法医基因组学系统

药物基因组学是上世纪九十年代末发展起来，基于药理学和基因组学，将传统的药物科学与基因、蛋白、单核苷酸多态性等知识结合起来的一门科学。正因为药物基因组学是研究基因序列变异及其对药物不同反应的科学，所以它是研究高效、特效药物的重要途径，通过它为患者或者特定人群寻找合适的药物，药物基因组学强调个体化；因人制宜，有重要的理论意义和广阔的应用前景。一、促进新药研发 由于药物基因组学规模大、手段强、系统性强，开辟了医药工业研究的新领域，可以直接加速新药的发现。首先药品制造商不仅把注意力放在可能引起疾病的基因上，而且对药物效应基因产生了兴趣，这些药物效应基因为新药研究提供依据。由于新一代遗传标记物的大规模发现，以及将其迅速应用于群体，流行病遗传学也可以大大推进多基因遗传病和常见病机理的基础研究。还可以帮助制药厂商在一些与基因和疾病相关的蛋白质、酶和RNA分子等基础上开发新药，这样不仅促进了药物的发现，还有利于开发出针对某一特定疾病的药物，从而增强疗效，并减少对健康细胞的损伤。对于每一个药物来说大约都有10-40%的人没有疗效，又百分之几的或更多的人有副作用。如果制药公司利用药物基因组学理论可以实现预见结果或筛选人群的话，可以大大增加新药的通过率，也可以对未通过药检的新药重新估价，这些药物中一个经常引用的例子是第一个非典型性抗精神活性药氯氮平（clozapine），在氯氮平的使用过程中，由于1％的病人服药后出现严重的粒细胞缺乏症，因而只有当其它药物使用后无效才使用。但是在粒细胞缺乏症的药物效应基因被确定后，极大地改善了氯氮平的使用，除极少数敏感的病人不能服用此药外，对于99％的病人来说，这一药物是一线治疗药物。在新药的临床试验研究中，如果事先知道人群可能对药物反应的话，如代谢酶的基因型，可以减少参试人群，试验的时间表也可以大大缩短。对药物有效或毒性变异的预测试验中，可用于筛选病人。经过药物效应基因突变筛选的受试者，可以加强临床试验的统计学意义，可以用更少的病例数达到所需的统计学意义，这样可以大大节约时间和费用。 二、用药个体化合理用药的核心是个体化用药。药物基因组学通过对患者的基因检测，如对一些疾病相关基因的单核苷酸多态性（ＳＮＰ）检测，进而对特定药物具敏感性或抵抗性的患病人群的ＳＮＰ差异检测，指导临床开出适合每个个体的“基因处方”，使患者既能获得最佳治疗效果，又能避免药物不良反应，真正达到“用药个体化”的目的。 医生在疾病的首次治疗过程中，往往需要临床实验来确定适合病人的药物，而药物基因组学则可以通过分析病人的遗传组成来确定最合理的治疗药物。这样就免去了先期用于药物选择的临床过程及由此带来的可能的副作用，并缩短了病热的康复期。更准确的用药剂量 通过基因组分析可以判断药物在体内的作用效果及代谢时间，并以此来确定不同个体的用药剂量，对比依据体重和年龄的方法，其具有更好的治疗效果，降低了过量服药的可能性。一些临床上经常出现的现象，例如两患者诊断相同、一般症状相同、血药浓度相同，但疗效却大相径庭，这些用传统的药代动力学原理是无法解释的。这时应考虑到与药物作用相关的位点（如受体等）是否发生了变异？是什么水平的变异?药物作用的位点的变异可能发生在基因水平，也可能发生在转录、翻译等水平，基因水平的变异相对比较容易鉴定，研究也表明基因的变异与药物效应的差异是更具相关性。研究基因突变与药效关系的药物基因组学正是适应了这一要求，因此药物基因组学在临床合理用药中的应用前景是非常之好的。将基因功能学用于合理用药，利用药物基因组学的技术和方法增加药物的有效性和安全性，减少不良反应，实现个体化、可预测及可预防的医疗，这就称之为临床药物基因组学。药物基因组学应用到合理用药中，弥补了只根据血药浓度进行个体化给药的不足，惟以前无法解释的药效学现象找到了答案，为临床个体化给药开辟了一个新的途径。这样药物基因组学原理为特定人群设计最为有效的药物，不仅提高了药效，缩短了病程，而且减少了毒副反应和成本，真正达到了“物美价廉”的要求。目前，已经有人将药物基因组学知识应用于高血压、哮喘、高血脂、内分泌、肿瘤等的药物治疗中。如原发性高血压是多因素诱发的疾病，对于许多患者，高血压药物的不同药效和耐受性与遗传变异有关。Ferrari发现，一种细胞骨骼蛋白（cytoskeletalprotein）、内收蛋白（adducin）的基因多态性与高血压的发病、对钠敏感性以及对利尿剂的效果相关。因此在抗高血压治疗需要用利尿剂时，可以对患者预先进行基因检测，以确定是否选择使用此药。