影响他克莫司浓度的药物遗传学研究进展

杨爽 王力宁

110001 沈阳，中国医科大学附属第一医院肾内科

他克莫司是从土壤的链霉菌属分离出来的23元大环内酯类免疫抑制剂，主要通过特异性抑制神经钙调磷酸酶活性，抑制活化T细胞核因子活性，从而抑制白细胞介素2(interleukin-2，IL-2)的转录水平，同时可抑制早期淋巴细胞聚集并阻止已聚集的淋巴细胞对其他炎症细胞的趋化作用，广泛应用于器官移植、自身免疫性疾病及肾脏病的治疗。但他克莫司药代动力学及药效动力学参数个体差异大，治疗窗窄，是导致排斥或毒性反应的主要原因，其中遗传因素是引起他克莫司代谢个体差异的主要原因之一。近年来，许多影响他克莫司浓度或毒性反应的遗传标记陆续被报道，他克莫司的药物遗传学的重要研究成果已成为改进他克莫司剂量选择的有效工具。他克莫司经胃肠道吸收后主要经肝脏细胞色素P450(cytochrome P450，CYP450)系统代谢，同时也是P糖蛋白的底物。因此，影响他克莫司血药浓度的遗传因素主要包括代谢酶基因多态性及药物转运蛋白基因多态性。在此我们做一综述，为临床实现他克莫司个体化治疗提供参考。

一、代谢酶基因多态性

他克莫司主要由CYP450酶系中CYP3A酶系统代谢，包括CYP3A5、CYP3A4、CYP3A7和CYP3A43[1]，这些酶类主要在肝脏、小肠和肾脏中表达[2]。他克莫司主要在肝脏经CYP3A5、CYP3A4代谢，是研究最多的酶类，肾脏仅表达CYP3A5，可能在他克莫司局部代谢中起重要作用[3]。CYP3A7在新生儿中占主导地位，但出生后其活性很快下调，故在成人中作用不大。CYP3A43研究较少，功能尚不清楚。

1.CYP3A5 目前已鉴定9个不同的CYP3A5等位基因，其中CYP3A5*3和*1的研究最多，等位基因频率因种族不同而有所差异[4]。

CYP3A5*3是内含子3中6 986位的A>G突变(rs776746)，导致mRNA可变剪接和蛋白质截短，从而降低CYP3A5酶活性[5]。中国汉族人群突变率达59%[6]。CYP3A5*1等位基因使功能性CYP3A5酶增多，导致CYP3A药物代谢活性增强。位于外显子7的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)(CYP3A5*6，rs10264272，g.14690 G>A)也可导致功能性CYP3A5活性丧失[7]。CYP3A5表达者(CYP3A5 *1/*1或CYP3A5 *1/*3基因型)的他克莫司清除率是CYP3A5非表达者(CYP3A5 *3/*3基因型)的1.88倍和1.74倍[8]，他克莫司血药浓度/剂量比(C/D值)显著低于CYP3A5非表达者，他克莫司需要剂量为CYP3A5 *1/*1>CYP3A5*1/*3>CYP3A5*3/*3[9]。

CYP3A5*3基因多态性是目前公认的影响他克莫司血药浓度的主要遗传标记，基于此临床药物基因组学实施联盟(Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium，CPIC)指南推荐肾移植患者需根据CYP3A5基因型调整他克莫司的初始给药剂量，同时监测血药浓度，用于指导他克莫司在器官移植受者中的个体化用药[10]。

2.CYP3A4 CYP3A4基因的多态性主要包括CYP3A4*1B(rs2740574)、CYP3A4*22(rs35599367)、CYP3A4*18 B(rs2242480)、CYP3A4*26。

CYP3A4*1B是CYP3A4启动子区-392位A>G的转换，导致CYP3A4活性增加[11]。荟萃分析的结果显示，CYP3A4*1B携带者比CYP3A4*1/*1C/D值降低37%[12]。虽CYP3A4*1B和CYP3A5*1之间存在连锁不平衡，有研究表明CYP3A4 * 1B对他克莫司药代动力学影响可能是由CYP3A5* 1引起的[13]。但新近的研究表明，按CYP3A5分层后相较于CYP3A4 * 1B携带者，CYP3A4 *1/*1基因型需要较低的他克莫司剂量，并表现出较高的他克莫司谷浓度和C/D值，这表明CYP3A4 * 1B可能对他克莫司的药代动力学有独立影响[12，14]。

CYP3A4*22是内含子6中C>T的突变(rs35599367)，导致CYP3A4活性降低20%[15]。CYP3A4*22肾移植患者需要较少的他克莫司剂量就能达到目标血药浓度，而且不受CYP3A5基因型的影响，有助于他克莫司剂量的微调。对高加索人的研究显示，联合CYP3A4*22和CYP3A5*3基因型的CYP3A聚类与他克莫司的药代动力学更具相关性，能更有效预测他克莫司的代谢分型[16]。野生型携带者较CYP3A4*22和CYP3A5*3纯合携带者需要的他克莫司剂量高165%[17]。

