第30卷第1期2009年1月学学报JOURNAI。OFHEBEIMEI)ICAI,UNIVERSITY河北医大科V01.30No.12009Jan.・87・・综述・基因多态性影响华法林个体用药差异的研究进展张亚楠(综述),崔炜’(审校)(河北医科大学第二医院心内科,河北省心脑血管病研究所,河北石家庄050000)【关键词】华法林;基因f综述文献【中图分类号】R973.2【文献标识码】A【文荦编号】1007—3205(2009)01-0087—05华法林(warfarin)是广泛用于临床的一种口服子的产生而发挥其抗凝作用。含有7一谷氨酸残基抗凝药,常以消旋混合物形式用于抗凝治疗。华法林也是一种治疗安全范围较窄的消旋药物。这种口服抗凝药在治疗过程中仍有并发症发生的危险,患者由于抗凝过量所导致的致命性出血的发生机率为4.4%~9.3%,而且随着抗凝强度的增大这种并发症的发生率也升高。临床研究发现,华法林的疗效可受多种因素影响,其中以遗传因素中基因多态性较为突出。而在这些基因中影响力最强的就是CYP2C9和维生素环氧化物还原酶复合体亚单位1。现从华法林的代谢途径和作用机制两方面的基因多态性对华法林个体的差异影响作一综述。1华法林的代谢华法林在体内是被不同的细胞色素氧化酶(cytochrome的维生素K依赖性凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X以及蛋白C和蛋白S,必须经过维生素K依赖性羧化酶(了一谷氨酸基羧化酶)的羧化作用才能成为有活性的凝血.因子。在羧化过程中,耦联氢醌型维生素K被氧化成环氧型维生素K。华法林作为维生素K拮抗剂通过阻断维生素K还原,使得含有谷氨酸残基的凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X以及蛋白C和蛋白S停留在没有抗凝血生物活性的前体阶段[1]。这类蛋白与氧化失活的维生素K结合,进一步阻碍维生素K环氧化物由环氧型向氢醌型转变。.氢醌型维生素K必须通过环氧型维生素K被还原才能使维生素K依赖性凝血因子前体被持续羧化成有活性的凝血因子。体内环氧型维生素K被还原为氢醌型维生素K由维生素环氧化物还原酶复合体(vitaminkreductasecomplexepoxideP450,CYP)同工酶通过羧基化而代谢subunit,VKORC)完成,成非活性产物的。华法林的代谢是具有构象选择性,S华法林和R一华法林分别通过不同的酶在不同的位点进行识别并经羧基化而生成不同的代谢产物。目前已证实在人的肝脏,抗凝作用更强的S-华法林对映体85%以上经由CYP2C9代谢转化为无活性的6一羟化产物和7一羟化产物。代谢R一华法林的同工酶主要有CYP3A4,CYPlA2,CYPlAl和CYP2C19。其中,CYP3A4将R一华法林催化成10-OH华法林,此为R一华法林代谢的主要方式。目前,影响华法林代谢的基因热点集中在CYP2C9。2华法林作用机制VKORC是维生素K依赖性凝血因子生成的限速酶[2]。华法林主要是抑制该酶而产生作用(图1)[3]。对华法林作用机制影响的基因研究热点集中在VKORC。3CYP2C9基因多态性与华法林CYP450(cytochrome,P450)是一组涉及到许多内外源性物质代谢的单加氧酶,位于细胞内质网膜上的CYP450蛋白由CYP基因超家族编码。最大的CYP2家族在人类又可分成6个亚家族而被编号为A~F,其中CYP2C基因定位在染色体10q24上[4],迄今为止已分离出6个CYP2C的cDNAs,即CYP2C8、CYP2C9、CYP2C10、CYP2C17、CYP2C18华法林通过阻碍维生素K依赖型凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、X的活化,最终导致带有功能缺陷的凝血因[收稿日期]2008—01—07;[修回日期]2008—02—14[作者简介]张亚楠(1980--),女。河北唐山人,河北医科大学第二医院医学硕士研究生.从事心血管药物与临床研究。-通讯作者及CYP2C19。CYP2C9蛋白由491个氨基酸残基组成,是一种膜结合蛋白。在哺乳动物中,此基因超家族至少含有10个家族,全长约为55kb,有9个外显子,8个内含子。在CYP2C9起始密码子上游57bp和110bp处分别有一个TATA和CAAT盒子,在150bp处CYP2C9增强子区域含有一个与人肝万方数据・88・河北医科大学学报第30卷第1期癌细胞株(HepG2)特异因子1(HPF一1)一致的结构域。率在不同人种和不同民族之间差异很大。在研究较多的各高加索人群(Whites)间和东亚中日韩人群间,都呈一定的异质分布。其他变异位点由于发现时间较短,研究资料较少,其作用见表1‘3|。