药物基因组学的原理与应用

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1、第六节药物基因组学的原理与应用一.药物基因组学的介绍1.药物基因组学的诞生和发展（1）诞生早在20世纪50年代，人们就发现不同的遗传背景会导致药物反应的个体差异，例如，红细胞中编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的基因发生变异，可使葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性降低引起抗疟药的溶血作用等。70年代末，杰弗里提出基因组中每100个碱基中就会有1个出现变异。80年代后期，这些差异被引进药物遗传学，并首次阐明了细胞色素P450酶系中的CYP2D6的基因多态性可以导致病人对药物的代谢出呈现快代谢和慢代谢两种不同的方式。到20世

2、纪末，由于分子生物学的发展、分子遗传学的发展和人类基因组计划的顺利实施，人类基因的多态性不断被发现和证实，人们认识到人体的许多基因都参与药物在体内的过程，药物在体内的反应和代谢也涉及到多个基因的相互作用。基因多态性导致了药物反应的多样性，并在药物遗传学基础上发展起来了药物基因组学，人类开始从基因组水平研究药物反应的个体差异。（2）.药物基因组学的发展目前，药物基因组学的发展就是将近几年在研究人类基因组与功能基因组中发展的新技术（如高通量扫描、生物芯片、高密度单核苷酸多态性(SNP)、遗传图谱、生物信息学等

3、）新知识，融入到分子医学、药理学、毒理学等诸多领域，并运用这些技术与知识从整个基因组层面系统地去研究不同个体的基因差异与药物疗效的关系，了解具有重要功能意义的和影响药物吸收、转运、代谢、排泄的多态性基因，从而明确药理学作用的分子机制以及各种疾病致病的遗传学机理，最终达到指导临床合理用药、引导市场开发好药的目的。2．药物基因组学的概念、研究内容以及研究任务（1）概念药物基因组学（Pharmacogenomics）是一门研究遗传因素与药物反应相互关系的学科，以提高药物疗效、安全性以及指导临床合理用药为目标，来

4、研究影响药物吸收、转运、代谢、消除等个体差异的基因特性，以及基因变异所导致的不同患者对相同药物反应的差异，并在此基础上研制、寻找新的药物或新的用药方法的科学。基因多态性是指群体中正常个体的基因在相同位置上存在差别(如单碱基对差别，或单基因、多基因以及重复序列数目的差别)，这种差别出现的频率大于1%。研究表明基因的多态性是造成药物反应个体差异的主要原因。（2）研究内容药物基因组学是在整个基因组水平上研究遗传因素对药物治疗效果的影响，它主要基于对基因多态性(包括药物代谢酶、药物转运体、药物作用靶点的基因多态性

5、)和对已有蛋白质的结构和功能的研究，来针对性地合成药物，抑制与疾病有关的蛋白质。药物基因组学研究决定药物吸收的基因发生突变后对药物疗效和安全性的影响，研究等位基因多态性与药物反应多态性之间的内在联系，从而改变传统的“一个药物适合所有人”的观点，根据基因的特性为某个群体甚至个体选择药物的种类和剂量，实现真正意义上的“个体化用药”，提高药物的特异性、有效性，降低和避免不良反应，节约医疗保险费用，降低研发成本等。（3）任务药物基因组学的主要研究任务有以下四个方面：一是根据基因组结构和传统药物的作用靶点，确定新的

6、药物的作用靶点，并结合计算机辅助设计、组合化学及其他手段进行新药高通量筛选；二是根据某些基因多态性和表达谱的特异性改变其对药物的敏感性，为个体化治疗提供依据；三是根据与疾病相关的蛋白质的空间结构，寻找药物的新作用靶点；四是进行药理作用机制的研究。3.药物基因组学的研究步骤和方法物基因组学的研究步骤一般是：首先明确药物作用机制，确定与药物反应相关的基因产物(如受体或酶等)，而后确定候选基因，并找出其多态性(如单核苷酸多态性)并确定其功能和频率，最后通过临床试验，考察候选基因的变异与药物反应间的联系。药物基因

7、组学主要应用基因组技术（如基因测序、统计遗传学、基因表达分析等）来研究和开发药物；应用高效的基因检测手段如聚合酶链反应(PCR)、凝胶电泳、荧光染色高通量基因检测、等位基因特异性扩增等技术，来检测一些与药物作用靶点或能影响药物作用、分布、排泄相关的基因变异。DNA阵列技术、高通量筛选系统及生物信息学等的发展，为药物基因组学研究提供了多种手段和思路。药物基因组学研究的主要方法和技术（1）单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphisms，SNPs)单核苷酸多态性是指同一位点的不同等位

8、基因之间存在个别单核苷酸的差异。SNP主要从2个方面可导致人类个体的多样性：一是编码区SNP(cSNP)改变，使得基因表达产物中某些氨基酸发生变化，从而影响蛋白质的功能；二是调节区SNP(rSNP)改变，使得基因的表达和调控发生变化，基因表达的量发生变化。SNPs的检测分析大多基于PCR技术，主要有两种研究平台：一是以荧光探针为检测标记，二是运用质谱仪确定特异寡核苷酸微小的质量变化来验证SNPs。SNPs具有高密度、信息量大、