药物基因组学对器官移植后他克莫司药动学影响的研究进展

李丹滢，葛卫红

(南京鼓楼医院药学部，南京 210008)

药物基因组学对器官移植后他克莫司药动学影响的研究进展

李丹滢，葛卫红

(南京鼓楼医院药学部，南京 210008)

通过分析、归纳、总结发表的文献，阐述药物基因组学对器官移植后他克莫司药动学的研究进展。CYP3A5基因型指导他克莫司给药使得更多患者在术后更早达到目标血药浓度。其他基因变异也会导致他克莫司药动学差异。其中，CYP3A4*22和POR*28基因多态性最具潜力。其余突变位点与他克莫司给药剂量的关系尚未有明确的研究结论。患者的遗传信息能够帮助医生在实施器官移植后，为患者设计更好的他克莫司个体化用药方案。

药物基因组学；他克莫司；器官移植；药动学

钙调磷酸酶抑制药(calcineurin inhibitor，CNI)为器官移植术后预防和治疗急性排斥反应的一线药物。他克莫司因其能更有效地保护移植器官，减少心血管病风险，提高移植物的长期存活率，已取代环孢素成为首选CNI[1-2]。他克莫司口服生物利用度个体差异大，治疗窗窄。剂量过大、血药浓度过高时，易产生难以与排异反应相区分的肾毒性；剂量不足、血药浓度过低时，会出现排异反应影响疗效。因此，监测他克莫司血药浓度已成为口服他克莫司患者的常规检查项目[3]。人口统计学因素和药物相互作用是能够引起不同患者对他克莫司体内处置差异的两个因素[4]。此外，越来越多的研究者开始关注导致个体间他克莫司药动学差异的遗传学理论基础[5-8]。

1 他克莫司药动学

他克莫司的主要吸收部位在胃肠道上部，口服后吸收不完全且个体差异较大。大多数患者约2 h血药浓度可达峰值，但也有患者达峰时间长达6 h。这可能是由于作为他克莫司主要转运体的P-糖蛋白(ABCB1基因编码)，在不同患者体内表达量及活性存在差异。他克莫司吸收后广泛分布于体内，和红细胞及血浆蛋白高度结合。他克莫司在肝脏和小肠被CYP3A亚家族(主要是CYP3A4和CYP3A5)代谢失活，产生至少9种代谢产物，并主要通过胆汁排出(﹥90%)[9-10]。与环孢素相反，CYP3A5较之CYP3A4，在他克莫司的代谢中发挥更大的作用[11-12]。他克莫司口服或静脉给药后少于1%以原型出现在尿中[13]，这表明其在消除之前几乎完全被代谢。可见CYP3A及ABCB1基因突变是造成他克莫司药动学个体差异的重要决定因素[14]。

最近，一种新型他克莫司制剂(Tacrolimus-OD，Advagraf®)被批准上市。该制剂在药动学性质方面具有缓慢吸收的特点，能够更有效地控制释放速率，使传统的每日两次给药改为每日一次，从而增加患者的顺应性[15]。

2 细胞色素P4503A5(CYP3A5)

2001年，KUEHL等[16]首先发现，位于CYP3A5基因第3内含子第6986位的A > G突变(rs776746)，会直接影响CYP3A5酶的表达水平。野生型患者可正常表达CYP3A5酶，而杂合型及突变型患者CYP3A5酶表达量则显著降低甚至为零。随后，这一发现不断被其他研究团队所证实[17]。不同种族间的CYP3A5酶表达水平也存在差异，只有5%～15%的高加索人能够正常表达CYP3A5酶，而亚洲人(30%)和非洲人后裔(70%)能够正常表达者更多[16-18]。

进一步研究发现：野生型患者在肾移植后需要更高剂量的他克莫司才能达到有效药物浓度[19-21]。这一发现随后在不同种族的成年或儿童肾移植患者中得到验证[22-24]。此外，在接受心脏、肝脏及肺移植后，野生型患者同样需要服用更多的他克莫司[25-27]。两篇Meta分析(分别纳入1 443和2 028例肾脏移植患者)同样也证实，CYP3A5酶与他克莫司用药量之间存在基因-剂量依赖关系[28-29]。

