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。

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。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。

第一部分 药物基因组学基础  

一、遗传药理学的提出  

美国药学科学家协会（AAPS）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（见表1）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 , PGx）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 ” 。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（受体）、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。

表1. 遗传药理学和药物基因组学历史事件回顾（略）

二、药物基因组学的遗传学基础

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（T）和胞嘧啶（C），2个嘌呤碱基是腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）。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（A＝T），而C总是与G配对（C=G）。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。

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（single nucleotide polymorphism，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)。

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ABCB1 3435 C>T，ABCB1是基因的名称－三磷酸腺苷结合盒蛋白B1（Adenosine-triphosphate binding cassette protein B1, 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（突变核苷）。也可以根据等位基因来表示SNP。等位基因（allele）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（或参考）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。CYP2C19*1等位基因使得个体的酶活性表现为正常（或野生型），相反，具有CYP2C19*2和CYP2C19*3等位基因的个体酶活性缺失。

个体的基因型是由两个等位基因共同决定的。以CYP2C19来说，如果两个等位基因均是CYP2C19*2,那么这个个体的基因型是纯合子，命名为CYP2C19*2/*2。相反，如果一个等位基因是CYP2C19*2，另一个等位基因是CYP2C19*3，那么这个人的基因型是杂合子CYP2C19*2/*3。酶的活性由基因型决定，CYP2C19*1/*1基因型的酶活性正常，CYP2C19*1/*2和CYP2C19*1/*3基因型的酶活性降低，CYP2C19*2/*2、CYP2C19*2/*3和CYP2C19*3/*3基因型的个体则CYP2C19酶活性缺失。

以上两种SNP的命名法都是基于单个基因的多态性，在某些情况下，蛋白功能的影响因素不只来自于单个基因，要根据单倍型来进行分析。单倍型是指在同一染色体上进行共同遗传的多个紧密连锁的等位基因的组合。

三、基因多态性的类型

（一）非同义SNP

非同义SNP是指核苷酸的变化改变了mRNA上的遗传密码，导致相应的氨基酸也发生了变化。有些非同义SNP不影响蛋白质或酶的生物活性，不表现出明显的表型效应，这种突变属于中性突变，一般对人体并无影响。但在某些情况下也会发生严重后果。硫代嘌呤甲基转移酶(TPMT)主要代谢嘌呤类药物（如硫唑嘌呤，6-巯嘌呤），TPMT*3A就是一个非同义SNP，DNA上的G被A取代，导致相应的丙氨酸转变为苏氨酸，TMPT的活性降低，相应的嘌呤类药物的毒性增加。

（二）同义SNP

同义SNP是指核苷酸的替换没有导致氨基酸的改变。这是由于密码子具有简并性，mRNA的密码子改变前后所编码的氨基酸一样。同义SNP有时也称为沉默SNP。ABCB1 3435 C>T 就是一个同义SNP，胞嘧啶（C）被胸腺嘧啶(T)所取代，但所编码的氨基酸没有改变。实验表明ABCB1 3435 C>T可导致P-gp表达和功能降低，这一现象有可能是通过降低mRNA的稳定性来实现的。在一项HIV感染病人的病例对照研究中发现，依法韦仑肝毒性的降低与ABCB1 3435 C>T的多态性相关。但相反的是，携带ABCB1 3435 C>T变异的病人环孢素的药动学和毒性风险都没有显著性改变。依法韦仑和环孢素结果的不一致性有可能是这一“沉默”的多态性改变了P-gp底物的相互作用位点。最近的研究也证实了P-gp通过部分重叠但又不同的结合位点来识别多种底物。

（三）未成熟终止密码多态性

未成熟终止密码是指当核苷酸发生变化时，不再编码相应的氨基酸，蛋白的合成也被终止。CYP2C19*3等位基因就是一个未成熟终止密码，其鸟嘌呤被腺嘌呤取代，导致蛋白合成提前终止，CYP2C19酶活性丧失。质子泵抑制剂奥美拉唑和兰索拉唑就受到CYP2C9基因型的影响。研究报道CYP2C19*2/*3基因型的患者奥美拉唑的曲线下面积是CYP2C19*1/*1基因型携带者的12倍。奥美拉唑药动学的改变可以影响到其临床效果。采用奥美拉唑和阿莫西林联合治疗的HP阳性的消化性溃疡病患者，CYP2C19*2/*3和CYP2C19*1/*1基因型患者的治愈率分别为100％和28.6％。

（四）可变重复序列多态性

可变重复序列多态性是指DNA序列中有重复核苷酸序列的插入，其可以增加、降低或者对蛋白的活性没有影响。具有正常活性的UGT1A1酶基因具有6个TA二核苷酸的重复，命名为UGT1A1*1等位基因。UGT1A1*28具有额外的一个TA二核苷酸序列，形成了7个TA二核苷酸的重复。UGT1A1*28等位基因引起UGT1A1酶表达和活性的降低，伊立替康的毒性风险就和UGT1A1*28的可变重复序列多态性相关。

（五）基因缺失多态性

对某些基因来说，可以有几千个核苷酸的缺失。CYP2D6亚家族有50多个等位基因突变亚型，其中CYP2D6*5等位基因就是基因缺失多态性。变异的结果是CYP2D6整个基因的缺失和CYP2D6酶活性的丧失。

（六）基因拷贝数变异多态性

基因拷贝数的变异是指包含特定基因的几千个核苷酸序列的重复。从本质上来说，同一基因的另一拷贝在DNA中是存在的。在一些情况下，有些基因可以有2-13个拷贝。CYP2D6*2即为基因拷贝数变异的多态性，携带有该等位基因的个体表现为超强代谢者。选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，以及他莫昔芬都是CYP2D6的底物，其多态性将会影响到药物的剂量、疗效和毒性。

四、基因多态性研究的整体思路

首先，明确基因多态性的类型和多态性所影响到的蛋白。蛋白包括但不只局限于酶、转运体和受体。多态性的功能影响可以是蛋白活性的增加，也可能是蛋白活性的降低或者根本没有影响。

第二，要考虑人种的差异性，比如，某些CYP2C19的SNP在亚洲人和白人中的发生频率要高一些。

第三、分析基因多态性和药物之间的关系。多态性可以影响到药物的剂量、效能、毒性、药动学或药效学。换过来说，多态性也可能对药物的效能和毒性没有影响。第四，分析基因多态性和疾病之间的关系。多态性可以影响疾病的状态，预后和易感性。此外，基因多态性也可以用于对某些疾病的筛查或诊断性测试。

 

第二部分 药物代谢酶的基因多态性

一、I相代谢酶

人类细胞色素P450（CYP459）超家族在诸多药物的代谢中发挥着重要作用，CYP450基因多态性在临床上表现为相应酶功能的变化。由于代谢底物种类繁多，编码药物代谢酶的CYP450基因多态性可能会增加个体对药物或其他化学物质毒副作用的敏感性。对药物代谢十分重要的CYP450主要包括CYP1A2、CYP2C9、CYP2C19，CYP2D6、CYP2E1、CYP3A4和CYP3A5,临床上所使用药物的75％是由这些酶代谢的，其中约40％由高度多态性的酶CYP2C9，CYP2C19和CYP2D6代谢。这些基因多态性的遗传基础是单核苷酸多态性(SNP)、插入和删除(in/dels)、拷贝数变异(CNVs)等，所产生的表型是超强代谢者(UMs)、强代谢者(EMs)、中间代谢者(IMs)和弱代谢者(PMs)，见表2。

