药物遗传学实验室分析和应用的临床实践

作者：北京医院，卫生部临床检验中心 费阳 王治国

药物遗传学（pharmacogenetics，PGx）是处理来源于基因变异分析的信息，此分析的目的为指导用药和相关治疗。此学科一般有两种功能组成成分即是将药理学与遗传学链接起来。这两方面就是预测药物是如何在身体内加工的（药代动力学）和他们如何与受体相互作用来产生预期反应的（药效学）。一般，药代动力学与药物的代谢过程中的生物转化（例如，在肝脏）和随后的经肾脏消除强相关。与此相反，药效学涉及理解药物与受体相互作用和随后的反应，虽然也可能涉及到一些生物转化。因此，前者与检验医学PGx检测相关的概念通常与预测药物生物转化有关，并且通过监测控制药理学反应方面的特定基因变异来实现。

临床实验室在推动PGx临床应用的发展上起到了至关重要的作用，总结如下：

（1）建立遗传识别策略来最大化基因型预测的灵敏度和特异度；

（2）研发方法来降低试验成本和技术困难；

（3）提供试验的实用性；

（4）教育终用户理解PGx测试结果；

（5）克服预知的基因分型障碍。

一、药物遗传学测试中方法学和质量保证

在执行药物遗传学测试的时候，实验室应该遵循为分析病理学测试建立的指导。要遵循的特定指导取决于实验室的地理位置，如，美国的实验室遵守临床实验室改进修正案（Clinical Laboratory Improvement Amendments，CLIA）和美国病理学家学会（College of American Pathology，CAP）指导，一些国际实验室应该遵循国际标准化技术委员会的指南（例如，ISO 15189）。这些指南描述了很多在进行分子诊断试验的时候可以控制检验前和检验阶段的有关难题的质量保证和质量控制问题。需要注意，核酸分析的临床和分析确认途径和指导在以前已经描述过。这些用于测定基因型的技术变得越来越复杂并且需要额外的措施来保证试验结果的可靠性和接受性。这些指南的目的是提供建议来帮助药物遗传学试验在实验室间和实验室内产生可复现的结果。

要考虑的问题和建议是：

a） 结果间的差异应该怎样识别和调查？

建议1.每个试验都应该确定灵敏度和特异度。随机误差可以根据与临床表型之间的不一致来识别，而系统误差可以通过趋势和将基因型频率与预期频率比较来识别。

建议2.当分析结果与临床信息或患者人群基因型频率的统计学信息不一致的时候，应该有证据表明已经调查了这些可能的差异。必须保持对患者人群频率的统计来监视检出变异或正常基因型中的任何显著改变或趋势。

b） 可以使用什么材料确认药物遗传学试验？

建议3.每个药物遗传学测试的确认都应该使用已经独立验证基因型的标本。理想上这些材料应该来自可再生的可持续的资源。如果已经识别和/或报告了药物遗传学试验的差错率，那么报告/协议中应该包含此信息。

c）可以使用什么方法来避免或识别出分析干扰？

建议4.各种类型标本的实验室确认应该遵循标准的分子病理学试验指导。应该在试验中加入控制程序来为使用酶的试验察觉可能的抑制剂或干扰。萃取的核酸比天然标本，例如来自排泄物或血浆核酸的标本，有更少可能会包含扩增酶或目标检测酶的抑制剂。

d） 分析确认要使用什么干扰/控制材料？

建议5.分析确认应该包括完整基因标本，可能的时候要包括纯合子正常、杂合子和纯合子突变。试验确认应该包括足够数量的标本数，这样就可以减低探针中罕见多态性或引物结合位点的潜在影响。分析确认应该包括足够的标本类型。

e） 药物遗传学测试与其它分子诊断试验的能力验证是否不同以及应该多长时间执行一次？

建议6.目前没有证据表明PGx基因分型的能力验证与其它的分子诊断性试验不同。因此，能力验证活动应该按照实验室认可机构的要求来执行。同时，此建议也表明在能力验证计划不包含此分析项目的时候可以使用可替代的能力验证。

f） 如果结果的解释中使用了软件，它会自动标记非常罕见或者不太可能的等位基因组合么？

建议7.分析仪器中使用的软件应该包括避免不准确试验结果需要的方法或数据分析技术。软件使用的检出分析误差的数据简化技术应该公开给终用户或者检查数据分析完整性的可选择服务。软件逻辑允许实验室识别可能有错误的结果，如果来自一个患者的基因型组合在统计学上是不可能的。这类工具能够允许实验室在报告结果给患者之前重复试验，这样就能保证试验质量和患者安全。

