华法林的药物基因组学及其临床应用

华法林的药物基因组学及其临床应用

李彭

北京医院国家老年医学中心100730

摘要：华法林作为最常用的口服抗凝药之一，广泛用于防治血栓栓塞性疾病。但因其治疗窗较窄，治疗剂量个体差异大，如何安全有效地使用华法林一直是国内外研究者关注的热点和难点。虽然近年来陆续推出一些新型口服抗凝药（如利伐沙班、阿哌沙班、达比加群等），但因诸多因素限制未能在临床广泛应用。与此同时，关于华法林药物基因组学的研究发现，与华法林药代学和药效学相关的基因多态性在很大程度上决定了其治疗剂量的个体差异；基于药物基因组学的华法林剂量预测模型也逐步被建立以指导个体化用药。现就华法林的药物基因组学及其临床应用作一综述。

关键词：华法林药物基因组学剂量预测模型个体化用药

1.药物基因组学概述

早在上世纪50年代，人们就发现心血管领域不同的遗传背景会导致药物反应的个体差异[1]。随着分子生物学理论和技术的进展，人们逐渐发现这些个体差异是由基因多态性造成的。药物基因组学正是一门研究基因序列多态性与药物效应多样性之间的关系，观察不同个体对药物反应的差异，并在此基础上研制新药或新的给药方法的学科，是实现个体化用药的基础[2]。

目前药物基因组学的研究热点主要集中在单核苷酸多态性（SingleNucleotidePolymorphism，SNP）。SNP是指基因组序列中的单个核苷酸（A、T、C、G）发生不同义突变，引起DNA序列变异，以致其编码的氨基酸改变，进而影响蛋白质的功能。与药代动力学和药效动力学相关的基因突变可能导致其编码的酶的活性改变，从而进一步影响药物疗效及毒副反应，这也从理论上提示了探究特定基因型与用药剂量关系的可能性。

2.华法林的药物基因组学

华法林是一种香豆素类口服抗凝药，自20世纪50年代问世以来已在世界范围内广泛用于血栓栓塞性疾病的防治。但因其治疗窗较窄，治疗剂量个体差异大，治疗过程中易发生出血或栓塞风险，如何安全有效地使用华法林一直是国内外研究者关注的热点和难点。虽然近年来陆续推出一些新型口服抗凝药（如利伐沙班、阿哌沙班、达比加群等），但因其费用高昂、循证医学证据有限、适应征受限、尚无有效拮抗剂等因素限制，未能在临床广泛应用。今后很长一段时间内华法林的抗凝地位仍难以被取代。随着药物基因组学技术的进展和华法林药理作用分子机制的阐明，遗传因素在华法林治疗剂量个体差异中的作用越来越受到人们的重视。目前已证实约有30个基因可能与华法林治疗剂量个体差异有相关性[3]，其中细胞色素P4502C9（cytochromeP4502C9，CYP2C9）和维生素K环氧化物还原酶复合体亚单位1（vitaminKepoxidereductasecomplexsubunit1，VKORC1）的基因多态性对华法林治疗剂量的影响已在各个种族的人群中得到一致证实。上述两个基因的多态性结合年龄、体重、身高、合并用药、饮食等个体因素，能够解释约50％华法林治疗剂量的个体差异[4]。但目前华法林药物基因组学研究还存在一定的局限性：一是大多数研究的样本量较少；二是研究大多针对白种人，针对其他种族的研究较少。

2.1CYP2C9

细胞色素P450（cytochromeP450，CYP）是人类肝脏中一种重要的代谢酶系统，其中CYP1、CYP2和CYP3是参与药物代谢的主要家族，CYP2C是目前研究最广泛、性质最清楚的亚家族。CYP2C9是CYP2C亚家族中的一种同工酶，约占CYP总量的20%[5]。临床应用的华法林是一种外消旋混合物，包括（S）和（R）型两种异构体，其中（S）型异构体的药理学效应是（R）型异构体的3～5倍，提供了华法林70％的抗凝活性。（S）型异构体85%以上由CYP2C9代谢为无活性的7-羟化产物被清除，因此CYP2C9的基因多态性可以影响华法林的治疗剂量。尽管CYP2C9对华法林治疗剂量的影响在不同的研究中比重有所不同，但总体而言其基因多态性可解释6%～19%的华法林治疗剂量个体差异[4]。