表2 CYP450表型的遗传基础及其临床效应（略）

（一）CYP1A2

CYP1A2约占人类肝脏CYP含量的13％，其参与代谢临床一系列重要的药物，如氯氮平、罗哌卡因、奥氮平、茶碱、氨基比林、佐米曲普坦、氨苯喋啶、美西律、非那西丁、扑热息痛、普萘洛尔、维拉帕米、普罗帕酮、氟他胺、利多卡因、丙米嗪、利鲁唑、苯海拉明、佐替平、他克林、替扎尼定、特比萘芬、硼替佐米等。CYP1A2也参与代谢氟伏沙明、普拉地平、环苯扎林、萘普生、昂丹司琼、香豆素、氟哌啶醇、司来吉兰、齐留通和来氟米特。

CYP1A2的表达和活性存在非常大的个体差异（40～130倍），在人类肝脏中CYP1A2mRNA和蛋白的表达差异有15～40倍。这些个体差异有可能影响到药物的代谢，并与药物的疗效和安全性，以及前致癌物的肿瘤易感性相关。如果用咖啡因的尿代谢比值来测定CYP1A2的活性，在不同的研究人群中则可以观察到其活性呈单峰、双峰或三峰分布。非吸烟人群中弱代谢者（PMs）的发生率在中国人中为5％，日本人中为14％，澳大利亚人中为5％。

编码CYP1A2的基因位于15号染色体上，全长7.8kb，包括7个外显子和6个内含子。现已发现至少15种突变等位基因和一系列亚突变。CYP1A2*1A被认为是野生型，研究的比较深入的突变位点主要有−3860G>A (CYP1A2*1C)、 −2467delT (CYP1A2*1D)、−739T>G (CYP1A2*1E)和−163C>A (CYP1A2*1F)。CYP1A2*1F 的发生率在中国人群中约为0.67，可引起CYP1A2诱导性增强。 CYP1A2*1C 可引起酶活性的降低，其在中国汉族人群中的发生率为0.24。最近报道的突变位点 －3113A>G在中国人群中的发生率为10％，与CYP1A2活性的降低相关。      

CYP1A2的活性可被苯巴比妥、3-甲基胆蒽等多环芳香烃、奥美拉唑和β-萘芬黄酮以及吸烟诱导。奥美拉唑与吸烟对CYP1A2的诱导依赖于CYP1A2的基因型，具有基因剂量效应。

（二）CYP2C9

CYP2C9是肝脏内含量最丰富的CYP酶之一，代谢约15％的临床用药（>100种），包括许多治疗指数比较窄的药物。S-氟比洛芬，S-华法林，甲苯磺丁脲，苯妥英、氯沙坦和双氯芬酸都曾经常被用作CYP2C9的探药。CYP2C9的作用底物包括磺脲类（甲苯磺丁脲、格列本脲、格列美脲、格列齐特、格列吡嗪），非甾体抗炎药（双氯芬酸、布洛芬、酮洛芬、舒洛芬、萘普生、氟比洛芬、吲哚美辛、美洛昔康、吡罗昔康、替诺昔康和氯诺昔康），选择性COX2抑制剂（塞来昔布、鲁米考昔、依托考昔、伐地考昔），利尿药（托拉塞米、磺吡酮），抗癫痫药（苯妥英和苯巴比妥），血管紧张素II受体拮抗剂（氯沙坦、厄贝沙坦和坎地沙坦），抗癌药（环磷酰胺和他莫昔芬），抗凝药（新抗凝、苯丙香豆素、华法林）。

CYP2C9位于10号染色体，该区域还分布着CYP2C8和CYP2C18和CYP2C19基因，该CYP2C基因群的排列顺序依次是CYP2C18-CYP2C19-CYP2C9-CYP2C8。CYP2C9编码产生490个氨基酸的蛋白，分子重量为55.6kDa。目前CYP2C9已发现至少有33种突变基因和一系列亚变异基因(*1B～*34)，指定CYP2C9*1A为野生型。除了CYP2C9*6和CYP2C9*31外，所有导致酶活性降低的突变等位基因都是单个非同义碱基变异。CYP2C9*2,*4,和*5在白人和黑人中频率较高，但在中国人中却极低或为零。CYP2C9*6在中国人中也不存在，CYP2C9*7-12的频率未知。CYP2C9*3是中国人中已知的主要突变等位基因，其频率2.1％～4.5％，低于白人4.3％～16.2％，但高于黑人0.6％～2.0％。CYP2C9*3（1075A>C）是一个错义突变，位于第7外显子，该突变导致氨基酸I359L的替换。携带CYP2C9*2和/或CYP2C9*3突变的患者华法林平均日剂量较低，出血风险较高。国际华法林遗传药理学学会在全球范围内进行的一项大规模、多中心的研究表明，以个体遗传学模式预测的华法林剂量较临床模式和固定剂量模式更准确。美国华盛顿大学医学院在1000例样本的数据基础上建立了一个华法林个体化剂量估算网站（http://warfarindosing.org）,初次使用华法林的患者只要输入相关数据，即可得到预测的初始剂量，若按照该剂量服用3～4次后再输入检测的INR值，则预测结果会更准确。

（三）CYP2C19

CYP2C19负责代谢约10％的临床常用药物，包括质子泵抑制剂（奥美拉唑、兰索拉唑、泮托拉唑和雷贝拉唑），三环类抗抑郁药（丙米嗪、阿米替林和去甲替林），选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（西酞普兰、氟西汀、舍曲林、吗氯贝胺），苯二氮卓类（地西泮、氟硝西泮、夸西泮和氯巴占），巴比妥类（环己烯巴比妥、甲苯比妥和苯巴比妥），苯妥英，美芬妥英，硼替佐米，伏立康唑，司来吉兰，奈非那韦和氯吡格雷。

CYP2C19基因编码产生490个氨基酸的蛋白，其基因定位于10号染色体10q24.1-q24.3。CYP2C19主要表达在肝脏组织，但肠道尤其是十二指肠也有一定量的表达。目前CYP2C19基因已发现有24种变异(*1B to *25)和一系列亚变异。以S-美芬妥英为探药测定的CYP2C19酶活性有强代谢者(EMs)和弱代谢者(PMs)之分。弱代谢者的发生频率存在种族差异，亚洲人种发生频率是13％－23％，白人中发生频率是1％－8％，黑人中为1％－7.5％。PMs表型者最常见的三种 CYP2C19基因型是*2/*2、*3/*3和*2/*3。对于EMs表型者来说，常见的基因型是*1/*2 和 *1/*3， 以及野生型纯合子*1/*1。CYP2C19变异等位基因的分布也存在非常显著的种族差异。CYP2C19*2等位基因的频率在非裔美国人中的发生频率小于17%,中国人中的发生率为约30％，白人中小于15%。与非裔美国人(0.4%)和白人相比(0.04%)， CYP2C19*3 在中国人中的发生频率要更高一些（5％）。CYP2C19*2是导致酶缺陷的主要突变等位基因，中国人和白人75％－85％PM表型是由其引起的。几乎所有亚种和非洲人群中的PMs表型可以归因于CYP2C19*2和/或CYP2C19*3。其它CYP2C19突变等位基因的分布也存在种族差异。CYP2C19*4和CYP2C19*5在中国人群中的发生频率非常低(<0.5%)。

CYP2C19基因多态性对酶活性的影响具有基因剂量效应，表现为野生型纯合子高于野生型杂合子，更高于突变等位基因纯合子。地西泮、去甲地西泮和舍曲林的代谢依赖于CYP2C19的基因型，并有显著差异。临床研究证明，奥美拉唑合用阿莫西林等抗生素治疗幽门螺旋杆菌感染性消化道溃疡患者与CYP2C19遗传多态性有关，PM和EM杂合子愈合率明显高于EM纯合子。大量关于埃索美拉唑的循证医学研究证实，凡携带PM型CYP2C19患者，无论是胃食管反流病治愈率，还是Hp清除率，均较携带EM型或IM型CYP2C19的患者显著为高。CYP2C19酶缺陷是否会加重临床药物毒副作用，目前尚不清楚。CYP2C19基因突变不仅影响CYP2C19酶活性，而且也影响CYP2C19的抑制和诱导。

