陳 焱， 李 清， 周宏灝

藥物安全性和有效性是臨床治療的關(guān)鍵問(wèn)題，藥物基因組學(xué)(pharmacogenomics)作為一門(mén)研究人類(lèi)基因組信息與藥物反應(yīng)之間關(guān)系的學(xué)科，在生命科學(xué)學(xué)科中發(fā)展極其迅速，是臨床治療應(yīng)用轉(zhuǎn)化中的先行領(lǐng)域?！八幬锘蚪M學(xué)”的前身為“遺傳藥理學(xué)(pharmacogenetics)”，隨著近20多年基因組學(xué)的發(fā)展、人類(lèi)基因組學(xué)研究計(jì)劃的完成，藥物基因組學(xué)已成為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)(precision medicine)的重要組成部分[1-2]，在闡明人類(lèi)胚系基因組多態(tài)性、體細(xì)胞突變以及微生物組基因變異對(duì)藥物和外源性物質(zhì)個(gè)體差異的作用及其發(fā)生機(jī)制方面，在認(rèn)識(shí)和闡明藥物反應(yīng)個(gè)體和群體差異的遺傳機(jī)制方面，在提高藥物治療水平、促進(jìn)新藥開(kāi)發(fā)和改善人民醫(yī)療保健方面均具有非常重要的意義。循證醫(yī)學(xué)模式下，臨床醫(yī)師把個(gè)人臨床經(jīng)驗(yàn)與最新的臨床試驗(yàn)研究結(jié)果相結(jié)合，為患者開(kāi)具藥方，然而仍會(huì)出現(xiàn)對(duì)患者無(wú)效的情況。例如，正在接受高血壓治療的患者可能會(huì)服用眾多降壓藥中的一種或多種。如果幾周后藥物不起作用，患者可能會(huì)換成另一種藥物?！霸囧e(cuò)”的藥物治療方式不僅影響療效，增加藥物不良反應(yīng)(adverse drug reaction,ADR)和藥物相互作用的可能，還會(huì)導(dǎo)致患者不滿意，減低治療方案的依從性，增加醫(yī)患矛盾。因此，通過(guò)提前區(qū)分哪些患者最有可能從給定治療中獲益和哪些患者無(wú)法獲益或者可能產(chǎn)生不良反應(yīng)，可以簡(jiǎn)化臨床決策，在正確的時(shí)間以正確的劑量為患者提供正確的藥物[3]。更深層次的“個(gè)體化醫(yī)學(xué)(personalized medicine)”，則是在診治的所有階段，包括預(yù)防、診斷、治療和隨訪，根據(jù)患者的個(gè)人特征、需求和偏好定制醫(yī)療方案[4]?！八幬锘蚪M學(xué)”目標(biāo)是改變傳統(tǒng)“反復(fù)試錯(cuò)”的藥物治療現(xiàn)狀，轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)指導(dǎo)患者用藥的“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”模式，以達(dá)到療效最大化和不良反應(yīng)最小化，同時(shí)，藥物基因組學(xué)為新藥的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的領(lǐng)域和機(jī)會(huì)，開(kāi)啟了對(duì)包括心血管疾病、癌癥、罕見(jiàn)病等一系列疾病和健康問(wèn)題研發(fā)量身定制藥物的新階段。各國(guó)藥物評(píng)價(jià)與研究管理部門(mén)通過(guò)提供監(jiān)管建議、審查應(yīng)用、制定以基因組學(xué)和個(gè)體化醫(yī)學(xué)為中心的政策和流程，為藥物基因組學(xué)在新藥研發(fā)中發(fā)揮作用提供了支持。

1 藥物基因組學(xué)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中的作用

傳統(tǒng)治療藥物的有效率有限[5]，在部分疾病如阿爾茨海默病和惡性腫瘤中，藥物治療無(wú)效率高達(dá)70%以上，大多數(shù)藥物的有效率僅25%～60%，部分患者服藥后無(wú)效或發(fā)生不良反應(yīng)，患者攜帶的遺傳變異是影響藥物反應(yīng)有效率和個(gè)體差異的重要原因。術(shù)語(yǔ)“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”“分層醫(yī)學(xué)(stratified medicine)”“靶向醫(yī)學(xué)(targeted medicine)”“藥物基因組學(xué)”，常與“個(gè)體化醫(yī)學(xué)”互換使用?！熬珳?zhǔn)醫(yī)學(xué)”或許是“個(gè)體化醫(yī)學(xué)”最貼切的代名詞?！熬珳?zhǔn)醫(yī)學(xué)”一詞是2015年時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)的奧巴馬首次提出，目的為推動(dòng)個(gè)體化基因組學(xué)研究，依據(jù)個(gè)人基因信息為癌癥及其他疾病患者制定個(gè)體醫(yī)療方案[6]。藥物基因組學(xué)作為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要組成部分，在精準(zhǔn)選擇藥物及其劑量、靶向治療、預(yù)測(cè)藥物安全性和預(yù)防藥物毒副作用方面，有重要的臨床意義與價(jià)值。

