個體化治療與基因診斷的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和對策張偉

1、,,,全國第四屆個體化醫(yī)學培訓班，長沙，2011-6-,,個體化醫(yī)學長沙論壇,,中南大學湘雅醫(yī)學檢驗所 ? 衛(wèi)生部臨床藥理國家培訓中心,,,,張偉 中南大學臨床藥理研究所,個體化治療與基因診斷的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和對策,第一部分：國內外現(xiàn)狀第二部分：目前存在的問題第三部分：對策與展望,藥物不良反應（ADRs，Adverse Drug Reactions）已成為危害人類健康的重要公共衛(wèi)生問題,6.7% 的住院病人產(chǎn)生嚴重藥物不良反應；全

2、部床位總數(shù)的4% ；0.32%的病人死于嚴重的藥物毒副作用；居全部死亡原因第4位，僅次于心腦血管疾病、癌癥和肺部疾??；兒童的藥物不良反應發(fā)生率高達9.5%； 美國每年約10萬病人死亡；,第一部分：國內外現(xiàn)狀,英國衛(wèi)生部門醫(yī)療資源耗費約每年5億英鎊； 美國藥物不良反應造成的致殘和致死（包括初級醫(yī) 療和次級醫(yī)療）所造成的總費高達每年1000億美元；,Ref: Classen DC, et al. JAMA 1997;

3、277:301-17 Lazarou J, et al. JAMA. 1998 Apr 15;279(15):1200-5 Need et al. Nature Genetics 37: 671, 2005,我國由于醫(yī)療條件相對低下，形勢更為嚴峻！,我國每年500-1000萬人因發(fā)生ADR住院； 住院病人ADR發(fā)生率為10-20%，其中5%發(fā)生 嚴重ADR； 老年人發(fā)生率為22-50%；

4、藥源性死亡率占住院病人的3.6-25%； 死亡人數(shù)為每年20萬人。,藥物臨床試驗和新藥開發(fā)的損失同樣嚴重,一種藥物上市平均耗費8億美元和10年左右時間；約35%的新藥由于安全性問題而不能上市；過去20年期間約4%的上市藥物因安全性問題被撤出歐美市場，共計34種；,最近20年美國FDA從市場撤出的部分藥品,,,年齡,,性別,體重/身高,,合并癥,病程,,,,,,,,決定藥物反應的因素,器官功能,,遺傳,環(huán)境因素,藥物反應,老年，兒童

5、，新生兒,肝臟, 腎臟, 心臟,食物 /吸煙 / 合并用藥,《醫(yī)療機構臨床檢驗項目目錄》 ——2007年國家衛(wèi)生部發(fā)布,過去5年中基因組學、蛋白組學及納米科技等的迅速發(fā)展已實現(xiàn)分子診斷水平的快速升級，并且開始在新藥開發(fā)和個體化治療中得到廣泛應用。 隨著技術平臺的不斷升級，人類遺傳標志的不斷發(fā)現(xiàn)，基因型-用藥表型關聯(lián)的不斷揭示，傳統(tǒng)用藥必將產(chǎn)生新變革。衛(wèi)生部2007年公布的國

6、家《醫(yī)療機構臨床檢驗項目目錄》已經(jīng)遠遠不能適應國民衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展的需要。,現(xiàn)在的問題不再是我們能否實現(xiàn)個體化治療，而是我們將在何時、以何種方式實現(xiàn)個體化治療。,個體化醫(yī)學發(fā)生了一系列里程碑性事件構建出未來個體化治療的藍圖,1. 2003年，美國藥品食品監(jiān)督管理局（FDA）頒布了Guidance for Industry : Pharmacogenomic Data Submissions，中文翻譯為《行業(yè)指南草案：藥物基因組學數(shù)

7、據(jù)報送》，2005年即成為正式文件，要求新藥臨床試驗完畢進行申報時需提供病人遺傳分子診斷方面數(shù)據(jù)。,,2. 2003年，由美國、加拿大、日本、中國、尼日利亞和英國 共同參與的人類單倍體型計劃（HapMap）對數(shù)以百萬計的 SNPs進行歸類，闡明了大量統(tǒng)計學意義十分明確的基因型 -藥物表型相關性。,什么是HapMap？HapMap是人類基因組中常見遺傳多態(tài)位點的目錄，它描述了這些變異的形式、在DNA上存在的位置、在同一群

