其他值得关注的遗传药理学标记物

一、药物转运体的多态性

内、外源化合物包括抗生素的吸收、分布和排泄是由多种表达在小肠、肝、肾、睾丸、血细胞和组成血脑屏障的脑部毛细血管上皮细胞系的膜转运体控制的。在过去的几年中鉴了几乎所有组织中负责向内或向外转运各种药物的转运体。

药物转运体被认为参与以酶为基础的解毒系统，起到有效解毒的保护作用。酶系统和转运体系统有几乎相同的特异性并可能用协同的方式进行工作。药物摄取后被送交给解毒系统以便代谢，药物外排可降低酶的负荷，避免饱和，然而化学修饰往往增加药物的亲水性，使药物更容易泵出体外。

虽然P-gp（MDR1，ABCB1）是被熟知的ABC转运体，多种新的药物转运体正在研究之中，它们有潜在的底物重叠和组织特异性。这些转运体包括多药耐药1 MDR-相关蛋白、多药耐药-相关蛋白（MRPs）（ABCC家族）、有机阳离子转运体蛋白OATP家族（SLC21A）、肽转运体的PEPT家族、有机阴离子转运体（OCTs）、阳离子转运体（OATs），这一部分将重点关注传染性疾病相关的转运体蛋白。

位于上皮细胞顶膜和基底膜不同泵的协同活动解释了药物从肠进入系统循环和从血液进入排泄部位肝、肾的通路。在肝脏内有最好的例子说明这一协作，OATPs，OCT1（基底膜摄取）和MDR1，MRP2（顶膜外排），确保了药物进入胆囊的单向运输。肾脏远曲小管同样分布OATs、OCTs、MRP1和OATP-B（基底膜摄取）和MDR1、MRP2（顶膜外排）系统。同样证实小肠和气道上皮存在抗生素的跨上皮细胞转运体。

泵活性可以解释许多抗生素的低口服生物利用度和β内酰胺类抗生素能被特定化合物改变增加清除率。而且，药物转运体可以决定药物在体内的分布，即药物在作用靶点的水平是否足够发挥出治疗效应。在巨噬细胞中鉴定外排泵，解释了细胞内各种抗生素，如大环内酯类、四环素类、林可霉素活性的减低。药物外排泵将抗生素的量减少到最小抑制浓度以下。

转运蛋白的基因多态性对于药物处置和活动的影响是最近才引起关注的。最近有报道指出，一个在MDR1基因外显子26位上的C3435T突变，与小肠上皮P-gp表达水平的下降有关，并被证实增加了地高辛从肠内的摄取，减少了罗丹明从淋巴细胞的外排。

鉴定能降低转运功能的基因变异对于药物开发和治疗有很大意义。然而，仅凭一个转运体的数据特别是体外数据来解释临床体内结果是困难的。大多数情况下，药物转运体之间存在广泛的底物重叠现象，其他转运体可以代偿另一种转运体的缺乏。除了药物清除率和口服生物利用度，转运体在抗传染性疾病治疗中的重要功能是在作用位的处置和组织渗透性使药物达到足够高的浓度，是否过程涉及这些转运体是临床相关的仍需进一步调查和研究的。

（一）多药耐药相关蛋白

MRP1-9 是所有有机阴离子泵，但是它们的底物特异性、分布、细胞内定位不同。MRP1和MRP2转运很多相似的有机阴离子，包括喹诺酮、大环内酯类抗生素和HIV蛋白酶抑制药。MRP1分布于大部分组织，包括肺、肌肉、肾、睾丸和外周单核细胞。与MRP1的组织分布相比MRP2的组织分布呈限制性，在肝脏、小肠、肾脏细胞、脑和胎盘有表达。MRP1是分布在基底膜侧分泌药物进入体内，而MRP2分布在顶膜将药物移除体外。

多药耐药相关蛋白与传染性疾病的治疗失败有关。有研究提示P-gp和MRP蛋白表达的增加与细胞内蛋白酶抑制药利用度的减少有关。某些疾病的状态和药物也可以改变MRPs的表达和活动。在肝炎C病毒感染的肝脏中MRP2 mRNA水平减少到30%，MRP2的抑制和MRP2表达水平的减少提示会引起夫西地酸诱导的高胆红素血症，因此我们得到结论，具有遗传性MRP2缺陷（如Dubin-Johnson综合征）的患者容易患并发症。

MRP1保护小鼠不使其产生结核并在CEM细胞中保护HIV保护作用和复方磺胺甲基异唑的抗疟机制与抑制MRP1有关。MRP1另一个有趣的功能是作为白三烯C4的主要高亲和力转运体可能影响药物感染疾病的易感性和发病过程。MRP1基因敲除鼠对于非特异性的感染性刺激反应下降，但对链球菌肺炎的抵抗能力高于野生型鼠，可能由于失活巨噬细胞，肥大细胞和粒细胞分泌LT4进一步增加白三烯B4分泌和更有效的募集巨噬细胞。

