精準醫學｜基因個體化治療在心血管疾病中的應用前景

洪葵 劉欣南昌大學第二附屬醫院心內科

專家簡介

· 洪 葵 ·

主任醫師、博士生導師；南昌大學二附院心內科教授、科副主任；江西省醫學科學研究所副所長；江西省醫學遺傳和基因治療研究所所長；南昌大學心血管病研究所所長。兼任中華醫學會心血管病分會青年委員，中華醫學會心電生理和起搏分會青年委員，中國心電學會委員，中國心律學會青年委員、江西省醫學會心血管病分會常委、江西省醫學會醫學遺傳學會主任委員、中國心臟和起搏電生理雜誌和臨床心血管病雜誌編委等學術兼職。

前言

心血管系統疾病是人類第一大疾病，全世界每3例死亡中便有1人死於心血管病。據世界衛生組織統計及預測，全球每年死於心血管病的人數將由2008年的17,300,000上升至2030年的23,30,000人，這也跟預計的全球人口增長及老齡化相關。

傳統治療方法是基於臨床隨機對照實驗指導普遍群體治療，這種方法往往不適用於所有患者，對部分患者甚至可能造成傷害。個體化治療則完全不同，它是根據每個患者特有的遺傳特徵，臨床表現及其生活習慣和環境，作出準確的診斷，並針對個體制定最有效的治療方法，使患者在最大程度上獲益，這也成為扭轉未來龐大心血管病死亡數量的希望。

心血管疾病遺傳學發展

早在人類基因組計劃完成之前，通過連鎖分析和基因關聯研究，許多孟德爾遺傳性即單基因心血管病相關基因便開始被發現。這類心血管病在臨床中只佔一小部分，如家族性高膽固醇血症，早發心肌梗死，擴張性及肥厚性心肌病，長QT綜合症（LQTS）和馬方氏綜合症等。儘管如此，此類疾病中單個致病基因變異往往對錶型造成很大影響，相關遺傳學致病機制研究及新型治療方法探索不僅改變了人們對心血管病的認識，更為揭示廣大常見心血管病的遺傳本質開闢了道路。

更多心血管疾病仍以複雜形式存在，通常由多基因，環境，飲食等多因素引起。人類基因組序列草圖完成之前，多基因心血管病研究並不順利。而此之後，遺傳檢測技術飛速發展，尤其在高通量並行的下一代測序出現之後，測序時間極大縮短的同時成本也顯著降低。全基因組關聯研究（GWAS），全外顯子組測序以及基因組結構變異相關研究在心血管疾病中廣泛開展起來。得益於GWAS，通過大規模病例對照人群檢測篩查疾病相關基因變異，數百個心血管病相關基因座陸續被發現，並在此基礎上採用基因型陣列，單體型圖譜和統計學方法對心血管病相關變異進行組合分類。

心血管疾病中仍有一部分無法用遺傳基質變異解釋，表觀遺傳學的發現正彌補了這個空缺。表觀遺傳學機制是在不改變DNA序列的情況下影響遺傳信息的表達，參與機體的發育與分化，且易隨環境改變發生相應變化，主要包括DNA甲基化，翻譯後組蛋白修飾，micro RNA和長鏈非編碼RNA調控。許多心血管病相關危險因素，如血漿高同型半胱氨酸，吸煙，壓力和污染等均被發現可通過表觀遺傳學標記的修飾作用致病，但這些表觀遺傳學改變是否會遺傳給下一代仍不明確。現階段人們對錶觀遺傳學的認識大多來源於基礎研究，它們對基因組的潛在調控作用也許同遺傳基質本身一樣重要，參與基因的穩定垂直傳播以及表型傳承。

隨著越來越多心血管致病基因，以及危險因素，亞臨床指標和疾病終點等相關新型基因及基因修飾物質被發現，人們對心血管疾病生物學通路的了解也越來越深入。這些發現也正逐漸應用於心血管疾病的風險預測及防治，儘管基礎研究與臨床應用之間的轉化仍處於不成熟階段，但基因個體化治療是未來心血管疾病防治的必然趨勢。

心血管疾病個體化治療個體化藥物治療（Cardiovascular Pharmacogenomics: Expectations and Practical Benefits）