1.1藥物基因組學(xué)與精準(zhǔn)選擇藥物及其劑量 藥物療效的發(fā)揮主要由藥代動(dòng)力學(xué)(pharmacokinetics)和藥效動(dòng)力學(xué)(pharmacodynamics)決定，因而參與編碼藥代動(dòng)力學(xué)和藥效動(dòng)力學(xué)蛋白的編碼基因的變異是解釋療效個(gè)體差異的最重要的遺傳因素。藥代動(dòng)力學(xué)相關(guān)基因主要包括藥物代謝酶和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體，影響藥物吸收、分布、代謝和排泄(absorption,distribution,metabolism,elimination,ADME)。藥效動(dòng)力學(xué)相關(guān)基因包括決定藥物靶組織濃度的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體和藥物作用靶點(diǎn)及其通路基因。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是以與藥物作用相關(guān)的基因變異為基礎(chǔ)，綜合患者的生理、病理和疾病表型以及環(huán)境暴露多種因素，為特定的患者選擇合適的藥物和合適的劑量。下面用奧美拉唑和氯吡格雷與CYP2C19基因多態(tài)性的關(guān)系簡(jiǎn)單介紹藥物基因組學(xué)如何精準(zhǔn)選擇藥物及藥物的使用劑量。

1.1.1 奧美拉唑與CYP2C19基因多態(tài)性 CYP2C19是CYP2C酶體系中的重要成員，參與多種藥物的代謝(氯吡格雷、奧美拉唑、伏立康唑、奧沙西泮等)。CYP2C19基因遺傳變異可導(dǎo)致個(gè)體間酶活性的差異。中國(guó)人群中常見(jiàn)的導(dǎo)致CYP2C19酶缺陷的等位基因?yàn)镃YP2C19*2(rs4244285，c.681G>A)、CYP2C19*3(rs4986893，c.636G>A)。CYP2C19*2位于第5個(gè)外顯子，第681位堿基發(fā)生G>A變異，形成異常的剪切位點(diǎn)，導(dǎo)致剪接缺失，喪失催化活性；CYP2C19*3位于第4個(gè)外顯子，第636位堿基發(fā)生G>A變異，使第212位編碼色氨酸的密碼子變?yōu)榻K止密碼子，形成沒(méi)有活性的酶蛋白，CYP2C19*2和CYP2C19*3屬于功能缺失等位基因，攜帶CYP2C19*2或*3的患者屬于中間代謝型(intermediate metabolizer,IM)或慢代謝型(poor metabolizer,PM)。CYP2C19*17(rs12248560，c.-806C>T)位于CYP2C19的5′側(cè)翼區(qū)，-806位C>T后調(diào)控元件可結(jié)合肝核蛋白，加快CYP2C19的轉(zhuǎn)錄速率，從而提高肝細(xì)胞中CYP2C19的含量，攜帶CYP2C19*17的患者屬于快代謝型(rapid metabolizer,RM)或超快代謝型(ultrarapid metabolizer,UM)。與非亞洲人相比，CYP2C19*17等位基因在亞洲人群中頻率較低。奧美拉唑?qū)儆诘谝淮|(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitors,PPIs)，廣泛用于治療和預(yù)防胃食管反流病、胃和十二指腸潰瘍、糜爛性食管炎、幽門(mén)螺桿菌感染和病理性高分泌疾病。在對(duì)不同個(gè)體使用相同劑量PPIs藥物后，PPIs的血漿濃度存在廣泛的個(gè)體差異[7]，臨床使用藥物監(jiān)測(cè)來(lái)優(yōu)化每位患者的給藥方案。奧美拉唑在體內(nèi)主要經(jīng)CYP2C19代謝，其代謝物無(wú)藥理活性。研究發(fā)現(xiàn)使用40 mg奧美拉唑的不同CYP2C19表型[NM(*1/*1)，IM(*1/*2，*1/*3)，PM(*2/*2，*2/*3，*3/*3)]受試者的相對(duì)曲線下面積AUC0-∞值為1∶2.8∶7.5[8]。奧美拉唑血藥濃度的差異可導(dǎo)致對(duì)不同患者抑酸療效上的巨大差別，因此根據(jù)CYP2C19基因型來(lái)調(diào)整藥物的使用劑量具有臨床意義。臨床藥物遺傳學(xué)實(shí)施聯(lián)盟(Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium,CPIC)對(duì)CYP2C19基因型與奧美拉唑的成人用藥建議[9]見(jiàn)表1。

