利用药物基因体学来预测华法林剂量

作者:李明达[1] 
单位:中央研究院生物醫學研究所[1]
关键词:血栓 华法林 CYP2C9基因 剂量


  凝血是人体的正常功能,但因病态所产生的凝血,往往引起血管的阻塞,进而造成组织、器官循环的异常,甚至病患死亡。临床上常见的静脉血栓性栓塞症 (Venous thromboembolism),如深部静脉栓塞 (Deep vein thrombosis, DVT) 和肺栓塞 (Pulmonary embolism, PE);心房颤动引起之动脉血栓性中风(Embolic stroke);体内人工瓣膜形成之血栓;以及心肌梗塞后形成之血栓等皆是。
  血栓的形成基本上有三个主要原因,即所谓的Virchow’s triad:(1)高凝血状态(hypercoagulability),例如:身体荷尔蒙改变、手术影响、体质基因..等。(2)血液循环停止,如长时间固定不动 (例如久坐、骨科或骨盆腔手术、久病卧床等)、心房颤动(atrial fibrillation, AF)。(3)血管壁受损。而血栓发生的机率会随着年龄的增长而增加,70岁以上发生的机率为一般人的 5 倍。深部静脉栓塞在欧美国家的发生率高达千分之一,并不亚于心肌梗塞的千分之五。
  因此,血栓栓塞的预防及治疗极为重要,这也造成了口服抗凝血剂的广泛运用,在欧美国家使用口服抗凝血剂的人数已达到总人口的千分之七。
1 华法林抗凝剂的发现与应用
  抗凝血剂的发现可以追溯到1920年代。当时有一个奇怪的现象一直困扰着住在美国北达科塔州及加拿大埃布尔达省的家畜农夫,在这个地区牧场上的牛群一直有无法解释的严重出血、有时会严重到内出血死亡,但是这些牛群都没有明显的外伤。1921年一位加拿大兽医Frank Schofield发现此地区畜牧业者以发酵过的苜蓿(sweet clover)代替玉米是导致牛只出血的主因。但是,在那时还不知造成出血的成分为何。直到1939年,威斯康辛大学 (University of Wisconsin)的 Campbell和 Link 教授发现了 Coumarin dicoumarol 为造成牛只出血的主要成分。1948年Link合成出更强效的抗凝血剂并命名为华法林(Warfarin)。为了彰显华法林研究赞助者与可迈丁衍生物,华法林命名主要由赞助者威斯康星校友研究基金会与可迈丁缩写而命名(Wisconsin Alumni Research Foundation 和 Coumarin)。华法林一开始用途为老鼠药 (现名为杀鼠灵) 且一上市时马上受到大众欢迎。
  直到1950年代华法林才正式使用于人类医疗用途。1951年美国一位海军士兵服用Warfarin自杀,却幸运的活下来,科学家开始注意到华法林可成为临床用抗凝血剂并开始了一系列的临床实验。1955年最早使用华法林的名人为当时罹患心脏病的美国艾森豪威尔总统。
  华法林现已广泛应用于预防与治疗深部静脉栓塞、心房纤维颤动或机械瓣膜置换所引起之栓塞疾病。其主要功用是干扰维他命K及其环氧化物之还原转换,进而抑制凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ及Ⅹ与蛋白C、蛋白S的活化,达到抗凝血的效果。但临床上服用华法林时须注意实物与药物之交互作用,如过度摄取富含维生素K食物、例如菠菜、甘蓝菜、绿色花椰菜、莴苣等绿叶蔬菜,牛肉、猪肝等动物食品或绿茶时可能会降低药效。在药物方面,减少华法林抗凝血效果的药物有巴比妥酸盐、奎尼丁、本巴比妥等;而增加出血倾向的药物则有胺碘酮、四环素等。所以,服用华法林时一定要注意食物与药物的交互作用。除了食物与药物的影响外,临床上也发现在不同人种与个体间所需华法林的剂量有极大的差异性,例如:亚洲族群包括华人比高加索人所需要的剂量较低,华人所需之剂量约为高加索人的一半 (2.5mg/day vs 5 mg/day)。
  20世纪末研究发现,当华法林的代谢酵素CYP2C9有突变时,华法林的所需剂量将会大量减少,但此发现对中国病患一直无太大关联性,主要是因为汉人具CYP2C9基因突变比例不及5%,所以CYP2C9的突变并不足够解释汉人个人及人种之间对于华法林剂量的差异性。直到2005华法林的标靶─维他命K环氧化物还原酵素(Vitamin K epoxide reductase complex, subunit 1, VKORC1)由Simone Rost在Nature发表VKORC1基因后,才正式揭开汉人华法林药物基因之谜。
2 华法林使用相对保守
