阿托伐他汀药物基因组学研究进展

阿托伐他汀药物基因组学研究进展 阿托伐他汀药物基因组学研究进展 110MolecularCardiolo~vofChina,April2008,Vo1.8No.2(SerialNo.39 阿托伐他汀药物基因组学研究进展 韩运峰皇红霞综述惠汝太审校 【摘要】阿托伐他汀是广泛用于临床的降血脂药物,是心血管疾病一级和二级预防最有效的治 疗手段之一.尽管大多数人能很好地耐受这一药物,但极少数人也会出现严重的副作用;而且,在人 群中其降脂疗效存在明显的个体差异.这些差异与基因的多态性有关.本文综述了阿托伐他汀药物 基因组学研究进展,为阿托伐他汀的个体化使用提供参考依据. 【关键词】阿托伐他汀;HMG—CoA还原酶抑制剂;药物基因组学;基因多态性 前言 人们一直习惯于同一种疾病按照相同剂量服用 同样的药物,但科学的发展使人们认识到,药物反应 (包括疗效及毒性)存在极大的个体差异.了解药 物反应个体差异的机制,对于临床合理用药和新药 开发具有重要的意义.药物基因组学是基于药物反 应的遗传多态性提出来的,通过对药物效应的基因 型预测,研究遗传因素在药物疗效,作用靶位,作用 模式和毒副作用上的差别,根据这些分子水平上的 差异,研究病人对药物的反应如何受基因影响,而解 决为什么不同的病人对同一种药物有不同反应这一 临床问?一. 3.羟基.3.甲基戊二酰辅酶A(HMG.CoA)还原 酶是胆固醇体内合成过程早期的限速酶,阿托伐他 汀通过竞争性抑制剂HMG.CoA还原酶来影响胆固 醇的合成,从而起到调脂作用.一系列大规模前瞻 性临床试验肯定了阿托伐他汀在心血管疾病整体防 治中的重要地位.然而也发现,无论是在控制血清 低密度脂蛋白胆固醇(LDL.C)水平,减少临床事件, 还是在出现不良反应方面,不同个体之间存在着不 容忽视的差异.找出这些差异,不但可以指导安全 有效的用药,而且具有极大的经济学价值.阿托 伐他汀调脂作用的疗效差异与下列基因多态性有 关:(1)决定药物代谢动力学,包括编码药物代谢酶 和负责药物转运的基因,如细胞色素P450,有机阴 离子转运子等;(2)影响药物效应动力学,主要为编 码药物作用的靶点;如HMG.CoA还原酶;(3)脂质 作者单位:100037北京市,中国医学科学院中国协和医科大 学心血管病研究所阜外心血管病医院中德实验室(韩运峰,惠汝 太);宣武区白纸坊医院老年病房(皇红霞) 通讯作者:惠汝太Email:huirutai@~glab.org . 综述. 代谢过程及与冠心病相关的基因,如:载脂蛋白E, 胆固醇7ct羟化酶等. 1阿托伐他汀药代动力学相关基因多态性 与降脂反应 1.1细胞色素P450家族:细胞色素P450 (CYP450)混合功能氧化酶参与大部分异物及内源 性生化物质的氧化生物转化.CYP450家族有许多 亚型,与药物代谢有关的包括CYP1A,2B,2C,2D, 2E及3A等亚科J,其中3A4,3A5亚型参与阿托伐 他汀的代谢.CYP活性较高的患者,阿托伐他汀在 体内代谢速度加快,导致有效血药浓度降低,进而使 药效减低. Kajinami等报道了CYP3A4基因启动子区A. 290G多态性以及错义突变蛋氨酸445苏氨酸 (M445T)与阿托伐他汀降脂疗效相关.治疗52周 后,启动子区为GG纯合子者血清LDL-C水平明显 高于野生型等位基因携带者.作者认为-29OA—G 变异可以增强转录效率而提高CYP3A4的活性,加 速药物的代谢速率,因而GG基因型患者阿托伐他 汀的血药浓度较低.错义突变M445T是位于保守 区内的一个疏水性的蛋氨酸(Met)被亲水性的苏氨 酸(Thr)所取代,该突变距442位点高度保守的半胱 氨酸(Cys)仅两个氨基酸,这可能改变CYP3A4的功 能.治疗前MT杂合子血清LDL.C比MM纯合子低 11.2%(P=0.02),表明这个突变直接影响基础脂 质代谢.治疗后MT杂合子血清LDL.C降低的幅度 虽然无统计学意义,但两组之间血清LDL—C绝对值 的差距进一步扩大,提示M445T变异也可能影响阿 托伐他汀的疗效. KivistoI5等人在高加索患者的研究发现,洛伐 中国分子心脏病学杂志2008年4月第8卷第2期(总第39期 他汀,辛伐他汀以及阿托伐他汀降低LDL—C的作用 在CYP3A5表达的患者低于不表达的患者.内含子 3区单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymor— phism,SNP)改变(A6986G)后CYP3A5蛋白的浓度 降低甚至测不到,在含有一个A位点的患者血清总 胆固醇和LDL—C浓度比GG纯合子分别高23%和 24%.提示这一SNP与阿托伐他汀的疗效有关,但 这需要进一步大规模的试验来验证. Wilke等人发现正常人应用阿托伐他汀后肌 酸激酶(CK)改变与CYP3A5基因A6986G多态性 无关,而在有肌痛的患者,CYP3A5为GG纯合子CK 比AG杂合子高,这说明GG纯合子肌痛患者在服用 阿托伐他汀后更容易损伤肌肉. 