有学者建议对于CYP3A5*3/*3+CYP3A4*22基因型患者可降低他克莫司初始剂量至0.20 mg/kg，对于CYP3A5*1+CYP3A4*1/*1基因型患者甚至允许增加至0.4 mg/kg[16]。但对巴西肾移植及中国的肝移植患者的研究未发现CYP3A4 * 22的额外影响[18-19]，提示可能与种族差异有关。2019年国际治疗药物监测和临床毒性协会(International Association of Therapeutic Drug Monitoring and Clinical Toxicology，IATDMCT)发布的他克莫司个体化治疗药物监测共识报告强烈推荐整合CYP3A5*3和CYP3A4 * 22基因型信息(特别是白人、亚洲及非洲人)，从而优化他克莫司初始剂量[20]。

另外，CYP3A4*18 B(rs2242480)是内含子10中8 2266位的G>A的突变，与CYP3A4活性增加有关。CYP3A4*18 B多态性对他克莫司药代动力学的影响主要见于中国人群[21]。一种新发现的变异体CYP3A4 * 26是c.802C>T转换，导致外显子9的第268位产生提前终止密码子，从而产生截短的无功能性的CYP3A4蛋白[22]，CYP3A4 *26纯合子患者所需他克莫司剂量明显减少。

3.其他酶/受体 其他包括P450氧化还原酶(P450 oxidoreductase，POR)，核受体过氧化物酶体增殖激活受体α(peroxisome proliferator-activated receptor-α，PPAR-α)和CYP2C8也在他克莫司应用中起一定作用。

POR是所有肝微粒体CYP450氧化酶的唯一电子供体，对CYP450介导的药物氧化至关重要。人类POR基因中已经鉴定出超过100个SNP位点，这些可能影响POR-CYP的相互作用和CYP活性。其中POR*28(rs1057868；C>T)是影响POR酶活性最重要一个突变，导致503位氨基酸取代(Ala503Val)，从而POR酶活性显著增强。已经证明携带至少一个POR*28等位基因的个体比不携带POR*28等位基因的个体(POR *1/*1)具有更高的他克莫司剂量要求，但是这个关联仅见于CYP3A5表达者[23-24]。但POR*28对他克莫司药代动力学参数的影响存在争议[25-26]。最近一项多中心前瞻随机研究显示POR*28未显著影响他克莫司药代动力学参数[26]。

PPAR-α的两种不同SNP(c.209-1003G>A和c.208+3819A>G)在体外和体内均导致CYP3A4活性降低[27]。PPARA c.208+3819A>G似乎对他克莫司药代动力学影响更大，仍需要进一步证实。但亦有研究表明PPARA c.209-1003G A对他克莫司全血谷浓度与用药剂量比值(C0/D)没有影响[25，28]，需要深入研究。

CYP2C8是P450超家族的成员，在肝脏中高表达，也可以在肾外组织表达。Suarez-Kurtz等[29]报道CYP2C8 * 3仅在CYP3A5非表达者中与较高的他克莫司C0/D相关。另外，CYP2C8在肾脏中花生四烯酸(arachidonic acid，AA)代谢过程中起到环氧二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acid，EETs)的作用，EET具有生物学活性，可帮助肾脏抵抗他克莫司的血管紧张素效应，这提示CYP2C8可能在肾毒性中的有益作用。CYP2C8 * 3和CYP3A5 * 3似乎可预测他克莫司诱导的早期肾功能损害的风险。CYP3A5 * 3与早期肾小球病变的风险相关，而CYP2C8 * 3与肾小管间质损伤的风险相关[30]。

二、药物转运蛋白基因多态性

他克莫司需要在跨膜转运蛋白帮助下通过生物膜通道进入细胞内发挥作用。流入和外排机制之间的平衡可能影响他克莫司在靶细胞(即淋巴细胞)中的浓度，从而影响其治疗效果[31]。跨膜转运蛋白主要分为两个超级家族：溶质转运蛋白(solute carriers，SLC)超家族和ABC结合盒转运蛋白(ATP-Binding Cassette transporter，ABCs)超家族。SLC超家族主要通过促进被动转运或与离子通道耦合继发主动转运发挥作用摄入外源物质，SLC共52个家族，家族成员超过400个。ABCs超家族是一类ATP驱动泵，共7大家族(即ABCA～ABCG)，目前已经鉴定出49个编码这些蛋白质的基因。ABCs利用ATP水解的能量将药物转运至细胞外并改变其药代动力学[32]。

