基因检测在降糖药物用药指导中的临床价值

[摘要] 精准医学是根据个体的基因组学、代谢组学等信息提供有效经济的个体化预防诊疗方案，而基因检测是核心。糖尿病已成为严重威胁人类健康的世界公共性卫生问题，降糖药的精准应用对于糖尿病的治疗具有重要作用，可涉及到降糖药的药物基因组学。通过基因检测，了解个体对降糖药反应的遗传信息，可使患者在用药安全有效问题上得到最大程度的保障。

精准医学是根据患者个体的临床诊疗信息、组学信息，结合患者生活方式和环境，制订个性化的疾病预防诊断和治疗策略的医学，以此获得最佳预防和治疗效果，并且降低副作用和花费[1]。精准医学最早出现在2008年，2011年正式提出“精准医学”的概念，包括“准确”和“精密”两层含义，融合了基因检测技术、生物信息分析、大数据技术等技术基础[2]。其中，基因检测是精准医学的核心，通过检测获取个体的遗传信息，运用生物信息学技术进行比对分析，作出符合患者的个体化诊断，为临床医生根据个体遗传背景，制定个体化的药物治疗方案，提供科学依据。而药物基因组学，是精准医学由基础医学转向临床的基础和关键环节。尤其对于糖尿病患者，由于遗传信息的个体差异，对药物吸收、反应、排泄存在差异，同一种药物用于不同个体，可产生低血糖或血糖控制不佳而引起并发症。高血糖可引起糖尿病肾病、糖尿病足、视网膜病变等并发症，低血糖则可引起心律不齐、心肌缺血和心肌梗死等并发症，严重低血糖甚至引起患者死亡[3]。因此基因检测在糖尿病的药物治疗中具有重要作用。        

一、基因检测技术

最早的基因检测可追溯到20世纪初的第一代DNA测序技术。随着基因测序技术快速发展，人类基因组计划完成以后，被称为高通量测序的第二代测序技术逐渐成熟，在很大程度上改进了一代测序技术高成本、低通量等缺点。如今，基因组测序技术继续向高通量、短时间、低成本的方向迅猛发展。此外单核苷酸多态性分析、基因芯片、转录组测序、基于聚合酶链反应（PCR）的扩增技术也广泛用于基因检测。在临床医学实验室，PCR技术用于检测突变位点和突变基因含量；基因芯片主要用于检测筛查已知突变位点；一代测序主要用于单基因病多外显子的测序，或者少量基因多位点的检测，也可以用来验证二代测序中出现阳性结果；二代测序主要应用于无创产前筛查、易感基因检测或者是肿瘤、遗传病的检查；新一代测序除了其精度高、速度快的优势外，它还能直接检测RNA的序列以及甲基化的DNA序列，临床应用前景非常广阔[4]。利用基因检测技术，可以通过找出突变基因以及药物的耐受或敏感基因，迅速确定对症药物。  

二、糖尿病

糖尿病是一组以高血糖为特征的，由环境、遗传等因素引起的慢性代谢性疾病。据估计到2045年，全球糖尿病患病率将上升到10.9%，患病人数将达到7亿人[5]。在糖尿病发展过程中，并发症的发生增加了患者死亡的风险。糖尿病及并发症已成为严重威胁人类健康的全球公共卫生问题，若不加以控制，将导致家庭和社会的负担不断上升。一旦糖尿病发生发展，甚至在糖尿病发生前期，临床上需要采取多种治疗措施来改善疾病的发生发展，包括药物治疗。在目前的研究中，基因检测在2型糖尿病（T2DM）患者个体化药物治疗中应用更为广泛。  

