【分子生物学】第七章 药物基因组学

• 是一种位于内质网膜上的糖蛋白，能催化一
系列内源性和外源性亲脂糖苷配基底物（如 胆红素，甾体激素，药物和杀虫剂等）反应。
UGTs的分布
a. 主要存在于肝，但也有一些同工酶在肾
脏、胃、小肠、结肠等组织中也有表达。
b. 根据氨基酸序列的同源性，可将UGT分为
2大家族：UGT1和UGT2
UGT1A*28相关的伊立替康疗效

特征：数量多，分布广，稳定遗传，分析简单，可能
引起蛋白质结构的改变和表达水平
位置：基因编码区（cSNP，coding-regions SNP）， 3’ 5’ 非编码区，内含子和基因之间的连接区 引起氨基酸残基改变的为非同义SNP（synonymous SNP）, 不引起氨基酸残基改变的为同义SNP
巴比妥类药物
奥美拉唑
药物效应个体差异的主要原因
非遗传因素
遗传因素
药物基因组学关注个体和群体之间的 遗传多态性，其研究重点在于阐明个 体对药物不同反应的遗传学基础，实 现个体化医疗。
N-乙酰转移酶2 （芳香胺N-乙酰转移酶） N-acetyltransferase 2
(arylamine Nacetyltransferase)
（2）RTK的活化
1、结合配体后，受体形成二聚体 或寡聚体； 2、受体膜内部分发生构象变化； 3、酪氨酸残基发生自体磷酸化； 4、形成SH2结合位点的空间结构， 与具有SH2结构域的下一级信号 分子结合； 5、信号逐级传递；
（二）基因多态性与药物效应靶分子
药物代谢遗传因素的决定性
（二）药物效应的个体多样性
药物不良反应（ADR）：在正常治疗药物用量和正常用 法下出现的有害的、与用药目的无关的反应。
（二）药物效应的个体多样性
个体差异（individual
variability）指不同个 体对同一药物同一剂量的反应存在量与质的 差别
氨基糖苷类抗生素
- 超快速代谢型（ultrarapid metabolizer, UM）
- 快速代谢型（extensive metabolizerbolizer, PM）
• 酶的基因型（genotype）
PM的代谢缺陷属于常染色体隐性遗传
CYP450的个体和种族差异
有些CYP450（如CYP2D6和CYP2C19）的活性存在二 态性分布，即遗传多态性


（nonsynonymous SNP）
检测SNP的技术
PCR-RFLP（限制性片段长度多态性法） AS-PCR （等位基因特异性PCR）
TaqMan探针方法
基因芯片（Genechips）
质谱芯片（MassArray）
应用
1.
2. 3. 4. 5.
确定基因多态性和疾病的关系 解释个体间的表型差异对疾病的易感程度 对未来疾病做出诊断 研究不同基因型个体对药物反应的差异， 指导药物开发及临床合理用药 个体间SNP千差万别，通过SNP检测等技 术进行法医鉴定及个体识别
第七章 药物基因组学
基因（gene）
核酸分子中储存遗传信息的基本单位。 基因组（genome） 细胞或生物体中，一套完整的单倍体遗传物质的总和。
HGP（Human Genome Project）
第一节概述
（一）概念
药物基因组学（pharmacogenomics）是研 究遗传变异与药物反应相互关系的一门学 科，以提高药物的疗效与安全性为目标
P450酶的命名
• 酶蛋白中所含血红素与一氧化碳结合后于可见光
450nm处有最大吸收峰而命名

