卡马西平的药物基因组学

王小燕，史道华

（1.福建医科大学福总临床医学院，福州市 350025；2.南京军区福州总医院药学科，福州市 350025）

卡马西平是临床上常用的一线抗癫痫药物，应用广泛。但因治疗窗口较窄和个体差异性，卡马西平给药剂量常常难以预测、把握。研究表明，基因多态性可导致药物疗效差异[1]，是影响给药剂量确定的重要因素之一。

药物基因组学（Pharmacogenomics）主要研究与药物疗效及不良反应相关的基因多态性，指导临床开出“基因合适”的处方，使患者得到最佳治疗效果，从而达到真正“个体化用药”的目的[2]。卡马西平的疗效与作用靶标、转运体、代谢酶、人类白细胞抗原的基因多态性有关[3]。本文着重就卡马西平药物基因组学研究进展综述如下。

1 Na+通道基因多态性与卡马西平药效学

卡马西平主要作用于Na+通道，能够抑制癫痫灶及其周围神经元放电。Na+通道由1个α亚基和多个β亚基构成。α亚基作为主体形成通道孔，由4个高度同源性的跨膜结构域（Ⅰ～Ⅳ）组成，每个结构域含有6个α螺旋跨膜区（S1～S6）。其中，S4区含5～8个带正电荷的氨基酸残基，称为“电压感受区”，当膜电位发生变化时，S4螺旋构型即发生变化。Na+通道基因SCN1A、SCN2A分别编码电压门控Na+通道的α1亚基和α2亚基，其基因多态性与卡马西平疗效有关[4]。

Tate SK等[5]在425例欧洲籍癫痫患者中发现Na+通道上SCN1A（rs3812718）G突变为A与卡马西平的给药剂量有关。此基因突变频率为0.45，位于靠近外显子5的高度保守部位，影响外显子5的表达。因外显子5编码结构域Ⅰ中的S4区域，此变异可能通过影响电压感受区，从而影响药物效应[3]。这一基因多态性与给药剂量的关系颇受争议。有研究[6，7]表明，AA基因型患者卡马西平每日给药剂量显著高于GG基因型患者（1313 mg vs.1083 mg）。然而，Zimprich等[8]对369例澳大利亚患者进行研究，结果并未发现卡马西平剂量与此基因型具有明显的关联性。Lakhan等[4]对496例北印度人SCN2A（rs17183814）进行研究，表明G突变为A与癫痫患者耐药有关。Sill等[9]对400例苏格兰患者研究，也发现了此相关性。但Makmor-Bakry等[10]研究却表明，此基因多态性与卡马西平的维持剂量无关[8]。

2 药物转运体基因多态性与卡马西平中枢血药浓度

药物转运体是能与特定的药物结合，并将其转运出细胞的一类蛋白，包括ATP结合盒式蛋白（ATP binding cassette protein，ABC）家族转运体，如P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）、多药耐药相关蛋白（multidrug resistance-associated protein，MRP）和Ras超家族成员，如RLIP 76等。在难治性癫痫患者中，大脑血脑屏障上药物转运体高度表达，药物外排增加，阻止了药物进入中枢，导致卡马西平靶浓度降低[11]，但此现象不能完全解释卡马西平疗效的个体差异性。

2.1 P-gp基因多态性

P-gp是一种跨膜糖蛋白，由MDR1基因编码，在肝、肾、胎盘、肠、血脑屏障、脑脊液屏障等组织或器官中表达[12，13]。Nishimura等[14]研究显示，P-gp可导致海人酸（kainic acid）诱导的癫痫模型小鼠中枢内卡马西平浓度降低。Volk等[15]发现，耐药性癫痫小鼠与非耐药癫痫小鼠相比，血脑屏障血管内皮细胞上P-gp过度表达。

P-gp 26号外显子3435位点的C突变为T可导致P-gp表达下降[16]。Siddiqui等[17]提出，英国人群P-gp 3435位的CC基因型可能与癫痫耐药有关。有学者分别在北印度和土耳其人群中重复类似研究，未能得出MDR13435位基因多态性与癫痫耐药的关系[18，19]。而Seo等[20]却发现210例日本癫痫患者TT基因型与癫痫耐药相关。此外，12号外显子1236 C突变为T、21号外显子2677 G突变为T/A与3435 C突变为T，存在强烈的连锁不平衡关系[21]。

