗传保留给后代，形成了人类药物代谢酶类的多态性。,一、基本概念,2.中国各民族的遗传距离 中国

2、是多民族国家，各民族在起源、遗传、生理和病理、生活饮食习惯、生活环境等方面存在一定的差异，可能导致药动学的民族差异。起源不同：回 族 唐朝时期（7世纪）阿拉伯、波斯中亚地区的商人。朝鲜族 18世纪末，19世纪中叶，由朝鲜半岛迁移至东北的朝鲜人。维吾尔族 南北朝的高车、两汉时期的丁零、春秋时期的赤狄，形 成于漠北回鹘汗国时期。蒙古族 源自东胡人，并吸收了大漠南北的不少民族成份。,我国各民族之间存在遗传距离 中国阿昌族（0.0000）：汉族（0.0532）蒙古族（0.0670）回族（0.0858）维吾尔族（0.1075）白种人（0.1571）黑种人（0.2542）遗传距离是根据两个群体或物种间同一

3、基因座上相同等位基因的频率差异，用PHYLIP或MEGA等遗传分析软件包计算出的科学数据，它是表示群体间或物种间遗传差异或遗传分化程度的重要参数。人种：白、黑、黄、布希曼、澳大利亚土著人。,袁义达，杜若莆在遗传学报发表文章：各民族间的遗传距离是：汉族遗传距离为 0.0000 塔塔尔族 0.0970 柯尔克孜族 0.0905 维吾尔族 0.0218 藏族 0.0144 回族 0.0084 蒙古族 0.0051,3.细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）CYP450是微粒体中催化药物代谢的活性成分，由一系列同工酶组成，分子量约为45 55KDa。1958年，Omura 证

4、明微粒体中的一种色素（pigment,P）是催化药物代谢的活性成分，本质为血红蛋白，其还原状态（Fe 2+）能与CO结合，在450 nm有吸收，因此得名细胞色素P450。,细胞色素P450（cytochrome P450，CYP450）根据其氨基酸序列，以及底物专一性和可诱导性，各种同工酶可被分为不同的家族，对于外源性物质代谢有重要意义主要是CYP1、CYP2和CYP3三个族。根据其氨基酸序列的相似性又被进一步分为亚族。一亚族的成员以40%的序列一致性为标志。,P450是代谢外来物(药物，环境致癌物，化学毒物)的主要酶系。其中有3种酶系作用最强：P450 1，2和3系，即CYP1，CYP2和C

5、YP3系。P450酶系由3部分组成：血红素蛋白(P450)，黄素蛋白(NADPH-细胞色素C还原酶)和磷脂(磷脂酰胆碱)。P450系统组成复杂，由基因多样性控制，称作P450基因超家族。许多P450具有遗传多态性，是引起个体间和种族间对同一底物代谢能力不同的原因之一。,到1993年，已经发现了221种CYP450同工酶，它们的序列和酶活性已被测定。它们分属36个基因族，已知在哺乳动物中分属12个基因族和22个亚族。至今人体中已有30多种CYP450同工酶被分离和鉴定，其中包括一些主要的药物代谢酶:CYP2C19，2C9，2D6，3A4,和CYP2E1，1A2等。CYP3A4在多数人群中占人体总

6、CYP450的50%。CYP3A4、2D6、2C9、2C19、1A2、2E1与代谢多态性有关（见后）。,下图1系催化过程 通过将氧分子中的一个氧原子导入到药物分子中，开始氧化反应，继而可发生重排或分解，形成最终产物。这些反应必须有还原型辅酶II（NADPH，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸）和氧分子的参与。RH代表底物药物，ROH代表羟基化的代谢物。,Fig1 CYP450对药物氧化代谢的催化过程原理,底物（RH）首先与细胞色素P450中的Fe 3+结合，然后经由NADPH（还原型辅酶II）参与的电子转移链，将一个电子转移到 Fe 3+上，同时使NADPH氧化为NADP，CYP450中的Fe 3

7、+由此变为Fe 2+；再与一分子氧结合，并通过第二个转移链接受另一个电子之后，重新生成Fe 3+的CYP450，以及羟基化的代谢物（ROH）和水。总的反应式为：CY P450 NADPH+H+O2+RH NADP+H2O+ROH,4.非微粒体酶 人体内还有一些药物代谢酶不存在于微粒体中，这些酶主要与内源性物质的代谢有关，少数药物的代谢也受其催化。线粒体中存在单胺氧化酶、脂肪族芳香化酶及一些内源性物质代谢的混合功能氧化酶等。氨基酸结合反应也发生在线粒体中。细胞浆中存在醇、醛脱氢酶，黄嘌呤氧化酶及硫氧化物和氮氧化物的还原酶等，存在于可溶性部分；细胞浆中还可发生谷胱甘肽结合、硫酸结合、乙酰化等反应。