8、體內部和不同人群間的分布狀況。HapMap計劃并不是利用HapMap中的信息來建立特定的遺傳變異與某一疾病之間的聯(lián)系，而是為其他研究者提供相關信息使之能夠將遺傳多態(tài)位點和特定疾病風險聯(lián)系起來，從而為預防、診斷和治療疾病提供新的方法。,藥物基因組學與個體化治療的里程碑事件,3. 2004年，“人類單核苷酸突變協(xié)會”完成超過180萬單核苷酸突變特征鑒定，期間共有150余種藥物或新藥化合物向FDA呈交了藥物基因組學資料。,藥物基因組學與個體化

9、治療的里程碑事件,4. 2005年，NIH資助的“遺傳藥理學研究網(wǎng)絡”（PGRN）和“遺傳藥理學與藥物基因組學知識庫”（PharmGKB）成立，旨在為全人類的個體化用藥實現(xiàn)資源共享。,藥物基因組學與個體化治療的里程碑事件,5. 2006年，F(xiàn)DA批準了首個體外診斷化驗分子檢測：（GeneSearch BLN檢測）應用于乳腺癌轉移的診斷。該化驗通過分子手段檢測在乳腺組織中豐富而正常淋巴結很少的一些細胞，以此判斷乳癌是否發(fā)生了淋巴結轉移。

10、 GeneSearch BLN檢測比目前最快的同類診斷手段更加準確和快速，該檢測能夠降低乳腺癌患者二次手術的風險。,藥物基因組學與個體化治療的里程碑事件,6. 2007年，F(xiàn)DA批準了第一種遺傳分子檢測，該檢測根據(jù)CYP2C9和VKORC1基因多態(tài)性預測抗凝藥華法林的敏感性。,藥物基因組學與個體化治療的里程碑事件,7. 2008年，由美國國立衛(wèi)生院（NIH）和“比爾蓋茨基金”資助的“國際遺傳藥理學倡導組織（PGENI）”成立，旨在資助全

11、球多民族人群中的個體化用藥事業(yè)，并將遺傳藥理學信息整合到國家公共衛(wèi)生和藥政管理的決策之中 。,藥物基因組學與個體化治療的里程碑事件,70余種藥物經(jīng)美國FDA批準貼上了遺傳標簽，用于指示不同基因型的患者在應用該藥物時對療效和毒性的指示作用,表. 美國FDA已批準藥物標簽的有效基因組生物標志物信息表（節(jié)選）,注：1.必須檢查；2.推薦檢查，針對風險人群檢查；3.供參考,續(xù)上表：,注：1.必須檢查；2.推薦檢查，針對風險人群檢查；3.供

12、參考,70余種藥物經(jīng)美國FDA批準貼上了遺傳標簽，用于指示不同基因型的患者在應用該藥物時對療效和毒性的指示作用,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,St.Jude’s兒童醫(yī)院和梅奧診所等將TPMT遺傳檢測列 為對病人進行ALL化療前的常規(guī),急性淋巴細胞性白血病（ALL）的化療組合均包括6-巰基嘌呤、6-硫代鳥嘌呤或硫唑嘌呤，這些藥物具有共同的消除通路是經(jīng)硫代嘌呤甲基轉移酶（TPMT）代謝失活。因編碼TPMT的基因突變而導致T

13、PMT酶代謝活性的人群可產(chǎn)生嚴重毒性反應甚至死亡，唯有大幅降低藥物劑量方可避免毒性的同時獲得療效。,w/w : 100% 劑量w/m : 65% 劑量m/m : 6-10% 劑量,2. UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反應,伊利替康是一種前藥，它在體內轉化為活性產(chǎn)物SN-38后發(fā)揮抗癌作用，SN-38的抗癌活性是其母藥伊利替康的100-1000倍，同時也被發(fā)現(xiàn)它與應用伊利替康所出現(xiàn)的嚴重不良反應密切相關。伊利替康的活性代

14、謝產(chǎn)物SN-38在肝細胞內通過葡萄糖醛酸轉移酶（UGT）的作用與葡萄糖醛酸結合，形成β-葡萄糖苷酸SN-38（SN-38G）而喪失抗癌活性。,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,2. UGT1A1基因型可用于指示伊利替康的毒性反應,UGT1A1*28突變型雜合子（6/7）產(chǎn)生4 級粒細胞減少，4 級血樣便腹瀉或脫水，3 級水樣便腹瀉等毒副作用的幾率為12.5％，突變型純合子（7/7）則有50％產(chǎn)生毒副作用的可能性，而野生型UGT1