二、临床实验室服务注意事项

提供临床实验室服务对于在临床实践中适当使用药物遗传学信息特别重要。因此，实验室必须提供与临床医疗提供者的需要相一致的服务。正如在其它临床检测领域一样，为了在药物遗传学检测的环境中提供这类服务，严格控制实验室操作和程序是必不可少的。由于PGx领域仍在发展的早期阶段，不仅利用建立良好且严格的实验室实践很重要，而且考虑保证在医学检验的背景中结合药理学和遗传学知识也是很重要的。

要考虑的问题和建议是：

a） 临床实验室和执行药物遗传学的人员需要哪种程度的验证？

建议1.只要可能，在要求实验室遵从当地规范时，在美国进行药物遗传学试验的人员必须有资格进行由临床实验室改进修正案（Clinical Laboratory Improvement Amendments，CLIA）子文件A Sec 493.17（a）规定的“高度复杂试验”或者按照个别州的一些其它要求。在其它国家或者自治市，适当的认可机构会进行适度的监管。

b） 推荐的试验标本是什么？

建议2.推荐的标本是全血或者适当认可的替代标本。从全血标本分离的DNA的数量和质量一般会超过其它来源的DNA。然而，服务要求、技术能力和医疗健康提供者的安全问题增加了对不要求来源于全血的DNA分子诊断的需求。

c） 初步试验结果的输出是什么？

建议3.报告应该包含充足的信息以得到测试基因的结构特征和测试的结果。在本阶段，委员会对建议报告变异的特定格式持谨慎态度。

d） 以诊断为目的的时候，要使用什么标准来制定要包含哪种基因座变异型？

建议4.设计用于临床应用的PGx分析应该包括靶位点的遗传学改变，他有明确定义的对基因座产物功能的影响或者有清楚的结构特征关系同时有显著的对药代动力学、药效学和/或毒理学的影响。

建议5.美国临床生物化学学会（National Academy of Clinical Biochemistry，NACB）建议将指导遗传变异选择建立的标准包含在诊断分析项目中。应该在每个实践环境中测量试验误差，并考虑等位基因分布和相关表型的差异。

e） 在推荐PGx试验临床应用之前是否需要有说明成本效益的证据？

建议6.如果有令人信服的理由让实验室提供服务，那么临床实验室应该提供检测服务。要建立标准来进行解释。让人相信需要使用诊断试验或程序的原因包括基于后果的证据。后果可以定义为：剂量相关血液浓度的预测；药物相关不良事件的减少；治疗好转；整体费用的减少和对整体经济影响。

三、药物遗传学试验结果的报告和解释

在报告药物遗传学试验基因型信息的时候，临床实验室必须谨记此信息的终用户很可能是临床医生或者其它医疗健康提供者。通常是临床医生将发现的结果报告给患者并且利用试验结果采取措施。为了让临床医生正确的解释基因型信息，他/她们拥有患者完整的诊断情况是有利的，包括现在的和过去的给药方案、病史和生活方式。以下的指导描述了要包含在临床实验室和解释报告中的一些关键建议。

要考虑的问题和建议是：

a）报告的结果要伴随什么信息？

建议1.报告药物遗传学试验结果的实验室应该准备好提供教育资源给实验结果接收人来解释涉及到的代谢途径的复杂性；在已知的情况下，也要准备好提供关于给定临床状况应该检查什么基因的指导。理解药物代谢途径对PGx试验的解释至关重要。因此，适当的咨询对于优化实验结果的临床应用是必要的。