BIRDWELL等[30]利用基因芯片对399例肾移植患者共2 025个与他克莫司代谢相关的基因多态性位点进行了筛查。经过人口统计学和临床因素的校正后发现，CYP3A5*3是影响他克莫司给药剂量的最相关因素，可解释他克莫司在39%不同个体间“浓度/剂量”差异。非洲裔人群的突变率最低，因此他们所需要他克莫司剂量较之白色人种更高。PASSEY等[31]利用群体药动学(pop-PK)的方法拟合了他克莫司给药剂量公式，用于临床实践中计算不同个体他克莫司起始剂量。除了4个临床因素外(移植年龄、移植后时间、钙通道阻滞药使用与否、激素使用与否)，此公式还包括了CYP3A5的基因型。足见该基因多态性位点对他克莫司代谢的重要性。

不良反应方面，如若不考虑患者基因类型，统一按照传统的基于体质量的给药剂量用药，则野生型患者可能会由于他克莫司药物浓度不达标而增加发生急性排异反应的风险，相反突变型患者发生不良反应的风险也会增加。然而临床实践中不同CYP3A5*3基因型患者的急性排异反应或不良反应发生率并没有显著性差别[32]。这可能由于几乎所有器官移植患者术后均采用联合治疗，并且他克莫司持续低暴露水平的时间有限。

虽然CYP3A5基因型已被证实与他克莫司药物浓度相关，然而依据该基因设计的他克莫司个体化用药方案，与仅依赖药物浓度监测的传统方案相比，是否会产生更好的疗效尚不可知[33]。这主要是由于缺少大量的多中心、随机、对照临床试验的数据支持。TACTIC试验是在法国进行的一个多中心肾脏移植试验[34]。280例肾移植患者被随机分成两组，一组采用标准他克莫司起始剂量组(0.1 mg·kg-1，bid)，另一组为基于患者CYP3A5基因型设计起始剂量(不表达或表达患者，0.075或0.15 mg·kg-1，bid)。结果证实在CYP3A5基因型指导组中，患者他克莫司浓度达标率更高(基因型指导用药组和标准给药组达标率分别为43.2%，29.1%)，且给药时间更短，剂量调整次数更少。然而，两组间观察到的移植存活率、急性排异反应发生率、移植后功能延迟恢复发生率和不良反应发生率均无差异，这可能与所有的患者均采用联合免疫方案治疗相关[35]。遗憾的是，此类已得到结果的临床试验仅此1例。

3 其他位点

CYP3A5*3是目前最有效的他克莫司给药剂量预测指标。然而该位点并不能解释所有的变异情况。例如，在TacTic试验中，基于CYP3A5基因型给药组的患者中，只有43.2%在最初的稳定阶段达到目标血药浓度。有理由推测其他基因突变也能够对他克莫司药物代谢造成影响。

药物转运体ABCB1存在较多等位基因位点，已有超过50个位点被发现。鉴于该基因在他克莫司吸收、分布、排泄中的重要性，这些等位基因对他克莫司药动学的影响被广泛地研究。ABCB1基因多态性存在连锁不平衡现象，最受关注的有3435 C﹥T、1236 C﹥T和2677 G﹥T/A。然而这些位点对ABCB1蛋白表达和功能的影响尚不清楚。3435 C﹥T可能会改变ABCB1的mRNA、蛋白表达水平和ABCB1的底物特异性，但是这些研究结果尚未得到广泛重现[36-37]。

CYP3A4*1B，位于CYP3A4基因启动子392位点A﹥G的突变，是另一个正在研究中的等位基因，已被证实与CYP3A4活性增加有关。然而，该结果尚没有相一致的报道，且CYP3A4*1B对他克莫司体内过程的影响尚不明确。携带该等位基因突变的患者需要更高剂量的他克莫司，但这很大程度上与CYP3A5*1等位基因的改变有关[5]。