CYP2C9等位基因的频率在不同种族人群中有很大差异,研究较多的包括CYP2C9*2和CYP2C9*3的基因。CYP2C9*2和CYP2C9*3的基因频无活性的凝血因子Ⅱ、Ⅶ,Ⅸ、以及蛋白C、订“忆|J0t艇m【目J’Ⅸ、X,C、S,Z维生素K环氧氧化物环氧型凸由CYP1A1,CYPCYP由VKORCl编码由CYP2C9代谢1A2,3A4代谢华法林的代谢和作用机制示意图[a]CYP2C9的基因突变及其作用‘3】酶的活性图1表1等位基因eDNA中核苷酸的变化氨摹酸的变化在中国人群中,已发现的最主要的变异位点是CYP2C9*3。在大多数CYP2C9底物药的国人弱而异。对华法林的代谢影响是降低了孓华法林的代谢而不是R一华法林的代谢。CYP2C9*3型突变发生在第7外显子NsiI位点,l075位核苷酸发生了A/C突变,相应第359位氨基酸由异亮氨酸突变为苏氨酸,导致底物识别位点的一个B折叠的破坏,则失去了Nsi工位点,同时产生一个KpnI位点。代谢者中,都发现了CYP2C9*3/*3基因型。很多国内研究都证明。携带CYP2C9*3等位基因的受试者CYP2C9代谢活力和相关CYP2C9底物药物剂量需求有显著下降口∞]。Takanashi等[73在体外观察了异亮氨酸359苏氨酸(CYP2C9*3)突变由于异亮氨酸参与了酶的活性构件,突变型改变了酶结构,从而降低了酶的催化能力[8]。PCR一核酸内切酶消化法检测CYP2C9cDNA对7种底物的代谢动力学特征的影响,发现CYP2C9的代谢活性均显著降低,降低程度因药物万方数据河北医科大学学报第30卷第1期・89・中的点突变,结果显示CYP2C9共有4个点突变。第1个突变为第3外显子C416T造成氨基酸发生精氨酸144半胱氨酸改变,导致该处的一个AvaII位点丢失;第2个突变为第7外显子A1059G(精氨酸358酪氨酸);第3个突变也出现在第7外显子由C1075替代A相应氨基酸发生异亮氨酸359苏氨酸的改变,这两个突变均可导致一个NsiI位点的丢失;第4个突变为第8外显子A1236G引起氨基酸残基甘氨酸417替代天冬氨酸417导致一个HphI位点的丢失印]。研究表明,精氨酸144/酪氨酸358/异亮氨酸359/甘氨酸417为CYP2C9的主要等位基因,常表示为野生型(CYP2C9*1)。第1和第3个点突变分别表示为R144C(CYP2C9*2)和1359L(CYP2C9*3)。研究表明,CYP2C9*3其纯合体是野生型活性的4%~6%口州,CYP2C9*2的纯合子的活性较CYP2C9野生型降低了12%[8]。虽然CYP2C9*2和CYP2C9*3的基因突变在华法林的代谢中起很大的作用,但国人的这两种基因突变频率较低,但突变基因频率文献报道差别很大。在Lee等n1]对145名中国人、85名马来西亚人和43名印度人的华法林用药量的研究中,发现CYP2C9*3的突变,在中国人和马来西亚人很小,大约分别占7%和9%,而在You等[53对69名香港人华法林代谢的研究中发现CYP2C9*3的突变其基因频率约为2.3%,明显低于高加索人的频率。4VKORCl基因多态性与华法林由于CYP2C9的突变率很低,目前越来越多的学者青睐于VKORC的研究。VKORC通过参与维生素K循环使凝血因子持续生成,是一个多蛋白复合体。目前国外学者已成功分离纯化出其中的~种亚基VKORCl,在人类孟德尔遗传定律([-OMIMI*608547;16p11.2)Ll引。人类VK()RCl基因位于16号染色体,含有3个外显子,编码163个氨基酸为一个内质网的跨膜蛋白大约为18kDa[13]。药理学研究结果表明,VKORC由VKoRCl激活,VKORCl不但主导维生素K依赖性凝血因子的生成,而且是香豆素类抗凝药物华法林的作用靶点L】引。野生型VKORCl一t639GG的过度表达,会导致VKORC活性显著降低,这对华法林的抑制作用很明显Ll2|。台湾学者Yuan等u钊首次报道由于VKORCl—1639A/G变异导致该启动子活性不同,从而使VKORCltuRNA表达量不同,其结果引起VKoRCl蛋白量出现了不同。VKoRCl是华法林万方数据作用的受体,VKoRCl—1639A/G变异引起受体表达量发生变化,从而要达到同样的抗凝强度时,不同VKORCl—1639A/G基因型的个体华法林剂量就出现了差异。Lee等[1”在对中国人、马来西亚人和印度人华法林用药量的研究中发现CYP2C9*3的基因突变率在中国人和马来西亚人很小,分别占7%和9%,而印度人的突变率可高达18%。而华法林的用药量中国人为(o.050士0.019)mg/kg,马来西亚人为(0.092士0.057)mg/kg,印度人则为(0.089±o.036)mg/kg,所以CYP2C9*3的突变不能完全解释中国人、马来西亚人和印度人的华法林用药量的差异。