筛选MRP1和MRP2SNPs的工作已经在日本健康受试者中开展，有一系列包括非同义突变的SNPs被发现。MRP1 G2168A和MRP2 C-24T与十二指肠mRNA的表达没有相关性。Conrad等鉴别了两个罕见的突变Gly671Val和Arg433Ser，其中Gly671Val没有有机阴离子转运的改变，而后者显示两倍的转运功能下降和对多柔比星敏感性的增加。与MRP1相比，MRP2（ABCC2）上的突变导致膜上蛋白质的减少。这些突变导致Dubin-Johnson综合征的结合型高胆红素血症。

MRP4和MRP5都是有机阴离子转运泵，能够转运MRP1、3、6不能转运的环核苷和核苷类似物。至今MRP4和MRP5的分布还不明确。最近的研究表明MRP4比原来预想的分布还要广泛，在肾脏和前列腺有最高的表达，而MRP5主要表达在骨骼肌、脑和红细胞。MRP4和MRP5的转运功能可以导致临床上使用的核苷酸和核苷类似物的抵抗。含高浓度MRP4的细胞对PMEA和AZT发生抵抗，而对其他抗病毒治疗中的核苷类似物如拉米夫定、ddC、d4T较少发生抵抗。因为核苷类似物在抗病毒和抗癌治疗中的广泛使用，MRP4和MRP5对于这些药物产生的药物抵抗有潜在的影响。在48名日本健康受试者cDNA的筛选中发现了很多SNPs，但是没有相关的体外实验和临床实验证实它们的作用。

（二）有机阴离子转运体

大部分β内酰胺类抗生素和抗病毒药都是两性有机阴离子被主动分泌到肾远曲小管。有机阴离子转运体（OATs）OAT1（SLC22A6），OAT2（SLC22A7）和一定程度上OAT3（SLC22A8）负责大部分有机阴离子的摄取，包括头孢菌素进入远曲小管细胞。由于它们在肾脏药物排泄中的作用，使它们对药效学和药动学有重要影响。竞争导致肾脏药物代谢的减少并由此可能产生不良反应。OAT的基因多态性和它们对药物反应的相关性至今还没有报道。

（三）有机阳离子转运体

hOCT1（SLC22A1）被发现主要存在于肝细胞的基底膜侧，也有少量分布在小肠上皮细胞。在爪蟾卵母细胞中发现hOCT1 的3种基因多态型严重的影响hOCT1的功能，它们分别为Arg61Cys、Cys88Arg、Gly401Ser，它们将各种结构不同的经典阳离子转运底物分别减少了70%、87%和98%。这3种等位基因突变的频率分别为9%、0.6%、3.2%，突变纯合子和杂合子的在高加索人中的突变频率大约有1.5%，这些研究是否有临床相关意义还需进一步研究。基于我们的知识，hOCT1最主要的功能是参与那些治疗靶点存在于肝内的底物和毒物的处置。一个有趣的例子是蛋白酶抑制药PIs，它在肝内通过由CYP介导的代谢解毒。例如，当同时给予利法那韦后地昔帕明或特非那定的血浆浓度水平显著升高，被认为是因为抑制了CYP3A4酶的活性。PIs是hOCT1的弱底物和强抑制药，而地昔帕明是hOCT1的底物。由于抑制了摄取使地昔帕明进入肝细胞量减少，可代谢的部分减少。在这种情况下，即使肝摄取有轻微的改变也能产生明显的影响，携带由基因因素引起的hOCT1水平降低的个体将容易发生PI-介导的药物相互作用。hOCT2发现存在于肾脏，主要是在肾小管的基底膜。

最近，体外实验发现5种hOCT2的罕见突变影响hOCT2转运功能。这5种突变P54S、M165I、R400C、K432Q和一个插入突变的联合突变导致生成一个成熟前截短的蛋白质，在非洲裔美国人中仅有1%（5/494），墨西哥裔美国人中频率为0.6%（3/494）在高加索人中频率为0.2%。所有4种非同义突变都改变了转运体的功能，这与在爪蟾卵母细胞中获得的结果一致，插入突变导致成熟前截断蛋白质的47个氨基酸，这一改变几乎使转运功能全部丧失。目前这一体外实验数据对体内肾脏清除率的影响还未明了。