细胞色素P450氧化酶，简称P450 酶

Cytochrome P450, CYP450
在写法上，CYP表述酶蛋白或mRNA，cyp则 表示编码酶蛋白的基因。
P450酶分类
根据氨基酸序列相似程度进行分类
候选基因分析 全基因组关联分析
第二节 药物基因组学与个体化医疗实践
一、遗传变异与药物应答
（一）基因多态性与药物代谢
1.细胞色素P450
细胞色素P450（cytochromeP450或CYP450,简称
CYP450）为一类亚铁血红素—硫醇盐蛋白的超家
族，它参与内源性物质和包括药物、环境化合物
在内的外源性物质的代谢。
（二）基因多态性与药物效应靶分子
• 药物需要与机体中的靶分子结合才能引发药物效应：
如受体、信号分子、细胞因子等 • 大多数受体本质为蛋白质，而蛋白质是相应基因的表 达产物。 • 受体的结构基因或调节基因在序列上成遗传多态性。 • EGFR为酪氨酸激酶受体家族成员之一。
表皮生长因子受体(EGF-R)
• CYP2D6和CYP2C19的遗传多态性在地理上呈
现相反分布 - CYP2D6慢代谢型在白种人中占5%-10%，在黄 种人中占1%-2% - CYP2C19慢代谢型在白种人中占3%-5%，在黄
种人中占15%-20%
2、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）
• 主要分布在肝脏中的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸 转移酶（UGTs）是进行Ⅱ相生物转化最重要 的一种酶。
三、国际人类基因组单体型图计划 （HapMap计划）
目标是以SNP 为标志，构建 人类DNA序列 中多肽位点的 常见模式，即 单体型图 （HapMap）， 以及特异识别 这些单体型的 标签SNP
单体型（haplotype）：是指位于染色体上倾 向于整体遗传的一组紧密连锁的遗传标记 物。
一个染色体区域可以有很多SNP位点，但在 每一单体型中总有几个SNP对于检测这一单 体型是必需的，这种SNP被称为标签SNP （haplotype tag SNP, htSNP）
利用HapMap数据库，研究人员通过比较不同个体
的基因组序列来确定染色体上共有的变异区域。 有助于发现与人类健康、疾病以及对药物和环境 因子的个体反应差异相关的基因。
HapMap对疾病和药物治疗应答研究的重要意义： 一方面描述了个体差异位点的分布；


另一方面构建了以人群中遗传差异的传递模式
为主要内容的图谱，使研究人员可以根据这一
一般情况下，只用少数几个标签SNP，就能够提供
某一条染色体片段内大多数的单体型。
在人类染
色体的很 多区域中， 单体型的 分布，并 不是均匀 的
HapMap计划 是由多个国家（加拿大、中国、日本、
尼日利亚、英国和美国）联合进行的项目。这一
计划的目的在于建立一个免费向公众开放关于人
类疾病（及疾病对药物反应）相关基因的数据库。
- CYP3A3，CYP3A4
- CYP4V2
CYP450的个体和种族差异
许多药物采用同一剂量个体间的血液
浓度可以相差很大， 如去甲替林同一
剂量血药浓度可相差30倍，而CYP450
活性的差异是决定其差异的主要原因
CYP450的个体和种族差异
• 有些CYP450（如CYP2D6和CYP2C19）的活性存在二态 性分布，即遗传多态性 • 酶活性表型（phenotype）
二、单核苷酸多态性
二、单核苷酸多态性
（一）单核苷酸多态性
（single
nucleotide polymorphism,
SNP），也叫单碱基多态性，是指
不同个体基因组DNA序列上单碱基
的差异。
包括单碱基的转换，颠换，插入，
缺失等形式
等位位点（allele）：同 一位置上的每个碱基类型 一个人所拥有的一对等位 位点的类型被称为基因型 （genotype） 鉴定一个人的基因型，被 称为基因分型 （genotyping）
CYP450的功能与药物的关系
• CYP的功能涉及到体内药物的氧化代谢、
生物活化和降低细胞毒性
• 氧化代谢途径包括羟基化、去甲基化、去 烷基化和环氧化等
人体中参与药物氧化代谢的CYP
• 属于1-4族，大约5-10种 - CYP1A2, - CYP2B6, CYP2D6, CYP2C9/10, CYP2E1 CYP2C19,
巨大的遗传图谱和所揭示的人类群体的分子遗
传机制，为发现药物应答个体差异和复杂性疾
病相关易感基因确定研究方案和选择需要进行
分析的htSNP。
四、药物基因组学的研究方法
筛选和鉴定与疾病或药物应答表型相关的遗传标记物 是药物基因组学研究的核心内容。
关联分析：通过比较和分析病例与对照个体遗传标记出现的
频率确定关联度。
族 （相似程度≥40%），族用阿拉伯数字，如CYP1、
CYP2等；
亚族（相似程度≥55% ），亚族用大写英文字母，如
CYP1A，CYP2D等； 同一亚家族的各种单酶，用阿拉伯数字加以区分，如 CYP1A2、CYP2D6等
CYP450的功能
• 是自然界最具催化作用的广谱生物催化剂 • 催化内源物质（如甾类化合物，脂肪酸，激素等）的代谢和 合成 • 催化外源性物质（如药物，农药，抗氧化剂，增味剂，溶剂， 染料，麻醉剂，石油产品等）的代谢，起到解毒与活化的作 用 （结果对机体可能有益，也可能有害）