8、此外，血浆中也存在一些重要的酶系，如酰胺酶、磷酸酶、胆碱酯酶等。胃肠道也存在一些酶，主要是结合酶类和分解酶类，肝微粒体中的CYP450-3A4也存在于人类小肠中。,二、体内药酶的基因多态性与合理用药,2.1 研究药物代谢的意义2.2 细胞色素P450酶多态性与合理用药2.3 其他药物代谢酶的多态性与合理用药,2.1 研究药物代谢的意义 研究药物代谢不仅直接影响到药物的血药浓度高低及活性代谢产物的产生，而且会影响药物的体内过程，因此会影响药物的疗效。研究药物的代谢过程、机理及规律，对设计和开发新药，设计更合理的给药途径、给药方法、药物剂型及处方，制定临床“量体裁衣”个体化给药方案尤其是指导合并用

9、药等都有重要意义。,2.2 药物代谢酶的基因多态性与合理用药 人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）实施，人类基因组序列草图在2001年绘制完成，为人们更好地了解自我和疾病诊断治疗大大向前迈进了一步。在2004年，国际人类基因组联合会宣布了人类基因组的精确序列，碱基对错误率不超过十万分之一，编码DNA的数量也从原来的34万个降至22.5万个。HGP在临床应用包括两大部分：疾病基因组学和药物基因组学（Pharmacogenomics）。药物基因组学的概念是近几年才出现的，它包括了由Vogel在1959年提出的遗传药理学（Pharmacogenetics）的应用范围，又

10、包括整个基因组（基因、基因表达、和基因功能）在疾病易感性和药物反应中的作用，其应用范围扩展到预测药物反应和新药靶标的发现。Nature，2004,431:931945,药物基因组学（Pharmacogenomics,PGx）定义：FDA2006年10月25日发表的药物基因组学的命名中指出：“研究DNA和RNA特征的变异与药物反应相关性的科学”；PGx的核心是药酶的遗传多态性，而遗传多态性是药物基因组学的分子基础，即单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNPs）,是药物基因组学的标志之一。,药物基因组学是研究个体基因的遗传学怎样影响药物代谢的科学，人们

11、利用基因组学的理论，研究遗传因数的影响以及基因变异所致的不同个体间对药物的不同反应。可以说，基因的多态性是药物基因组学的基础，同时又是其重要研究的内容。遗传多态性主要集中在药代酶环节这是当今公认的事实。药代酶多态性由同一基因位点上具有多个等位基因引起，其多态性造成不同个体之间药物代谢的差别，致药物的疗效和毒副作用不同。,基因组相关生物标志物 药物反应有关生物标志物（biomarkers）又很多，基因多态性（gene polymorphism）就是其中重要的指标，基因多态性是指发生率1%的常见遗传性变型。药物代谢酶及药物作用部位（如受体）存在着的基因多态性与药物疗效和毒性的个体差异有很大相关性，

12、有人认为这些遗传因素可占20%95%。具有基因多态性的生物标志物有：细胞色素P450酶，药物靶标和药物转运体等。今天的主题就集中在细胞色素P450酶多态性与合理用药。,基因多态性的复习核酸：由核苷酸通过磷酸二酯键共价连接的线性聚合物，每个核 酸由1个磷酸，1个五碳糖和1个碱基组成。DNA鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）核酸 RNA鸟嘌呤（G）、腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、尿嘧啶（U）核苷酸连接方式：一个核苷酸的5位磷酸与下一位核苷酸的3-OH连接，形成3，5磷酸二酯键，构成不分支的线性大分子。,基因包括两大区域：编码区（cording region),包括外显子和内含子

13、；侧翼顺序（flanking sequence)，位于编码区上游、下游。基因（gene）就是DNA分子链上的一个特定的区段，由碱基对（base pair)组成。内含子：在结构基因的两侧以及基因内部的不编码蛋白质序列。而编码序列则为外显子。,人类的等位基因位于成对的染色体上（性染色体除外），因此每一种基因都有一对，称为等位基因。如果这一对等位基因均未发生碱基对的突变或者缺失，则个体为这一基因的野生型纯合子，野生型等位基因均被命名为*1，故个体为*1/*1；如果个体有一个等位基因发生突变或者缺失则为杂合子，通常为*1/*2，*1/*3*1/*n表示；若两个等位基因均发生突变，则为突变等位基因的纯合

14、子或杂合子，如*2/*2,*2/*3表示。,2.2.1影响个体和种族差异的因素 Fig 2 影响个体和种族差异的因素,生理病理因素,2.2.2 CYP450酶的多态性与合理用药 遗传是决定药物作用的重要因素，它影响药物作用的量和质的反应。当遗传基因发生变异，即可造成个体、药物受体、药物代谢酶和药物转运载体在活性和数量改变，直接影响药物的药效动力学和药代动力学。参与药物代谢最重要的药酶是CYP3A4、2D6、2C19和2C9，其次为1A2、2E1。近年人们通过遗传因素对药物代谢多态性影响的大量研究，明确了遗传基因的变异可造成人群中药酶的基因多态性，而影响药物代谢的差异（表3、4）。,表3主要经C