通过对β2肾上腺素受体的基因多态性及其对β2肾上腺素受体激动剂的敏感性关系的研究，发现β2肾上腺素受体的基因多态性影响β2肾上腺素受体激动剂福莫特罗（formoterol）的脱敏效果，β2肾上腺素受体激动剂改善肺通气的作用对Gly纯合子个体明显比Arg纯合子个体要强，杂合子个体介于两者之间。 载脂蛋白E（APOE）的基因多态性，影响绝经后妇女用雌激素替代疗法（ERT）时的血脂和脂蛋白的浓度。人群中的APOE有3个等位基因：E2、E3、E4，ERT能使具有E2型基因的妇女血中总胆固醇含量大大高于E3、E4型。提示医生在绝经期妇女中使用ERT时，可事先检测患者的APOE基因，对具有E2型基因的妇女在治疗过程中密切监测甘油三酯浓度。如此，通过对不同个体的药物代谢相关酶、转运因子、药物作用靶点的基因多态性的研究，对突变的等位基因进行分离和克隆，在分子诊断水平上建立以聚合酶链反应（PCR）为基础的基因型分析方法，在治疗患者各种疾病前检测其基因型，更精确地选择适当的治疗药物和合适的剂量以减少不良反应的发生，对患者的治疗具有很大的意义。 随着基因分析技术的飞速发展，越来越多的药物效应的个体差异与基因多态性的关系被阐明，药物基因组学将更广泛地指导和优化临床用药。

“10年前，我们参与人类基因组计划，完成了1%的工作，其实是‘搭了别人的车’。现在，面对即将到来的基因组学新时代，我们不能再搭别人的车了。”当年曾参与人类基因组计划承接1%测序工作、如今已是中科院北京基因组研究所副所长的[url=http://sourcedb.big.cas.cn/zw/zjrc/brjh/200907/t20090724_2194384.html][color=#800000]于军[/color][/url]，对中国未来基因组学的发展和应用前途有点担心。2010年6月26日是人类基因组图谱公布10周年，国内外的一些研究机构都在这一天举行了纪念会。中国科协普及部、中科院北京基因组研究所、遗传与发育学研究所、中国遗传学会等单位也在北京举行了纪念会。会上，于军兴奋地回忆起当年他那个义无反顾的决定：1998年4月一天的早晨4点左右，他正在美国西雅图的家中睡觉。忽然自动传真机响了起来，“我爬起来一看，是邀请我回国工作的，我拿起笔签上自己的名字就传了回去”。这是于军回国工作的起点，也是中国参加人类基因组计划的起点。正是于军带回国内的技术和人才奠定了完成1%任务的基础。他是“1%计划”的“始作俑者”之一。与那时的热血沸腾相比，今天的于军更多了一份冷静与思考。“10年前，测定一个人的基因组，大约花了近10亿美元，用了13年的时间；而现在测一个人的基因组也就1万美元、一周左右的时间。美国现在已研制出第三代基因测序仪，用它测定一个人基因组的费用可降到1000甚至100美元，用时仅需15分钟。”于军说，当第三代基因测序仪广泛应用时，大规模应用基因组技术的“个体化基因组时代”就到来了。“个体化基因组时代”为人类描绘了一个美好的未来：那时，我们可以知道某一种药物为什么会对一部分人有治疗作用而对另一部分人不起作用，甚至起负作用；那时还会针对个体疾病的状态和遗传基础的独特性对症下药；也会针对个体化的药靶研制出个性化的治疗药物和治疗手段……这将是一个巨大的医疗市场。而测定每一个人的基因组本身也是一个大市场。“对于有十几亿人口的中国来说，假如使用美国研制的第三代基因测序仪来工作的话，那要进口多少台？按一个人测序需100美元计算，又要花费多少钱？”于军向记者言及此事，表现出了一种内心深处的忧虑。“中国一定要加快研制自己的DNA测序仪。”据了解，于军团队正与有关单位合作研制第二代和第三代测序仪器。“但我们的力量仍然有限，应该有更多的团队和单位加入到这个行列中来。这是我们迎接基因组学新时代的必要准备。”还有一种必要的准备，那就是做好有关基因、遗传学、基因组学等相关科学的科普宣传工作。“美国人十分重视基因组学的科普宣传。”于军回忆说，当年，美国立项测定人类基因组图谱时，就把这项工作的科普宣传列入了计划。10年前图谱完成时，时任美国总统克林顿发表致辞，电台、电视台现场直播，上万名美国人参加了当时各种各样的庆祝活动。“关于科普的作用，一个明显的例子是对待转基因食品的态度。”于军说，美国人就不像中国人那样对转基因食品“过分惶恐”。因为他们知道转基因食品并不像有人说的那样可怕和有危害。中国在面对转基因食品的问题上，好像是由大众的好恶来决定，而不是由对转基因的科学认识来决定。未来的基因组学时代、个性化基因组时代，我们可能会遇到比转基因食品更棘手的问题：法律问题、伦理道德问题、个人隐私问题等等。“从现在起我们就应该做好基因组新时代的科普宣传，未雨绸缪，为基因组学的发展和应用提供更加广阔的发展空间。”于军如是说。（转自科技日报）