CYP2C9的编码基因位于10号染色体上，全长约50.7Kb，其最主要的野生型等位基因被定义为CYP2C9*1（Arg144/Tyr356/Ile359/Gly417），是其他CYP2C9基因型变异的参照。CYP2C9*2（rs1799853，430C>T，Arg144Cys）和CYP2C9*3（rs1057910，1075A>C，Ile359Leu）是研究最多的2个等位基因突变，二者均可使其编码的药酶活性降低，进而导致华法林代谢减慢、清除减少[5]。因此，CYP2C9*2或CYP2C9*3基因型个体所需华法林剂量较野生型个体减少。

尽管大量研究已经证实CYP2C9*2和CYP2C9*3等位基因是华法林治疗剂量个体差异性的重要影响因素，但这些研究多数针对白种人。近年来针对非白种人如非洲裔美国人、非洲人、亚洲人的研究逐渐增多，在这些种族中，CYP2C9等位基因的分布频率和白种人存在较大差异，CYP2C9*2和CYP2C9*3的突变频率相对较低，但存在其他的CYP2C9等位基因变异。这些变异的等位基因同样可以改变其编码的药酶活性，从而影响华法林的治疗剂量，主要包括CYP2C9*5、*8、*11和*13[4]

2.2VKORC1

华法林通过抑制维生素K环氧化物还原酶（vitaminKepoxidereductase，VKOR），阻断无活性的环氧型维生素K还原为有活性的氢醌型维生素K，使其无法参与γ-谷氨酰基羧化酶（Gamma-glutamulcarboxylase，GGCX）的催化反应，以致凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ无法羧化而停留在没有抗凝活性的前体阶段，从而达到抗凝目的[6]。VKORC1是VKOR的编码基因，其基因多态性可影响华法林的药效动力学进而影响其治疗剂量，可以解释15%～40%的华法林治疗剂量个体差异[7]。

VKORC1基因位于16号染色体上，全长约11.2kb。该基因的研究主要集中在位于启动子区的-1639G>A（rs9923231）位点和内含子区的1173C>T（rs9934438）位点，这两个位点在人群中呈现高度的连锁不平衡。有研究表明，VKORC1-1639G、1173C等位基因与华法林高剂量相关[8]。另有研究表明，其他位点的基因突变也会影响华法林治疗剂量，包括497T>G（rs2884737）、689C>T（rs17708472）、1542G>C（rs8050894）和2252T>C（rs2359612），但有待进一步证实[9]。

VKORC1基因型的分布有明显的种族差异。亚洲人群中与华法林低剂量相关的VKORC1-1639A、1173T等位基因的分布频率较高，而白人中与华法林高剂量相关的VKORC1-1639G、1173C等位基因的分布频率较高。这一分布规律与临床观察到的种族之间华法林治疗剂量的差异一致，即亚洲人的华法林维持剂量明显低于白人。VKORC1基因变异可能是导致种族间华法林剂量差异的主要原因之一[10]。

2.3CYP4F2

CYP4F2是CYP超家族成员之一，主要存在于人体的肝脏和肾脏，是脂肪酸和维生素E的代谢酶。近年来有研究显示，CYP4F2也是维生素K的氧化酶，因此CPY4F2的基因多态性可以通过影响维生素k的代谢进而影响华法林的治疗剂量。编码CYP4F2的基因位于19号染色体上，全长约20kb。目前较为肯定的是CYP4F2*3（rs2108622，1297G>A，Val433Met）等位基因突变可以使其编码的代谢酶活性下降，导致体内还原型维生素K浓度升高，所需华法林的治疗剂量相应增加[6]。已有相当数量的研究肯定了CYP4F2基因多态性对于华法林的治疗剂量的影响，但只能解释约5%的华法林治疗剂量个体差异[4]。