（四）CYP2D6

CYP2D6在肝脏所有CYP酶中所占的比例小于2%,但有约25％经肝代谢的药物是通过CYP2D6来完成的。已知经其催化代谢的药物多达80余种，主要是作用于心血管和中枢神经系统的药物，这些药物中的多数具有比较窄的治疗指数。经CYP2D6广泛代谢的药物主要有三环类抗抑郁药（氯米帕明、丙米嗪、多塞平、地昔帕明和去甲替林），选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（氟西汀、氟伏沙明、帕罗西汀），非三环类抗抑郁药（托莫西汀、马普替林、米安色林、文拉法辛），精神安定药（氯丙嗪、奋乃静、硫利达嗪、佐替平、珠氯噻醇、米安色林、奥氮平、利培酮、舍吲哚和氟哌啶醇），α、β受体阻滞剂（阿替洛尔、丁呋洛尔、卡维地洛、美托洛尔、比索洛尔、普萘洛尔、布尼洛尔、布拉洛尔、噻吗洛尔和烯丙心胺）。

CYP2D6也广泛代谢阿片类药物（可待因、双氢可待因、曲马多），止吐药（托烷司琼、昂丹司琼、多拉司琼、甲氧氯普胺），抗组胺药（特非那定、奥沙米特、氯雷他定、阿司咪唑、依匹斯汀、异丙嗪、美喹他嗪、氮卓斯汀、苯海拉明、氯苯那敏），抗心律不齐药（司巴丁、普罗帕酮、恩卡尼、氟卡尼、西苯唑啉、阿普林定、利多卡因、普鲁卡因胺和美西律）。一些易滥用的药物如去氧麻黄碱、N-乙基-亚甲二氧基苯丙胺（MDE）和亚甲二氧基苯丙胺(MDA)也是由CYP2D6代谢。司巴丁和异喹胍是常用的测定CYP2D6表型的探针药。

CYP2D6活性差异非常大，人群中可区分为超快代谢者（UM）,强代谢者（EM），中间代谢者（IM）和弱代谢者（PM）。与其它CYP酶不同之处是，CYP2D6不被诱导，所以酶表达和活性的个体差异很大一部分原因要归于基因变异，这通常也是达到最佳治疗浓度的一个障碍。主要经CYP2D6代谢的药物，EMs和PMs两类人群中药物的AUC和口服清除率（oral clearance）有非常大的差异。以右美沙芬和托特罗定为例，EMs的口服清除率分别是PMs的53倍和22倍。两者之间口服清除率中等程度差异(3.5-10倍)的有托莫西汀、普罗帕酮、地昔帕明和文拉法辛等。CYP2D6为非主要代谢途径的药物PMs和EMs之间口服清除率的差异小于2-3，如阿米替林。

编码CYP2D6的酶基因位于染色体22q13.1，有9个外显子，编码产生具有497个氨基酸的酶。目前已有约71个CYP2D6突变等位基因(*1B to *72)和一系列亚突变等位基因被发现。其中比较重要的有CYP2D6*2, *3, *4, *5, *10,*17和 *41，另外还有一些与PM表型相关的低发生频率的等位基因被确认。CYP2D6*2×N (N = 2, 3, 4, 5, or 13)携带者的酶活性非常高，是由于基因多拷贝重复，使酶的表达增多，这也是第一个发现的在人体稳定扩增放大的活性基因。约95％的欧美白人CYP2D6 PMs携带有CYP2D6*3, CYP2D6*4，CYP2D6*5和CYP2D6*6这4个等位基因中任意组合的两个拷贝。上述等位基因在中国人中很少见，因此PMs频率很低。51％的中国人具有CYP2D6*10B,其表达的酶蛋白活性低，且不稳定。因CYP2D6*10B在中国人群中频率高，虽不属于PMs，但酶活性较低属于IMs，故导致中国人CYP2D6活性较欧美白人低。

（五）CYP3A4

CYP3A4是肝脏中含量最丰富的酶(约40%)，临床至少50％的药物是经其代谢。其底物特异性非常广，许多结构和分子量各异的药物都可经其代谢。CYP3A4基因定位于染色体7q22.1，有13个外显子和12个内含子。目前已发现有19个CYP3A4的突变等位基因和一系列亚变异基因(*1B－*20)。CYP3A4的基因多态性在白人中比在亚洲人中更普遍。CYP3A4的这些SNP中没有可以导致酶功能丧失或显著降低的突变。发生于基因编码区变异的频率大多小于5％，并且多以杂合子的形式出现。因此这些变异尽管有功能改变，但由于频率太低，功能改变十分有限，不太可能成为造成CYP3A依赖性的药物代谢清除的巨大个体差异的主要原因。CYP3A4*1B是最常见的突变，导致了5′端侧翼区-392A>G的改变，突变频率在中国人和日本人中为0，在美国黑人中为45％，美国白人的频率介于二者之间。

（六）CYP3A5

CYP3A5约占CYP3A总含量的7-8％，在成人中的表达存在多态性，它的功能仅在10-20％的白人、33％的东方人和55％的美国黑人中存在。CYP3A5基因位于染色体7q21-q22.1的一个簇中，含有13个外显子。CYP3A4和CYP3A5被认为具有相似的底物特异性，但CYP3A5对肝脏内CYP3A底物的总的代谢清除率的贡献目前还不清楚。

CYP3A5*2含有一个27289C>A SNP，导致5－10％的白人398位的氨基酸发生替换（Thr398Asn）。CYP3A5*3包含有10个等位基因，从CYP*3A到*3J，他们的共同点是在第3内含子区域都有一个6986A>G SNP，其它参与*3不同亚型组合的SNP还有31611C>T、3705C>T、31551T>C和/或31611C>T等。CYP3A5*3纯合子突变的个体CYP3A5功能缺陷，源于该突变产生一个隐蔽剪接位点，从而导致内含子序列加入到成熟的mRNA中，使蛋白的合成提前终止。CYP3A5*5，CYP3A5*6和CYP3A5*7也可形成可变剪切，从而导致编码的提前结束或外显子的丢失，但发生频率较低。CYP3A5*3突变导致酶功能缺陷的现象在白人，非裔美国人和亚种人中都很常见，但突变的发生率存在种族差异，非裔美国人中发生频率约50％，中国人中约为70％，白人中约为90％。该突变的显著意义在于使CYP3A5蛋白合成受阻，表达减少，酶活性下降。免疫抑制剂他克莫司主要在肝脏代谢，CYP3A5是其生物转化的主要代谢酶。CYP3A5*3基因多态性与他克莫司的服用剂量密切相关。对含CYP3A5*3等位基因的患者在应用他克莫司时应较常规减少用药剂量并注意副作用的发生。而对CYP3A5野生型的患者应适当增加服药次数以降低排异反应。CYP3A5作为最主要的表达于肝外的CYP3A酶，它的多态性表达可能与某些组织，如肺、肾、前列腺、和乳腺对内源性甾类和外源性物质的代谢有关。

二、II相代谢酶

II相代谢酶的生物转化是一种结合反应，主要包括葡萄苷酸、硫酸、甲基化、乙酰、谷胱甘肽和氨基酸的结合作用。II相代谢酶大部分都是转移酶，包括：UDP-葡糖醛酸基转移酶(UGTs)，磺基转移酶类(SULTs)，N-乙酰基转移酶类(NATs)，谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)和各种甲基转移酶类如硫嘌呤甲基转移酶(TPMT)和儿茶酚氧位甲基转移酶(COMT))。II相代谢酶在内源性和外源性物质的生物转化方面发挥着重要作用，通常情况下，经过生物转化后的物质比母体化合物亲水性更强。各种不同的II相酶在临床常用药物的生物转化中所占的比例如图1所示。II相酶所催化的代谢反应也具有个体差异，并且内源性（年龄、性别、疾病和基因）和外源性因素（吸烟、药物、营养和环境）也对II相酶产生一定的影响。