三、T2DM降糖药药物基因组学

目前治疗T2DM药物主要有双胍类、磺酰脲类、噻唑烷二酮类、GLP1R激动剂和SGLT-2抑制剂等。在临床上，经常观察到接受相同降糖药治疗方案的T2DM患者，在糖化血红蛋白（HbA1c）水平、血糖控制、药物疗效、耐受性和副作用发生率方面，存在显著差异[6]。个体间的差异由多种因素引起，包括遗传因素、缺乏运动、高血压、年龄、性别等。发现调节血糖反应的基因组变异及其对药物的反应，可能为T2DM的治疗机制提供线索，并最终可以促进个性化治疗的发展。综合考虑各种因素，在制定用药策略之前，非常有必要确定T2DM患者某些已知基因区的遗传状况。    
1. 二甲双胍：  
二甲双胍是目前临床应用最广泛的治疗T2DM的一线药物，具有疗效强、成本低、低血糖风险小等特点。二甲双胍药代动力学、组织摄取和清除率变异的遗传决定因素已确定（SLC22A1、SLC22A2和SLC47A），但它们在预测T2DM患者对二甲双胍反应方面的临床应用仍不够理想[7]。二甲双胍降血糖具体的分子机制还尚未完全阐明，但其抑制糖异生作用是通过有机阳离子转运蛋白1（OCT1）和肾细胞中OCT2发挥作用[8]。OCT1/2是溶质载体（SLC）22家族成员，由SLC22A1和SLC22A2基因编码，在肝脏和肾脏中显著表达[9]。溶质载体家族47成员1（SLC47A1）对葡萄糖、胆汁盐和有机酸的运输具有重要作用，负责将二甲双胍分泌到胆汁和尿液中[10]。SLC47转运蛋白可干扰有毒有机阳离子排放[11]。由SLC47A2编码的MATE2-K转运蛋白主要在肾脏上皮细胞中表达，在二甲双胍排泄中也起着重要作用[12]。OCT1、OCT2和MATE1的常见多态性与二甲双胍的消化道副作用有关[13]。OCT1和OCT3在肠细胞中也有表达，它们的基因变异可以控制二甲双胍的肠吸收，并导致胃肠道副作用[13]。二甲双胍的治疗效果完全取决于转运蛋白（如OCT1、SLC22A1）的遗传变异[14]。SLC22A1基因突变与血浆中二甲双胍和血糖水平相关[15]。SLC22A2基因的某些单核苷酸多态性导致二甲双胍通过肾脏排泄减少，血浆中浓度增加[16]，可能导致低血糖的发生。SLC22A1基因的多态性，如R61C（rs12208357）、G401S（rs34130495）、420del（rs72552763）和G465R（rs34059508）可导致二甲双胍疗效降低[17]。SLC47A1的rs2289669 G>A 单核苷酸多态性与二甲双胍药物治疗引起的低HbA1c水平相关[18]。在SLC47A2常见G>A（rs12943590）多态性携带者的T2DM患者中，可以看到二甲双胍的低血糖反应[19]。大型全基因组关联队列研究表明，二甲双胍治疗T2DM的疗效，还取决于患者的C等位基因共济失调毛细血管扩张症突变（ATM）基因rs11212617 A>C多态性[20]。     
2. 磺酰脲类：  
磺酰脲类药物是治疗T2DM的第二类常用药物，可增加β细胞胰岛素释放，常用来代替二甲双胍控制血糖。细胞色素P450 2C9（CYP2C9）、转录因子7样2（TCF7L2）、IRS-1、CDK5调节亚单位相关蛋白1样1（CDKAL1）、CDKN2A/2B、钾电压门控通道亚家族Q成员1（KCNQ1）基因决定了磺酰脲类药物的疗效[21]。磺酰脲类药物联合二甲双胍使用的良好反应体现在苏格兰T2DM患者中，他们是Arg144Cys、Ile359Leu多态性的携带者[22]。CYP2C9在磺酰脲类药物的摄取中起主要作用。磺脲类药物附着在KATP通道（ATP敏感的K+通道）上，刺激细胞胰岛素释放[23]。ABCC8基因的rs757110多态性在修饰ATP结合盒转运蛋白（磺酰脲受体/SUR-1）方面具有重要作用，与野生型纯合子相比，该区域的杂合子和纯合子患者的HbA1c下降更明显[24]。KCNJ11基因第一外显子的rs5219（E23K）多态性导致磺脲类药物失效[25]。TCF7L参与WNT信号传导，是β-catenin的受体，β-catenin是肝细胞分化起关键作用的连环蛋白[26]。高加索人具有TCF7L基因rs7901346和rs12255372多态性的T等位基因，对磺脲类药物反应较差[27]。IRS-1作为信号转导适配蛋白在胰岛素信号通路中起着重要作用，并协助葡萄糖转运[28]。    