b）结果是否应该链接到特定的药物使用（作为指标）？试验结果是否应该伴随药物的“计量和用法”信息？

建议2.为了提供关于特定药物或者类似的药物亚群的最佳解释性指导，提供PGx试验结果的实验室应该有能力提供临床情况中包含的药物基质的信息。

c）报告PGx结果的实验室是否应该提供咨询服务或者参考？

建议3.提供PGx实验结果的实验室应该准备好提供与这些结果的解释有关的信息。没有预备提供试验解释能力作为他们试验报告的一部分的实验室应该寻找其它可替代的方法来提供这些解释服务以便产生更加完整的试验报告。

d）实验室报告中是否应该表明PGx试验的分析局限性？

建议4.记录PGx试验结果的报告应该提供足够详细的接受者信息，记录获取结果使用的分析方法学，并且说明可能影响试验的稳健性、解释性、灵敏度和特异度的已知局限。PGx基因型试验结果的稳健性和局限性可能受限于完成分析使用的方法。检出等位基因全长重复序列，估计它们的数量以及受到采集方法影响的能力全都可以在结果的稳健性中起作用从而增加解释的局限性。

e）在PGx试验结果的机密报告方面是否有要考虑的唯一的或者特定的限制？

建议5.药物遗传学试验结果应该以与CLIA要求的常规人口统计学规则一致的方式记录。测试实验室的地理位置和最终实验信息接受者的位置，决定了适用于基因型试验结果传递的规则。报告PGx试验结果的实验室和接收实验结果的终用户都应该遵守适当的约束。

四、治疗药物监测和药物遗传学接口考虑

医学检验和临床实验室支持药物治疗的主要作用之一就是在治疗药物监测（therapeutic drug monitoring，TDM）领域。需要在血液中监视浓度的药物是在血液中只有很窄浓度范围有效（例如，洋地黄，一些氨基糖苷类抗生素，他克莫司，甲氨蝶呤，锂）和有毒性的药物。由于药物遗传学（PGx）科已经找到了它的临床实践方法，我们应该探索传统TDM和PGx的结合来获取他们提供的复合信息的最适度利用。基本上，PGx可以提供信息允许临床医生做出优于最初治疗药物治疗适当性和风险的决定。随后PGx可能还有一个在疾病治疗中药物选择或药物剂量改变的附加作用。

TDM过程的评估本质上是一个患者疾病状态的全面反映，或者代表药物或给药方案的药代动力学和药效学的表型测定程序。药代动力学通过随时间的浓度改变来评估而药效学则通过浓度和效果之间的关系来评估。PGx和TDM的结合可能是强有力的因为他们相互补充，正如以下说明所示。

要考虑的问题和建议是：

a）标准的TDM实践要进行怎样的修改才能用来解释药物遗传学变异？

建议1.当药物遗传学特征导致了药物的药代动力学或受体敏感性改变时，TDM实践应该考虑药物达到稳定的血浆浓度和药物清除时间的改变，并且按照基因型调整药物治疗范围。

b） 是否有特定临床表现证明TDM和PGx信息有互补价值？

建议2.在药量和基因型的关系已建立的情况下，建议将PGx试验信息用于支持药物或药量选择。应该使用传统的TDM实践来确认和/或改进最佳记录参数。

c） 在建立PGx试验的预测值时，怎样最好的利用TDM作为终点？

建议3.血浆药物浓度检测应该考虑成为确定基因型-表型关联研究不可分割的一部分。

五、辅助应用：药物处方/配方和司法鉴定

药物遗传学已经专注于促进医疗健康提供者药物选择的靶实践了。然而，PGx的其它应用正在扩展出此领域，例如药物公司靶药物的生产，司法鉴定，药剂师更安全的药物分配，环境毒理学，预测物品药物成瘾性和很多其他的应用。这些信息仍然是很新的并且迅速在很多这些领域展开，因此目前不能考虑制定关于他们的特定医学检验应用指导。然而，在司法鉴定和药物配置领域，有一些推荐规范可以改进和提高领域应用。