图1  参加药物代谢的主要II相酶（略）

（一）UDP-葡糖醛酸基转移酶

人类UGT家族有4个成员，分别是UGT1、UGT2、UGT3和UGT8，最近有22个人类UGT蛋白被发现，其中UGT1A1、1A3、1A4、1A6、1A9、2B7和2B15是参与肝脏内代谢反应的主要UGT酶。 UGT1A7、UGT1A8和UGT1A9主要表达在胃肠道，是参与肝外葡萄苷酸化反应的主要酶类。UGT1A1基因突变会导致遗传性非结合型高胆红素血症，包括Crigler—Najjar综合征I型、II型和Gilbert综合征,有50多种突变都会导致这种遗传性疾病的发生。此外，UGT1A1的基因突变也与抗肿瘤药物不良反应的发生相关。UGT1A1*28是UGT1A1基因上游TATA盒胸腺嘧啶一腺嘌呤(TA)重复序列的改变，其产生的(TA)7重复序列即UGT1A1*28基因多态性（-54－-39A[TA]6TAA>A[TA]7TAA 或-40－-39insTA）可显著增加抗肿瘤药伊立替康使用者发生严重粒细胞减少、腹泻的风险。为此，美国FDA和制药公司在2005年修改了伊立替康的说明书，新的说明书中将UGT1A1*28突变纯合子基因型作为使用者发生严重粒细胞缺乏症的危险因素之一。不同种族这一突变的频率不同，白人的等位基因频率为36％～40％，非洲人为48％，日本人为15％。大量的研究数据显示UGT1A1*28变异的重要性主要体现于白种人，而最近在亚洲人群中的研究发现导致UGT1A1低活性的UGT1A1*6变异对东亚人群是比较特异的。基于这些发现，日本也修改了伊立替康的说明书，将*28/*6对伊立替康药动学和毒性的影响包含了进去。

（二）N-乙酰基转移酶

乙酰化是芳香胺和杂环胺类物质代谢转化的重要步骤之一。发生在氧原子上的乙酰化作用所产生的乙酰氧基芳胺类或杂环胺类衍生物含有高反应活性的氮离子，极易与DNA结合形成DNA加合物，引起DNA突变，导致细胞癌变。而发生在氮原子上的乙酰化作用所产生的胺类衍生物通常是无毒性的。

人类NAT有两个同工酶，NAT1和NAT2,二者有87％的同源性。NAT1主要呈单态性，代谢氨基水杨酸和对氨基苯甲酸。NAT2则呈多态性，代谢异烟肼、磺胺二甲嘧啶和普鲁卡因胺等。这解释了为何异烟肼、磺胺二甲嘧啶和肼屈嗪等在人体内的乙酰化代谢呈多态性，而氨基水杨酸和对氨基苯甲酸的乙酰化代谢却呈单态分布这一长期困惑乙酰基转移酶表型研究中的问题。

NAT1和NAT2定位于人染色体8p21.1～23.1。NAT酶表型的多态性是由NAT2基因的多态性决定的。目前为止，已有36个NAT2等位基因和26个NAT1的等位基因被确认。构成NAT2单倍型的SNP主要来源于编码区的7个错义突变(G191A, T341C, A434C, G590A, A803G, A845C, and G857A)和5个沉默突变(T111C, C282T, C481T, C759T, and A803G)。NAT2野生型等位基因为NAT2*4,为快速乙酰化表型, G191A, T341C, A434C和/或 G590A突变等位基因与慢乙酰化表型有关。最常见的慢乙酰化等位基因都含有一个或一个以上上述突变，为NAT2*5, NAT2*6, NAT2*7,和 NAT2*14以及他们的亚型。NAT*12表现为快乙酰化，但NAT*12D由于有另外的突变位点而使乙酰化活性降低。

野生型等位基因的发生频率在非裔美国人和白人中为36％–41%，在亚洲人群中的发生率最高，中国人为50％，日本人中近70％，非洲加蓬的发生频率最低为6％。NAT2*5及其亚型在白人中最常见,亚洲人中比较少见。NAT2*6在各个种族之间的分布比较均衡，NAT2*7在亚洲人中比较常见。NAT2*14只在加蓬和非裔美国人中有发现，发生频率为8－9%，中国人中发生频率很低。野生型纯合子，快乙酰化者的发生频率的变化范围从白人中7％到韩国和日本人中的45％，中国人中的发生频率是是日本人中的一半。

（三）硫嘌呤甲基转移酶(TPMT)

硫嘌呤甲基转移酶是一种特异性催化杂环类和芳香类化台物巯基甲基化反应的细胞酶，对临床常用的硫嘌呤类药物，如6-巯基嘌呤(6-MP)、6-硫鸟嘌呤（6-TG)和硫唑嘌岭(AZA)的代谢过程和疔效发挥着关键作用。TPMT广泛存在于人的肝、肾、胃肠道、肺、脑、血细胞等各种组织中，其中在肝脏和肾脏中的活性最高。由于人体红细胞TPMT活性与肝、肾细胞中的TPMT活性有良好的相关性，故可用红细胞TPMT的活性来评估其它组织的酶活性。

编码TPMT的基因位于染色体6p22.3，由9个内含子和l0个外显子组成, 酶活性的降低或缺失与其等位基因的突变密切相关。TPMT活性在白种人和黑种人中呈二态或三态分布，89％的人TPMT活性高，11％ 的人TPMT活性中等，而300个人中有1个人TPMT活性缺乏。中国人与白种人TPMT活性分布比较具有种族差异性,TPMT的活性在中国人群呈正态分布。 迄今为止已发现11种基因突变可引起TPMT酶活性的降低，这些基因分别被命名为TPMT*2～TPMT*10, 高TPMT活性的野生型等位基因被称为TPMT*1。对不同人种进行的研究发现，TMPT*2(G238C)、 TMPT*3A(G460A/A719G)、 TPMT*3B(G460A)和TPMT*3C(A719G)这4种突变类型最为常见。嘌呤类药物的疗效与毒性均与患者 体内的TPMT活性有关。由于TPMT具有遗传多态性，使不同个体对嘌呤类药物代谢具有很大差异。对于TPMT缺陷的病人，使用常规剂量的6-MP或AZA，也会导致体内代谢产物的积累，产生严重的毒性，如严重的骨髓抑制和肝损害等。   

 

第三部分 药物转运体的基因多态性

药物的生物利用度不仅取决于药物代谢酶的活性，在较大程度上也有赖于生物膜上转运体的活性。转运体分布在许多屏障组织如肠道、肝脏、血脑屏障、肾脏、胎盘、睾丸和淋巴细胞等的顶膜上，因此对血浆、组织液，甚至细胞内药物的分布都发挥着一定的作用。由于转运体的分布和功能表现出非常大的变异性，推测膜转运体基因的遗传变异可以解释一部分药物药代动力学和临床疗效上的个体差异。根据不断增加的转运体成员，人类基因命名委员会对转运体作了标准化命名，分为两大类：ATP-结合盒转运体（ATP-binding cassette transporters,ABC转运体）和溶质载体（solute carrier,SLC）超家族。

一、ABC转运体

大部分外排性转运体属于ABC转运体超家族成员，可以影响多种细胞和组织内化合物的浓度。这些转运体在阻止外源性物质的侵入中发挥了主要的屏障作用。底物跨膜转运的能量来自ATP的水解和转运体中间物的磷酸化，使底物能够逆浓度梯度进行主动转运。人类ABC转运体共有49个成员，分为7个超家族(ABCA～ABCG)。ABC转运蛋白的核心结构通常由4个结构域组成，包括2个高度疏水的跨膜结构域（transmembrane domain,TMD）和2个核苷酸结合域（nucleotide-binding domain，NBD）。每一跨膜结构域一般由6个螺旋构成，也存在由10个、17个、19个α螺旋组成的跨膜结构域。它们形成一个跨膜通道以实现底物分子的跨膜运输，同时还参与底物的识别过程。核苷酸结合域位于胞质，结合和水解ATP。