CYP3A4*22位于CYP3A4基因第6内含子(rs 35599367，C﹥T)，在高加索人中的突变频率为5%。该位点与CYP3A4 mRNA表达量的降低及体外CYP3A4酶活性的降低密切相关[38]。ELENS等[39]发现携带等位基因T的肾脏移植患者所需他克莫司水平较低。加入CYP3A4*22基因多态性因素后，他克莫司给药剂量公式的精确性得到了提高[40]。更重要的是，该位点对他克莫司药物浓度的影响与CYP3A5基因无连锁不平衡关系。遗憾的是目前报道该位点在亚洲人群中的突变频率为零[41]。

细胞色素P450氧化还原酶(cytoehrome P450oxidoreduetase，POR)是目前发现的所有肝微粒体CYP同工酶唯一的电子供体，在CYP介导的药物代谢中发挥着重要的作用[42]。POR基因已经被证实有超过100种的等位基因，其中POR*28(rs1057868，C﹥T)会诱导503位点的丙氨酸向缬氨酸的改变，该等位基因的突变频率为28%[43]。ELENS等[44]和DE JONGE等[45]均发现，同样是CYP3A5酶表达者，携带POR*28 TT及TC型患者与CC型患者相比，所需他克莫司剂量要高25%。前者需要更多的时间才能达到他克莫司有效浓度，且移植术后早期体内暴露处于较低水平。

由NR1I2编码的人孕烷X受体是调节CYP3A和ABCB1表达的核转录因子。他克莫司剂量与不同NR1I2基因型的关系尚未得到一致性结论[46]。他克莫司剂量和中国人群CYP3A4*18B之间的关联性同样需要独立的临床试验证实[47]。PPAR-α基因多态性作为影响CYP3A4活性的遗传决定因素的正处于热门阶段，但其与他克莫司的关系尚没有研究明确[48]。

4 结束语

器官移植患者需要终生服用免疫抑制药物并频繁地承受毒性反应，缺乏安全有效的用药指导会带来灾难性后果甚至死亡。虽然治疗药物监测对他克莫司在临床的合理用药有较好的意义[49]，但越来越多的器官移植医生寄希望药物基因组学能够提示患者发生不良反应或治疗失败的风险。

然而，除CYP3A5*3等位基因外，基因突变对他克莫司药动学的影响仍然尚不明确。更重要的是，几乎没有随机、对照临床试验结果证实基于药物基因组学原理设计的他克莫司给药方案能够使得患者获益。目前正在开展的几个类似试验将有希望回答CYP3A5基因型能否在严格的血药浓度监测下提高临床疗效。此外，综合人口统计学、临床诊断及遗传学信息的剂量预测公式亦可被开发并用于定量的用药指导，从而限制早期的药物过量暴露或避免给药剂量不足。但这些研究仍需要由独立的、精心恰当的临床试验重复验证，且必须差异有统计学意义。

可以预见，下一个十年依然是他克莫司在临床应用发挥巨大作用时期，药物基因组学对他克莫司药动学影响的研究依然值得去尝试。

[1] KAUFMAN D B，SHAPIRO R，LUCEY M R，et al.Im-munosuppression：practice and trends[J].Am J Transplant，2004，4(Suppl 9)：38-53.

[2] MATAS A J，SMITH J M，SKEANS M A，et al.OPTN/SRTR 2011 Annual Data Report：kidney[J].Am J Transplant，2013，13(Suppl 1)：11-46.

[3] WALLEMACQ P，ARMSTRONG V W，BRUNET M，et al.Opportunities to optimize tacrolimus therapy in solid organ transplantation：report of the European consensus conference[J].Ther Drug Monit，2009，31(2)：139-152.