表1 CYP2C19基因型與奧美拉唑的成人用藥建議

1.1.2 氯吡格雷與CYP2C19基因多態(tài)性 氯吡格雷是一種通過(guò)抑制血小板二磷酸腺苷P2Y12受體而起作用的口服抗血小板藥物，預(yù)防腦卒中、心肌梗死等急性缺血事件的發(fā)生。它是一種前體藥物，經(jīng)過(guò)一個(gè)兩步激活過(guò)程，大約有15%被轉(zhuǎn)化為活性代謝物。CYP2C19對(duì)氯吡格雷的藥效非常重要，氯吡格雷應(yīng)被CYP2C19充分代謝，從而使其轉(zhuǎn)化為血小板聚集的有效抑制劑。研究發(fā)現(xiàn)，CYP2C19*2等位基因與血小板凝集降低相關(guān)，純合子CYP2C19*2有相當(dāng)大的變化，說(shuō)明該作用與活性代謝物生成的減少有關(guān)。攜帶兩個(gè)CYP2C19功能缺失性等位基因的患者(PM)在急性心肌梗死后接受氯吡格雷治療時(shí)對(duì)血小板的抑制作用降低，發(fā)生心血管不良事件的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加[10]。另一方面，具有CYP2C19*17等位基因的UM個(gè)體表現(xiàn)出良好的治療反應(yīng)，與氯吡格雷的作用增強(qiáng)和出血風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)?；蛐椭笇?dǎo)臨床實(shí)踐具有重要意義[11]。CPIC對(duì)CYP2C19基因型與氯吡格雷的用藥建議[12]見(jiàn)表2。

從上述以?shī)W美拉唑與氯吡格雷兩個(gè)藥物作為例子可以看出代謝酶編碼基因多態(tài)性對(duì)藥物反應(yīng)的影響不同。差異在于奧美拉唑本身具有藥理活性，經(jīng)CYP2C19代謝后生成的代謝產(chǎn)物無(wú)藥理活性，當(dāng)代謝酶活性降低時(shí)，對(duì)活性藥物的代謝清除率降低，血藥濃度增加，藥理作用增強(qiáng)，患者發(fā)生ADR的可能性增大；反之代謝酶活性增加時(shí)，對(duì)活性藥物的代謝清除率增加，血藥濃度降低，藥理作用減弱，患者容易出現(xiàn)藥物治療效果不佳的情況。而氯吡格雷是前體藥物，需要經(jīng)CYP2C19代謝后生成活性代謝產(chǎn)物發(fā)揮藥理學(xué)活性。當(dāng)代謝酶活性降低時(shí)，由前體藥物產(chǎn)生的活性代謝產(chǎn)物減少，則血藥濃度降低，患者容易出現(xiàn)藥物治療效果不佳的情況；反之代謝酶活性增加時(shí)，血藥濃度增加，患者發(fā)生ADR的可能性增大。因此，指導(dǎo)臨床合理用藥時(shí)，應(yīng)明確代謝酶是將藥物代謝失去活性，還是代謝后生成活性成分，需要具體情況具體分析。

藥物在人體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程主要有Ⅰ相反應(yīng)和Ⅱ相反應(yīng)。Ⅰ相反應(yīng)主要的藥物代謝酶是細(xì)胞色素P450酶(cytochrome P450,CYP450)，其基因多態(tài)性影響藥物的療效或不良反應(yīng)，如常見(jiàn)的華法林與CYP2C9基因多態(tài)性[13]、可待因與CYP2D6基因多態(tài)性[14]、他克莫司和CYP3A5基因多態(tài)性[15]等。Ⅱ相反應(yīng)主要的藥物代謝酶包括尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶(uridine diphosphate-glucoronyl transferases,UGTs)、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione-S-transferases,GSTs)、磺基轉(zhuǎn)移酶(sulphotransferases,SULTs)和乙酰基轉(zhuǎn)移酶(N-acetyltransferase,NAT)等。常見(jiàn)的Ⅱ相代謝酶基因多態(tài)性與藥物療效/不良反應(yīng)包括伊利替康與UGT1A1基因多態(tài)性[16]、阿扎那韋與UGT1A1基因多態(tài)性[17]、異煙肼與NAT2基因多態(tài)性[18]等。