15、YP450酶系代谢的药物，底物、抑制剂、诱导剂和标记物,表4 由其他酶系代谢的药物,由于基因变异造成人群中药物代谢酶的遗传多态性出现了不同的表型，分为：慢代谢者（slow metabolizer,SM），代谢能力降低者；或弱代谢者（poor metabolizer,PM）;快代谢者（rapid metabolizer,RM）;或强代谢者（extensive metabolizer,EM）。其代谢药物的能力明显不同，从而影响了药物动力学和药效学，如慢代谢性较易引起药物蓄积而增加副作用，这是要引起足够关注。有趣的是，有时还可能出现介于以上两者之间的中间代谢者。表5所列，为慢代谢者对药代动力学和临床

16、药效的影响。,表5 慢代谢者对药代动力学和药效学的影响,2.2.2.1细胞色素P450酶的多态性与合理用药 CYP2C19多态性 CYP2C19定位于染色体10q24.1q24.3,含9个外显子和5个内含子,分子有490个氨基酸组成。美芬妥因（mephenytoin,MP）为代表，研究CYP2C19多态性和基因突变的分子机理。MP的S-异构体（S-MP）在人体内被CYP2C19催化，在4位进行羟基化代谢成4-羟美芬妥因。国内外研究表明S-MP羟化代谢呈多态性，有RMs和SMs两种表型。S-MP羟化代谢缺陷频发率具有明显的种族差异，白族人缺陷发生率为2.45.4%；日本人为18.522.5%；韩

17、国人为12.6%；中国不同民族人群在9%19.8%（见表6）。,表6 中国不同民族人群中CYP2C19 的多态性,研究表明，CYP2C19还参与多种临床药物的氧化代谢过程，所以CYP2C19的基因一旦发生变异，这些药物的代谢过程也会发生改变（表7）。表7 生物转化与S-MP羟化代谢多态性相关的药物,例1.苯二氮卓类药物氧化代谢多态性 近年研究表明人群中地西泮的去甲基代谢和羟化代谢存在多态性，并与S-MP羟化代谢多态性密切相关，而与异喹胍羟化代谢无关。表8 S-MP慢代谢者口服地西泮或去甲地西泮后血浓度明显增加，消除t1/2明显延长，血浆清除率明显低于快代谢者。中国人和白种人(均属S-MP快代谢

18、者)相比，地西泮的血浆清除率明显低于后者，而消除t1/2 延长。中国人用苯二氮卓类药物的临床剂量往往要低于白种人。,表8 不同表型S-MP 者口服地西泮的药代动力学,例2.奥美拉唑羟化代谢多态性 奥美拉唑在人体内主要通过羟化代谢和S-原子氧化代谢分别生成5-OH奥美拉唑和奥美拉唑砜。东方人（中国人、朝鲜人）和西方白色人种均存在奥美拉唑羟化代谢多态性，具有RM和SM两种表型。且其不同表型和S-MP羟化代谢多态性紧密相关。中国人SM者的AUC是纯合子RM者的47倍。研究发现CYP2C19基因型可能影响幽门螺杆菌消化溃疡治愈，因此检测CYP2C19基因型,能指导医师选择适当剂量质子泵制剂治疗溃疡病。

19、,此外，三环类抗抑郁药的治疗窗也较窄，CYP2C19基因多态性对其合理用药有重要意义。CYP2C19基因多态性对西酞普兰（citalopram）、依他普兰（escitalopram）舍曲林（sertraline）都有影响。可能造成它们治疗失败。抗血小板药 氯吡格雷（clopidogrel）是PCI术及急性冠脉综合征患者主要治疗药，但口服标准剂量（75mg.d-1）本品后会产生耐药现象。在健康人中CYP2C19基因变异导致的功能缺失是影响氯吡格雷反应差异的重要原因，但能否适用患者还有待进一步研究。,近年对S-MP羟化代谢多态性及CYP2C19遗传基因缺陷进行深入研究，已发现CYP2C19至少存在

20、5种突变基因:CYP2C19*1（Sma内切酶）、CYP2C19*2（Bam H内切酶）、CYP2C19*3（Pst内切酶）、CYP2C19*4（BatX 内切酶）、CYP2C19*5（Pst内切酶）。不同民族CYP2C19基因型比较，发现东方人和白种人中75%85%SM的遗传变异是CYP2C19*1；20%25%东方人SM者为CYP2C19*2，白种人罕见CYP2C19*2。,中国人群的RM中CYP2C19杂合子的发生率明显高于白人；中国女性RM 的纯合子的酶活性显著高于男性，RM的纯合子比例女性也高于男性。为临床应用地西泮的女患者对药物代谢快于男性提供依据。CYP2C19杂合子患者奥美拉唑