15、A1（6/6）在接受伊立替康治療時產(chǎn)生毒副作用風險極低。 2005年，美國FDA要求在伊立替康藥品標簽上加入警示，建議患者在使用伊立替康前先檢測是否帶有UGT1A1*28突變。在中國人中，UGT1A1*28 野生型純合子（6/6）、雜合子（6/7）和突變型純合子（7/7）的發(fā)生頻率分別為70.2%、27.7%和2.1%。UGT1A1*28、UGT1A1*28*6與UGT1A1*6基因型患者的毒副作用風險相近 ， UGT1A1*6突

16、變頻率在東亞人群中(日本、韓國和中國)約為13％。,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,3. EGFR信號通路及通路上各靶標基因突變與結直腸癌化療,急性表皮生長因子受體（Epidermal Growth Factor Receptor，EGFR）位于細胞膜上，介導細胞遷移、黏附、增殖、分化和凋亡。 EGFR下游的信號轉導通路主要有兩條（如圖）：一條是Ras/ Raf/ MEK/ ERK-MAPK 通路，而另一條是PI3K/ Akt

17、/ mTOR通路2。研究表明，在許多實體腫瘤中存在EGFR信號轉導通路上的基因發(fā)生體細胞突變及表達異常，從而導致腫瘤細胞無限制的擴增和遷移。,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,針對EGFR所開發(fā)的分子靶向藥物主要分兩類: 1）小分子酪氨酸激酶抑制劑(TKI)， 如吉非替尼（也稱為易瑞沙）和厄羅 替尼（也稱為特羅凱)，抑制EGFR胞內區(qū)酪氨酸激酶活性；2）單克隆抗體(mAb)，如西妥昔（也稱為愛必妥）和帕尼單抗（也稱為維克替

18、比)，與EGFR胞外區(qū)結合，阻斷依賴于配體的EGFR活化。 EGFR突變，尤其是外顯子19缺失突變者吉非替尼的有效率高達80％以上； KRAS基因突變與肺癌患者的吉非替尼、厄羅替尼原發(fā)性耐藥有關；使結直腸癌患者對抗EGFR抗體類藥物如西妥昔單抗產(chǎn)生耐藥；BRAF 基因V600E突變造成 EGFR靶向藥物產(chǎn)生耐藥性；PI3K亞單位上的外顯子9和20突變的細胞會對藥物拉帕替尼產(chǎn)生耐藥性。,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,3

19、. EGFR信號通路及通路上各靶標基因突變與結直腸癌化療,4. 綜合數(shù)學模型用于華法林的劑量分析,由于人口老齡化，全球房顫發(fā)病率不斷走高。美國的房顫患者人數(shù)達250萬人，歐盟的患者人數(shù)達450萬人，中國成人房顫發(fā)生率約455萬，低強度抗凝有助于避免心腦血管終極事件； 華法林在臨床上應用廣泛，作為預防房顫病人栓塞并發(fā)癥和心臟瓣膜置換術后的首選藥物；主要不良反應是出血，發(fā)生率介于10-24%之間，約1.2-7%的病人可發(fā)生嚴重而威脅生命

20、的大出血；華法林劑量可相差10-50倍，尤其是華法林起始劑量的使用非常困難，且面臨極大的出血風險。,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,4. 綜合數(shù)學模型用于華法林的劑量分析,第一階段：基因型預測起始劑量,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,第二階段：綜合數(shù)學模型預測起始劑量 VKORC1基因多態(tài)性-1639/3673 G>A（-28%等位基因），體表面積（+11%每0.25平方米），CYP2C9*3 (

21、-33%等位基因)，CYP2C9*2 (-19%等位基因），年齡（-7%每十年），目標國際標準化比率（+11%每0.5個單位增長量），胺碘酮的使用（-22%），吸煙（+10%），種族（-9%），當前血栓形成（+7%）。,4. 綜合數(shù)學模型用于華法林的劑量分析,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,第三階段：改進后的綜合數(shù)學模型預測起始劑量 http://www.WarfarinDosing.org,,4. 綜合數(shù)學模型用于華法