2.2 MRP2基因多态性

MRP为有机阴离子转运体，在肝、肾、肠、胎盘、脑血脑屏障等组织或器官中表达[22]。Schinke等[23]研究表明，MRP和P-gp在底物特异性方面有交叉，许多药物同时是这2个转运体的底物。大鼠应用MRP抑制剂后，其脑内卡马西平血药浓度显著增加[24]。Belgley等[25]研究显示，MRP 2与P-gp表达产物分布位置一致，均在血脑屏障上的血管内皮细胞腔面表达，而MRP 1、MRP 3、MRP 5则在基底膜外侧表达[13]，因此，只有MRP 2可能对药物进入中枢有影响。

Ito等[26]发现，MRP 2有6个突变位点。5’端非翻译区的24位C突变为T（突变率为0.18），可能导致MRP 2表达量及活性的上调[27]。Ufer等[28]等发现，高加索难治性癫痫患者此突变率显著上调，还可能与ABCB 1代偿性上调有关[29]。Meyer等[30]指出，1249位G突变为A可导致417位缬氨酸变为异亮氨酸，与妊娠妇女胎盘MRP 2表达量下降有关（突变率为0.125～0.22）[27]。而kim[31]等研究发现，韩国人此基因多态性与癫痫耐药无关联。

2.3 RLIP76基因多态性

RLIP 76为Ral结合蛋白，非ABC家族成员，分子量为76 kd，位于常染色体18pl1.3上，含有11个外显子和9个内含子。主要作用是调节细胞的内摄、移动、内吞作用。Awasthi等[32]认为，RLIP 76蛋白在大脑血脑屏障上内皮细胞膜管腔表面表达。在已敲除RLIP 76蛋白的大鼠中注射卡马西平，可出现严重的神经毒性。此外，RLIP 76很少在正常大脑组织实质细胞或血管内表达，但在癫痫患者的血管内皮细胞内却显著大量表达[32]。然而有学者[33，34]研究表明，RLIP 76的6种基因多态性（rs1979368、rs1561998、rs2028660、rs1813100、rs329007、rs167897，突变频率分别为 0.489、0.533、0.522、0.534、0.398、0.021）与中枢卡马西平血药浓度并无关联。

3 药物代谢酶与卡马西平外周血药浓度

卡马西平的体内代谢复杂，经环氧化物水解酶（microsomal epoxide hydrolase，mEH）、细胞色素 P450（CYP 450）中的CYP3A4、CYP3A5及尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（uridine 5’-diphosphate-glucuronosyltransferases，UGT）中的 UGT2B7等酶代谢。卡马西平先经CYP3A4代谢成具有活性的卡马西平环氧化物，再通过微粒体环氧化物水解酶转化为无活性的卡马西平二元醇或经UGT2B7转化为葡糖醛酸化合物，最终以游离或结合的形式随尿液排出。

CYP3A4是人类肝脏及肠道中一种主要的CYP 450酶，约占成人肝脏CYP 450酶总量的25%。现已发现CYP3A4变体种类近20种，且种族差异性大。Makmor-Bakry等[10]研究发现，71例苏格兰癫痫患者，CYP3A4基因多态性与卡马西平给药剂量无关。微粒体环氧化物水解酶是一种重要的生物转化的Ⅱ相代谢酶，该酶定位于人类染色体1q42.1，由EPHX 1基因编码，具有高度保守性，可催化多种环氧化中间产物水解为更易溶于水的反式二氢二醇。EPHX 1外显子3的337 T突变为C（频率为0.453），可导致卡马西平羟基化/环氧化物比例增高，而外显子4的416 A突变为G（频率为0.135），则导致卡马西平羟基化/环氧化比例降低[10，35]。UGT2B7主要介导卡马西平的葡萄糖醛酸化，是一种重要的Ⅱ相代谢酶。UGT2B7的802位C突变为T，可导致苏氨酸突变为组氨酸，基因突变频率为0.11，然而并未发现此代谢酶的基因多态性与卡马西平维持剂量有关[10]。

4 人类白细胞抗原（HLA）基因多态性与卡马西平不良反应

卡马西平可引起皮疹，包括轻度的斑丘疹（MPE）以及严重危及生命的皮疹（SCR），如Stevens-Johnson综合征（SJS）、中毒性表皮坏死溶解（TEN）和药物超敏综合征（HSS）。研究表明，SCR的死亡率高达30%，且＞90%的SCR发生在卡马西平使用的前2个月内，因此对患者的健康造成了极大的威胁。

Hung等[36]研究显示，HLA-B＊1502在卡马西平引起的SJS/TEN中一定出现，而在卡马西平应用后无皮疹人群仅为3%，且与代谢酶基因多态性无关。Locharernkul等[37]认为，HLA-B＊1502与卡马西平引起的MPE和HSS基因无关，因此可以用来预测卡马西平引起的SJS/TEN反应。Lonjou等[38]发现，卡马西平诱导的与HLA-B＊1502基因相关的SJS/TEN只在亚洲人中表现，而在高加索人中无此现象。因此，美国食品与药物管理局（FDA）于2007年提出亚洲地区首次服用卡马西平的患者，应进行HLA-B＊1502基因型检测，以避免卡马西平导致的严重不良反应[39，40]。