1.2藥物基因組學(xué)與靶向治療 惡性腫瘤是影響和危害人體健康的重大疾病，根據(jù)抗腫瘤藥物作用方式可以分為靶向和非靶向兩類(lèi)，其中靶向藥物主要通過(guò)識(shí)別腫瘤中表達(dá)異常的基因、染色體結(jié)構(gòu)變異形成的融合基因、發(fā)生體細(xì)胞突變的基因，針對(duì)癌細(xì)胞中特定的致癌基因，也可能是癌細(xì)胞生長(zhǎng)與發(fā)展所需的物質(zhì)，這種治療方式顯著的優(yōu)勢(shì)是能夠精確打擊癌細(xì)胞，降低對(duì)正常細(xì)胞的影響，因此患者發(fā)生不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)低于傳統(tǒng)的化療藥物。前文介紹的基因多態(tài)性對(duì)藥物反應(yīng)的作用是胚系藥物相關(guān)基因，針對(duì)從父親母親處遺傳的基因組DNA變異，腫瘤研究還需要研究腫瘤組織體細(xì)胞DNA突變對(duì)治療效應(yīng)的影響，腫瘤組織體細(xì)胞突變是藥物基因組學(xué)中相當(dāng)重要的特殊領(lǐng)域，體細(xì)胞突變類(lèi)型決定患者對(duì)何種抗腫瘤治療藥物敏感。目前惡性腫瘤組織的基因檢測(cè)指導(dǎo)療效的伴隨診斷進(jìn)入公眾視野，已在臨床應(yīng)用。應(yīng)用最為廣泛的項(xiàng)目是小分子受體特異性酪氨酸激酶活性抑制劑(tyrosine kinase inhibitor,TKI)與表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)突變，EGFR是上皮生長(zhǎng)因子細(xì)胞增殖和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的受體，廣泛分布于人組織細(xì)胞膜上。EGFR是一種貫通細(xì)胞膜的跨膜糖蛋白，屬于酪氨酸激酶型受體，與配體結(jié)合后，受體發(fā)生二聚化，可以激活細(xì)胞內(nèi)的激酶通路，從而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、加快細(xì)胞遷移、增強(qiáng)細(xì)胞黏附等惡性表型。EGFR在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展起著重要作用，作為癌基因，EGFR已成為抗腫瘤治療靶點(diǎn)，EGFR突變與TKI藥物療效密切相關(guān)。EGFR-TKI藥物特異性抑制EGFR胞內(nèi)區(qū)的酪氨酸激酶活性，使其無(wú)法活化，從而阻斷下游信號(hào)通路激活，抑制腫瘤細(xì)胞增殖、存活及遷移，此類(lèi)藥物在非小細(xì)胞肺癌中應(yīng)用最為廣泛，根據(jù)患者組織中EGFR基因突變檢查結(jié)果，可以將患者分為EGFR陽(yáng)性和EGFR陰性[19-20]，EGFR陽(yáng)性患者對(duì)EGFR-TKI藥物的反應(yīng)率高達(dá)70%，超過(guò)常規(guī)化療的療效[21]。與化療治療一樣，靶向治療同樣存在耐藥性，研究發(fā)現(xiàn)T790M突變是導(dǎo)致患者對(duì)EGFR-TKI藥物耐藥的常見(jiàn)原因，T790M突變后EGFR空間構(gòu)象改變，增強(qiáng)EGFR對(duì)三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)的親和力，而減弱EGFR-TKI藥物對(duì)EGFR酪氨酸激酶區(qū)的結(jié)合能力，導(dǎo)致患者對(duì)EGFR-TKI藥物產(chǎn)生抵抗?；诖?，藥物研發(fā)人員已開(kāi)發(fā)出第三代EGFR-TKI藥物[22]，用于治療EGFR活性突變與T790M突變的非小細(xì)胞肺癌患者。近年來(lái)經(jīng)各國(guó)藥物監(jiān)管部門(mén)審評(píng)上市的抗腫瘤靶向藥物越來(lái)越多，與靶向藥物相關(guān)的伴隨診斷也越來(lái)越普及，如赫賽汀與人表皮生長(zhǎng)因子受體-2(human epidermal growth factor receptor 2,HER2)基因擴(kuò)增[23]，伊馬替尼與c-kit基因突變[24]，艾樂(lè)替尼與間變性淋巴瘤激酶(anaplastic lymphoma kinase,ALK)基因重排[25]，拉羅替尼與神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)酪氨酸激酶(neurotrophic tyrosine kinase,NTRK)基因融合[26]等，根據(jù)伴隨診斷的分子檢測(cè)結(jié)果指導(dǎo)腫瘤靶向藥物治療可以更好地幫助患者選擇合適的藥物。