21、的疗效明显高于纯合子，表明奥美拉唑疗效与CYP2C19遗传多态性有关。,（2）CYP2C9遗传多态性 CYP2C9基因位于染色体10q24.2,全长约55kb，含有9个外显子和8个内含子，编码490个氨基酸残基。CYP2C9约占CYP总量20%，能代谢约15%的临床药物。CYP2C9具有遗传多态性，已发现50多个单核苷酸多态性（SNPs）。但只有两种突变体CYP2C9*2(Aeg144Cys)和CYP2C9*3（Ilu359Leu）代谢有显著影响。不同等位基因频率在各民族分布各异，CYP2C9*2和*3在白人分布分别为8%20%，而CYP2C9*2在亚洲人不存在、黑人为2%4%，CYP2C9*

22、3亚洲人和黑人分布分别为14%、1%2%。,CYP2C9基因多态性与药物代谢 遗传多态性对药物代谢的主要影响表现为清除率、半衰期和峰浓度的不同。CYP2C9可代谢100多种药物，包括甲苯磺丁脲、苯妥因、华法林的S对映体、多种非甾体抗炎药（双氯芬酸、氟比络酚）、氯沙坦（losartan）、格列吡嗪（glipizide）和托塞米（torsemmide）等。其对治疗指数窄的药物如华法林、甲苯磺丁脲、苯妥因等的代谢影响有重要临床意义。贺宝霞等.中国临床药学杂志，2009,18(1):54,例3 甲苯磺丁脲代谢的多态性 本品在肝脏被CYP2C9酶代谢为甲基羟化甲苯磺丁脲。CYP2C9*1/*3和CYP2

23、C9*3/*3基因型个体甲苯磺丁脲口服清除率分别是野生型纯合子CYP2C9*1/*1的68%和11%。因此在甲苯磺丁脲代谢中CYP2C9起到决定性作用，它可作为体内体外CYP2C9活性的探针药物。有些药物可通过对CYP2C9的作用影响甲苯磺丁脲代谢，如氯霉素、华法林、保泰松等通过抑制本品肝内代谢增强其降糖作用；糖皮质激素、巴比妥、氯丙嗪可降低其降糖作用。,例4 非甾体抗炎药代谢的多态性 CYP2C9参与该类药物生物转化，塞来考昔（celecoxib）、双氯芬酸、氟比洛芬、替诺昔康（tenoxican）等在不同个体间的药动学差异与基因型差异明显相关。CYP2C9基因多态性可以解释氟比洛芬在不同个

24、体间AUC 的差异59%和清楚率的50%。在CYP2C9*1/*3基因型个体，氟比洛芬的AUC与野生型相比明显增高，清除率显著降低。文献报道双氯芬酸与4-双氯芬酸的比率与CYP2C9基因型有关，推测CYP2C9*3可能是影响双氯芬酸羟化代谢的主要原因。,例5 氯沙坦代谢的多态性 氯沙坦是血管紧张素受体拮抗剂，主要经CYP2C9代谢转化成降压活性更强的5-羟化产物 E-3174。国外已证实CYP2C9*2、CYP2C9*3可降低CYP2C9对氯沙坦催化活化，减少E-3174产生，而不同程度降低其疗效。中国人群的情况如何？李智博士的研究表明：在体外模型上查明，中国人群新发现CYP2C9*13、*1

25、6、*17、*19等4个突变等位基因中，CYP2C9*13和*16对催化氯沙坦氧化代谢有显著影响，CYP2C9*17、*19对酶催化氯沙坦氧化活性代谢物无影响。CYP2C9*13、*16突变基因携带者可能为氯沙坦慢代谢者。,中国志愿者体内研究探明，CYP2C9*3、*13遗传多态性可减少E-3174生成，并降低氯沙坦的降压作用。伏立康唑与氯沙坦可发生药代动力学和药效动力学的相互作用，降低后者的活性代谢物E-3174生成，而使氯沙坦的降压效果降低，同时CYP2C9*3和*13突变基因能强化氯沙坦与伏立康唑的相互作用。此研究为氯沙坦在药代和药效动力学反应个体差异及相互作用提供了遗传分子水平的解释，

26、为临床合理使用氯沙坦提供试验依据。摘自中南大学李智博士论文，2007,例6 他汀类药物的多态性 他汀类药物是3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶抑制剂。通过竞争性抑制肝内胆固醇合成过程的限速酶HMG-CoA还原酶而减少胆固醇生物合成的前体物质甲羟戊酸合成减少，而降低胆固醇。他汀类减低低密度脂蛋白（LDL）结果在10%70%范围波动，其原因至少有一大部分是由遗传多态性引起。研究指出，变异Ile359Leu(CYP2C9*3)对氟伐他汀药动学的影响，携带突变纯合子（CYP2C9*3/*3）的健康人口服本品的AUC是野生型纯合子（CYP2C9*1/*1）人群的3倍，Cmax 是CY