2.4可能影响华法林用药剂量的其他基因

尽管可能影响华法林治疗剂量的候选基因多达30个，但目前仅有上述提到的VKORC1、CYP2C9和CYP4F2基因的遗传多态性在大量临床研究中证实可以影响华法林的治疗剂量。其他候选基因包括：与凝血因子相关的基因，如FⅡ、FⅤ、FⅨ、FⅩ、FⅫ、PROC、PROS1、PROZ、SERPINC1，分别编码凝血因子Ⅱ、Ⅴ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅻ、蛋白C、蛋白S、蛋白Z及抗凝血酶Ⅲ；与维生素K循环相关的基因，如APOE、EPHX1、GGCX，分别编码载脂蛋白E、微粒体环氧化物水解酶和γ-谷氨酰基羧化酶；与华法林结合、转运相关的基因，如ORM1、ORM2、ABCB1，分别编码血清类粘蛋白1、血清类粘蛋白2和P-糖蛋白；与华法林代谢相关的基因，如POR，主要编码细胞色素P450氧化还原酶；与其他CYP超家族相关的基因，如CYP1A1、CYP1A2、CYP2C8、CYP2C9、CYP2C18、CYP2C19、CYP3A4、CYP3A5。这些候选基因的遗传多态性，或是对华法林的治疗剂量几乎没有影响，或是在不同研究中结论不一致，还需要进一步研究[4]。

3.华法林药物基因组学的临床应用

近年来，关于遗传因素对华法林用药剂量影响的研究多数集中在探讨基因型与稳态剂量的关系上。尽管近年来各研究的结论不完全一致，但都肯定了CYP2C9和VKORC1的基因多态性在预测华法林稳态剂量方面的重要性。建立合适的模型以预测华法林稳态剂量，实现个体化用药，减少用药风险，是华法林药物基因组学临床应用的重要研究方向。除遗传因素外，华法林的用药剂量还受年龄、身高、体重等个体因素的影响[11]，在建立华法林剂量预测模型时应一并考虑。最早的预测模型仅包含CYP2C9基因型这一个遗传因素，VKORC1基因型作为第二个遗传因素被引入。2009年，国际华法林药物遗传学联盟（theInternationalWarfarinPharmaeogeneticsConsortium，IWPC）根据来自4大洲9个国家/地区共计4，043名口服华法林患者的临床和基因学资料，构建了迄今样本量最大、最具权威性的华法林稳态剂量预测模型。后期的验证研究证实，利用该模型指导个体化给药较传统的固定剂量方案具有明显优势，特别是对高剂量（≥42mg/周）和低剂量组（≤21mg/周）人群，该模型对于华法林稳态剂量的预测具有相当高的准确性和预测价值[12]。

IWPC模型同样存在一定的局限性：该模型的研究样本中白人占大多数，且仅涉及CYP2C9和VKORC1两个基因型的常见等位基因突变。近年来，针对非洲人或亚洲人等特定种族的华法林剂量预测模型也逐渐建立起来。少数模型包含的遗传因素除了CYP2C9和VKORC1基因型常见的等位基因突变外，还包括CYP4F2基因型及一系列CYP2C9基因型少见的等位基因突变，以提高稳态剂量的预测水平[13，14]。尽管已构建的华法林剂量预测模型数量众多，但其有效性、安全性及临床实用性仍值得探讨。

4.结语

遗传因素对华法林用药剂量的影响一直是研究的热门领域。早在2007年，美国FDA就更新了华法林的外包装标签，建议接受华法林初始抗凝治疗的患者进行CYP2C9和VCORC1基因型的检测；2010年FDA再次更新该标签，明确标明了针对不同CYP2C9和VKORC1基因型组合患者的初始推荐日剂量。但目前尚缺乏确凿的证据推荐患者采取基于药物基因组学的个体化给药方式。华法林剂量预测模型能否广泛应用于临床，将很大程度上取决于大样本前瞻性临床研究的最终结果。

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