22、林的劑量分析,藥物基因組學與個體化治療的臨床轉化與實踐,改革傳統(tǒng)藥物生產(chǎn)模式,截至2011年，價值約1570億美元的藥品將失去專利保護而面臨巨大的仿制藥競爭；藥廠可能因此遭受巨大損失；專門針對小樣本特定遺傳背景人群、攜帶遺傳標簽、更高價位的“精密制導型”藥物提升其科技附加值；其額外收益將彌補傳統(tǒng)“重磅炸彈級”藥物專利失效帶來的損失；傳統(tǒng)“重磅炸彈級”藥物發(fā)展模式將逐漸消亡；個體化“精密制導型”藥物將成為來主流模式。,個體化治療

23、領域的技術革命,PCR-RFLPPyrosequencing焦磷酸測序技術高血壓個體化用藥基因芯片AmpliChip CYP450基因芯片 DMET基因芯片 ADME基因芯片GWAS芯片Luminex X-Map平臺第二代測序技術第三代測序技術,,,,OATP1B1基因的T521C基因多態(tài)性是他汀類藥物的主要不良反應橫紋肌溶解的獨立決定因子，對于預測和預防他汀類的肌毒性具有重要意義。,HLA-B*5701基因變異是引起

24、抗生素氟氯西林所致肝損傷的重要原因，風險增加80-100倍,表.中南大學臨床藥理研究學檢驗所個體化用藥基因檢測服務列表節(jié)選,第二部分：目前存在的問題,1. 遺傳藥理學和藥物基因組學基礎研究仍需加強 經(jīng)典研究：CYP450、轉運體、受體 后續(xù)研究：離子通道分子、細胞黏附分子、信號轉導通路分子、 伴侶蛋白、核酸和DNA修復系統(tǒng)、翻譯后加工分子、細胞周期與生長因子、轉錄因子,2. 個體化用藥技術在新

25、藥開發(fā)中未得到應有重視： 由于人類遺傳背景的多樣化，沒有一種藥物對所有人群安全有效，即使是全球銷售榜排名前30位的“重磅炸彈”級藥物通常有效性也不過40-60%。傳統(tǒng)的新藥臨床前試驗對藥物的代謝和轉運途徑不加探索，臨床試驗對受試者的遺傳背景也不加區(qū)分，其明顯缺陷在于納入了大量具有不同代謝特征和特定遺傳背景的受試者，這些特異亞群中產(chǎn)生的療效差和毒性大的數(shù)據(jù)極大影響了藥物的安全性和有效性評價結果，增加了開發(fā)的成本，甚至造成藥物不能上市

26、的重大損失。,3. 非遺傳因素使個體化治療復雜化：,4. 個體化治療檢測的經(jīng)濟成本相對高:,當總人數(shù)和非正常藥物反應者人數(shù)一定的前提下，要求檢測費用比藥物價格相對低廉才能保證該公式成立，即病人經(jīng)濟上劃算，從而容易為病人所接受。,檢測費用-效應的關系滿足下列公式時是有價值的：,5. 醫(yī)療界、政府部門和藥廠的接受程度不夠：,遺傳藥理學和個體化用藥知識的傳播力度仍然不夠； 普通臨床醫(yī)生距離對臨床病人解釋具體個體化用藥基因檢測的臨床意義還

27、有相當 大的距離； 國家和衛(wèi)生部門的政府官員，醫(yī)療機構的管理人員對個體化用藥領域的不了解； 在推進個體化事業(yè)、制定相關政策措施時持謹慎和保守態(tài)度。,6. 個體化用藥基因檢測的臨床推廣模式有待摸索：基因檢測要想在臨床上推廣必須滿足5個條件:基因多態(tài)性和藥物不良反應之間牢固的關系；檢測手段必須特異、準確和敏感；生物標本的轉移和處理必須標準化;價格可以承受;臨床醫(yī)生要能向病人解釋清楚檢測結果并且根據(jù)檢測對用藥做出正

28、確的調整。,目前，這樣的臨床模式尚在摸索和建立之中。,第三部分：對策與展望,1. 加強個體化用藥的基礎研究：完善藥物-機體作用的分子機制，發(fā)現(xiàn)一批新的藥效學通路基因和藥物靶標；開展藥物表觀遺傳學在藥代動力學和藥效動力學中的作用機制；發(fā)展轉錄組、蛋白組、肽組和代謝組學在個體化藥物治療方面的應用；研發(fā)出若干操作簡易、可補充或替代基因檢測的新型個體化用藥關鍵技術。,2. 將遺傳信息應用于新藥開發(fā)中：新藥臨床前開發(fā)中的個體化用藥：新