[4] VAN MAARSEVEEN E M，ROGERS C C，TROFE-CLARK J，et al.Drug-drug interactions between antiretroviral and immunosuppressive agents in HIV-infected patients after solid organ transplantation：a review[J].AIDS Patient Care STDS，2012，26(10)：568-581.

[5] STAATZ C E，GOODMAN L K，TETT S E.Effect of CYP3A and ABCB1 single nucleotide polymorphisms on the pharmacokinetics and pharmacodynamics of calcineurin inhibitors：Part Ⅰ[J].Clin Pharmacokinet，2010，49(3)：141-175.

[6] STAATZ C E，GOODMAN L K，TETT S E.Effect of CYP3A and ABCB1 single nucleotide polymorphisms on the pharmacokinetics and pharmacodynamics of calcineurin inhibitors：Part Ⅱ[J].Clin Pharmacokinet，2010，49(4)：207-221.

[7]MACPHEE I A.Pharmacogenetic biomarkers：cytochrome P450 3A5[J].Clin Chim Acta，2012，413(17-18)：1312-1317.

[8] ELENS L，HESSELINK D A，VAN SCHAIK R H，et al.Pharmacogenetics in kidney transplantation：recent updates and potential clinical applications[J].Mol Diagn Ther，2012，16(6)：331-345.

[9] STAATZ C E，TETT S E.Clinical pharmacokinetics and pharmacodynamics of tacrolimus in solid organ transplantation[J].Clin Pharmacokinet，2004，43(10)：623-653.

[10] KAMDEM L K，STREIT F，ZANGER U M，et al.Contri-bution of CYP3A5 to theinvitrohepatic clearance of tacrolimus[J].Clin Chem，2005，51(8)：1374-1381.

[11] DAI Y，IWANAGA K，LIN Y S，et al.Invitrometabolism of cyclosporine A by human kidney CYP3A5[J].Biochem Pharmacol，2004，68(9)：1889-1902.

[12] DAI Y，HEBERT M F，ISOHERRANEN N，et al.Effect of CYP3A5 polymorphism on tacrolimus metabolic clearanceinvitro[J].Drug Metab Dispos，2006，34(5)：836-847.

[13] MOLLER A，IWASAKI K，KAWAMURA A，et al.The dis-position of 14C-labeled tacrolimus after intravenous and oral administration in healthy human subjects[J].Drug Metab Dispos，1999，27(6)：633-636.

[14] KOCH I，WEIL R，WOLBOLD R，et al.Interindividual var-iability and tissue-specificity in the expression of cytochrome P450 3A mRNA[J].Drug Metab Dispos，2002，30(10)：1108-1114.

[15] HOUGARDY J M，DE JONGE H，KUYPERS D，et al.The once-daily formulation of tacrolimus：a step forward in kidney transplantation[J].Transplantation，2012，93(3)：241-243.

[16] KUEHL P，ZHANG J，LIN Y，et al.Sequence diversity in CYP3A promoters and characterization of the genetic basis of polymorphic CYP3A5 expression[J].Nat Genet，2001，27(4)：383-391.

[17] HUSTERT E，HABERL M，BURK O，et al.The genetic de-terminants of the CYP3A5 polymorphism[J].Pharmacogenetics，2001，11(9)：773-779.

[18] VAN SCHAIK R H，VAN DER HEIDEN I P，VAN DEN ANKER J N，et al.CYP3A5 variant allele frequencies in Dutch Caucasians[J].Clin Chem，2002，48(10)：1668-1671.

[19] HESSELINK D A，VAN SCHAIK R H，VAN DER HEIDEN I P，et al.Genetic polymorphisms of the CYP3A4，CYP3A5，and MDR-1 genes and pharmacokinetics of the calcineurin inhibitors cyclosporine and tacrolimus[J].Clin Pharmacol Ther，2003，74(3)：245-254.

[20] HAUFROID V，MOURAD M，VAN KERCKHOVE V，et al.The effect of CYP3A5 and MDR1(ABCB1)polymorphisms on cyclosporine and tacrolimus dose requirements and trough blood levels in stable renal transplant patients[J].Pharmacogenetics，2004，14(3)：147-154.