27、P2C9*1/*1的 2 倍，是导致横纹肌溶解综合征的重要原因。这就非常有必要用本药前监测病人携带的基因型。,Kirchheiner J,Kudl I D,Meisel C,et al.Influence of CYP2C9 polymorphisms on the phmarcokinetics and choleterolowering of(-)23s 5R2fluvastatin(+)23R,5Sfluvastatin in healtky volunteersJ.Clin Pharmacol Ther,2007,81:9598,（3）CYP2D6多态性 CYP2D6参与多种药物氧化代

28、谢，且人群中存在氧化代谢多态性，分为RM和SM两种不同表型。降压药异喹胍（debrisoquin,DB）作为CYP2D6的探针药物进行研究，表明本品在人体内主要经肝脏微粒体的CYP2D6催化代谢，生成4-羟异喹胍（4-OH-DB）。临床研究表明，患者对DB的降压效应及其直立性低血压的不良反应和个体对DB代谢能力紧密相关。同时不同民族中SM发生率有明显种族差异。白种人DB的弱氧化代谢率高达5%10%、黄种人DB的SM发生率仅1%、非洲黑人位2左右。CYP2D6参与30余种药物代谢（表9）.,表9 生物转化与CYP2D6多态性相关的药物,续表9,例7.受体阻止剂代谢的多态性 以美托洛尔为代表的人体

29、研究表明，本品在肝微粒体细胞色素P450酶催化下进行羟化代谢呈不连续性多态性。白种人美托洛尔羟化代谢缺陷发生率为39%，东方人约1%，存在明显种族差异，而且家族遗传性强。本品SM者的血药浓度、AUC、消除 t 明显高于和长于RM者，同时其受体阻断药作用如减慢心律作用增强，作用时间延长（表10）。研究表明美托洛尔羟化代谢缺陷和异喹胍羟化代谢多态性紧密相关，它们代谢的多态性影同受同一同工酶遗传基因调控。,表10 不同表型异喹胍羟化代谢者单剂量口服美托洛尔100mg的药 代动力学机药理作用（*P0.05）,例8.选择性5-羟色胺抑制剂类药物（SSRI）抗抑郁药帕罗西汀、舍曲林等，由CYP2D6 酶代

30、谢。该类药物的推荐剂量因个体内酶的活性不同，能产生被称为超快型、快效型、中效型和慢效型四类代谢酶。对多数人携带正常功能的 快速或中速代谢酶而言是安全的，而对少数人携带的慢效型药代酶，服用帕罗西汀或舍曲林等会因药物清除过慢，血药浓度升高而致中毒。相反，如携带超快型代谢酶者，可因药物消除过快而降低药效，甚至无效。,例9.普罗帕酮羟化代谢的多态性 多种抗心率不齐药如普罗帕酮、恩卡尼、哌克替林、美西律、司巴丁等在人体氧化代谢与异喹胍羟化代谢多态性相关。普罗帕酮系C类抗心率失常药，用于治疗多种快速型心律失常。在人体内主要通过5-羟化代谢、N-去羟基代谢途径，生成5-羟普罗帕酮和N-去羟基普罗帕酮。临床发

31、现服用同剂量普罗帕酮,个体间的血药浓度具有明显差异。并与异喹胍羟化代谢不同表型密切相关（表11）。,表11 异喹胍羟化表型与不同剂量普罗帕酮血浓的关系,异喹胍（DB）氧化代谢缺陷与CYP2D6多态性的分子生物学研究表明，CYP2D基因位于人体第22位染色体长臂上，通过对DB弱代谢者肝细胞mRNA的转录、克隆、DNA侧序，已鉴定出多种与DB弱代谢相关的CYP2D6等位基因突变体。其中CYP2D6*A、CYP2D6*B、CYP2D6*D最常见。白种人SM者中存CYP2D6基因缺失，同时CYP2D6A和CYP2D6B基因突变；中国人的SM主要存在CYP2D6基因缺失。这可以解释中国人群的DB羟化代谢

32、缺陷发生率低的缘故。,研究者利用限制性内切酶Xba 消化CYP2D6基因进行分析，见到三个片断：22kb,44kb,11.5kb，分别代表几个基因族。22kb片断：含有正常基因CYP2D6和2个假基因CYP2D7P和CYP2D8P；11.5片断：缺失CYP2D6基因，仅含2个假基因 44kb片断：有1个突变CYP2D6基因和3个假基因。白种人中SM 44单倍体（44P单倍体）完全丧失，中国人中38%的人具有一个功能性44单倍体（44E）。很多中国人的RM者含有44E单倍体的纯合子，这可解释中国人和白种人RM者中对多种经CYP2D6催化氧化代谢的种族差异，反映在临床应用该类药物时不同种族在血药浓