1.2跨膜转运体家族 跨膜转运体家族根据功能分为:ATP结合盒转 运子家族(ATPbindingcassettefamilyoftransmem— branetransporters,ABC—transporters),有机阴离子转 运子(organicaniontransporters,OATPs),有机阳离 子转运子(organiccationtransporters,OCTs),二肽转 运子(dipeptidetransporters,PEPTs)等.阿托伐他汀 是多种ABC转运子和OATPs家族成员特异性摄取 转运的底物. 多耐药基因(muhidrugresistance,MDR1, ABCB1)编码的P一糖蛋白位于肝细胞,小肠上皮细 胞顶膜及近端小管刷状缘,负责将外源性物质转运 出细胞.P一糖蛋白转运的底物与CYP3A4催化的底 物高度吻合,提示两者在清除外源性生物活性物质 方面具有协同作用.洛伐他汀和阿托伐他汀都是P一 糖蛋白的底物.Kajinami等首先报道了MDR1基 因C3435T多态性和口服10mg阿托伐他汀疗效之 间的关系,服药后女性CC型携带者血清LDL—C下 降最少,男性中则无此种相关性.而各基因型高密 度脂蛋白胆固醇(HDL—C)升高的幅度依次为CC> CT>TF,表明P一糖蛋白在他汀改变体内HDL—C水 平方面发挥一定作用. OATPs是在体内广泛存在的内向性转运体. OATP1B1是在肝细胞窦状膜上表达并促进肝摄取 许多内源性和外源性化合物,如胆汁酸,他汀类药物 (包括罗苏伐他汀和阿托伐他汀).目前在编码 OATP1B1的基因SLCO1B1上发现了一些SNP位 点,其中521T>C(缬氨酸174丙氨酸)在体外实验 中可降低OATP1B1的活性J,在人体内可显着增 加普伐他汀,罗苏伐他汀,匹伐他汀,辛伐他汀和阿 托伐他汀血浆浓度,但不增加氟伐地汀的血浆浓 度m.目前已有一些研究发现OATP—C基因多态 性与普伐他汀的疗效差异有关,而与阿托伐他汀疗 效的关系还未见报道,相信通过进一步研究能够发 现OATP—C基因是否影响阿托伐他汀的疗效. 2阿托伐他汀药效学相关的基因多态性 2.1HMG-CoA还原酶 HMG—CoA还原酶是阿托伐他汀作用的靶点,并 且是体内胆固醇合成的关键酶,因此考虑此基因多 态性与阿托伐他汀的疗效有关,但目前尚无这两者 之间相关性的报道.Chasman等.发现HMG—CoA 还原酶两个紧密连锁的SNP12和29的多态性与普 伐他汀降脂作用密切相关.因此通过深入研究可以 发现HMG—CoA还原酶与阿托伐他汀疗效之间的关 联性. 2.2低密度脂蛋白胆固醇受体(LDL—r) 肝细胞表面存在特异的LDL—r,是LDL清除的 主要途径,阿托伐他汀可使细胞内的胆固醇减少,从 而刺激细胞合成LDL—r,使细胞膜LDL—r的数目增多 及活性增强,导致血中的LDL清除加速.另外,通 过抑制细胞合成胆固醇也干扰了脂蛋白的生成,能 有效降低血浆LDL及胆固醇,并在一定程度上降低 血浆甘油三酯浓度. LDL—r基因突变是造成高胆固醇血症的主要原 因,突变可造成受体的缺失,或者受体功能的缺陷. 同时,LDL—r基因突变对于他汀类疗效亦有影响. 目前研究发现LDL—r基因突变与辛伐他汀疗效有 关,而与阿托伐他汀则未见报道. 3脂质代谢相关基因及其它基因多态性 3.1胆固醇7or羟化酶和ABC转运子G5/G8 胆固醇7or羟化酶(CYP7A1)是胆汁酸合成的 限速酶,ABC转运子G5/G8(ABCG5/G8)介导胆固 醇分泌进入胆汁,两者共同影响肝细胞内胆固醇含 量. ABCG5/G8基因突变可以导致一种罕见的遗 传性疾病——谷固醇血症.体内CYP7A1缺乏的高 脂血症患者则对他汀的治疗产生抵抗.ABCG8天 门冬氨酸19组氨酸(D19H)和CYP7A1启动子A一 204C多态性分别与阿托伐他汀降脂作用独立相 关加..携带ABCG8等位基因H19患者血清LDL— c下降幅度显着小于DD纯合子,这个差别在同时 112 携带有CYPTA1野生型基因的受试者中进一步扩 大,但随着携带变异型等位基因数目的增加,血清 LDL.C下降的幅度降低,而且ABCG8D19H变异对 阿托伐他汀的疗效不再产生影响.表明CYPTA1正 常的启动子活性对ABCG8基因功能获得性突变的 表达十分重要.CYPTA1A.204C和ABCG8D19H 分别可以解释不同基因型携带者治疗后血脂下降值 之间差异的4.5%和3.0%,而两者的累积效应则可 以解释此差异的8.0%.结果表明联合多个遗 传变异优于仅针对单一位点的分析. Kajinami等?通过对324例高血脂患者研究也 发现CYP7A1A.204C与阿托伐他汀疗效差异有关. 应用阿托伐他汀l0mg后,AA纯合子使LDL下降 39%,AC杂合子LDL下降37%,而CC纯合子则下 降34%(P<0.001).