1.3預(yù)測(cè)藥物安全性和預(yù)防藥物毒副作用 ADR是合格藥品在正常用法用量下用于預(yù)防、診斷、治療疾病或調(diào)節(jié)生理機(jī)能時(shí)出現(xiàn)的與用藥目的無(wú)關(guān)或意外的有害的反應(yīng)。ADR不包括藥物過(guò)量、藥物濫用、不遵醫(yī)囑、錯(cuò)誤用藥。ADR不僅是導(dǎo)致上市藥物撤市的原因，也是全球性的公共衛(wèi)生問(wèn)題，在中國(guó)每年藥品不良反應(yīng)事件報(bào)告逐年遞增，增加了國(guó)家的醫(yī)療負(fù)擔(dān)和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此控制藥物的安全性至關(guān)重要。最初ADR包括兩種基本類(lèi)型[27]：A型和B型。A型反應(yīng)是可預(yù)測(cè)的，通常具有劑量依賴(lài)性，是基于對(duì)藥物已知的主要和(或)次要藥理作用的增強(qiáng)反應(yīng)，比如華法林治療的出血事件，華法林為抗凝藥物，治療窗比較窄，使用華法林治療的劑量小時(shí)達(dá)不到預(yù)期的抗凝效果，劑量大則增加出血風(fēng)險(xiǎn)，不同的個(gè)體之間存在較大的差異。研究發(fā)現(xiàn)CYP2C9基因多態(tài)性與患者對(duì)華法林的敏感性有關(guān)，如CYP2C9酶活性下降會(huì)導(dǎo)致華法林在體內(nèi)的清除減慢，出現(xiàn)嚴(yán)重不良事件的風(fēng)險(xiǎn)高于野生型，達(dá)到穩(wěn)定劑量的時(shí)間更長(zhǎng)，劑量較野生型患者低。B型反應(yīng)是不可預(yù)測(cè)的異常反應(yīng)，以標(biāo)準(zhǔn)的治療劑量給藥時(shí)，產(chǎn)生不是藥物已知的藥理作用所預(yù)期的反應(yīng)，比如過(guò)敏反應(yīng)或藥物引起的皮疹，通常與人類(lèi)白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen,HLA)參與機(jī)體特異性免疫有關(guān)。部分藥物或藥物代謝物能夠與機(jī)體內(nèi)源的HLA多肽共價(jià)結(jié)合生成新抗原，經(jīng)過(guò)HLA呈遞被T細(xì)胞識(shí)別，繼而激活免疫反應(yīng)，出現(xiàn)藥物誘導(dǎo)的特異質(zhì)皮膚不良反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)HLA基因多態(tài)性產(chǎn)生免疫反應(yīng)的個(gè)體差異，將導(dǎo)致部分個(gè)體ADR的發(fā)生[28]。HLA基因位于6號(hào)染色體，根據(jù)編碼基因的位置不同可分為3類(lèi)：Ⅰ類(lèi)HLA分子在所有的有核細(xì)胞內(nèi)表達(dá)，可以激活CD8+細(xì)胞毒性T細(xì)胞，經(jīng)典Ⅰ類(lèi)分子包括HLA-A、HLA-B和HLA-C三種；Ⅱ類(lèi)HLA分子僅在抗原遞呈細(xì)胞中表達(dá)，可以激活CD4+輔助T細(xì)胞，經(jīng)典Ⅱ類(lèi)分子包括HLA-DP、HLA-DQ和HLA-DR三種；Ⅲ類(lèi)HLA分子包括補(bǔ)體基因C2和C4等。HLA基因具有高度基因多態(tài)性，常見(jiàn)的藥物誘導(dǎo)皮膚不良反應(yīng)的HLA基因多態(tài)性有HLA-B*15:02和卡馬西平引起的斑丘疹(maculopapular exanthem,MPE)和史蒂文斯-約翰遜綜合征(Stevens-Johnson syndrome,SJS)/中毒性表皮壞死溶解癥(toxic epidermal necrolysis,TEN)[29-30]、HLA-B*58:01和別嘌呤醇引起的MPE和SJS[31-32]、HLA-B*57:01和阿巴卡韋引起的藥物超敏反應(yīng)綜合征[33-34]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)的遺傳多態(tài)性是導(dǎo)致藥物反應(yīng)性個(gè)體差異及特殊人群ADR的重要原因，與非遺傳因素(如性別、年齡、吸煙、飲酒、并發(fā)疾病等)協(xié)同對(duì)機(jī)體藥物反應(yīng)產(chǎn)生影響，隨著對(duì)ADR認(rèn)識(shí)的增加，其中一些B型反應(yīng)將變得可預(yù)測(cè)。目前藥物基因組學(xué)研究已揭示一系列與ADR相關(guān)的生物標(biāo)志物(見(jiàn)表3)，這將有利于個(gè)體化用藥指導(dǎo)體系的建立，為提高藥物治療的安全性、緩解醫(yī)患矛盾、節(jié)省醫(yī)療資源等奠定基礎(chǔ)，在臨床治療、新藥開(kāi)發(fā)等多個(gè)層面產(chǎn)生巨大影響。

表3 基因多態(tài)性與藥物不良反應(yīng)