29、藥研發(fā)將會從開發(fā)伊始就避免“新藥”受到具有遺傳多態(tài)性的藥物代謝酶或轉運體的影響，在初篩期便淘汰掉此類化合物以除卻后顧之憂。設計所謂的“硬藥”即不被具有明顯基因多態(tài)性的藥物代謝酶代謝及轉運體轉運的藥物，可以避免具有多態(tài)性的轉運體及代謝酶的干擾，從而減少不可預期毒性的產(chǎn)生，使得臨床用藥更加安全。,2. 將遺傳信息應用于新藥開發(fā)中：開展以藥物基因組學為指導的GCP臨床試驗：在Ⅰ期臨床試驗甚至臨床前試驗階段即查明可能影響藥物安全性和有效性的重

30、要遺傳標記，在隨后的Ⅱ、Ⅲ（Ⅳ）期臨床試驗中根據(jù)該遺傳標記對受試者分群，排除最不可能取得滿意療效的亞群，選取最有可能取得滿意療效的亞群，將可縮小臨床試驗的規(guī)模，用較少的受試者即可取得滿意療效，而且可以盡可能的避免毒性反應。節(jié)省高昂的臨床研究成本、縮短上市所需時間、保證上市后的安全性和有效性將是藥物基因組和個體化用藥給新藥臨床研究帶來的革命性變化。,改革傳統(tǒng)藥廠商業(yè)模式,截至2011年，價值約1570億美元的藥品將失去專利保護而面臨巨大的

31、仿制藥競爭；藥廠將遭受巨大損失；專門針對小樣本特定遺傳背景人群、攜帶遺傳標簽、更高價位的“精密制導型”藥物提升其科技附加值；其額外收益將彌補傳統(tǒng)“重磅炸彈級”藥物專利失效帶來的損失；傳統(tǒng)“重磅炸彈級”藥物發(fā)展模式將逐漸消亡；個體化“精密制導型”藥物將成為來主流模式。對我們的啟示？,同種藥物的臨床試驗設計保持一致以便于集合多個小型臨床試驗的數(shù)據(jù)進行meta分析，建議大型臨床試驗優(yōu)先進行，取得一定數(shù)據(jù)信息后，在小型臨床試驗中進行

32、驗證；臨床試驗將可能在真實生活場景中開展，而不是在人為的隨機、對照試驗場景中進行；今后藥物說明書將作出進一步改進，提供足夠參照執(zhí)行的指示信息；新藥研發(fā)-配套遺傳標記檢測研發(fā)實現(xiàn)一體化，F(xiàn)DA極可能對此議題起草新的指南。,未來新藥臨床試驗的發(fā)展方向,3. 降低檢測成本，開發(fā)新的檢測手段： 規(guī)避藥物毒副作用風險和/或規(guī)避治療失效的風險帶來的總收益 > 基因檢測的總花費時，病人會積極參與。,PCR-RFLPPyros

33、equencing焦磷酸測序技術高血壓個體化用藥基因芯片AmpliChip CYP450基因芯片 DMET基因芯片 ADME基因芯片GWAS芯片Luminex X-Map平臺新一代測序技術,4.加強社會教育和臨床應用體系的建立：,生物標本轉移 → 遺傳標靶的迅速檢測 → 報告的發(fā)放 → 臨床醫(yī)生向病人解讀報告等一系列專業(yè)化的過程，需要受過專門訓練的專業(yè)技術人員和醫(yī)生的共同參與。通過有針對性的教育資源，大力增強遺傳藥理學和

34、個體化用藥知識的傳播和理解。教育對象包括醫(yī)學生和醫(yī)務工作者，從事公共衛(wèi)生事業(yè)的人員，衛(wèi)生部的政府官員，專業(yè)技術人員，以及普通大眾。,5.影響國家政策：,將“新藥開發(fā)中的藥物基因組學資料呈遞指南”列為新藥開發(fā)的必備項目；與國際接軌，將FDA已批準藥物標簽的有效基因組生物標志物檢測列入到國家衛(wèi)生部《醫(yī)療機構臨床檢驗項目目錄》范圍內；建立“個體化用藥國家政策建議中心”，為醫(yī)療衛(wèi)生部門提供合理化建議，隨時指出國家中與臨床相關的、發(fā)生頻率高