（一）ABCB1

编码ABCB1的基因位于染色体7q21.12，编码含有1280个氨基酸的多药耐药蛋白1(multidrug resistant 1,MDR1)，在许多组织细胞中广泛表达。由于其结构中含有一个糖基，习惯上将其称为P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp)。P-gp是首个在人类组织中发现的ABC转运体,也是最为

重要的MDR介导因子。

P-gp除了在肿瘤细胞有分布外，在人体正常组织肝脏、肾脏、肠道、胎盘、血脑屏障、血睾屏障以及淋巴细胞系和心脏内小动脉、毛细血管等部位都有分布。P－gp主要位于这些细胞的绒毛面的一侧（顶侧），利用ATP水解释放的能量，将作用底物从细胞内转运至细胞外。这种对药物的逆向转运功能使得P-gp在药物的吸收、分布、代谢和清除方面具有重要意义。P-gp的作用底物范围非常广泛，主要转运疏水性的阳离子化合物。ABC转运体与典型底物见表3。

表3 ABC转运体的典型底物（略）

ABCB1上目前为止发现的SNP有数百个，最早对SNPs进行的系统研究发现第26外显子上的沉默突变3435C>T与肠道P-gp的表达水平和地高辛的生物利用度的改变有相关性，3435TT突变纯合子携带者肠道P-gp的表达水平明显下降，地高辛血浆水平显著提高。随后的研究发现第21外显子2677G>T/A的突变可以导致893位氨基酸的改变，并且2677G>T/A和3435C>T存在连锁不平衡关系。3435C>T的发生频率存在显著的种族差异，3435T等位基因的发生频率在非裔黑种人中为17％－27％，亚洲人中为41％～47％，白种人中为52％～57％。ABCB1基因变异的功能意义目前还存在争议，许多研究发现3435T的变异会引起功能丧失，而另一些研究则不这样认为。3435C>T是如何影响P-gp表达的，目前机制还不是很清楚。

（二）ABCC2

ABCC2又名多药耐药相关蛋白2（multidrug resistance-associated protein 2,MRP2）,或小管多种有机阴离子转运体（canalicular multispecific organic anion transporter,cMOAT）,属于ABC转运体C亚家族中的一员。ABCC2主要分布于肝细胞的管腔（顶）膜和肾近端小管细胞的管腔膜侧，少部分位于肠道、胆囊上皮细胞、胚胎以及血脑屏障的内皮细胞等极性细胞的顶膜。

ABCC2基因位于10q24，共有32个外显子,其编码产生的蛋白由1545个氨基酸组成，含有17个跨膜螺旋结构，构成了3个跨膜结构域。ABCC2主动转运阴离子药物结合物，如葡糖醛酸盐类、硫酸盐类和谷胱甘肽结合物类，另外也可转运许多非结合类物质，被认为是解毒路径的重要一部分，见表5-3。此外，ABCC2也有助于抗癌药物如顺铂、长春碱、喜树碱衍生物等的转运。最近推测认为ABCC2可能参与了霉酚酸和环孢素之间的相互作用。  以前的研究发现常染色体隐性遗传疾病Dubin-Johnson 综合征(DJS)与肝脏内ABCC2的缺失有关，引起高胆红素血症。研究发现DJS患者ABCC2基因上核苷酸的置换可以影响MRP2的表达或功能。除了能引起DJS的一些突变外，最近ABCC2基因上发现了许多不引起DJS的SNPs，在不同种族的正常人群中发现了40多个SNP。考虑到MRP2在排泄过程中的重要性，推测认为这些多态性有可能引起转运和排泄活性的个体差异。

ABCC2最常见的基因多态性位点是5′端上游的−24C>T，第10外显子的1249G>A (V417I)和第28外显子的沉默突变3972C>T。其它非同义突变2302C>T (Ala768Trp)、 2366C>T(Ser789Phe)、4348G>A (Ala1450Thr)的发生频率比较低。其中2302C>T在DJS患者中也有发现。由于突变位点2302C>T、2366C>T和 4348G>A位于ATP结合位点附近，其潜在的功能影响还未被证实。

（三）ABCG2

ABCG2，也就是所谓的BCRP（Breast cancer-related protein,乳腺癌相关蛋白）或米托蒽醌耐药蛋白，是ABC转运体中G亚家族的一个成员。ABCG2基因位于4q22，编码生成655个氨基酸的蛋白，分子量为72 kDa。ABCG2含有一个ATP结合域和一个跨膜区域，被称为半个转运体。在人体正常组织中，ABCG2主要表达于胎盘、结肠、小肠和肝脏。

ABCG2基因上报道的序列变异目前有80多个，对8个影响BCRP转运活性的非同义突变研究的比较多，其中5个是导致功能失活的：623T>C(Phe208Ser)不在膜上，使BCRP表达降低；742T>C (Ser248Pro)和1322G>A (Set441Asn)位于蛋白的胞内域；376C>T(Gln126X)和1000G>T( Glu334X)导致编码提前终止，产生无活性的蛋白。另外两个突变位点34G>A (Val12Met)和421C>A (Gln141Lys)表现为蛋白功能的下降。34G>A影响到BCRP蛋白在Lewis肺癌细胞血浆侧膜上的定位，而421C>A与BCRP蛋白表达降低、ATP酶活性下降有关。421C>A突变等位基因的发生频率存在种族差异，在亚洲人中的发生频率是35％，考虑到其突变的高发生率，以及BCRP的组织分布和亚细胞内定位，有助于一定程度上解释基因变异对于核苷衍生物分布的影响。最后，1291T>C(Phe431Leu)变异对转运蛋白活性的影响表现为中等程度，其表现为不能转运抗癌药物甲氨蝶呤，但能够介导内源性底物血卟啉的泵出，由此也证明基因变异的影响也具有底物特异性和选择性。

二、SLC超家族

SLC超家族的大部分成员为摄取性转运体（uptake transporters）,有助于化合物进入细胞内，尤其是营养物质和维生素；也有助于内源性物质如葡萄糖和其它小分子碳水化合物、氨基酸、短肽和核苷酸的摄取及胆汁酸的重吸收。SLC转运体本身不能水解ATP提供能量，其转运的驱动力来自原发性主动转运系统产生的电化学梯度，而进行继发性或三次主动转运；或在细胞膜内外的底物浓度差或电位差的驱动下，介导底物的易化扩散。

（一）有机阴离子转运肽

有机阴离子转运肽（organic anion-transporting polypeptides，OATPs）是SLC21的基因产物。OATP1A2是第一个被报道人类OATP家族成员，随后又发现了OATP1B1，现在人类OATP家族已经发现有11个成员，其中10个OATPs和一个前列腺素转运体OATP2A1(PGT)。这些OATPs广泛分布在与药物吸收和处置密切相关的器官组织，如肝脏、肾脏、小肠、脑和胎盘。由于广泛的组织分布及底物的选择性，可使多种药物吸收和处置的多个环节上发生相互作用。

OATPs可转运的底物种类非常广泛，OATP1A2可转运许多有机阴离子，包括胆盐、结合型和非结合型甾体激素、甲状腺激素，甚至一些小分子的阳离子如N –甲基-奎尼丁。另外许多药物，如非索非那定、δ啡肽II也被鉴定为OATP2的底物。OATP1B1在转运内源性胆盐、激素和胆红素上和OATP1A2有重叠，此外OATP1B1还能转运许多种类不同的药物，包括HMG-CoA还原酶抑制剂普伐他汀、匹伐他汀、罗苏伐他汀、阿托伐他汀，抗生素类利福平等。OATP1B3和OATP1B1的氨基酸序列有80％的同源性，底物范围也比较相似，此外，OATP1B3还可转运抗肿瘤药物甲氨蝶呤和紫杉醇。