（一）在药物配置中的应用

考虑的问题和建议：

a）在配置药物的时候与PGx试验有效性相关的信息是否应该成为提供给患者信息的一部分？

b）PGx试验信息是否应该考虑为药物配置安全意识中不可分割的一部分？

建议1.在获取适当患者同意并建立措施来保护他/她的健康信息之后，PGx基因型信息可以供配药组织利用，作为他们的配药安全验证程序的一部分。

c）是否应该在配药提供者和提供PGx测试服务的临床实验室之间培养信息相关的联系？

建议2.鼓励基于医院的配药部门和临床实验室紧密合作，建立政策使得对指导住院患者配药和出院患者建议有用的基因型信息及时可用。

（二）在司法鉴定中的应用

基因监测的临床使用在一些领域中越来越流行，例如给不同的疗法（抗凝血剂、抗抑郁药、抗精神病药和疼痛管理）建立适当的药物剂量要求和评估潜在的药物毒性。通常认为这类药物能导致死亡。司法鉴定毒理学的其他领域，例如人为表现或工作场所测试，也可能存在基因型分型有潜在价值的情况。基于此，司法鉴定毒理学调查的实践者也考虑使用基因测试解释药物中毒案件。考虑到已故个体通过药物遗传学测试获取的信息也可能影响存世的家属，实验室应该考虑机密性和健康信息保密问题。我们为保证司法鉴定实施过程中这类试验的抽样、测试和解释提出了以下问题和建议。

考虑的问题和建议：

a）在PGx的司法鉴定应用中，首选的标本是什么，为了获得证物应该注意些什么？

建议1.以司法鉴定为目的时，认为血液是首选标本并且在可用时就能使用。

建议2.司法鉴定标本应该按照每个实验室建立的协议保持监管。

b）应该使用什么类型的信息和统计来优化PGx数据在司法鉴定案件中的应用？

建议3.只要可能，在怀疑多态酶会影响药物毒性的情况下，其它相关问题，例如受体多态性、转运蛋白和影响药效学的基因也都应该考虑。

c）应用到司法鉴定领域中时，报告和解释PGx信息的人员需要什么样的培训和经验资格？

建议4.司法鉴定毒理学中的药物遗传学测试结果的解释应该由有充足的司法鉴定、毒理学和药理学测试培训并且熟悉代谢途径的人员进行。

d）PGx试验报告应用到司法鉴定中时同时要提供什么类型的信息？

建议5.只要可能，报告需要伴随信息描述特定多态性在讨论的药物药代动力学上的作用程度。

e）在将PGx数据应用到司法鉴定中时，有没有适用的特别的或特殊的伦理考虑？

建议6.伦理思考、机构审查委员会和已故人员家属的知情同意并没有加入尸检分析。然而，咨询监管法定权威/医学管理层是保持高伦理学标准和保留死者及其家人权利必不可少的。

六、监管考虑

评估和认可药物遗传学试验的监管考虑可以分为两大类：分析确认和试验的临床有用性。此评估基于满足美国食品及药物管理局（Food and Drug Administration，FDA）的任务，即是，通过有助于药物更加安全有效的创新来提高公共健康。

虽然试验由器械及放射卫生学中心（Center for Device and Radiological Health，CDRH）评估而药物/生物制剂由药品评价和研究中心（Center for Drug Evaluation and Research，CDER）评估，但是这两个中心紧密联系，并且他们通常联合评估药物遗传学试验，特别是在药物和试验共同研发且药物和装备标签交互参照的情况中。

考虑呈递给监管认可机构的科学证据，FDA与申请人共同生成了一个标签（包装说明书）描述了产品（例如，一个药物或设备）的分析和临床特征。例如，只应该由特定亚群使用的药物标签要提供科学证据说明此药物为什么针对于此人群（例如，疗效）和/或为什么不适用于其它人群（例如，安全性和/或疗效）。此外，标签提供了试验标记的信息，如果可能也提供试验本身信息。同时，此信息允许医疗健康专家和消费者做出关于治疗的更好的决定，它们有助于这些问题的回答，例如“这种药物会管用么？”或者“这种药物的最佳剂量是什么？”。因此，依据与产品相关的科学依据，药物标签体现了药物或设备的指南，在标签中提供了怎样使用产品的信息。

一个包含了1945年至今的美国批准的药物标签中药理学信息的研究表示，1200个这类标签中121个包含了药物遗传学信息。无需惊讶，在过去的15年中这类标签的数量已经程指数增长。在2000年到2005年之间，批准了43个新的包含药物遗传学信息的药物标签，占了那个时期全部新批准标签的37%。研究表明标签主要包含药代动力学（例如，药物代谢酶）数据，这与药物剂量和不良反应密切相关。新标签同样也包含药效学信息（例如，受体），这与响应和非响应的识别相关。