33、度、效应、和应用剂量上的差异。,（4）CYP2E1的多态性 CYP2E1在毒理学和药理学具有重要作用。已知CYP2E1代谢的底物有70多种，其中大部分是致癌前体物（procarcinogen）和毒性前体物（protoxin）,小部分为临床治疗药物（表12）。表12 CYP2E1代谢底物,乙酰氨基酚在人体内经CYP2E1代谢生成高活性中间代谢产物NAPQI(N-acetyl-p-benzoquinone Imine),它可与肝细胞内还原型谷光苷肽结合，去毒后排出体外。当CYP2E1酶受到乙醇等诱导后，酶活性明显增强，产生大量药物的代谢物NAPQI，代谢物浓度一旦超过还原型谷光苷肽含量时，其可与组

34、织中蛋白结合引起肝细胞坏死而致明显的肝毒性。用肌松药氯唑沙宗作为研究CYP2E1的遗传毒理学探针，研究表明CYP2E1存在明显的个体和种族差异，日本人和美国黑人CYP2E1酶活性明显低于美国白人。表13所列不同种族CYP2E1遗传多态性的基因位点突变情况,表13 CYP2E1遗传多态性等位基因突变在不同种族的表现,近年的研究还发现中国人CYP2E1存在2种等位基因突变，CYP2E1*2(G 1168A)和CYP2E1*3(G 10059 A)。CYP2E1*2碱基突变引起编码氨基酸76 ArgHis,它只能表达正常基因37%的酶蛋白和30%的催化代谢活性；CYP2E1*3碱基突变失活。,（5）

35、CYP1A2的多态性 CYP1A2的主要突变体CYP1A2*11是由于第558位的c-A突变引起氨基酸第186位由Phe(F)到Leu(L)的改变，导致酶活的降低。CYP1A2*7是由于第3534位的G-A突变引起剪切缺陷(见下表)。,CYP1A2主要的突变（Major mutants of CYP1A2）,CYP1A2的底物 CYP1A2在药物代谢、前致癌物激活的过程中起重要的作用，现已发现越来越多的药物由CYP1A2催化代谢，这些药物包括非那西丁、氟伏沙明、咖啡因、丙咪嗪、氯氮平、他克林、三氟拉嗪、普萘洛尔、美西律、昂丹司琼、利多卡因、夫罗曲汀、普罗帕酮、雷美替胺、茶碱、奥氮平等。,CYP

36、1A2的抑制剂 阿昔洛韦、胺碘酮、阿扎那韦、西咪替丁、依诺沙星、咖啡因、法莫替丁、氟伏沙明、葡萄柚汁、利多卡因、美西律、普罗帕酮、他克林、噻氯匹定、维拉帕米等CYP1A2的诱导剂 卡马西平、十字花植物、埃索美拉唑、灰黄霉素、吸烟、胰岛素、莫雷西嗪、吸大麻、兰索拉唑、利福平、利托那韦、奥美拉唑。,例10 非那西汀代谢多态性 非那西汀在体内75%80%经 o-去乙基代谢生成醋氨酚，20%25%经去乙酰基反应生成对氨基乙醚，后者进一步氧化为毒性代谢产物对氨酚和亚胺醌。研究表明非那西汀的去乙基酶即CYP1A2。,（6）CYP3A4多态性 CYP3A家族有CYP3A3、CYP3A4、CYP3A5、CYP

37、3A7亚族。CYP3A4在人肝脏中的细胞色素P450酶系中占重要地位，约占总P450含量30%，占肠壁组织中P450总含量的70%。它们在药物和内源性物质代谢中起重要作用。,编码CYP3A4酶的基因位于第7对染色体7q21.3q22.1上，全长27kb,由13个外显子剂12个内含子组成。CYP3A4已有39个等位基因（包括单倍体型）被确定。不同种族间CYP3A4的单核苷酸多态性（single nucleotide polymophisms,SNP）发生率不同。如CYP3A4*3和CYP3A4*17仅在白人中发现，CYP3A4*15在黑人中发现，而CYP3A4*16在日本人和墨西哥人中存在；20

38、01年，台湾学者在中国人群中发现CYP3A4*4,CYP3A4*5,CYP3A4*6三个位点，并证实这三个位点可导致CYP3A4活性降低；目前，已在中国人群中发现的39个SNPs突变基因有CYP3A4*4,CYP3A4*5,CYP3A4*6,CYP3A4*18,CYP3A4*19突变频率分别为1.5%，0.98%，0.5%，2%和 2%。,CYP3A4在肝脏表达最丰富，在人的前列腺、乳腺、消化道、结肠及小肠等组织中同样有表达。CYP3A4底物已发现有38个类别结构，共计150多种药物，如环孢霉素、咪达唑仑、阿普唑仑、氯沙坦、氟康唑等，占可代谢药物50%。因此CYP3A4是临床最重要参与药物代谢