人們對個體化藥物治療的認識起源於個體間對藥物反應的巨大差異，這種差異主要取決於個體一般特徵（如年齡，體重指數和性別等），環境（如藥物間或藥物與食物的相互作用）和基因型。研究發現藥物代謝酶，轉運體以及藥物靶點相關基因變異可通過影響葯代動力學及藥效動力學改變藥物的分布及清除，從而影響個體對藥物有效性及毒性的反應。遺傳藥理學研究在心血管領域較為活躍，主要包括抗凝藥物華法林，抑制血小板聚集藥物氯吡格雷以及他汀類降脂藥物。

華法林

作為全世界最常用的口服抗凝葯，華法林被廣泛用於治療靜脈血栓栓塞，心房顫動和機械性心臟瓣膜患者。儘管華法林的臨床使用已有超過60年的歷史，但出血或血栓栓塞仍然是患者常出現的不良反應。將國際標準化比值（INR）控制在2.0-3.0是監測華法林使用劑量的通用指標，然而不同個體維持劑量卻有極大差異，從0.6mg/天至15.5mg/天不等。患者對華法林反應差異相關遺傳藥理學研究指出，近30-40%取決於參與藥物代謝的細胞色素P450 2C9同工酶編碼基因CYP2C9和維生素K編碼基因VKORC1單核苷酸多態性（SNPs）。

CYP2C9 R144C（*2）和CYP2C9 I359L（*3）是白種人CYP2C9中最常見的兩個次要等為基因，在亞洲人中少見，而非裔美國人中極罕見。CYP2C9*2和CYP2C9*3可分別引起酶活性降低30-40%和80-90%，減慢華法林清除，導致半衰期延長，INR加速到達治療水平，從而降低劑量需求。非裔美國人中常見的其他幾型CYP2C9 D360E（*5）, 10601del A（*6）, R150H（*8）和R335E（*11），同樣需減少華法林劑量。VKORC1相關SNPs -1639G>A則改變啟動子區域轉錄結合位點引起酶表達降低，增加對華法林的敏感性。

以遺傳藥理學為基礎指導華法林的使用，本該從縮短起始用藥時間，穩定INRs，優化治療窗內時間以及減少副作用這幾方面使患者獲益，然而實際臨床應用的效果卻存在爭議。近來，兩大關於基因型指導華法林治療效用的多中心隨機對照研究相繼報道。來自歐洲的EU-PACT研究顯示，根據基因型決定華法林劑量組治療窗內時間所佔百分比更高，且不良事件明顯減少。而美國COAG研究並未發現基因型特異的華法林治療比傳統治療方法效果好。兩大試驗中截然不同的結果也許取決於實驗設計差異，主要表現在藥物劑量計算策略上，EU-PACT採用負荷劑量，而COAG中使用維持劑量；以及納入人群的不同，COAG中的研究人群較EU-PACT存在明顯的多樣性，尤其是非裔美國人對基因型計算的藥物劑量反應不佳，影響了整體效果。根據基因型指導用藥能否成為未來華法林治療的方向期待更多大規模臨床試驗加以確立。

氯吡格雷

氯吡格雷作為冠心病中常規使用的抗血小板聚集藥物，臨床療效在不同個體間卻存在較大差異。儘管在臨床中存在一些預測因素，如老齡（>65歲），高體重指數，藥物相互作用抑制CYP酶，糖尿病和腎衰竭等，可拮抗血小板對氯吡格雷的反應，但這些情況僅能解釋少部分病例。CYP2C19是參與氯吡格雷體內活化的重要代謝酶，研究發現CYP2C19至少存在25個變異體，但大部分並不改變酶的活性，除外CYP2C19 c.681G>A（*2）和CYP2C19 c.636G>A（*3）。CYP2C19 *2在非洲人和白種人中的等位基因頻率為0.15，在亞洲人中≤0.35，CYP2C19 *3則主要存在於亞洲人，頻率≤0.89，分別通過異常剪切和提前終止密碼導致酶功能失活，從而減少體內循環活化氯吡格雷代謝產物，引起患者治療後高血小板反應性。CYP2C19 c.-806C>T（*17）是另一個常見的多態性，在非洲人，白種人以及亞洲人中的等位基因頻率分別為0.16，0.027和0.18，然而不同的是，它可通過增強轉錄作用引起功能獲得。

多項薈萃分析一致認為CYP2C19功能喪失性等位基因（尤其是CYP2C19*2）可顯著增加冠狀動脈介入治療（PCI）術後支架血栓形成風險，但是否增加主要心血管不良事件風險還存在爭議，儘管如此，基因型指導氯吡格雷治療劑量仍將成為主導趨勢。2013年更新的臨床遺傳藥理學實施協會指南就指出，攜帶功能喪失性CYP2C19基因變異的冠心病患者PCI術後應更換抗血小板治療方案，如改用普拉格雷或替卡格雷。CYP2C19 *17也並非想像中對減少支架血栓形成有益，反而可能增加出血風險。