这说明CYP7A1A.204C与阿 托伐他汀疗效差异有明显关系.在另一项对338高 胆固醇血症患者应用l0毫克阿托伐他汀治疗的研 究中发现?:LDL降低程度及降低百分数在携带 ABCG8等位基因19H的患者比未携带者明显减少, 而总胆固醇无差异.这说明ABCG8D19H与阿托伐 他汀降LDL作用差异有明显关系. 3.2栽脂蛋白E(ApoE) 在已知影响普通人群LDL.C水平的遗传因素 中,ApoE是最重要的一个,其最常见的等位基因是 ,2,,3,84,分别编码ApoE2,E3及E4.,2,,3,84等 位基因是由2个SNP即T334C(半胱氨酸112精氨 酸,R112C)和C472T(精氨酸158半胱氨酸,C158R) 产生的.ApoE3最常见,其112位是半胱氨酸,而 158位是精氨酸;ApoE4的112位和158位均是精氨 酸;ApoE2的112位和158位均是半胱氨酸. 许多报道均显示等位基因84携带者血清LDL. C高于非84携带者,84携带者患冠心病的危险比非 84携带者要高40%.由于ApoE4与受体的亲和力 高,能较快的从血浆中清除,细胞内胆固醇含量相应 升高,从而抑制HMG—CoA还原酶活性,所以84携带 者基础HMG—CoA还原酶活性较低,,2携带者正好 相反.实验也,他汀类药物对等位基因s2携带 者的降脂作用最强,而在84携带者中往往疗效不 佳.有研究显示此效应呈现性别差异,每日口服 10mg阿托伐他汀可以使携带等位基因s2的男性患 者的血清LDL—C降低44%,而在,4男性携带者中 仅下降了34%,而此种差异在女性受试者中未被发 现.Garcia.Otin等人发现ApoE基因A49lT与 MolecularCardiolo~wofChina.Aofil2008,V01.8No.2(SerialNo.39 阿托伐他汀的降脂作用有关,携带-491T等位基因的 患者应用阿托伐他汀后降低LDL的程度比未携带 者明显增加.以上研究说明ApoE与阿托伐他汀的 疗效有关. 3.3胆固醇酯转移蛋白(cholesterylestertrans— ferProtein,CETP) CETP影响甘油三酯和胆固醇酯在脂蛋白间的 分布,参与胆固醇的逆向转运.CETP活性受其基因 内含子1区第277位碱基SNP的影响,该SNP可在 其内形成一个TaqI限制性位点(TaqIB多态性), 该位点与HDL浓度,粥样硬化的进展以及个体对于 他汀类治疗的不同反应有关,根据这一限制位点的 存在与否,分为Bl等位基因(存在TaqIB限制性位 点),B2等位基因(不存在TaqIB).Bl等位基因 与较高的血浆CETP活性及较低的HDL.C浓度有 关.最近,又发现一个新的SNP,位于CETP基因 启动子区域(A-629C),研究发现,在体外A等位基 因携带者其CETP转录活性下降25%,而在体内,带 有A等位基因的个体其血浆CETP浓度较低而HDL 浓度较高.上述两个基因位点的多态性对于他汀类 的疗效都存在影响,并且两者之间可能存在连锁不 平衡. Venrooij等对217例2型糖尿病患者进行了 研究,分别服用阿托伐他汀10mg/d和80mg/d30 周后发现:B1B1/CC基因型者的血浆基础CETP活 性较高,HDL的浓度较低,因而比较容易形成动脉 粥样硬化,但相对的,该基因型的患者对于阿托伐他 汀治疗后获益也较多. 综上所述,阿托伐他汀的药物基因组学是目前 冠心病和动脉粥样硬化治疗领域中的新进展,有关 药物代谢及脂质代谢的基因多态性对阿托伐他汀药 物疗效的影响,国外进行了一系列的研究,并取得了 一 些成果.但仍存在以下问题:(1)目前该领域的 研究仍处于一个起步阶段,相关的文献和资料也较 为分散,数量也有限;(2)国内尚无这方面的研究报 道;(3)已发现与其它他汀类药物疗效有关的一些 基因,而与阿托伐他汀疗效的关系尚无报道.(4) 样本量偏小;(5)大部分研究缺乏基因功能方面的 证据.未来研究方向:(1)整个代谢和发病信号通 路的多基因研究;(2)包含多个位点的单倍体研究; (3)大样本及长期观察的前瞻性研究;(4)观察长期 治疗效果及并发症的预防;(5)利用药物基因组方 法来进行不同药物之间的相互比较;(6)进行基因 中国分子心脏病学杂志2008年4月第8卷第2期(总第39期 功能方面的研究来支持关联性研究.相信在不久的 将来,随着研究的深入,个体的基因型分析将会成为 指导用药的主要指标,实现真正意义上的个体化用 药. 参考文献 1McGovemPG,PankowJS,ShaharE,eta1.Recenttrendsinacute coronaryheartdisease:mortality,morbidity,medicalcare,andrisk factors.eMinnesotaHeartSurveyInvestigators.JMed,1996, 334:884-890. 