Lee等[1¨研究表明,VKORCl基因序列上存在10种基因突变,据此命名了H1~H9的单倍体模型,发现H1突变可以使华法林用药量减低,而H7、H8、H9突变会使华法林用药量增加。H1突变在中国人、马来西亚人分别占87%和65%,在印度人占12%。H7、H8、H9突变在中国人、马来西亚人分别占9%和30%,而印度人占82%,这和三者华法林的用药量的差异相符。Bodin等[153对222名服用单一的硝苄香豆素药物的健康志愿者进行研究,从药物的代谢和药物的作用途径入手选择了CYP2C9*3和VK()RCl的7种突变(~4931C/T、一4451A/c、一2659C/G、一1877G/A、一1639G/A、497G/c、1173C/T)。发现只有一1639A/G或1173T/C的突变能解释约1/3药理学上的差异(37%是Ⅶ因子的降低,30%是国际标准化单位的变化)。一1639G/A或1173c/T和CYP2C9两者的基因多态性可解释约50%华法林的个体用量差异。并发现两者对药物用量的影响呈相互独立。Yuan等口4]发现VKORCl启动子的多态性(一1639G/A)与华法林维持剂量有关。VKORC1-1639位G/A变异导致其启动子活性不同,G等位基因比A等位基因可使启动子增加44%的活性。VKORCl在11例华法林敏感的中国患者(≤1.5rng/d)全为AA基因型,而华法林抵抗的5名中国患者为AG型或GG型。GG和AG基因型与AA基因型相比,其启动子活性高,VKORClmRNA表达增加,VK()RCl蛋白也相应增加,引起VKORC活性增高,从而凝血因子生成较多。由于VKORCl是华法林作用靶点,所以所有华法林敏感者全是基因型为AA的纯合子,而华法林抵抗的个体其基因型为AG或GG。研究随机选择了104名服用华法林的中国患者,95名正常中国入和92名正常高加・90・河北医科大学学报第30卷第1期索人作为对照。发现VK()RCl的AA、AG、GG表现型在中国患者中分别79.7%、17.6%和2.7%;而正常中国人则为82%、18%和0%;正常高加索人则为14%、47%和39%。研究表明,基因CYP2C9变异频率华人比高加索人低,但华法林维持剂量却比高加索人低,说明CYP2C9基因变异并不能解释种族之间华法林维持剂量的差异,而VKORCl的变异则与种族之间华法林维持剂量的差异相一致。而在Zhu等¨6j的研究中也发现VKORCl的1639位基因型为GG、GA、AA患者华法林的日维持量分别为(6.7±3.3)mg、(4.3士2.2)mg、(2.7±1.2)mg。说明携带AA基因型的患者和携带GA和GG基因的患者相比,华法林的稳定维持量要低。在You等[5]对69名香港人华法林代谢的研究中发现,孓华法林的个体代谢差异约5.4%可以由年龄解释。年龄、性别的变化可以影响R一华法林的代谢分别占15%和6.8%。性别、VKORCl的变化不影响孓华法林的代谢差异。在唐和年等【171对我国新疆205名汉族和204名维吾尔族健康体检者的研究中,汉族健康人群以AA基因型最为多见,频率高达74%;其次为AG基因型,频率为26%;GG基因型仅检测到1例。新疆维吾尔族健康人群以AG基因型常见,频率58%;其次是AA基因型,频率分别为33%。GG基因型频率为9%。新疆汉族VKORCl-1639A/G基因多态性分布与维吾尔族人群和欧美人群存在较大差异。新疆维吾尔族人群VKORCl—1639A/G基因多态性分布与欧美人群接近。在Yin等L3]的研究中,华法林的个体用药差异VKORCl的多态性所起的作用是CYP2C9的基因突变效应的3倍。CYP2C9和VKORCl的多态性可以解释约56%的华法林个体用药差异[18|。而在Zhu等[16j的研究中上述两个等位基因再加上年龄、性别和体质量解释约61%的华法林个体用药差异。在Tham等[19]研究中提供了CYP2C9、VKORCl(一1639A/G)不同基因型和年龄、体质量的组合,华法林日维持剂量的公式。在Schalekamp等[2叩对荷兰人群的研究中发现内含子1的1173位C/T的突变较野生型(VKORCI-1173CC)会减少华法林的用药量。在D’Andrea等[2叼对147名患者的研究中,这些患者为从1995年5月~1999年4月稳定服用华法林的白种人,发现内含子1的1173C/T和3,一端非转录区的3730G/A的基因突变会减低华法林的服用量。研究发现1173CC型患者所服用的华法林的剂量是万方数据最高的(6.2rag),CT型为(4.8mg,P<0.01),最低的是TT型(3.5mg,P<0.01)。并表明VKORCl和CYP2C9的基因多态性可以解释约1/3的个体用药差异(r2=0.353)。在Kosaki等瞳2]也证实在日本人群的研究中,上述两种基因突变可导致VK()RCl的活性减低。