1.ABCB1 ABCB1也称多药耐药基因1(multidrug resistance 1，MDR1)，他克莫司是ABCB1编码的外排蛋白P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)的底物。P-糖蛋白在肠道、肝脏、肾小管细胞、胰腺细胞和淋巴细胞中表达丰富。因此，P-糖蛋白在他克莫司的吸收、清除和分布中发挥重要作用。ABCB1基因多态性主要SNPs位点是C1236T(rs1128503)、G2677A(rs2032582)和C3435T(rs1045642)，在中国汉族肾移植患者中的突变频率分别为43.48%，48.52%，36.23%[21]。SNPs位点的突变导致P-糖蛋白的表达和活性降低，导致他克莫司外排减少，药物浓度增加，但个别研究结论还存在不一致的情况，这主要可能是由人群差异和连锁不平衡导致。目前的大多研究表明，ABCB1基因多态性主要影响淋巴细胞内他克莫司浓度，但对全血药代动力学似乎不具备决定性因素影响[33-34]。Capron等[35]研究表明，ABCB1的G1199A、C3435T、G2677A位点与较高的淋巴细胞内他克莫司浓度相关，但不影响全血浓度。细胞内药物浓度可能影响临床结局，他克莫司的肝内或淋巴细胞内浓度与移植后第7天测定的组织学排斥评分之间具有良好相关性[36]。

2.ABCC2 ABCC2基因编码多药耐药相关蛋白2。ABCC2最常见的SNPs是-24C>T(rs717620)，1249G>A(rs2273697)和3972C>T(rs3740066)，通过单倍体分析方法分为H1(野生型)、H2(1249G>A)、H9(3972C>T)和H12(-24C>T和3972C>T)。单倍体H2具有高的蛋白表达和转运活性，而单倍体H9和H12具有较低的蛋白表达和转运活性。Ogasawara等[37]102例成年肾移植患者研究表明携带ABCC2 1249A等位基因患者他克莫司C0/D下降，ABCC2 3972T等位基因的患者他克莫司C0/D上升。但同时很多研究亦得出阴性结果，可能需要更多的证据支持。

3.SLCO1B1和SLCO1B3 SLCO1B1和SLCO1B3基因分别编码有机阴离子转运蛋白(OAT)：OATP1B1和OATP1B3，是肝细胞膜上的流入转运蛋白。肝移植中供体SLCO1B1的388A/G(rs2306283)突变与他克莫司C0/D降低相关，而521T>C(rs4149056)突变与他克莫司浓度增加有关[38]。而对于中国人群，仅在CYP3A5非表达者中SLCO1B1的388A/G(rs2306283)突变与他克莫司浓度相关[39]。对28例肾移植患者进行的前瞻性研究表明，SLC01B3的334T>G(rs4149117)和699G>A(rs7311358)突变与移植早期他克莫司C0/剂量升高有关[40]。

4.SLC28A3 SLC28A3编码核苷转运体CNT3，主要存在于胰腺、脊髓、血细胞、唾液腺和乳腺中。SLC28A3基因的rs10868152 C>T纯合TT个体相较于C/T或CC基因型有较低的C0/D值[41]。

三、对临床结局的影响

目前关于基因多态性与临床结局关系尚存在争议，甚至部分研究结论是相反的。以CYP3A5为例，虽然CYP3A5基因型对他克莫司剂量有显著影响，但目前的证据大多表明其与临床结局几乎没有相关性。最近一项对577例患者进行的长达5年的观察性研究显示，CYP3A5基因型与肾移植患者肾组织评分、肾功能、急性排斥反应无关[42]。另一项对240例肾移植受者进行的单中心前瞻性随机对照试验表明，基于CYP3A5基因型缺点初始给药剂量与接受标准负荷剂量他克莫司的患者，二者之间在移植后3 d他克莫司血药浓度、达到目标浓度和剂量调整次数在各组之间差异无统计学意义，没有观察到对急性排斥反应、肾功能恢复或其他临床事件(例如糖尿病、神经毒性、肾毒性)的有益作用[43]。系统综述及Meta分析亦得出类似的结果[9]。亦有研究显示，CYP3A5 *1等位基因携带者更容易发生急性排斥反应[44]。

关于他克莫司药物遗传学对于肾病综合征的临床结局相关的研究较少。Li等[45]的研究显示，CYP3A4、CYP3A5基因多态性不影响他克莫司治疗肾病综合征的临床疗效，但对于ABCB1的C1236T位点，TT基因型临床疗效是CC和CT基因型的12倍，对于ABCB1的G2677 T/A位点，具有突变基因型患者的临床疗效是野生型和杂合型患者的8.6倍。

虽然他克莫司药物遗传学对急性排斥反应没有明显影响，但其毒性作用可能与CYP3A5和ABCB1基因型有关[46-47]，具有CYP3A5*1、ABCB1的3435TT基因型患者由于他克莫司肾脏清除率增加，增加肾毒性风险。另外，CYP3A4 *18B与他克莫司引起肾移植后新发糖尿病有关[48]。PPAR-α和POR*28基因多态性对新发糖尿病无明显影响[49]。

四、小结

遗传多态性在他克莫司的变异性中起着重要作用，尽管还不确定这些等位基因的基因型是否会改善临床结局，但影响他克莫司的药代动力学参数的效应是确定的。基于基因型的他克莫司剂量预测模型有望通过更少的剂量调整更快地实现目标血药浓度，从而达到个体化精准治疗的目的。