2RosesAD.Pharmacageneticsanddrugdevelopment:thepathtosa- ferandIIl0reeffectivedrugs.NatRevGenet,2004,5(9):645- 656. 3GuengerichFP.CytochromeP-4503A4:regulationandroleindrug metabolism.AnnuRevPharmacolToxicol,1999,39:1-17. 4KajinamiK,BrousseauME,OrdovasJM,eta1.CYP3A4genotypes andplasmalipaproteinlevelsbeforeandaftertreatmentwithatorvaa- tatininprimaryhypercholesterolemia.AmJCardiol,2004,93: 1O4.107. 5KivistoKT,NiemiM,SchaeffelerE,eta1.Lipid-loweringresponse tostatinsisaffectedbyCYP3A5polymorphism,2004,14(8):523- 525. 6WilkeRA,MooreJH,BurmesterJK.RelativeimpactofCYP3A genotypeandconcomitantmedicationontheseverityofatorvastatin- inducedmuscledamage.Phammc~genetGenomics,2005,15(6): 415-421. 7KajinamiK,BrousseauME,OrdovasJM,eta1.Polymorphismsin themultidrugresistance-1(MDR1)geneinfluencetheresponseto atorvastatintreatmentinagenderspecificmKnner.AmJCardiol, 2OO4,93(8):1046-1050. 8KameyamaY,YamashitaK,KobayashiK,HoookawaM&Chiba K.FunctionalcharacterizationofSLCO1B1(OATP-C)variants, SLCO1B1}5,SLCO1B1}15andSLCO1B1}15+C1oo7G,byu- singtransientexpressions~temsofHeLaandHEK293cells.Phar- macogenetGenom/cs,2005,15:513-522. 9TironaRG,LeakeBF,MerinoG.&KimRB.Polymorphismsin OATP-C:identificationofmultipleallelicvariantsassociatedwithal- teredtransportactivityamongEuropean-andAfrican-Americans.1. 腑ZChem,2001,276:35669-35675. 10NishizatoY,IeiriI,SuzukiH,eta1.PolymorphismsofOATP-C (SLC21A6)andOAT3(SLC22A8)genes:consequencesforpmvas- tatinpharmacokinetics.ClinPharmacolTher,2003,73(6):554- 565. 1lMwinyiJ,JohneA,BauerS,eta1.Evidenceforinverseeffectsof OATP-C(SC21A6)5andlbhaplotypesonpmv~tinkinetics. cfinPharmacolr.2Oo4,75:415-421. 12NiemiM,SchaeffelerE,LangT,eta1.Hishplasmapravastatin 113 concentrationsareassociatedwithsinglenuclcotidepolymorphisms andhaplotypesoforganicaniontransportingpolypeptide-C(OATP-C SLCOIBI).Phammc~genetics,2004,14(7):429440. 13LeeE,RyanS,BirminghanIB,eta1.Rosuvastatinpharmacokinet- icsandpharmacogeneticsinhiteandAsiansubjectsresidinginthe sanleenvironment.cfPharmacolTher,2oo5,78(4):330_34l_ 14ChungJY,ChoJY,YuKS,eta1.EffectofOATP1B1(SLCO1B1) variantallelesonthepharmacokineticsofpimvasmtininhealthyvol- unteers.cfPhartrm~lTher,2oo5,78(4):342-350. 