5 展望

运用药物基因组学指导癫痫患者用药已成趋势，国内、外学者虽有一系列研究，但难以评估合并用药、生活环境的差异等对试验结果造成的影响。因试验设计不规范，不同研究结果难以比较且有重复。与卡马西平用药相关的基因变异众多，而现有的研究大多集中于单个基因的变异。面对复杂的癫痫疾病，要真正实现卡马西平个体化用药，药物基因组学研究还需不断深入。

[1]Mann MW，Pons G.Various pharmacogenetic aspects of antiepileptic drug therapy：a review[J].CNS Drugs，2007，21（2）：143.

[2]Rioux PP.Clinical trials in pharmacogenetics and pharmacogenomics：methods and applications[J].Am J Health Syst Pharm，2000，57（9）：887.

[3]Loscher W，Klotz U，Zimprich F，et al.The clinical impact of pharmacogenetics on the treatment of epilepsy[J].Epilepsia，2009，50（1）：1.

[4]Lakhan R，Kumari R，Misra UK，et al.Differential role of sodium channels SCN1A and SCN2A gene polymorphisms with epilepsy and multiple drug resistance in the north Indian population[J].Br J Clin Pharmacol，2009，68（2）：214.

[5]Heinzen EL，Yoon W，Tate SK，et al.Nova2 interacts with a cis-acting polymorphism to influence the proportions of drug-responsive splice variants of SCN1A[J].Am J Hum Genet，2007，80（5）：876.

[6]Tate SK，Depondt C，Sisodiya SM，et al.Genetic predictors of the maximum doses patients receive during clinical use of the anti-epileptic drugs carbamazepine and phenytoin[J].Proc Natl Acad Sci，2005，102（15）：5507.

[7]Tate SK，Singh R，Hung CC，et al.A common polymorphism in the SCN1A gene associates with phenytoin serum levels at maintenance dose[J].Pharmacogenet Genomics，2006，16（10）：721.

[8]Zimprich F，Stogmann E，Bonelli S，et al.Afunctional polymorphism in the SCN1A gene is not associated with carbamazepine dosages in Austrian patients with epilepsy[J].Epilepsia，2008，49（6）：1108.

[9]Sills G，Mohanraj R，Butler E.A single-nucleotide polymorphism in the SCN2A gene is associated with uncontrolled epilepsy[J].Epilepsia，2004，45（7）：226.

[10]Makmor-Bakry M，Sills GJ，Hitiris N，et al.Genetic variants in microsomal epoxide hydrolase influence carbamazepine dosing[J].Clin Neuropharmacol，2009，32（4）：205.

[11]Catterall WA，Goldin AL，Waxman SG.International Union of Pharmacology.XLVII.Nomenclature and structure-function relationships of voltage-gated sodium channels[J].Pharmacol Rev，2005，57（4）：397.

[12]Brinkmann U，Roots I，Eichelbaum M.Pharmacogenetics of the human drug-transporter gene MDR1：impact of polymorphisms on pharmacotherapy[J].Drug Discov Today，2001，6（16）：835.

[13]Borst P，Evers R，Kool M，et al.A family of drug transporters：the multidrug resistance-associated proteins[J].J Natl Cancer Inst，2000，92（16）：1295.

[14]Nishimura A，Honda N，Sugioka N，et al.Evaluation of carbamazepine pharmacokinetic profiles in mice with kainic acid-induced acute seizures[J].Biol Pharm Bull，2008，31（12）：2302.

[15]Volk HA，Loscher W.Multidrug resistance in epilepsy：rats with drug-resistant seizures exhibit enhanced brain expression of P-glycoprotein compared with rats with drug-responsive seizures[J].Brain，2005，128（Pt 6）：1358.

[16]Woodahl EL，Ho RJ.The role of MDR1 genetic polymorphisms in interindividual variability in P-glycoprotein expression and function[J].Curr Drug Metab，2004，5（1）：11.

[17]Siddiqui A，Kerb R，Weale ME，et al.Association of multidrug resistance in epilepsy with a polymorphism in the drug-transporter gene ABCB1[J].N Engl J Med，2003，348（15）：1442.

[18]Lakhan R，Misra UK，Kalita J，et al.No association of ABCB1 polymorphisms with drug-refractory epilepsy in a north Indian population[J].Epilepsy Behav，2009，14（1）：78.