OATP1B1是一个高度变异基因，其产物主要表达于肝细胞基底膜上。人群中已发现其44个突 变位点，其中17个为外显子非同义突变，4个为同义突变，20个位于内含子，其余3个位于基因启动子区。非同义突变中有7个为高频变异，在不同人群中它们的频率具有较大的差异。388A>G(Asn130Asp)和521T>C(Val174Ala)在非裔美国人中的频率分别为74％和1％ ，亚洲人为63％和16％，高加索人为40％和14％；388A>G和521T>C分别被命名为OATP1B1*1b（388G/521T）和OATP1B1*5(388A/521C)突变，两种突变合称OATP1B1*15(388G/521C)，野生型的则称 OATP1B1*1a(388A/521T)。452A>G(Asn151Ser)仅在亚洲人中有发现，频率为3.8％； 463C>A(Pro155Thr)和1929A>C(Leu643Phe)则仅在高加索人中有报道，频率分别为8％和9％ ；1463G>C(Gly488Ala)和2000A>G(Glu667Gly)则只在非裔美国人中有报道，频率分别为9％和34％。细胞水平和相关的临床研究显示，388A>G，521T>C，1463G>C和2000A>G等突变不同程度地降低了OATP1B1的转运活性。体内研究证实，OATP1B1的基因突变可影响多种药物的体内处置和排泄，普伐他汀非肾清除率在OATP1B1*5和*15突变个体中较OATP1B1*1a野生型纯合子个体明显下降，而*1b等位基因则可加快该药物的分布和代谢。除普法他汀外，这两个多态基因位点对罗苏伐他汀、匹伐他汀、辛伐他汀药动学也有类似的影响，而且相关研究提示，它们还可能是临床他汀类药物治疗中相关横纹肌溶解不良反应易感性的遗传因素。

在肝脏组织表达的OATPs中，除了OATP1B1外还有OATP2B1和OATP1B3。目前对后两者参与药物转运情况研究相对较少。已有报道表明OATP2B1外显子区具有高频多态变异1457C>T(Phe486Ser)及1175C>T(Thr392Ile)。1457C>T在日本人中的发生频率是30.9％，与雌酮-3-硫酸盐转运Vmax的降低有相关性。在高加索人群中发现了OATP1B3的3个非同义突变：334T>G(Ser112Ala)，699G>A(Met233Ile)、1564G>T(Gly522Cys)，频率分别为78％、71％和2％。比较它们的功能时发现，携带334G和699A等位基因的OATP2B1具有相同的磺溴酞钠与胆汁酸的转运能力，而1564T突变则使之完全丧失磺溴酞钠的转运活性。值得关注的是，OATP1B3是唯一转运强心苷类地高辛和胆囊收缩素到肝细胞内的OATP转运体，因此基因变异对于OATP1B3特异性底物体内转运的影响值得进一步的研究。SLCO1B3基因的转录调控因子法尼醇X受体（farnesoid X receptor，FXR）可以改变OATP1B3的表达水平，体外研究发现与肝脏内野生型纯合子FXR*1A 相比，FXR*1B（SNP -1G>T）杂合子个体可降低OATP1B3的mRNA表达水平。

OATP1A2是OATP超家族中另一个受到关注的药物转运体。由于该转运体主要分布于大脑毛细血管内皮细胞，成为一些物质进入中枢神经组织的通道，对中枢组织药物浓度大小及效应具有重要影响。在一些人群的基因序列对比研究结果表明，OATP1A2相对变异程度小，但仍然存在一些多态变异位点。在非裔美国人中，先后发现404A>T(Asn135lle)、516A>C(Glu172Asp)以及2003C>G(Thr668Ser)，其频率分别为11％，5％和4％。体外研究提示516C、404T和2003G为活性低下的OATP1A2等位基因，它们可能是一些中枢作用的药物效应或不良反应个体差异的重要原因。  

（二）有机阴离子转运体

有机阴离子转运体（organic anion transporter,OAT）是SLC22基因家族产物，能够转运具有各种不同化学结构的有机阴离子，包括多种内源性物质如马尿酸盐、尿酸、环核苷酸和前列腺素等及一系列外源性化学物。目前，OAT主要成员如OAT1，OAT2，OAT3，OAT4，OAT5，OAT6，尿酸转运蛋白1(urate transporter1，URAT1)等的基因，均已从不同的种属中克隆得到。其中，OAT1和OAT3是主要分布在肾脏和脑；OAT2主要分布在肝脏；OAT4主要分布在胎盘和肾脏。

研究发现，OAT抑制剂如丙磺舒和西司他丁等，与β-内酰胺类抗生素合用时，可延长这些抗生素在血液中清除的半衰期并减少肾毒性的发生 。这一现象表明，一种或多种OAT可能介导了 β-内酰胺类抗生素在肾小管上皮细胞中的蓄积。后来有研究表明，3种主要的 β-内酰胺类抗生素青霉素G、头孢噻啶和亚胺培南等均可由人OAT1，OAT2，OAT3以及OAT4所特异性转运，而且这种转运可被OAT抑制剂所抑制。有研究表明，OAT在其他一些具有肾毒性的药物或环境毒物如甲氨蝶呤、非甾体类抗炎药和赭曲霉素A等所引起的毒性反应中也起着重要作用。

OAT1的编码基因为SLC22A6,几个重要的SNPs呈现种族差异性。非同义突变20T>C(Leu7Pro)、311C>T(Pro104Leu)、767C>T(Ala256Val)、877C>T(Arg293Trp)、1316G>A(Arg454Gln)和1575A>T(Lys525Ile)只在非裔人群中有发现。编码生成OAT3的基因SLC22A8编码区至少发现有12个非同义SNPs，在日本人的研究中发现,与野生型蛋白比较，1166C>T(A389V)变异等位基因携带者普伐他汀的清除率有些微的差异。在亚裔中Ile305Phe位点的突变率>3.5%，这种突变降低了OAT3对底物的转运，并在一定程度上改变了0AT3底物的特异性，多种药物如西米替丁的代谢排泄也随之发生改变。其它发现能够改变雌酮-3-硫酸盐和西米替丁转运的SNPs还有445C>A(Arg149Ser)、779T>G(Ile260Arg)和715C>T(Gln239STOP)。

（三）有机阳离子转运体

有机阳离子转运体(organic cation transporter,OCT)属于SLC超家族的重要一员，主要分为3个亚类，为OCT1、OCT2 和OCT3。 OCT1主要分布于肝细胞基底膜上, OCT2 主要分布于肾小管上皮细胞的外侧基底膜上, OCT3 的组织分布较为广泛,包括脑、心脏、骨骼肌、血管、肝脏和胎盘等组织。

OCTs在人体内主要负责转运一些在生理pH环境中呈现阳离子状态、且相对分子量不大的内外源性物质。OCT1在将药物等内、外源性物质由肝血窦转运进入肝细胞内的这一过程中起到关键作用。经由OCT1转运的内、外源性物质有很多,常见的内源性物质包括皮质酮、雌二醇、前列腺素E2等；经其转运的常见药物包括组胺受体拮抗剂西米替丁、雷尼替丁和法莫替丁,双胍类降糖药二甲双胍和苯乙双胍,抗病毒药物阿昔洛韦和更昔洛韦,帕金森治疗药物美金刚等。此外,还有一部分药物不经OCT1 转运,但对其有抑制效应,最具代表性的是非甾体类抗炎药吲哚美辛、双氯酚酸和匹罗希康。