（四）有机阴离子转运多肽

OATP-C（SLC21A6），OATP8（SLC21A8），OATP-B（SLC21A9）被证实是主要的有机阴离子转移多肽（OATPs）主要存在于肝基底膜侧，OATP-B也在胎盘、小肠、肾脏和肺中表达。它们是肝摄取两性分子、有机阴离子如磺溴酞、胆汁盐、甲状腺激素、非结合型胆红素和抗生素包括利福平和利福霉素。

Tirona等（53）描述SLC21A6基因5个等位基因的6种突变，在体外研究中这些突变改变了底物的转运。变异Phe73Ala（*2）、Val82Ala和Glu156Gly（*3）和Ile353Thr（*6）在高加索人中有2%的突变频率。Val174Ala和Gly488Ala在非裔美国人和高加索人中的分布频率相对较高为14%、9%。在日本人中发现OATP-B两种新突变（54），较罕见的T392I和较普遍的频率为31%的S486F。有趣的是，较普遍的S486F突变导致 ［（3）H］-雌激素酮-3-硫酸盐的摄取Vmax值下降43%。

这些突变在体外与转运功能受损有关的结论是否在体内也成立还需进一步证实。然而，Michalski等（55）发现突变（L193R），将减低OATP-C在异质性肝标本中的蛋白量。在体外，这一变异阻碍蛋白质成熟使转运功能完全丧失。我们知道利福平和利福霉素可以通过抑制OATP人肝中胆汁盐、胆红素的清除。因此，即使仅轻微减少肝脏的摄取，可迅速增加肝毒性损伤的风险。

二、氨基糖苷类抗生素致耳聋

在世界上许多国家，氨基糖苷类抗生素诱导的耳毒性是导致不可逆性耳聋的主要原因。由于氨基糖苷类抗生素在中国一些地区的广泛应用，使由该药引起的耳聋占所有耳聋的25%。氨基糖苷类抗生素引起耳聋的发病机制可分为两类：一个原因是药物暴露时间延长暴露量增加，另一个原因是由于暴露在常规或低剂量下的过敏反应。由第二个原因引起的过敏反应簇集在一定的家族中发生，提示遗传因素在氨基糖苷类抗生素引起的耳聋发病中有重要作用。在中国和日本人家系研究中发现这一疾病是完全由母系遗传。

氨基糖苷类抗生素抗微生物的机制是由于绑定细菌核糖体30S亚基，最终可以抑制蛋白质的合成。它干扰肽形成起始复合物，导致mRNA模板的密码错读，使多核糖体变成单核糖体。最近的研究表明在12S rRNA线粒体A1555G突变导致氨基糖苷类耳毒性的易感性。由于突变使人线粒体rRNA与细菌中氨基糖苷类抗生素的作用靶点rRNA的结构相似，因此携带A1555G突变位点的细胞线粒体蛋白合成减少。

携带A1555G突变病人的神经-耳毒性有如下特征：第一，病人呈现出渐进性听力丧失。在大部分病人中，从使用氨基糖苷类后第一次主诉听力减退发展到完全耳聋要经历超过10年的时间。第二，病人纯音阈有较好的残留，说明柯蒂器功能或多或少被保留。第三，突变病人中电岬刺激阈值比不突变的人低。第四，这些人前庭功能完好，提示耳毒性的易感性是发生在耳蜗。现认为听力丧失在一定程上是由于从内含大量线粒体的耳蜗血管纹产生的内耳蜗动作电位进行型减少。对这些突变的筛选可以减少氨基糖苷类药物导致的进展型耳聋的受害者。

三、丙肝和干扰素

丙型肝炎病毒感染困扰着世界上大约1.70亿人口，许多人患病多年都无严重症候群，但1/4会转化成肝硬化，因此该病成为北美洲地区肝硬化的主要原因。丙型肝炎病毒慢性感染的推荐治疗方案疗程为48周，一般为聚二醇化干扰素-a-2b，或者聚二醇化干扰素-a-2a，与利巴韦林的的联合用药。但是众所周知，许多病人并不能治愈。欧洲家系的病人比非洲家系病人获得治愈的可能性更高。除了药效所限之外，那些让人难以忍受的副作用也是阻止病人完成治疗的原因。因此，对于治疗反应决定因素的生物标记的探寻已经提上了日程。2009年《Nature》报道了编码干扰素λ-3的IL28B基因附近基因的多态性。该突变会使治疗效果翻倍，无论是对欧洲系［P = 1.06×10（-25）］还是对非洲系病人［P = 2.06×10（-3）］。因为这些引起较好疗效的基因型在欧洲人体内（相对于非洲系）更为常见，所以，这种基因多态性也可以解释，为什么非洲系美国人和欧洲系病人之间在治疗反应率上出现约超过50%的差异。

