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全面解读药物基因组学基因检测技术,发掘投资价值 |高特佳研报

来源: 未知 发布时间:2018-08-14 16:46:47

导读:本文将告诉你什么是药物基因组学,药物基因组学的临床和经济学意义、市场规模及发展阶段,药物基因组学相关药物,药物基因组学相关基因检测技术,中美药物基因组学检测平台情况,美国药物基因组学发展趋势,代表性的中通量平台等内容。

一、药物基因组学介绍

药物基因组学(Pharmacogenomics)起源于20世纪90年代,是研究基因多态性与药物效应多样性之间关系,提高合理用药水平的一种重要方法。目前药物基因组学在心血管疾病、精神类疾病、肿瘤用药指导等领域的应用比较广泛。患者个体的基因多态性对于用药的影响主要体现在以下两个方面:

  • 药代动力学:吸收,分布,代谢和排泄;
  • 药效学:改变药物的靶点或改变药物药理作用的生物途径。

二、药物基因组学的临床和经济学意义

药物基因组学的临床和经济学意义可以概括为:优化剂量、增强疗效、降低不良反应、指导药物研发。最终目标是能够实现个性化用药,同时减少不合理的医疗支出。以氯吡格雷的个性化用药指南为例:氯吡格雷是目前使用最广泛的抗血小板凝集药,用于急性冠脉综合征、动脉粥样硬化等疾病的治疗。氯吡格雷是一种前体药物,依赖细胞色素450同工酶CYP2C19代谢,CYP2C19基因突变的弱代谢患者会产生氯吡格雷抵抗,此时需要提高剂量或者换用普拉格雷或替卡格雷。

美国一项综合性研究对2000至2015年间进行的一系列抗凝药治疗临床实验结果进行“效果成本分析”,结果显示代谢基因检测指导抗血小板治疗的人均费用最低,且综合疗效最好,是首选策略。

FDA和CFDA分别于2010和2012年将CYP2C19基因检测的重要性说明纳入氯吡格雷的药物说明书。在国内,阜外医院已完成氯吡格雷用药基因检测超过20000例,居全国单中心检测量之首。

三、市场规模及发展阶段

据世界卫生组织统计,全球大约有50%的药物为不合理使用。中国每年因药物不良反应住院人数达250万,增加的医药费达400亿元。患者按照疾病种类估计有10~30%的比例接受无效治疗或毒性治疗。以药物基因组学为基础的精准用药市场潜力巨大,未来发展的方向主要为:

(1)对于不同基因表型研发不同的有效药物应对;

(2)基因组测序技术的发展能够准确的检测药物相关的基因表型。

四、药物基因组学相关药物

药物基因组学涉及基因可以分为药物代谢/转运基因和药物作用靶点基因两个大类。广义上说,肿瘤伴随诊断也属于药物基因组学的范畴。1987年,细胞色素P450同工酶CYP2D6成为第一个被发现的药物代谢相关的多态性基因。目前FDA已批准药物种类中7%涉及相关基因检测,但是按照处方量统计,这一比例增加至约18%,说明药物基因组学研究深度与药物销量是呈正相关的。

资料来源:Relling et al, Nature,2016

FDA已批准了约170种药物在药品说明书上标注药物基因组学信息,前5大类药物分别是肿瘤、精神病、传染病、心血管和内分泌类用药。

资料来源:Potamias et al, Open Biol,2014

根据卫计委发布的《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南(试行)》等资料统计,国内涉及基因检测的个体化用药主要类别包括:

  • 心血管药物:抗凝药(华法林、氯吡格雷)、血管紧张素转换酶抑制剂;
  • 精神类疾病:阿米替林、氯氮平、奥氮平等;
  • 化疗药物:氟尿嘧啶、卡培他滨、铂类药物、伊立替康;
  • 肿瘤靶向药物:EGFR、ALK、B-raf。

以下列出了药物基因组学涉及的主要基因及对应的个体化用药:

五、药物基因组学相关基因检测技术

高特佳研报不同疾病治疗领域的治疗药物相关基因不同,其多态性种类和数量也有差异,需要结合特点从多个维度选择适合的检测平台,选择的标准包括检测精确度、通量、成本和用时等,各类常见平台优缺点如下(通量大致由低到高):