他汀類藥物

目前，已超過40個候選基因與他汀類藥物的降脂效果相關。然而，主要研究仍然集中於他汀類藥物致肌肉毒性相關SLCO1B1基因變異。SLCO1B1*5(c.521T>C, V174A)被發現與他汀類藥物，尤其是辛伐他汀強烈相關。該變異可干擾OATP1B1在肝細胞膜上定位，降低其轉運能力，從而升高血漿辛伐他汀濃度，增加藥物在骨骼肌的暴露時間。值得注意的是，近來有研究通過基因表達譜發現參與肌酸合成的甘氨酸脒基轉移酶編碼基因GATM可防禦他汀藥物引起的肌性病變，體內實驗也顯示它可能與他汀類藥物有效性和毒性功能相關。由於體內他汀類藥物暴露程度與肌性病變的關係並不像INR水平與出血或血栓的關係一樣直接明了，相關基因變異對臨床他汀類藥物應用策略的影響需進一步明確。

心血管疾病基因治療

最初作為單基因遺傳病治療策略的基因療法，逐漸被發現可廣泛應用於獲得性多基因疾病，包括外周血管疾病，缺血性心臟病，心律失常和心力衰竭。基因治療的臨床試驗已迎來第25個年頭，進展雖然緩慢但卻穩步走向臨床成功。作為繼腫瘤之後第二大基因治療臨床研究對象，心血管疾病基因療法已呈現出巨大潛力。

LQTS是基因型與表現型關係研究的典範，也是最早成為基因特異性治療研究的對象。LQTS的三大臨床類型具有不同特性，一般情況下，LQT1應避免劇烈活動等交感神經刺激；LQT2好發於睡眠或突然的噪音干擾，對血清鉀離子也較為敏感，應注意給患者提供適當生活環境，避免鉀離子攝入；SCN5A基因功能獲得性的LQT3則建議常規測試鈉離子通道阻滯劑的使用，以輔助治療。然而藥物，起搏器或埋藏式心臟復律除顫器植入和左側心交感神經切除術等治療方法仍然局限。誘導多功能幹細胞（iPSC）是近來研究疾病發生機制的新型手段。繼LQT2相關人c.G1681A突變通過皮膚組織通過iPSC被成功誘導為特異的心肌細胞後，研究採用等位基因特異的RNA干擾（RNAi）將突變基因敲除後，細胞功能重新恢復正常。目前，人心肌細胞等位基因特異性RNAi轉導方案尚未見報道，它的呈遞方法，安全性，劑量以及時效性在心血管疾病中的臨床應用還有待更多實驗驗證。

腺相關病毒（AAV）高效轉導，持續表達，非致病原性以及有絲分裂後組織如心臟，骨骼肌，大腦等中高度易感性的優勢，使之成為臨床試驗中最常用的基因轉運工具。在心血管AAV基因治療領域中，唯一進入臨床二期試驗的CUPID心衰治療研究已初見成效，他們通過AAV1將肌漿網鈣離子ATP酶（SERCA2a）經冠脈內注入，提高心肌細胞肌漿網內鈣離子回收能力。在為期6個月的治療後，心衰患者包括癥狀，功能狀態，左室功能/重構和臨床後果在內的多項參數指標得到顯著改善。越來越多AAV相關心血管病基因治療研究在心肌病，心律失常，動脈粥樣硬化以及高血壓動物模型中取得成效，如兒茶酚胺敏感性室性心動過速（CPVT）R33Q小鼠模型中，通過AAV9將野生型CASQ2基因經腹腔導入體內，可長期逆轉CPVT表現。儘管如此，動物實驗並不一定經得起考驗，大規模安慰劑隨機雙盲對照臨床試驗才是決定基因治療臨床獲益的關鍵。

總結

針對不同個體特徵，採用特定的防治手段，使心血管疾病的治療有效性最大化，危害性最小化是最理想的治療目標。隨著人體本質即基因及其修飾物質被逐漸深入理解，心血管疾病的發生機制日益明確，依據個體基因型特性確立治療方案正由理想邁向現實。但無論是個體化藥物治療還是基因治療，在真正轉化為臨床應用之前，仍面臨有效性，毒性，技術等一系列問題的挑戰。心血管疾病個體化治療道路雖然崎嶇但前景無限光明。

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