[21] MACPHEE I A，FREDERICKS S，MOHAMED M，et al.Tac-rolimus pharmacogenetics：the CYP3A5*1 allele predicts low dose-normalized tacrolimus blood concentrations in whites and South Asians[J].Transplantation，2005，79(4)：499-502.

[22]RONG G，JING L，DENG QING L，et al.Influence of CYP3A5 and MDR1(ABCB1)polymorphisms on the pharmacokinetics of tacrolimus in Chinese renal transplant recipients[J].Transplant Proc，2010，42(9)：3455-3458.

[23] SANTORO A，FELIPE C R，TEDESCO-SILVA H，et al.Pharmacogenetics of calcineurin inhibitors in Brazilian renal transplant patients[J].Pharmacogenomics，2011，12(9)：1293-1303.

[24] ZHAO W，ELIE V，ROUSSEY G，et al.Population phar-macokinetics and pharmacogenetics of tacrolimus in de novo pediatric kidney transplant recipients[J].Clin Pharmacol Ther，2009，86(6)：609-618.

[25] KNIEPEISS D，RENNER W，TRUMMER O，et al.The role of CYP3A5 genotypes in dose requirements of tacrolimus and everolimus after heart transplantation[J].Clin Transplant，2011，25(1)：146-150.

[26]FUKUDO M，YANO I，YOSHIMURA A，et al.Impact of MDR1 and CYP3A5 on the oral clearance of tacrolimus and tacrolimus-related renal dysfunction in adult living-donor liver transplant patients[J].Pharmacogenet Genomics，2008，18(5)：413-423.

[27] ZHENG H，ZEEVI A，SCHUETZ E，et al.Tacrolimus dosing in adult lung transplant patients is related to cytochrome P4503A5 gene polymorphism[J].J Clin Pharmacol，2004，44(2)：135-140.

[28] TANG H L，XIE H G，YAO Y，et al.Lower tacrolimus daily dose requirements and acute rejection rates in the CYP3A5 nonexpressers than expressers[J].Pharmacogenet Genomics，2011，21(11)：713-720.

[29] TERRAZZINO S，QUAGLIA M，STRATTA P，et al.The eff-ect of CYP3A5 6986A>G and ABCB1 3435C>T on tacrolimus dose-adjusted trough levels and acute rejection rates in renal transplant patients：a systematic review and meta-analysis[J].Pharmacogenet Genomics，2012，22(8)：642-645.

[30] BIRDWELL K A，GRADY B，CHOI L，et al.The use of a DNA biobank linked to electronic medical records to characterize pharmacogenomic predictors of tacrolimus dose requirement in kidney transplant recipients[J].Pharmacogenet Genomics，2012，22(1)：32-42.

[31] PASSEY C，BIRNBAUM A K，BRUNDAGE R C，et al.Do-sing equation for tacrolimus using genetic variants and clinical factors[J].Br J Clin Pharmacol，2011，72(6)：948-957.

[32] HESSELINK D A，VAN SCHAIK R H，VAN AGTEREN M，et al.CYP3A5 genotype is not associated with a higher risk of acute rejection in tacrolimus-treated renal transplant recipients[J].Pharmacogenet Genomics，2008，18(4)：339-348.

[33] KUYPERS D R.Pharmacogenetic vs.concentration-contro-lled optimization of tacrolimus dosing in renal allograft recipients[J].Clin Pharmacol Ther，2010，88(5)：595-596.

[34] THERVET E，LORIOT M A，BARBIER S，et al.Opti-mization of initial tacrolimus dose using pharmacogenetic testing[J].Clin Pharmacol Ther，2010，87(6)：721-726.

[35] VAN GELDER THESSELINK D A.Dosing tacrolimus bas-ed on CYP3A5 genotype：will it improve clinical outcome[J].Clin Pharmacol Ther，2010，87(6)：640-641.