在Schalekamp等嘲1对281名白种人的研究中,设计出了针对年龄、性别、CYP2C9和VK()RCl(一1173C/T)的直线回归模型和多元回归风险模型,认为上述四种因素加上CYP2C9和VKORCl的交叉作用可以解释54.7%华法林的个体用药差异。在Millican等[24]通过对92名盆骨或膝盖骨置换患者的研究,设计出了一个华法林初始剂量的公式,如果患者携带CYP2C9*3或CYP2C9*2基因,每出现一对等位基因需要在华法林的初始计量上减少38%或17%。而患者携带的VKORCl基因如果出现一个A的单倍型,则在初始剂量上减少11%。如果目前为吸烟者,则增加20%的剂量。在Obayashi等[253对日本人群的VKORCl、CYP2C9、CYP2C19的基因突变通过测定孓华法林和R一华法林的药代动力学和药效学的指标,来检测对华法林代谢的影响。又新发现了日本人群VKORCl存在的三种错义突变(47G/c、113A/C、1338A/G),其中113A/C突变能引起服用华法林药量的低水平。而5’端上游的启动子一1639G/A、内含子1的1173C/T、内含子2的1542G/c的突变也会降低华法林的稳定维持量。综上所述,华法林的临床个体用药量差异是由多种因素决定的,近年来随着研究的深入已经到了基因水平,而影响华法林代谢和作用机制以CYP2C9和VKORCl为代表的基因多态性研究前景值得重视,也可以为指导华法林l临床用药提供新的依据。【参考文献】[1]卡卓恩.用于凝血障碍的药物[M]//卡卓恩.基础与临床药理学.第7版.西安:世界图书出版社,2000.599—616.I-2-1G(X)DSTADTL.PONTINGCP.VitaminKepoxidereductase:homology,activesiteandcatalyticmechanism[J].TrendsBiochemSei。2004,29(6):289—292.[3]YINT。MIYATAT.WarfarindoseandthepharmacogenomicsofCYP2C9andVKORCl一rationaleandperspeetives[J].ThrombRes,2007,120(1):1—10.[4],YASARU,I,UNDGRENS,ELIASSONE,eta1.LinkagebetweentheCYP2C8andCYP2C9geneticpolymorphisms[J].BioehemBiophysResCommun・2002,299(1):25—28.[5]YOUJH,ZUOZ,LOCM.eta1.AnyeffectofCYP2C9variantsonwarfarinclearanceinChinesepatients?[J].张幔楠等基岗多态性影响华法林个体用药差异的研究进展ThrombHaemost,2007.97(5):866—868.ofwarfarinmaintcnancedosebasedonVK()RCl(一1639GE6I李健.文思远,王睿,等.细胞色素P450CYP2C9基因多态性对甲苯磺丁脲代谢动力学的影响[J].药学学报.2005,40(8):695—699.>A)and1199—1205.CYP2C9genotypes[J].ClinChem.2007,53(7):[17]H,ECHIZENandits唐和年。张总刚.杜宇奎.新疆汉族和维吾尔族健康人群VK()R(、1启动子区基因多态性研究[J].中国优生与遗传杂志.2007.15(3):16—18.[7]TAKAHASHIwarfarinH.Pharmacogeneticsofeliminationclinicalimplications[J].Clin2C9Pharmacokinet。200I,40(8):587—603.[18]CAI。I)WEI上MD.BERGRI.,ZHANGKQ.eta1.EvaluationP450ofgeneticfactorsforwarfarindoseE8]REDMANAR.Implicationsonofcytochromeandprediction[J].ClinMeda1.Awarfarin—dosingpolymorphismscytochromeinpolymorphismwarfarinmetabolismdosing[J].Res.2007。5(1):8—16.Pharmacotherapy,200l,2l(2):235—242.[19]THAMI.S.GOHmodelinAsiansKBC,NAFZI(;ERusesA.et[9]卢爱华,舒焱,周宏灏.细胞色素氧化酶CYP2C9的研究进展[J].中国临床药理学杂志,2000,16(5):381—385.