3. 噻唑烷二酮类：  
噻唑烷二酮类（也称为“格列酮”或TZDs）是新一类治疗T2DM的降糖药。治疗的分子机制是过度激活核受体过氧化物酶体增殖物激活受体PPAR-γ[29]。PPAR-γ或脂联素（ADIPOQ）多态性与TZDs应答呈不稳定相关性。在PPAR-γ基因Pro12Ala多态性的T2DM患者中，TZDs在降低血糖和HbA1c水平上有较大的优势[30]。T2DM患者AQP2 rs296766和SLC12A rs12904216多态性中，TZDs可增加水肿风险[31]。CYP2C8和SLCO1B1变异对TZDs药效有较大影响，是TZDs药代动力学中最重要的代谢基因[32]。    
4. GLP1R激动剂：  
GLP1R激动剂是一类新的降糖药物，具有低血糖率、可减少自我血糖监测、简化给药方案等优点。GLP1R中具有一个低频非同义变异A316T，该变异与空腹血糖浓度有关[33]。与治疗反应相关的是，A316T处的降糖等位基因与预防冠心病相关[34]。然而，GLP1R内的遗传变异对GLP1R激动剂临床试验中的血糖或非血糖结果的影响程度尚不清楚。糖尿病风险基因位点CTRB1/2附近rs7202877的遗传变异与急性GLP1R激动剂输注引起的胰岛素分泌反应差异相关[35]。    
5. SGLT-2抑制剂：  
钠-葡萄糖协同转运蛋白-2（SGLT2）抑制剂是近年来被批准用于治疗T2DM的一类降血糖药物。SGLT2抑制剂可减少肾小管葡萄糖重吸收，从而降低血液中的葡萄糖浓度。UGT1A9基因编码UDP葡萄糖醛酸基转移酶。葡萄糖醛酸基转移酶是葡萄糖醛酸化途径中的一种酶，可将激素、类固醇和药物等亲脂性分子转化为可溶和可排泄的代谢物。某些SGLT-2抑制剂（如卡格列氟嗪）可被UGT酶葡糖醛酸化，因此编码这些药物代谢酶的基因多态性可能影响其反应。SLC5A2基因可编码钠-葡萄糖共转运蛋白家族成员。编码蛋白是参与肾脏葡萄糖再摄取的主要协同转运蛋白。SGLT2中的某些基因失活突变与家族性肾性糖尿病有关，其特征是肾小管对葡萄糖的重吸收显著减少，导致肾葡萄糖排泄升高[36]。在一项对2229名具有患T2DM风险的受试者进行的大型研究中，分析了常见SLC5A2变异体（rs9934336、rs9924771、rs3813008和rs3116150）对恩帕利洛嗪反应的影响[37]。然而，在这项横断面研究中，检测到单核苷酸多态性与血糖浓度、胰岛素敏感性/抵抗、胰岛素释放、体脂或收缩压之间没有显著相关性[37]。只有一个单核苷酸多态性rs3116150显示出与血糖和血压有关联[38]。迄今为止，关于基因多态性对SGLT-2抑制剂药效影响的作用有限，将来需要更多的研究来揭示潜在作用的机制。  

四、展望

个体基因检测对T2DM患者的药物治疗愈发重要，而得以顺利实施的基础之一是基因检测技术。目前基因检测仍面临一些困难，如检测费用昂贵，短时期内仍然无法广泛应用于临床。因此，需要临床实验室检测人员、临床医生和科研工作者进行更广泛深入的研究，使基因检测能够更好地服务于临床。       

注：本文来源于《临床实验室》杂志2021年第6期“代谢性疾病”专题

作者：邓邦利 张学锋   单位：天津医科大学朱宪彝纪念医院检验科 

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