2 藥物基因組學(xué)在新藥研發(fā)中的作用

醫(yī)藥企業(yè)致力于開(kāi)發(fā)安全有效的藥物，只有極少數(shù)化合物能夠通過(guò)藥物開(kāi)發(fā)的流程，成功獲得監(jiān)管批準(zhǔn)進(jìn)入市場(chǎng)。新藥開(kāi)發(fā)所需的時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)給制藥行業(yè)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。一項(xiàng)分析表明，一種產(chǎn)品從開(kāi)始臨床試驗(yàn)到獲得監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)所需的平均時(shí)間為7.6年[33]。然而，進(jìn)入臨床試驗(yàn)的分子或化合物最終進(jìn)入市場(chǎng)的可能性仍然很低，在不同的治療領(lǐng)域平均為16%。開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)、成功率低導(dǎo)致藥物開(kāi)發(fā)成本高[34]，再加上研發(fā)過(guò)度依賴(lài)數(shù)量而不是質(zhì)量，導(dǎo)致制藥行業(yè)的研發(fā)生產(chǎn)力下降。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，制藥行業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)都在努力向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式過(guò)渡。阿斯利康制藥公司是使用精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)模式改善研發(fā)成功率的典型[35]，從2005年到2010年，阿斯利康制藥公司的研發(fā)表現(xiàn)遠(yuǎn)低于行業(yè)平均水平。2011年，該公司通過(guò)實(shí)施“5Rs”的決策流程，重點(diǎn)關(guān)注正確的目標(biāo)、正確的組織、正確的安全性、正確的患者和正確的商業(yè)潛力，包括更加重視藥物基因組學(xué)研究。2016年，阿斯利康制藥公司候選藥物的成功率從4%提高到16%，充分表明精準(zhǔn)醫(yī)療方法可以提高行業(yè)績(jī)效。絕大多數(shù)人對(duì)于藥物基因組學(xué)應(yīng)用范圍的認(rèn)識(shí)局限在上市后監(jiān)測(cè)，事實(shí)上，藥物基因組學(xué)在制藥行業(yè)的新藥研發(fā)中扮演著重要角色(見(jiàn)圖1)，參與新藥發(fā)現(xiàn)、新藥開(kāi)發(fā)以至上市后監(jiān)測(cè)的全過(guò)程，包括藥物靶點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)與鑒定、先導(dǎo)化合物的篩選與優(yōu)化、臨床前動(dòng)物毒理學(xué)研究、藥代動(dòng)力學(xué)和藥效動(dòng)力學(xué)分析、安全性評(píng)估等環(huán)節(jié)，可以加速新藥的發(fā)現(xiàn)，增加新藥的通過(guò)率，減少參試人員數(shù)量，以及重新評(píng)估未通過(guò)藥審的新藥，大大節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用。

圖1 藥物基因組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)圖

2.1新藥發(fā)現(xiàn) 傳統(tǒng)制藥行業(yè)中，藥物發(fā)現(xiàn)的來(lái)源或途徑包括偶然發(fā)現(xiàn)(生活中偶然發(fā)現(xiàn)、科學(xué)研究中偶然發(fā)現(xiàn)、醫(yī)療實(shí)踐中老藥新用)及自主探索，自主探索是在認(rèn)識(shí)疾病的基礎(chǔ)上，進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)、老藥改造、藥物篩選等，這些發(fā)現(xiàn)新藥的方式，偏向于“試錯(cuò)法”和臨床前模型試驗(yàn)，不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在人體的安全性與療效，使得大量候選化合物被淘汰[36]，即使是已上市的藥物，臨床有效率也不及預(yù)期[5]。傳統(tǒng)的藥物-靶點(diǎn)-疾病的藥物發(fā)現(xiàn)過(guò)程在多基因復(fù)雜疾病方面應(yīng)用不太成功，藥物的療效和安全性取決于每個(gè)人的遺傳背景和環(huán)境背景，藥物設(shè)計(jì)者如果缺乏病理生理學(xué)、藥理學(xué)、遺傳學(xué)、藥物基因組學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，不認(rèn)識(shí)基因、分子和環(huán)境之間復(fù)雜作用的全貌，其藥物研發(fā)創(chuàng)新能力將會(huì)大打折扣。新的藥物開(kāi)發(fā)模型可以從確定治療靶點(diǎn)開(kāi)始，研究疾病產(chǎn)生的遺傳學(xué)機(jī)制，查找可能的藥物作用靶點(diǎn)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡早收集靶點(diǎn)驗(yàn)證(臨床機(jī)制證據(jù))，通過(guò)高通量篩選或其他篩選技術(shù)方法獲得先導(dǎo)化合物，先導(dǎo)化合物在成為臨床前候選藥物前，還需要經(jīng)過(guò)一系列的優(yōu)化階段，使其在物理化學(xué)、生物化學(xué)、藥代動(dòng)力學(xué)、體外毒性及其他方面的性質(zhì)滿足標(biāo)準(zhǔn)。在臨床前研究中根據(jù)編碼藥物靶點(diǎn)的基因多態(tài)性預(yù)測(cè)藥物療效和不良反應(yīng)，確定先導(dǎo)化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)體和代謝酶多態(tài)性，選擇變異最小的最佳候選先導(dǎo)化合物，或者在此階段就聚焦特定基因分型以指導(dǎo)后續(xù)開(kāi)展臨床試驗(yàn)。臨床實(shí)踐中比較經(jīng)典的說(shuō)明藥物基因組學(xué)與藥物發(fā)現(xiàn)之間關(guān)系的案例是“前蛋白轉(zhuǎn)化酶枯草溶菌素9型(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9,PCSK9)與高膽固醇患者”。2003年，在兩個(gè)患有家族性高膽固醇血癥(familial hypercholesterolemia,FH)的法國(guó)家庭中發(fā)現(xiàn)PCSK9突變，F(xiàn)H是一種以低密度脂蛋白(low-density lipoprotein,LDL)嚴(yán)重升高和心血管風(fēng)險(xiǎn)增加為特征的疾病。PCSK9是編碼參與膽固醇合成蛋白酶的基因，體外研究發(fā)現(xiàn)PCSK9在調(diào)節(jié)低密度脂蛋白受體(low-density lipoprotein receptor,LDLR)轉(zhuǎn)運(yùn)中起著關(guān)鍵作用。大型隊(duì)列研究進(jìn)一步確定PCSK9基因多態(tài)性與低密度脂蛋白膽固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)和人類(lèi)心血管風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)聯(lián)[37]。LDL-C與肝臟LDLR結(jié)合，LDLR將脂質(zhì)內(nèi)化，從而將LDL-C從循環(huán)中清除。野生型PCSK9蛋白與LDLR相互作用，以LDLR和LDL-C為降解靶點(diǎn)。部分PCSK9變體則產(chǎn)生一種不結(jié)合LDLR的蛋白質(zhì)，它允許LDL-R返回細(xì)胞膜并進(jìn)一步降低血清膽固醇。與攜帶野生型PCSK9基因的受試者相比，攜帶PCSK9變體的受試者冠心病發(fā)病率有所降低。在廣泛人群中發(fā)現(xiàn)PCSK9序列變異與LDL-C降低和心臟病減少有關(guān)，促進(jìn)PCSK9蛋白酶抑制劑的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)。PCSK9蛋白酶抑制劑能結(jié)合PCSK9并抑制循環(huán)型PCSK9與LDLR的結(jié)合，從而阻止PCSK9介導(dǎo)的LDL-R降解。PCSK9蛋白酶抑制劑藥物目前已被多國(guó)藥監(jiān)部分批準(zhǔn)上市，適應(yīng)證為高膽固醇血癥和混合血脂異常[38]。在罕見(jiàn)病的藥物研發(fā)中也有藥物基因組學(xué)的舞臺(tái)，例如囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR)與囊性纖維化(cystic fibrosis,CF)，CF是一種由CFTR基因變異引起的遺傳性疾病，是高加索人種最常見(jiàn)的遺傳疾病之一。CFTR調(diào)節(jié)體內(nèi)氯離子和水的轉(zhuǎn)運(yùn)，氯化物和水轉(zhuǎn)運(yùn)的中斷使得肺和消化道中形成黏稠的黏液，導(dǎo)致嚴(yán)重的呼吸和消化問(wèn)題。依伐卡托通過(guò)靶向CFTRG551D變異體干擾調(diào)節(jié)氯離子流動(dòng)的閘門(mén)，導(dǎo)致其功能喪失[39]，經(jīng)5年前瞻性試驗(yàn)表明其對(duì)G551D變異兒童和成人的疾病有改善作用[40]。