[19]Bournissen FG，Moretti ME，Juurlink DN，et al.Polymorphism of the MDR1/ABCB1 C3435T drug-transporter and resistance to anticonvulsant drugs：a meta-analysis[J].Epilepsia，2009，50（4）：898.

[20]Seo T，Ishitsu T，Ueda N，et al.ABCB1 polymorphisms influence the response to antiepileptic drugs in Japanese epilepsy patients[J].Pharmacogenomics，2006，7（4）：551.

[21]Kerb R.Implications of genetic polymorphisms in drug transporters for pharmacotherapy[J].Cancer Lett，2006，234（1）：4.

[22]Dallas S，Miller DS，Bendayan R.Multidrug resistance-associated proteins：expression and function in the central nervous system[J].Pharmacol Rev，2006，58（2）：140.

[23]Schinkel AH，Jonker JW.Mammalian drug efflux transporters of the ATP binding cassette（ABC）family：an overview[J].Adv Drug Deliv Rev，2003，55（1）：3.

[24]Potschka H，Fedrowitz M，Loscher W.P-glycoprotein and multidrug resistance-associated protein are involved in the regulation of extracellular levels of the major antiepileptic drug carbamazepine in the brain[J].Neuroreport，2001，12（16）：3557.

[25]Begley DJ.ABC transporters and the blood-brain barrier[J].Curr Pharm Des，2004，10（12）：1295.

[26]Ito S，Ieiri I，Tanabe M，et al.Polymorphism of the ABC transporter genes，MDR1，MRP1 and MRP2/cMOAT，in healthy Japanese subjects[J].Pharmacogenetics，2001，2（11）：175.

[27]Naesens M，Kuypers DR，Verbeke K，et al.Multidrug resistance protein 2 genetic polymorphisms influence mycophenolic acid exposure in renal allograft recipients[J].Transplantation，2006，82（8）：1074.

[28]Ufer M，Mosyagin I，Muhle H，et al.Non-response to antiepileptic pharmacotherapy isassociated with the ABCC2-24C＞T polymorphism in young and adult patients with epilepsy[J].Pharmacogenet Genomics，2009，19（5）：353.

[29]Suzuki H，Sugiyama Y.Single nucleotide polymorphisms in multidrug resistance associated protein 2（MRP2/ABCC2）：its impact on drug disposition[J].Adv Drug Deliv Rev，2002，54（10）：1311.

[30]Henriette E，Meyer zu Schwabedissen，Jedlitschky G，et al.Variable expression of MRP2（ABCC2）in human placenta：influence of gestational age and cellular differentiation[J].Drug Metab Dispos，2005，33（7）：896.

[31]Kim DW，Lee SK，Chu K，et al.Lack of association between ABCB1，ABCG2，and ABCC2 genetic polymorphisms and multidrug resistance in partial epilepsy[J].Epilepsy Res，2009，84（1）：86.

[32]AwasthiS，HalleneKL，FazioV，etal.RLIP76，anon-ABC transporter，and drug resistance in epilepsy[J].BMC Neurosci，2005，6（27）：61.

[33]Leschziner GD，Jorgensen AL，Andrew T，et al.The association between polymorphisms in RLIP76 and drug response in epilepsy[J].Pharmacogenomics，2007，8（12）：1715.

[34]Soranzo N，Kelly L，Martinian L，et al.Lack of support for a role for RLIP76（RALBP1）in response to treatment or predisposition to epilepsy[J].Epilepsia，2007，48（4）：674.

[35]Nakajima Y，Saito Y，Shiseki K，et al.Haplotype structures of EPHX1 and their effects on the metabolism of carbamazepine-10，11-epoxide in Japanese epileptic patients[J].Eur J Clin Pharmacol，2005，61（1）：25.

[36]Hung SI，Chung WH，Jee SH，et al.Genetic susceptibility to carbamazepine-induced cutaneous adverse drug reactions[J].Pharmacogenet Genomics，2006，16（4）：297.

[37]Locharernkul C，Loplumlert J，Limotai C，et al.Carbamazepine and phenytoin induced Stevens-Johnson syndrome is associated with HLA-B＊1502 allele in Thai population[J].Epilepsia，2008，49（12）：2087.

[38]Lonjou C，Thomas L，Borot N，et al.A marker for Stevens-Johnson syndrome…：ethnicity matters[J].Pharmacogenomics J，2006，6（4）：265.

[39]Ferrell PB，Jr.，McLeod HL.Carbamazepine，HLA-B＊1502 and risk of Stevens-Johnson syndrome and toxic epidermalnecrolysis：US FDA recommendations[J].Pharmacogenomcs，2008，9（10）：1543.

[40]Kuehn BM.FDA：Epilepsy drugs may carry skin risks for Asians[J].Jama，2008，300（24）：2845.