  从过去到现在,华法林的使用一直是相对保守。在一项统计研究显示台湾在2004~2005年期间,共有39 541位房颤的病人,其中有7 225位属于易生血栓的极高危险群病患(即曾有血栓症、二尖瓣狭窄与人工瓣膜),这当中有44.3%的病人该使用而未使用华法林治疗,仅使用抗血小板药物,另有10.9%病人完全未使用任何抗栓药物。另外27 817位属于高危险群病患中(有高血压、心衰、糖尿病、老年>75岁),仅15.4%使用华法林,50.6%使用抗血小板药物,而有29%病患未使用任何抗栓药物,可见在台湾华法林的使用相当保守。在美国抗凝血药物使用全国调查也显示,在高危险群的房颤病人,也有20.6%未使用华法林,24.7%仅使用抗血小板药物,使用华法林则有54.7%。在加拿大一项房颤合并脑中风后又二度中风的华法林治疗研究显示,有43%病患未使用华法林,仅用抗血小板药物;有57%使用华法林,但只有18%的病患达治疗INR。这些报告皆显示使用华法林之保守性。(5)
  在一项中国心房颤动现在流行病学研究统计,房颤最重要也是危害的病发症之一为脑卒中,国际统计非办模病房颤患者每年风生脑卒中的危险为3%~5%,其中一半为缺血性脑卒中,但中国房颤的脑卒中患病率达24.15%,且中国房颤患者脑卒中的患病率远高于非房颤者,其中绝大多数为缺血性脑卒中。由胡大一教授调查结果显示房颤患者中服药情形华法林7%,阿斯匹林37.9%,洋地黄37.9%,b-阻断剂24.6%,显示房颤患者以华法林治疗者极低,与目前国际上公认对于持续性房颤患者应与以监测INR前提下的抗凝治疗中华法林为首选药物之治疗指南存在一定落差,显示心脏科医生对华法林用药之保守态度。(6,7)
3 VKORC1-1639G>A与华法林剂量关联性
  维生素K环氧化物还原酶亚单位VKORC1通过催化体内维生素K还原反应,使含有r-谷氨酸残基的凝血因子前体被持续羧化为有活性的凝血因子。
  在2003年至2004年间,台湾中央研究院陈垣崇院士团队在台湾以华人为基础进行华法林剂量试验,试图找出汉人华法林用量与西方人相异之迷。在此实验中共收集16名华法林低剂量患者(每日用量≤1.5毫克)、11名华法林高剂量患者(每日用量≥6毫克),随机取样104名接受华法林治疗的病患,95名健康的华人(未服用华法林)和92名健康的高加索人,针对药物代谢酵素CYP2C9及VKORC1作脱氧核糖核酸〈DNA〉之定序,分析上述不同组群 CYP2C9变异性及VKORC1之基因多形性(polymorphism)与患者华法林使用量之关连性。此研究发现一个新的VKORC1 启动子多形性(promoter -1639G>A)变异,华法林低剂量患者具同型合子(基因型AA);而华法林高剂量患者为AG或是GG型。(1,4)
  随机取样的104名华法林治疗的病患中,基因型AA的使用剂量低于AG/GG基因型(P<0.0001)。AA、AG和GG的基因型频率在接受华法林的汉人为(79.7%、17.6% 及2.7%)和健康汉人(82%、18% 及0%)的数据无差异,但是与高加索人(14%、47% 及39%)有显著差异(P<0.0001)。此研究亦确认了CYP2C9多型性的比例只有5%,且几乎为第三型(CYP2C9*3),并未发现第二型(CYP2C9*2)。此实验也证明,VORC1之GG基因型启动子的活性高于AA基因型达50%以上。A/G 对偶基因之对偶频率及VKORC 启动子活性的差异,可用以说明不同个体之间或国人与高加索人之间对Warfarin 使用剂量上之差异,此试验亦解开中国医生为何依循华法林药物说明书进行投药时,总会造成许多病患出血的原因。
4 以基因预测华法林的服用剂量
  华法林VKORC1及CYP2C9的基因型检测与华法林剂量关联性提供临床医师一个简单开立适当华法林剂量的方式,避免因华法林过量造成出血事件与过少造成血栓的事件。
  台湾在2005年进行华法林的前瞻性临床试验,就是在使用华法林前,先鉴定病患之VKORC1与CYP2C9基因型,然后选择最适当之维持剂量,盼能避免大出血之并发症,同时也达到最佳之治疗效果。该试验结果显示利用基因型的鉴定可预测高达七成的华法林适当剂量;研究并指出,如果再加上身高、体重、年龄这些临床因子,预测的准确度会更高。在2007年美国食品及药物管制局(FDA)也因为这些研究改变了华法林的药物使用标签内容,内容加注说明华法林的使用剂量与VKORC1的多型性是具有相关性,因此病人可以根据医生建议去进行基因型鉴定。虽然我们可以利用基因多型性去预测剂量,但仍须注意华法林跟很多种食物及药物会有交互作用的情形,因此服用此药时要特别小心平日的食物,并依照医师指示剂量正确服药。华法林药物基因学是一个个人化医疗 (Personalized Medicine)和转译医学 (Translational Medicine) 极佳的例子。以上我们介绍如何将一个实验室上的发现应用在临床上,并且可以针对每一个人的特质去调整剂量。我们相信会有越来越多类似华法林的例子,或许在将来只要一滴血,就可以避免掉许多药物不良反应的发生。(2,3)
5 华法林国际临床研究试验