39、的P450酶之一。并且呈现明显的个体和种族差异。,CYP3A4酶诱导剂 CYP3A4基因的多态性导致其代谢表型的差异，也是造成药物间相互作用的原因。高表达导致药物代谢加快，低表达使药物代谢减慢。CYP3A4的诱导通常是由于诱导剂引起相应基因转录激活或增强，有时也有一些转录后机制引起导致CYP3A4酶表达增加。诱导剂有巴比妥酸衍生物类、利福霉素类等。,例11 苯巴比妥 苯巴比妥为广泛的CYP450酶诱导剂（CYP3A4、CYP2C9），可导致连用药物的血药浓度降低,如抗心律不齐药奎尼丁、尼非地平及其他钙通道阻滞剂、化疗药物足叶乙苷、口服避孕剂雌二醇和黄体酮、免疫抑制剂环孢素和他克莫司、各种HIV

40、蛋白酶抑制剂、美沙酮及华法令等。,例12 利福霉素类 利福平、利福喷汀、利福布汀等利福霉素类抗生素是一类强效、广泛、特异的P450酶诱导剂,可诱导包括CYP3A4在内的多种P450同功酶。其中以利福平的诱导作用最强。研究发现,利福平对咪唑类抗真菌药的代谢具有诱导作用,可使酮康唑的AUC减低88%,氟康唑的AUC、t,分别减低23%和19%。利福平与利福布汀可降低沙奎那韦、印地那韦和奈非那韦的浓度,若无替代药物,则需增加蛋白酶抑制剂的剂量以维持其疗效。与利福布汀合用,印地那韦浓度可降低33%。,CYP3A4酶抑制剂 CYP3A4酶抑制是因为抑制剂占据了酶分子的某些部位，从而影响了酶代谢其他药物的

41、活性。药物代谢性相互作用中由酶的抑制而引起的相互作用约占全部药物相互作用的70%，抑制剂有大环内酯类、咪唑类抗真菌药、葡萄汁,例13 大环内酯类抗生素 大环内酯类抗生素多为1416圆环的内酯化合物,结构中心连有23个氨基糖,在肝脏中经CYP3A4代谢。一般14圆环的红霉素、克拉霉素、醋竹桃霉素等与肝脏及肠上皮组织中的P450形成复合物的能力最强,发生的药物不良反应也最严重;罗红霉素和16圆环的交沙霉素、螺旋霉素等很少引起相互作用;最弱者为15圆环的阿奇霉素。红霉素、克拉霉素、醋竹桃霉素可与羟甲戊二酰辅酶A(HMG-CoA)还原酶抑制药、抗组胺药发生相互作用而引起较为严重的不良反应,另外还可与抗

42、凝药华法令、抗结核药利福平、抗过敏药阿司咪唑等合用亦可出现干扰代谢而影响疗效或发生药物不良反应。,例14 葡萄柚汁（GFJ）葡萄柚汁富含果胶、黄酮类及呋喃香豆素类衍生物,这些活性物质均可选择性抑制肠壁组织上的CYP3A4而减少一些药物的首关效应,使它们的AUC或Cmax成倍增加。呋喃香豆素类衍生物对CYP3A4的抑制主要基于“机制性灭活”和“竞争性抑制”这两种机制。文献报道,GFJ 与免疫抑制剂、镇痛剂、抗病毒药、抗真菌药及某些钙通道阻滞剂合用时可显著增加后者的血药浓度,增加临床不良反应发生率。,2.2.2.2 基因多态性与合理用药 药物代谢酶的基因剂量效应：药物代谢酶的表型决定药物代谢能力。

43、基因多态性因为决定表型多态性，也同样决定药物代谢酶的活性，而且呈显著的基因剂量效应关系。例如，CYP2C19等位基因决定代谢 美芬妥因的能力，代谢活性依次按照正常等位基因纯合子(CYP2C19*1CYP2C19*1)、杂合子(CYP2C19*1*2或CYP2CI9*1*3)、突变基因纯合子(CYP2C19*2*2、CYP2C19*3*3）和杂合子（CYP2C19*2*3)的顺序由高到低。周宏灏.基因多态性与临床合理用药.中华医学杂志,药代酶基因多态性对药物效应和毒性的影响 具有基因多态特性的药物代谢酶活性对药物代谢和药物效应的影响，取决于：它是否介导母药或主要代谢产物的代谢；母药或代谢产物是否

44、具有活性；所介导的代谢途径在药物总清除率中所占的比重；具有药理活性的成份的作用强度；其他消除途径的强度。,根据前述因素，可分6种情况：(1)母药产生药理作用，其主要代谢途径由多态酶介导，生成的代谢产物无药理活性。此时，SM者的生物利用度增高，消除半衰期延长，如美托洛尔；(2)母药和代谢产物均有药理话性，两者的代谢均由同一多态酶介导，但母药另一生成有药理活性的代谢产物的代谢途径为非多态酶介导。如丙眯嗪在抑郁症（INs）中应用治疗剂量后，母药及具有药理活性的主要代谢物去甲丙眯嗪的血浆浓度及效应和毒性均高于RM；,(3)主要药理作用来自母药，其清除途径主要经多态性酶代谢和肾脏排泄。如氟卡尼在有肾功能