15NiemiM.PasanenMK&NeuvonenPJ.SLCO1B1polymorphism andsexaffectthepharmacokineticsofpmvastatinbutnotfluvastatin. cfinPhartrm~lTher,20o6,80:356-366. 16PasanenMK,NeuvonenM,NeuvonenPJ,NiemiM.SLCO1B1pal- ymorphismmarkedlyaffectsthepharmacokineticsofsimvastatin acid.Pharmacogenet.Genom/cs,2006,16:873-879. 17PasanenMK,FredriksonH,NeuvonenPJ,NiemiM.Different effectsofSLCO1B1polymorphismonthephammeakineticsofatorv- asmtinandrosuvastatin.ClinPharmacolTher,2007,82(6):726- 33. 18ChasmanDI,PosadaD,SubrahmanyanL,eta1.Pharmacogenetic studyofstatintherapyandcholesterolreduction..2004.291 (23):2821-2827. 19KajinamiK,BrousseauME,OrdovasJM,eta1.Apromoterpoly- morphismincholesterol7alpha-hydroxylaseinteractswitIlapolipopro- teinEgenotypeintheLDL-loweringresponsetoatorvastatin.Athero- sclerosis,2005,180(2):407-415. 20KajinaIniK,BrousseauME,NartsuphaC,eta1.ArPbindingcas- seretransporterG5andG8genotypesandplasmalipaproteinlevels beforeandaftertreatmentwidlatorvastatin.JRes,2004,45 (4):653-656. 21Pedro-BotetJ,SchaeferEJ,Bakker-ArkemaRG,eta1.Apolipopro- teinEgenotypeaffectsplasmalipidresponsetoatorvastatininagen- derspecificnlanner.Atherosclerosis,2001,158(1):183-193. 22Garcia-ot.nAL,CiveiraF,AristeguiR,eta1.Allelicpolymorphism - 491A/TinapoEgenemedulatesthelipid-loweringresponsein combinedhypedipidemiatreatment.EurJClinInvest,2002,32 (6):421_428. 23GroothGJ,ZerbaKE,HuangSP,eta1.Thecholesterylestertrans- ferprotein(C酣【'P)TaqIBpolymorphisminthecholesterolandre- currenteventsstudy:NointeractionwitIltheresponsetopravas~tin therapyannoeffectsoncardiovascularoutcome.JAmCoUCardiol, 2Oo4.43:854-857. 24KlerkxAH,TanckMW,KasteleinJJ,eta1.Haplotypeanalysisof theCETPgene:notTaqIB,butthecloselylinked-629CApolymor- phismandanovelpromotervariantareindependentlyassociatedwitIl C酣【'Pconcentration.HumMolGenet,2003,12:ll1-123. 25VenrooijFV,StolkRP,BangaJ,eta1.Commoncholesterylester transferProteingenepolymorphismsandtheeffectofAtorvastatin therapyintype2diabetes.D/abetesCare,2003,26:1216-1223.