OCT1的编码基因为SLC22A1, 位于染色体6q26。OCT1的多个SNPs的等位基因频率存在种族差异,181C>T(Arg61Cys)、262T>C(Cys88Arg)和17857G>A(Gly401Ser)3种SNPs仅在白种人中发现，频率分别为9.10％，0.60％ 及3.20％,而848C>T(Pro283Leu)和964C>G(Arg287Gly)尚未在白种人中发现,848C>T(Pro283Leu) 在韩国人和中国人中的突变发生频率分别为1.3%和0.5% 。以1-甲基-4-苯基吡啶(MPP+)和四乙胺（TEA）为底物来检测OCT1 SNPs对其转运活性的影响，发现携带有848C>T(Pro283Leu)和859C>G(R287G)的个体对MPP和TEA的转运能力下降。

OCT2 参与了包括药物在内的一系列内外源性物质由血液经主动分泌进入肾小管腔并进一步被排泄这一生理过程。在这一过程中,位于近曲小管细胞基底外侧膜上的OCT2 以异化扩散的方式将呈阳离子状态的内、外源性物质转运进入小管细胞。可以被OCT2 转运的内源性物质包括去甲肾上腺素、52羟色胺、组胺、多巴胺和肌苷等。经由OCT2 转运的药物与OCT1 存在着很大的交叉性, 如经由OCT1 转运的二甲双胍、苯乙双胍、美金刚、西咪替丁、雷尼替丁、法莫替丁等同时也是OCT2 的底物,另外OCT2 还转运奎宁等其他药物。OCT2 的抑制剂包括可卡因、地昔帕明、丙米嗪、格帕沙星、普鲁卡因酰胺、奎尼丁、甲氧苄氨嘧啶、维拉帕米等。  在美洲黑人中发现495G>A（Met165Ile）、1198C>T（Arg400Cys）和1294A>C(Lys432Gln） 突变均可以导致OCT2 的转运功能下降。在日本和韩国人中发现的2个突变596C>T( Thr199Ile)及602C>T(Thr201Met),均导致OCT2对于MPP+ 和二甲双胍的吸收功能明显减低。808G>T(Ala270Ser) 突变能够使MPP+ 的Km 值和TEA 对于MPP+ 抑制作用的Ki 值下降大约两倍,而此突变是OCT2 所有基因突变中频率最高的,在所有种族中均有发现。在808G>T过表达的细胞中,MPP+ 的内在清除率下降了大约20 倍,提示OCT2的突变主要对转运蛋白的Vmax 产生影响,而非结合的亲和力。

口服二甲双胍因为不被代谢而经由肾脏清除，而OCT2 主要分布在肾脏，所以OCT2 在二甲双胍的分布上起重要作用。研究发现SLC22A2 三个SNPs , 596C>T、 602C>T以及808G>T突变可以导致OCT2对于二甲双胍的摄取降低, 二甲双胍血药浓度增高, 肾清除率降低。因为二甲双胍主要通过OCT2的主动分泌而清除, 在全部清除率中占80 %以上, 所以OCT2 转运功能受影响必定导致二甲双胍肾脏清除率受影响。   

 

第四部分 药物受体的基因多态性

一、β肾上腺素受体基因多态性

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 β 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。

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。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 β 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。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1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。

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(Arg16Gly)、79位(Gln27Glu)、100位( Val34Met )和491 位( Thr164 Ile), 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。 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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。

二、血管紧张素Ⅱ型受体

肾素-血管紧张素系统(rennin-angiotensin system，RAS)是机体的重要体液调节系统，血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)是其中最重要的活性介质之一。现已鉴别清楚的AngⅡ受体有1型(ATlR)和2型(AT2R)2 种。ATlR主要表达于肾脏，在肝、肺中也有表达，而AT2R主要分布于胎儿肾脏。AT1R是一种G蛋白耦联受体，其编码基因定位于染色体3q22，全长大于55Kb，包含5个外显子和4个内含子。该基因存在50多个多态性位点，包括T573C、A1062G、A1166C、G1517T 和A1878G等，其中研究较多的是A1166C多态性，该突变位于3′端非编码区，调控mRNA的转录或翻译，影响ATlR的功能。AT1R遗传多态性与ARB类药物的疗效差异有关。临床发现氯沙坦（25 mg/d）只对半数门脉高压患者安全有效，通过研究发现携带1166AA基因型的患者服用氯沙坦后门静脉压力梯度的降低幅度要比携带1166C等位基因（AC或CC基因型）携带者显著，表明携带AA基因型的患者试用氯沙坦治疗更为有效。

三、过氧化物酶体增殖物激活受体

过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferators-activated receptor，PPAR)属于核激素受体超家族,可与启动子上游的过氧化物酶体增生因子反应元件结合调控多种基因的转录。PPAR有PPARα，PPARβ/δ和PPARγ3种亚型，其中PPARγ主要在脂肪细胞中表达，是脂质稳定、脂肪干细胞分化和胰岛素作用的重要调节者，在3种亚型中报道最多。噻唑烷二酮类降糖药是一类高亲和力PPARγ激动剂，通过提高胰岛素的敏感性影响脂肪组织中胰岛素耐受源介质的释放与表达，对胰岛素抵抗和高血糖有很好的疗效。PPARγ遗传多态性能影响该类药物的降糖作用。

人PPARγ基因定位于染色体3p25，全长超过100kb，包含9个外显子。1431C>T为常见的多态性位点，位于外显子6，为无义突变；目前研究较多的是位于外显子B的C34G，该突变处于PPARγ氨基端一个由胰岛素调节的配体非依赖性活化区域内，导致PPARγ第12位氨基酸发生Pro/Ala多态性，改变受体蛋白的构象，降低PPARγ转录活性，从而影响药效。研究表明34CG杂合子患者使用罗格列酮后血浆葡萄糖（FPG）水平和糖化血红蛋白水平（HbA1c）的降低幅度要比34CC野生型纯合子患者显著，携带34G等位基因的患者使用罗格列酮治疗更为有效。

四、μ阿片受体

μ阿片受体(mu opioid receptor，MOR)属于G蛋白耦联受体超家族，是阿片类药物的主要作用位点。MOR被激活后可抑制cAMP，促进K+ 外流和Ca2+ 内流，减弱或阻滞痛觉信号的传递，产生镇痛作用。但临床上阿片类药物的有效剂量与毒副作用程度常表现为个体差异，MOR遗传多态性是影响因素之一。

编码人MOR的基因OPRM1定位于6q24-2，全长96.3lkb，包含3个内含子和4个外显子，目前研究发现其启动子、编码区和内含子上存在多个多态性位点，如G172T 位于外显子1 的5′端非编码区、A118G 位于外显子1 的l18 bp 处及G31A和G691C位于内含子2 上。其中研究较多的是A118G，该多态性导致MOR第4O位氨基酸发生Asn/Asp 多态性，造成其氨基端细胞外区一个公认的糖基化位点消失，从而影响MOR的功能。 

通过测定癌痛患者所需的吗啡治疗量来考察Asn/Asp 多态性与其镇痛作用差异的相关性。研究发现Asp-40 突变型纯合子患者所需剂量远高于Asn-40 野生型纯合子和杂合子患者，分别为每24 h（225±143）mg，（96±92）mg和（78±54）mg，表明吗啡对Asp-40 突变型纯合子患者作用较弱，提示OPRM1 基因多态性与吗啡镇痛作用的个体差异有关。

吗啡-6-葡糖醛酸（morphine-6-glucuronide，M6G）是吗啡的活性代谢物，血浆浓度远高于吗啡，其蓄积是阿片类药物产生毒副作用的重要原因。因M6G主要经肾排泄，故肾衰患者M6G 排泄缓慢，易蓄积，文献报道肾衰患者口服90mg硫酸吗啡后体内M6G 浓度可达4 000 ng/L以上，而健康受试者仅约为400 ng/L。但临床上＞20%的肾衰患者可对吗啡耐受,未见严重的毒副作用。研究表明吗啡所致的不良反应程度可能与Asn/Asp 多态性有关，Asp-40 突变型纯合子携带者易对吗啡产生耐受。