四、幽门螺杆菌感染和PPI

幽门螺杆菌是引起胃炎、消化性溃疡和胃癌的主要因素。使用三联疗法根除幽门螺杆菌是治疗这些疾病的有效办法。三联疗法使用包含两种抗生素（阿莫西林、克拉霉素、甲硝唑）和一个质子泵抑制药（奥美拉唑、兰索拉唑、雷贝拉唑）。由PPIs引起胃酸分泌抑制能增加抗生素的浓度，加快幽门螺杆菌进入生长期，使它们对抗生素变得敏感。单独使用PPIs也有抗幽门螺杆菌的作用。

奥美拉唑、兰索拉唑和部分雷贝拉唑由CYP2C19代谢。CYP2C19弱代谢表型在高加索人中有2%～5%的频率，在亚洲人中有3%～23%的频率，是由编码7区外显子5上单个碱基A/G突变形成的弱代谢表型。这一截短的突变蛋白缺乏血红素结合域而使酶无活性。

一些研究表明PPIs的治疗效应和幽门螺杆菌的根除率明显的取决于CYP2C19基因状态。联用雷贝拉唑和阿莫西林的两联疗法中，弱代谢型患者比快代谢型者治疗率高，治疗率分别为弱代谢型PM（93.8%）快代谢型杂合子hetEM（91.7%）或快代谢型纯合子homEM（60.6%）。第二个实验使用包括PPI、阿莫西林、红霉素的三联疗法，发现没有有效根除幽门螺杆菌的全部为CYP2C19快代谢型病人。一些实验没能记录到CYP2C19基因多态性对于PPI、阿莫西林、红霉素的三联疗法根除幽门螺杆菌的影响。这些矛盾的报道可以用不同的受试者入选标准解释（一些试验仅选择胃溃疡病人），患者特征（一个试验包含了不成比例的吸烟患者）和PPI使用的不同剂量。在三联疗法中选择红霉素也可能影响反应，因为红霉素可能与其他药物发生相互作用。尽管报道有矛盾，一些作者认为在使用PPI治疗之前测定CYP2C19基因型可能使临床上治疗幽门螺杆菌更有效和经济。

五、头孢菌素诱引起的出血性疾病

头孢菌素是重要的抗生素主要用于治疗各种感染及预防外科手术病人感染。已经报道一些头孢菌素（头孢羟唑、头孢哌酮等）会出现威胁生命的低凝血酶原症和大出血。头孢菌素诱导出血疾病的原因主要在于这些药物的化学结构。头孢菌素含有一个1-甲基-5-巯基-四氮唑（MTT）要通过硫嘌呤S-甲基转移酶（TMPT）进行S-甲基化。MTT被认为是引起低凝血酶原症和大出血的原因。MTT抑制谷氨酸γ-羧基化，这是一个生成活性凝血因子的维生素K依赖反应。最近一项研究发现在接受头孢唑林治疗的病人组织中发现了头孢唑林结构中含有2-巯基-5-甲基-1，3，4-噻二唑（MTD）。MTD也是硫嘌呤S-甲基转移酶底物并且也在体外抑制谷氨酸γ-羧基化。

TPMT是具有基因多态的药物代谢酶特异性催化芳香环和杂环巯基化合物的结合反应。那些携带TPMT活性减低或缺失的变异个体可能对头孢菌素类抗生素引起的出血事件易感。这些个体TPMT遗传性低表达或缺失不能有效地催化S-甲基转移的发生，往往易患严重的不良反应。在随机选择的大规模人群中TPMT活性呈三态分布，有89%的人群呈TMPT高活性的纯合子性状，11%为中等活性的杂合子，大约有1/300人是TPMT低或缺失活性的纯合性状。在高加索人和黑种人中发现了相似的TPMT性状分布，在黑种人中低TPMT活性频率为17%。现已将TPMT基因克隆并定位于6号染色体上。已经鉴别出至少8种与TPMT酶活性减弱相关的等位基因突变，（TPMT*2、TPMT*3A、TPMT*3B、TPMT*3C、TPMT*3D、TPMT*4、TPMT*5、TPMT*6。TPMT*2 ）是罕见的等位基因，TPMT*3A是高加索人中最常见的等位基因占所有TMPT基因突变的55%～57%。TPMT*2、*3A、*3B 和*3C显示出增强了蛋白质沉降而减少了TPMT免疫反应蛋白量，而*4是由于mRNA水平减低。发现TPMT活性水平的区别还取决于种族、性别、和年龄，然而这一机制还不清楚。TPMT活性减低和缺乏的患者在使用头孢菌素类抗生素时容易发生威胁生命的低凝血酶原症和大出血原因就在于不能使MTT或MTD发生甲基化。