概括来说，标签信息可以分为三类：需要药物遗传学试验的标签（例如，赫赛汀，氨必妥）；建议药物遗传学试验的标签（例如，伊立替康，6-MP），和仅仅包含药物遗传学有关信息的标签，没有是否需要或推荐药物遗传学试验的参考（例如，特罗凯，托莫西汀）。

即便很多药物和设备的标签包含药物遗传学或药物遗传学信息，这类知识通常是新的且不断演变的。因此，正如其它情况一样，如果没有基因组信息，通常不能完全要求这类行动基于当前基因组学或基因组信息。例如，虽然有科学证据表明埃罗替尼对表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）阴性的患者只有很少的益处，埃罗替尼目前的标签没有要求这个试验以便规范用药，因此此药物对所有人都是可得到的。相反，人类表皮生长因子受体-2（human epidermal growth factor receptor-2，Her2/neu）抗体赫赛汀证明在Her2/neu阳性乳腺癌中有效并且只在此类人群中研究，这就要考虑一个更加严格的标签指明一个阳性的Her2/neu试验在赫赛汀可以使用之前是必须的。为了在科学证据中包含这种变异，FDA考虑在药物标签中使用基因组信息，或者在应用某药物前必须进行一个基因组学试验，或者建议在药物治疗前优先应用基因组学试验，或者简单的提供与药物治疗相关的目前的基因组信息而不要求或建议特定行动。

评估和认可药物遗传学试验的监管考虑起源于对安全性和有效性的基本需要。如果以诊断为目的，制造商必须证明标签与有效的科学证据一致并且符合试验预期用途中的分析和临床性能。根据药物遗传学试验的性质，它的诊断用途是与治疗决策相关的，例如药物选择和记录。具有不充分确认数据的试验，即使有已知的临床功效，也可能导致不正确的治疗。为此，FDA为了努力保护公众健康，坚持用高性能标准要求这类试验。

临床功效是直接与治疗后果相连的一个药物遗传学试验性能参数，并且典型的他本身就是针对特定的一个或一类药物的。当临床功效更广泛适用时，例如，不同种药物之间，并且作用机制明了，试验性能通常可以至少部分通过引用相关同行评议文献来说明，这样就能将现存的且快速演变的知识考虑在内了。

考虑的问题和建议：

a）什么时候一个试验会在临床决策中“推荐”对“要求”？

建议1.当药物或者生物制剂与试验共同研发的时候，试验可能是治疗要求的。患者只有在治疗开始前获得了试验结果才能有资格接受治疗。

b）药物或试验的标签中应该包含什么类型的信息（例如，灵敏度，特异度，阳性和阴性预测值，遗传背景信息，药物流行病学信息）？

建议2.药物/生物制剂的标签中应该提到试验的可得到性来告知患者和医疗健康提供者试验的获取途径。当药物/生物制剂有广泛的治疗窗口并且正常的剂量不会危害到药剂的安全性和有效性的时候，标签内可以包含检出与药物/生物制剂钝化作用相关的酶的基因学缺陷试验的可得到性信息。

c）在考虑试验可以用在药物标签里之前它需要什么水平的性能？

建议3.药物遗传学试验要在他们的预期用途上得到充分的确认。额外的安全性和有效性的考虑与使用试验结果指导治疗的风险程度有关。正如之前提到的，诊断性试验的两个最基本的要求是分析确认和临床确认。分析确认需要表明试验能在给定条件下准确的识别出感兴趣分析物。至于临床确认，则是试验结果必须准确的反应临床表现。

d）试验和药物研究应该怎样连接来获得药物/试验共同标签？

建议4.如果试验打算出现在一个或者更多药物的标签中，试验在药物临床试验中最好以完整形式使用，以便按照药物标签中推荐的方式将患者或剂量分层。如果药物遗传学试验使用非最终格式，或者试验在没有特定参考药物试验的情况下研发，要特别小心证明最终的试验按预期执行，并且使用了与药物试验中相同（或相匹配）的标本。