五、磺脲类受体

磺脲类药物能与胰岛β细胞膜上磺脲类受体(sulfonylurea receptor,SUR1)结合阻断其ATP敏感性钾离子通道(KATP)，促进胰岛素分泌而发挥降糖作用。KATP 通道是调控胰岛素分泌的物质基础，由钾离子内向整流器(inwardly rectifying potassium channel,Kir6.2)和SUR1两种亚单位构成。Kir6.2 是离子通透孔道,负责维持细胞的静息电位,该孔道关闭使细胞去极化,促进电压依赖性Ca2+通道开放而增加细胞内Ca2+浓度,刺激胰岛素分泌。SUR1 是受体结合位点，属于ATP 结合蛋白家族，主要分布于胰岛β细胞和大脑，对磺脲类药物具有高亲和力。临床上该类药物对2型糖尿病患者的降糖作用存在个体差异，SUR1遗传多态性是重要的影响因素。

人SUR1编码基因ABCC8定位于染色体11p15.1，平均长124 bp，包含39 个外显子，共编码1581 个氨基酸，其5′端有一个长为173 bp 的小片段为强启动子。该基因存在多个多态性位点，包括外显子16上的T3C，外显子18上的沉默突变T759T 以及几种罕见突变如外显子6上的R275Q、外显子12 上的V560M、外显子20 上的D811N 和外显子21上的R835C 等，研究较多的是位于外显子33 上的Ser1369Ala错义突变(TCC→GCC)[28-30]。有研究显示Ala-1369突变型等位基因携带者对格列奇特更为敏感，服用格列奇特后，HbA1c的下降程度更为明显。

六、维生素K环氧化物还原酶复合体1

华法林是临床上广泛应用的一种口服抗凝药，主要用于预防和治疗血栓性疾病。但其有效治疗范围较窄且不同个体之间维持剂量存在较大差异性，使其在临床应用比较棘手。除了代谢酶CYP2C9的基因多态性可以影响到华法林的疗效之外，其作用靶点维生素K环氧化物还原酶（VKOR）编码基因的多态性也在华法林需求剂量的个体差异中发挥着一定的作用。

VKOR主要由维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1(VKORC1)基因编码 ，VKOR能够催化环氧化的维生素K生成还原性维生素K，后者为-谷氨酰基羧化酶(GGCX)的必要辅助因子。含有谷氨酸残基的维生素K依赖性凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X、蛋白质C和蛋白质S必须经过GGCX的羧化作用，才具有活性，进而发生一系列级联反应引起血液凝固。华法林能够抑制VKOR的催化反应，进而影响有活性的凝血因子形成，最终阻止血液凝固。

VKORC1基因位于染色体16pl1.2，全长约4kb。位于内含子1的1173C>T和3′非编码区的3730G>A是能够影响华法林需求剂量个体差异的两个常见多态位点。1173CC基因型个体华法林需求剂量(6.2mg/d)比CT或者TT基因型(4.8mg/d)高，但是1173C>T多态现象并没有影响VKORC1 mRNA的转录，其机制可能是VKORC1基因突变体能够调节VKORC1 mRNA的转录水平。另有研究发现VKORC1启动子的基因多态性(-1639G>A)是影响华法林需求剂量种族差异和个体差异的主要因素。华法林敏感者(≤1.5 mg/d)的基因型为纯合子AA，而华法林抵抗者(≥6.0mg/d)则为基因型AG或者GG。其机制是启动子多态现象改变了能够影响启动子转录活性的E-盒(CANNTG)共有序列，因此G基因的VKORC1启动子活性比A基因的启动子活性高出44％ 。GG基因型的个体VKORC1启动子活性增高，引起VKORC1 mRNA表达增加，VKORC1蛋白质生成也相应增多。VKOR活性增高，还原性维生素K生成和凝血因子生成也增加，因此需要较高剂量的华法林才能达到抗凝效果。AA基因型频率在中国人和高加索人之间的分布不同。中国人中，AA纯合子基因型占绝大多数(约82．1％)，而高加索人AA纯合子基因型频率却很低(约l4％)，这两个人种中AA基因型频率的差异与临床上发现的中国人华法林维持剂量低于高加索人相一致。 

尽管目前已证实CYP2C9和VKORC1基因多态性与华法林需求剂量的个体差异有关，但是华法林剂量变异的40％仍得不到合理解释。有学者发现编码维生素K依赖性凝血因子Ⅱ的基因突变Thr165Met、VII因子基因突变-402G>A和 -谷氨酰基羧化酶(GGCX)基因多态性与日本人对华法林的敏感性存在相关性,但对此现象还有争议。    

 

第五部分 药物基因组学临床应用的机遇与挑战

药物反应个体差异的发现和遗传机制的证实，为改变药物治疗模式提供了重要的理论依据。使传统的“千人一药，千人一量”的用药模式向“因人用药，量体裁衣”的新模式转化成为可能。遗传药理学和药物基因组学的研究，将使21世纪的用药模式发生根本改变，即根据病人的基因结构，特别是发生变异的基因结构，有针对性地选择药物和给予病人适合的剂量。

随着对基因变异与药物疗效个体差异之间关系研究的日益深入，发现如果要将药物基因组学的研究结果应用于临床实践，必须要克服许多障碍。

一、药物基因组学研究的设计和阐释

有关临床表型（如药物反应）和基因变异或一系列基因变异之间存在相关性的文献报道逐年增加，但是许多诸如此类的关联性研究结果在后续的研究中没有得到重复，其中假阳性的关联是一个常见的原因。另一个原因可能来源于所研究患者的差异，如种族性或对研究终点的定义。与其它诊断方法一样，遗传药理学的检测也只有当其预测值建立时才能够实行。

二、基因测定的管理问题

政策方面的问题包括基因分型测定的管理机制、在大型临床试验前后新药研发要融入药物基因组学分析的程度、信息是否要包含在说明书里以及如何表述才能给医生和病人提供信息等。美国FDA已经开始收集药物研发过程中的基因多态性信息，此举有助于对上述问题的阐述，此外，有一些药品的说明书内已经开始提供药物基因组学的信息。

三、基因组学新技术的发展

临床医生做决定时需要非常准确可靠的基因信息，并且能够及时获得。以慢性疾病高血压的治疗来说，当疾病确诊并开始启动药物治疗时，医生就需要已经获得相关的基因信息。这一领域的技术发展非常快，但如果要将一个人的全基因组进行测序，并且分析结果可以用作治疗决策，还需要大概5～10年的时间。这需要费用更低的测序方法、合适的信息管理系统和新的基因组信息统计分析方法。

四、伦理学问题

基因变异和病理生理学上的改变存在相关性这一发现引起了相应伦理学问题的产生，富含基因变异的个人或群体是否会遭受到歧视，比如保险公司拒绝承保。

五、教育

人类基因组是个新的资源，将其应用到临床实践还需要做大量的培训工作。即使是一些常见的并且研究明确、对疾病和药物治疗有重要影响的基因位点，被临床广泛接受的进程也比较慢。这一方面反映了培训沟通的失败，另一方面也说明缺乏明确的研究结果，可以让医生明白在开具处方前对基因信息的了解有助于提高治疗效果。

六、费用

基因型检测工作开展慢的另一个原因是由于成本效益研究数据的有限性。成本效益研究是一个比较复杂的问题，不仅与基因分型测定本身的费用有关，而且与看护病人和药物治疗并发症等产生的费用有关。

尽管目前遗传药理学的临床实践还存在一些挑战，但随着研究的不断深入和新技术的飞速发展，以及药物基因组学知识在医药从业人员中的普及，科学的个体化药物治疗不再是一个期望。

 

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源于《药物基因组学》，作者：张伟霞，蔡卫民