2.2新藥開(kāi)發(fā) 隨著制藥行業(yè)對(duì)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷加深，藥物基因組學(xué)被應(yīng)用于藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程的各個(gè)階段。藥物基因組學(xué)介入后，基因型指導(dǎo)的給藥方法可以提高整個(gè)研發(fā)過(guò)程成功的概率。臨床前動(dòng)物毒理學(xué)研究，主要是對(duì)藥物的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的研究方法通過(guò)體格檢查、血清生化檢查、血液尿液分析、體重、動(dòng)物行為學(xué)觀察、給藥后的病理切片等觀察化合物的毒性，研究很少能提供化合物毒性背后的分子生物學(xué)機(jī)制等信息。使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的預(yù)測(cè)安全性的生物標(biāo)志物則可以增強(qiáng)對(duì)毒性機(jī)制的理解，如由關(guān)鍵路徑研究所(Critical Path Institute,C-Path)發(fā)起的預(yù)測(cè)安全測(cè)試聯(lián)盟(Predictive Safety Testing Consortium,PSTC)[41]、聚焦在肝臟和腎臟毒性的InnoMed PredTox[39]等發(fā)現(xiàn)的生物標(biāo)志物，均有助于選擇更有可能在人類(lèi)中耐受的候選化合物，潛在地減少臨床前評(píng)估所需的成本和時(shí)間，并最終減少后期失敗。將藥物基因組學(xué)納入臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以減少樣本量和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，并有助于增加治療成功的可能性(見(jiàn)表4)。在新藥臨床試驗(yàn)中，Ⅰ期臨床實(shí)驗(yàn)用于描述研究藥物的藥代動(dòng)力學(xué)特征(即ADME)及評(píng)價(jià)人體對(duì)該藥的耐受程度，了解外在因素(即藥物-食物和藥物-藥物相互作用)和內(nèi)在因素(即人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、器官功能)如何影響藥物的藥代動(dòng)力學(xué)，基因型是重要的內(nèi)在因素之一。在早期藥代動(dòng)力學(xué)研究中進(jìn)行基因型和表型測(cè)定以建立基因型-表型關(guān)系，將有助于評(píng)估特定多態(tài)性對(duì)藥物藥代動(dòng)力學(xué)的影響，并為異常值或受試者之間的反應(yīng)差異提供解釋。ADME相關(guān)基因多態(tài)性對(duì)酶或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能和藥代動(dòng)力學(xué)的影響可能是巨大的，其影響大到足以保證在藥物標(biāo)簽中包含基于基因型的給藥指南，比如CYP2C19和氯吡格雷等。不同于Ⅰ期試驗(yàn)對(duì)藥物的人體安全性的初步評(píng)價(jià)和Ⅱ期試驗(yàn)在小范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)適應(yīng)證患者進(jìn)行療效和安全性的評(píng)價(jià)，Ⅲ期試驗(yàn)是治療作用的確證階段，將試驗(yàn)藥物用于更大范圍的患者志愿者身上，其樣本量遠(yuǎn)大于前兩期試驗(yàn)，需要證明所研發(fā)的新藥在人數(shù)增大的情況下仍然有效。由于樣本量變大，干擾因素增多，因此Ⅲ期臨床成功率低。在臨床前試驗(yàn)和Ⅰ期試驗(yàn)中可通過(guò)藥物基因組學(xué)研究，確定藥物代謝酶、轉(zhuǎn)運(yùn)體、靶點(diǎn)、療效等基因的多態(tài)性，將基因型分組運(yùn)用到Ⅱ、Ⅲ期試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)基因篩選的受試者可以增強(qiáng)臨床試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，用更少的病例數(shù)即可達(dá)到。對(duì)于受試者而言，藥物療效有所提高，不良反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)降低；對(duì)于制藥企業(yè)來(lái)說(shuō)，藥物研發(fā)的時(shí)間成本和資金成本大大降低。第一個(gè)腫瘤分子靶向療法藥物曲妥珠單抗，是一種靶向表達(dá)HER2/neu基因腫瘤細(xì)胞的單克隆抗體。Ⅲ期臨床試驗(yàn)僅入選469例HER2表達(dá)為陽(yáng)性的受試者亞群即獲得美國(guó)食品藥品管理局(Food and Drug Administration,FDA)批準(zhǔn)上市，獲批時(shí)間為6個(gè)月[42]。如果未將臨床試驗(yàn)樣本進(jìn)行基因檢測(cè)篩選，入組受試者人數(shù)將大幅度提高，時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本都隨之增加。此外，藥物基因組學(xué)對(duì)腫瘤靶向藥物的新藥臨床試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行創(chuàng)新[43]，包括籃子試驗(yàn)和雨傘試驗(yàn)?；@子試驗(yàn)是對(duì)同一分子事件進(jìn)行管理，對(duì)同一驅(qū)動(dòng)基因的不同腫瘤使用同一種藥物治療，本質(zhì)是一種藥物對(duì)應(yīng)多種腫瘤，比如BRAF突變藥物納入到黑色素瘤、結(jié)腸癌和甲狀腺癌等的治療中。雨傘試驗(yàn)則是將具有不同驅(qū)動(dòng)基因的同一腫瘤攏聚，在同一時(shí)間里進(jìn)行不同分子事件檢測(cè)，并根據(jù)不同靶基因突變選擇不同的靶向藥物。腫瘤中突變分子的種類(lèi)多，但每類(lèi)分子突變的頻率不高，雨傘實(shí)驗(yàn)則可以把“少見(jiàn)”突變事件集中變?yōu)椤俺Ｒ?jiàn)”事件，對(duì)患者獲得精準(zhǔn)治療、加速少見(jiàn)疾病的臨床試驗(yàn)都具有重要的意義。