[10]ZHAOgeneticF,LOKEvariantsinC,RANKINAsianSC.eta1.NoveltheirCYP2C9onthatsingle—nucleotidecomplexandvitaminepoxidcreductaseP4502C9[J].ClinPharmaeolTher,2006,80(4):346—355.subjectsandinfluence[20]SCHAI。EKAMPVKORClandT,BRASSECYP2C9BP.ROIJERSandJF,eta1.maintenancewarfarin(3):210-219.dose[J].ClinPharmacolTher,2004。76genotypesacenocoumarolbothgenotypesanticoagulationstatus:interactionbetween[儿]LEEofSC,NGSS,OLDENBURGJ。eta1.Interethniemaintenanceanvariabilityaffectsoveranticoagulation[J].ClinPharmacolG,D’AMBROSIORL,DIintheVKORClinthegeneisTher,2006。80warfarinrequirementisexplainedby(1):13—22.VKORClgenotypeinAsianpopulation[J].ClinPharmacol[211DANDREAPERNAP,eta1.AanTher.2006.79(3):197—205.polymorphismV,etassociatedwitheffectr12]ROSTS,FREGINcauseA,IVAsKEVICIUSresistancea1.Mutationsininterindividualvariabilitydose-anticoagulantofVKORClfactor541-warfarintypeandmultiplecoagulationwarfarin[J].Blood,2005,105(2):645—649.[22]KOSAKIK,YAMAGHISHlpolymorphisminVKORCIC,SATOR,etdeficiency2[J].Nature,2004,427(6974):537—a1.1173C>Twarfarinmodulatestherequired[13]OLDENBURGJ,BEVANSCG。MUI。I。ERCR.eta1.VitaminKepoxidedose[J].Pediatr[z3]SCHAI,EKAMPVKORClandCardiol。2006,27(6):685—688.T,BRASSECYP2C9reductasecomplexthevitaminKsubunitl(VK()RCl):thekeyBP,ROIJERSandJF.eta1.proteinofcycle[J].AntioxidRedoxSignal,genotypesphenprocoumonbothgenotypes2006,8(3—4):347-353.anticoagulationaffectsdose(2):185—193.status:interactionbetweenPharmacol[14]YUANHY,CHENJJ,LEEMT,et・a1.Anovelfunctionalpromoterrequirement[J].ClinTher,2007,81VKORClpolymorphismisassociatedinwithinter—individualandinter-ethnicdifferenceswarfarinsensitivity[24]MILLICANEA,LENZINIPA,MII,I。IGANorthopedicpatientsPE,eta1.[J].HumMolGenet,2005,14(13):1745—1751.[15]BODINGenetic—basedDA,etKdosinginbeginningL,VERSTUYFTP450C,TREGOUETa1.warfarintherapy[J].Blood.2007.110(5):15ll一1515.a1.Cytochrome2C9(CYP2C9)andgenotypesasvitaminepoxideof[25]OBAYASHlK,NAKAMURAK,KAWANAJ.etVKORClvariationgeneinvariationsdosearereductase(VKORCl)aeenocoumaroldeterminantsthemajorcontributorsofsensitivity[J].Blo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