  在美国食品及药物管制局(FDA)改变华法林药物使用标签内容后,包括台湾、巴西、以色列、日本、南韩、新加坡、瑞典、英国、和美国等地区21组研究团队,共同组成之巨型华法林剂量研究计划,成立了国际华法林药物遗传学协会 (IWPC),致力于华法林的研究,并且建立了全球华法林药物基因遗传学的完整数据库。截至2008年底共收集5700位华法林病患,这其中有5052位病患的稳定剂量能使INR介于2~3之间,然后以基因鉴定方式,发展出精确的华法林药剂用量预测公式。为确保全球信息之准确性,在参与研究实验室中随机抽样约10%的临床样本,共计480个样本送至台湾中央研究院,我们以PharmiGene Warfarin Sensitivity Detection Kit与基因定序方法学进行VKORC1与CYP2C9基因质量确认工作,结果发现CYP2C9与VKORC1基因信息准确率达97.7%以上。此研究成果发表于2009年2月19日《新英格兰医学》期刊上(New England Journal of Medicine),全球也同步发表此重要的研究成果。这个崭新的公式将可大幅提升许多种疾病治疗的质量,造福无数人群。
  此跨国际研究主要包含3 122位白种人、1 634位亚洲人、462位黑人与482位其他种族。由一般数据显示,此试验主要年龄层在 50~79岁,约占总研究人数70.8%。由统计数据显示华法林剂量随年龄增加而降低,随身高体重增加而增加。此研究主要进行三种临床模式分析,第一种为药物基因体学模式(以VKORC1-1639与CYP2C9 *2&*3基因型进行评估),第二种为普遍使用临床模式(依身高、体重等临床因子进行药物剂量调整),第三种为固定剂量模式[以每周(8.5±1.7) mg,(9.9±1.9)mg, (13.0±2.3)mg为基值准)]。此三种模式皆建立相关华法林剂量公式,作为开立药物的比较基准。由这三种模式实验分析显示,药物基因体学模式较普遍临床模式与固定剂量模式对华法林剂量预测更为精确,尤其对于高剂量与低剂量族群更可以显示出药物基因体学VKORC1与CYP2C9检测的重要性。例如,一位50岁、175公分、80公斤的中国病患,未服用胺碘酮(Amiodarone)情形下,正常临床模式下华法林用量预测为每周28mg,但若此病患具VKORC1-1639>AA与CYP2C9*3基因型时华法林剂量仅需10mg,此差异达每周18mg,这种结果显示基因检测可以降低华法林所造成的出血现象。(5) 
6 结论
  每年有超过两百多万以上的美国人会使用华法林来预防心血管疾病或中风,但是在美国华法林造成的药物不良反应一直位居前3名,严重者甚至死亡。汉人因为基因型不同造成华法林剂量较西方人低,由于华法林药物说明书一直以西方人做标准,造成中国医生使用华法林后却造成许多出血的药物不良反应。因为目前并没一套可信的华法林剂量控管方式,医师无法断定和拿捏华法林合适的剂量,所以很多医生不敢使用华法林或用的很保守,因而造成脑卒中或其他栓塞的症状。
  VKORC1与CYP2C9基因学的信息可以解答医生在不同病患中,使用华法林的适当剂量。所以,这项研究将可以帮助医生,让他们有更好的工具来控管华法林药剂量的使用,且不需要担心药物给了过多或过少,进而达到预防脑卒中等血栓的疾病。上述研究成果对解决中国日趋严重的心血管与脑卒中疾病将是重要开始,将会使更多医师愿意去开华法林的处方给病人,预防心脏病或中风,也能鼓励更多医生进行相关研究,降低医生对华法林药物恐惧。透过此VKORC1与CYP2C9基因检测,可以更快速的掌控病患的用药剂量,将医疗风险降至最低,不但改善还能提升华法林的治疗效果,进而将中国带入个体化医疗的时代。

参考文献:

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2. M-S Wen, MTM Lee, J-J Chen, H-P Chuang, L-S Lu, C-H Chen, T-H Lee,
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6. Dayi Hu, FACC, FHRS, Yihong Sun. Epidemiology, Risk Factors for Stroke, and Management of Atrial Fibrillation in China. JACC Vol. 52, No. 10, 2008, September 2, 2008:865-8
7. 周自强、胡大一、陈捷、张仁汉、李奎宝、赵秀丽 中国心房颤动现状的流行病学研究 中国内科杂志 2004年7月第43卷第七期 p491-494
    2010/3/20 13:16:25     访问数:1388
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