表4 藥物基因組學(xué)在藥物臨床試驗(yàn)中的作用

新藥獲準(zhǔn)上市后，仍然需要進(jìn)行進(jìn)一步的藥物基因組學(xué)研究，在廣泛使用條件下，考察藥物的療效和不良反應(yīng)。當(dāng)藥物遇到未能成功上市或者上市后因不良反應(yīng)等問(wèn)題撤市時(shí)，可以利用藥物基因組學(xué)重新評(píng)價(jià)藥物。對(duì)于因療效不佳未能成功上市的藥物，利用遺傳學(xué)特點(diǎn)篩選受試者，選擇對(duì)藥物敏感的特定基因型受試者。對(duì)于上市后因不良反應(yīng)等問(wèn)題撤市的藥物，鑒別對(duì)該藥物敏感的患者群體，重新確定藥物的受試范圍和使用人群范圍，可能使其再次上市得到應(yīng)用。

3 展望

過(guò)去的幾十年中，研究者們?cè)谧R(shí)別藥物體內(nèi)處置和靶向途徑的基因變異方面取得了重大成就，推動(dòng)藥物基因組學(xué)在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和新藥研發(fā)領(lǐng)域的快速發(fā)展。目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究能夠拓展轉(zhuǎn)化到臨床應(yīng)用的成果較少，而且基于藥物基因組學(xué)的成果在真實(shí)世界中的應(yīng)用也存在很多的挑戰(zhàn)，來(lái)自商業(yè)、經(jīng)濟(jì)、教育、法律和社會(huì)各個(gè)方面。隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異，相信以國(guó)家的政策為導(dǎo)向，在制藥業(yè)、科研系統(tǒng)、衛(wèi)生系統(tǒng)的通力合作下，藥物基因組學(xué)的研究日益完善，將藥物基因組學(xué)完全納入到臨床實(shí)踐和藥物研發(fā)中指日可待。