[36] WANG D，JOHNSON A D，PAPP A C，et al.Multidrug resistance polypeptide 1(MDR1，ABCB1)variant 3435C>T affects mRNA stability[J].Pharmacogenet Genomics，2005，15(10)：693-704.

[37] KIMCHI-SARFATY C，OH J M，KIM I W，et al.A “silent” polymorphism in the MDR1 gene changes substrate specificity[J].Science，2007，315(5811)：525-528.

[38] WANG D，GUO Y，WRIGHTON S A，et al.Intronic poly-morphism in CYP3A4 affects hepatic expression and response to statin drugs[J].Pharmacogenomics，2011，11(4)：274-286.

[39] ELENS L，BOUAMAR R，HESSELINK D A，et al.A new functional CYP3A4 intron 6 polymorphism significantly affects tacrolimus pharmacokinetics in kidney transplant recipients[J].Clin Chem，2011，57(11)：1574-1583.

[40] ELENS L，HESSELINK D A，VAN SCHAIK R H，et al.The CYP3A4*22 allele affects the predictive value of a pharmacogenetic algorithm predicting tacrolimus predose concentrations[J].Br J Clin Pharmacol，2013，75(6)：1545-1547.

[41] HU M，MAK V W，XIAO Y，et al.Associations between the genotypes and phenotype of CYP3A and the lipid response to simvastatin in Chinese patients with hypercholesterolemia[J].Pharmacogenomics，2013，14(1)：25-34.

[42] HART S N，ZHONG X B.P450 oxidoreductase：genetic polymorphisms and implications for drug metabolism and toxicity[J].Expert Opin Drug Metab Toxicol，2008，4(4)：439-452.

[43] HUANG N，AGRAWAL V，GIACOMINI K M，et al.Gen-etics of P450oxidoreductase：sequence variation in 842 individuals of four ethnicities and activities of 15 missense mutations[J].Proc Natl Acad Sci USA，2008，105(5)：1733-1738.

[44] ELENS L，CAPRON A，VAN SCHAIK R H，et al.Impact of CYP3A4*22 allele on tacrolimus pharmacokinetics in early period after renal transplantation：toward updated genotype-based dosage guidelines[J].Ther Drug Monit，2013，35(5)：608-616.

[45]DE JONGE H，METALIDIS C，NAESENS M，et al.The P450oxidoreductase*28 SNP is associated with low initial tacrolimus exposure and increased dose requirements in CYP3A5-expressing renal recipients[J].Pharmacogenomics，2011，12(9)：1281-1291.

[46] BARRACLOUGH K A，ISBEL N M，LEE K J，et al.NR1I2 polymorphisms are related to tacrolimus dose-adjusted exposure and BK viremia in adult kidney transplantation[J].Transplantation，2012，94(10)：1025-1032.

[47] LI D Y，TENG R C，ZHU H J，et al.CYP3A4/5 poly-morphisms affect the blood level of cyclosporine and tacrolimus in Chinese renal transplant recipients[J].Int J Clin Pharmacol Ther，2013，51(6)：466-474.

[48] KLEIN K，THOMAS M，WINTER S，et al.PPARA：a novel genetic determinant of CYP3A4invitroandinvivo[J].Clin Pharmacol Ther，2012，91(6)：1044-1052.

[49] 黄阳，王利华，赵莲英，等.6种治疗药物监测结果回顾性分析[J].医药导报，2014，33(4)：517-519.

DOI 10.3870/yydb.2015.08.019

2014-09-10

2014-11-24

李丹滢(1983-)，女，江苏南京人，主管药师，硕士，研究方向：药物基因组学。电话：025-83105670，E-mail：haidi_li@126.com。

葛卫红(1962-)，女，江苏海门人，主任药师，硕士，研究方向：临床药学。电话：025-83304616，E-mail：6221230@sina.com。

R976；R969.1

A

1004-0781(2015)08-1059-05