45、不全的CYP2D6的 SMs中有明显蓄积。(4)母药和由多态酶产生的主要代谢产物均有药理活性。如恩卡尼和普罗帕酮均由CYP2D6代谢，前者生成p-去甲基代谢物，后者生成5-羟代谢物 在应用治疗量后，因SM中的较高母药浓度和RMs中的较高活性代谢产物浓度对应，SMs和RMs产生相似的抗心律失常作用。,(5)多态酶催化的代谢为次要途径，主要的药理活性来自母药。如普萘洛尔的4 羟化代谢部分经CYP2D6代谢，但对母药的清除影响很小。尽管4-OH普萘洛尔具有受体阻滞作用，但在SMs和RMs之间不会产生显著的反应差异。(6)药物经多态性酶介导生成一种量较少、但更有效的代谢产物。可待因的血浆浓度在CYP2

46、D6的RMs和SMs中相似，但在SMs中，因CYP2D6缺损，不能催化对位去甲基代谢，经此途径生成的活性代谢产物吗啡的浓度很低，故其镇痛效应低于RMs,根据基因多态性决定临床用药剂量时，应考虑的因素：在运用药物代谢酶和受体多态性规律来提高用药水平、使药物治疗更加个体化和更加合理时，要考虑5个方面因素：(1)如药物的主要消除途径由多态酶介导，则在RM和SM之间可能会有显著的临床效应差异。但因某些活性代谢产物可能有很强的药理作用和毒性，即使由多态酶介导的代谢途径不是主要的，也可能产生显著的影响。(2)基因多态性引起的药代动力学差异，在治疗指数低的药物尤为重要。,(3)个体间受体敏感性或数量的差异以

47、及天然配体转换的差异完全可能掩盖因表型引起的药物代谢动力学方面的差异。(4)如药物剂量可能通过直接临床监测而确定，或者有反应差异小的药物可以替代，则多态性代谢没有实际的临床意义。(5)其它危险因素如药物相互作用、疾病对药物代谢的影响、为多种酶的SM个体(罕见)等，可加强多态代谢在受影响个体中的临床意义。,2.3 其他药物代谢酶多态性与合理用药2.3.1 药物结合代谢酶多态性 药物在人体进行结合代谢（所谓相代谢）是药物代谢的重要方式之一。其中N-乙酰转移酶(N-acetyltransferase,NATs)、甲基转移酶(methyltransferase,MTs)、尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶（

48、UDP-glucoronosyltranferase,UDP-GT）等均存在遗传多态性，从而使这些药酶的底物代谢产生代谢多态性。不同表型反映在不同血药浓度和疗效上。,（1）N乙酰转移酶(NNATs)多态性 早已发现磺胺类药物、异烟肼、普鲁卡因胺、咖啡因等药物及某些致癌物（如联苯胺、-萘胺等）在人肝脏内被N-NATs催化代谢。以咖啡因作为研究药物乙酰化代谢多态性的探针，口服咖啡因，测定尿液中咖啡因代谢物AFMU(5-acetylamino-6-formylamino-3-methyluracil)和 IX(I-methylxanthine)的比值来反映个体乙酰化代谢能力。结果表明，这两药乙酰化代

49、谢均具有不连续的多态性分布曲线，呈RM和SM 2种表型，且有显著种族差异。白人RM和SM分别为40%、60%，日本认为85%和15%。国内有研究表明，中国人群的药物乙酰化代谢分布呈二态性（20%、30%）或三态性（40%RM、14%中间型、41%SM）；爱斯基摩人未发现药物乙酰化代谢多态性。,如某个体N-NATs的遗传缺陷，必然对临床经乙酰化代谢药物的药代动力学和药效动力学产生影响（表14）.表14 部分药物乙酰化代谢多态性与临床效应,（2）甲基转移酶（MT）多态性 MT是人体内许多药物及外源性物质、神经递质和激素的甲基结合代谢过程中重要代谢酶。包括硫嘌呤甲基转移酶（thiopurine-MT

50、,TPMT）、巯甲基转移酶（thiol-MT,TMT）、儿茶酚胺转移酶（catechol-o-MT,COMT）、组胺N-甲基转移酶（histamine N-MT,HNMT）、和烟酰胺N-甲基转移酶（nicotinamide-N-MT,NNMT）等。甲基转移酶的活性受遗传基因的调控，其遗传多态性机理已逐步明确。,例15 6巯基嘌呤（6-MP）代谢多态性 6-MP 是治疗儿童急性败血病的重要药物，在体内由硫嘌呤甲基转移酶（TPMT）代谢，当患者携带TPMT为功能缺陷酶，6-MP的代谢可显著降低。三个特定的TPMT等位基因TPMT*2、TPMT*3A、TPMT*3C,可解释近95%的TPMT缺陷患者