(1)精神病用药抗精神病药物分为典型抗精神病药物和非典型抗精神病药,前者包括氯丙嗪、奋乃静、三氟拉嗪等,后者包括利培酮、奎硫平、氯氮平、奥氮平等。精神病用药靶点一般为神经递质受体,各个受体有众多亚型,药物代谢主要受CYP2D6影响。

精神病用药特点是个性化用药,药物一般作用于多个靶点(非典型抗精神病药靶点趋于单一),各靶点的作用机制相互平衡制约,治疗的关键是确定用药组合及用药剂量。抗精神病药的副作用较多(如体重增加及其代谢改变等),因此药物基因组学的用药指导很重要。

高特佳研报精神病药物的靶向受体基因多态性以单核苷酸多态性(SNP)为主,基本为已知胚系突变,突变位点多而且频率分散。当检测少量等位基因突变时,低通量检测方法如荧光PCR、PCR-熔解曲线、PCR-毛细管电泳等比较适用;当需要检测十几个以上突变位点时,中高通量的核酸质谱、基因芯片等方法比较适用。

(2)心血管类用药心血管类用药相关基因检测要求与精神类用药比较类似,相关基因主要为细胞色素P450和脂类代谢相关的酶,基本为胚系突变检测,以SNP为主,适用的检测方法包括荧光PCR、基因芯片、飞行时间质谱。

(3)肿瘤用药(伴随诊断)肿瘤伴随诊断的检测具有以下特点:

  • 一般为体细胞突变,检测难度大;
  • 样本获取难,样本量少,一般为来源为活检;
  • 肿瘤异质性,多基因检测,综合诊断,基因的不同突变类型对应不同的靶向药物;
  • 突变类型多,几乎包括了所有可能见到的突变类型,包括单核苷酸变异(SNV)、基因片段插入/删除(indels)、拷贝数变化(CNVs)、基因融合(fusion)及微卫星不稳定型(MSI)等。

以上特点决定了肿瘤伴随诊断的两个特点:

①多种检测平台综合使用:需要根据不同基因不同突变的组合,选择最适合的检测平台,例如:

  • BRCA基因:BRCA1和BRCA2基因突变类型多,涉及到近4000个变异位点,分布于各个外显子,无突变热点区域。低通量的检测方法无法一次覆盖,因此需要用NGS;
  • ALK基因:NSCLC中突变频率在2%-7%,主要的突变类型为大片段突变,包括EML4-ALK融合、ALK扩增或重排。对于此类突变,NGS由于读长短,依赖后期生信算法,准确度仅80%左右。原位免疫荧光杂交FISH是ALK检测的金标准;
  • 免疫检查点抑制剂PD-1/PD-L1抗体用药的伴随诊断:PD-L1表达量通常采用免疫组化;对于肿瘤突变负荷(TMB)的检测,无论是全基因组测序、全外显子组测序或选择性基因测序,均需要使用NGS;对于MSI/dMMR,则可以使用PCR-毛细管电泳+IHC的方法。

②主流方向是高通量检测:即一次检测完成多种用药指导。FDA近两年批准的NGS伴随诊断产品,除了第一个CDxBRCA,其他均为多基因的大型panel,且panel规模越来越大,并整合TMB的检测。国内首个NGS检测试剂盒近日获批,为燃石医学的非小细胞肺癌4基因检测,预计下半年获批产品的panel会扩大。

(4) 以下为上述三大类疾病用药涉及的基因检测方法学小结:

六、中美药物基因组学检测平台情况

(1)美国情况介绍美国的药物基因组学临床应用发展最快,FDA的药品评价与研究中心(CDER)从2005年起发布了多个面向药企的关于药物基因组学应用的指南。

FDA对于商业化药物基因组检测采取两种监管模式:

  •  LDT监管(取得CLIA执照):例如GeneAlign、Assurex Health等临床检验公司,LDT模式在美国发展比较成熟,大部分检测项目以LDT形式开展;
  • 医疗器械注册(510k):2005年,FDA批准了世界上第一个用于临床诊断的药物基因组学芯片AmpliChip CYP450(罗氏),随后众多类似产品获批,检测方法以基因芯片为主,以下为历年获批的检测试剂盒整理:

(2)中国情况介绍2007年,国家卫生部将个体化用药基因检测项目列入临床检测目录,并明确其为III类诊断试剂。2015 年7月,卫计委发布了《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南(试行)》和《肿瘤个体化治疗检测技术指南(试行)》,要求实现用药基因检测标准化和规范化。

高特佳研报目前国内药物基因组学检测商业化方式和美国类似,CFDA医疗器械审批与LDT服务并存。检测项目上国内的获批试剂盒集中在药物代谢基因和肿瘤靶向基因,也与国外类似,主要包括细胞色素P450同工酶、MTHFR(妇幼遗传检测项目)和肿瘤靶点基因等。

高特佳研报对于检测平台,国内主流平台是低通量的荧光探针、荧光PCR、PCR+毛细管电泳等方法,一般仅检测亚裔占比较高的少量常见突变位点。也有少数公司例如宏灏基因采用基因芯片检测多个药物代谢相关基因的多个位点突变,但是通量也不大。国内产品检测的等位基因数或突变位点数明显少于国外获批产品:

(3)国内外获产品比较以最常见的CYP2C19和CYP2D6的基因多态性检测为例。CYP2D6目前已经发现80个突变等位基因,突变频率分布比较分散,CYP2C19已经发现20多个,频率分布比较集中(*2和*3两种突变可解释>99%的东方人弱代谢者以及约88%的白种人弱代谢者的表型)。与2005年罗氏获批的Amplichip试剂盒比较,国内三个典型产品的通量均远小于Amplichip(2个基因,35种多态性)。

七、美国药物基因组学发展趋势

  • (1)基础研究领域美国的药物基因组研究从早期采用单基因检测(PCR等低通量方法),发展到多基因多位点的中通量检测(核酸质谱、基因芯片),目前为了满足更高的研究需求,普遍开始使用高通量的NGS或基因芯片:
  • 研究导致罕见药物反应的基因变异;
  • 研究由多种基因交叉作用导致的药物反应;
  • 从候选基因检测进阶为事前全基因组画像(from reactive to preemptive),包括未知基因或区域。

最终目的是建立电子病历与基因组数据整合的信息共享平台,用于构建临床决策支持体系。美国几大医院正在开展全覆盖的药物基因组学研究,均采用高通量NGS或芯片平台:

(2)临床应用领域实际应用到临床检测时,除了TMB检测等少数项目外,全基因组测序或者外显子测序会产生较多功能未知罕见突变类型,临床解读需要克服技术、伦理等多重难点。目前的首选策略是对已知的药物相关基因进行靶向分型检测,而全基因组检测仅用于回顾性分析患者表现出的意外药物反应。因此,性价比较高的中通量平台将成为药物基因组学临床检测的首选。

八、代表性的中通量平台:核酸质谱平台

Agena公司开发的Massarray平台是目前唯一获FDA批准的应用到临床检测领域的质谱测序平台,能够为基因组学研究提供兼顾灵敏度和特异性的中通量基因分型检测。在美国,Massassray以 LDT的形式开展服务,在精神类、心血管类、镇痛麻醉类等药物基因组学领域应用广泛,主要特点是:

  • 通量适合: 适合10-100个SNP位点,100-1000个样本的通量,单孔检测高达40重,单日检测上千个样本;
  • 成本低:基因分型/甲基化检测产品中最低,无需引物,无荧光标记;
  • 速度快:8小时内即可完成检测分析;
  • 样本广:包括组织样品、全血样品、血浆样品、组织活检样品、显微切割样品、石蜡样品等
  • 检测突变类型多:SNV/indel/CNV/甲基化等均能检测,已知胚系/体细胞突变。

国内已查询到有四家公司与Agena签署了战略合作协议并提供Massarray相关检测服务,分别是先声诊断、博奥晶典、达瑞生物和迪安诊断,前三家未上市公司简要情况汇总如下表。另外Agena授权北京毅新兴业生物、江苏楚天生物、上海佰真、上海邃志生物和北京博淼生物等公司开展Massarray相关检测服务。

*部分图片来源于网络。

作者介绍

唐帅

高特佳投资集团高级投资经理

复旦大学生物科学学士、Wake Forest University分子病理学博士、北美准精算师;博士研究方向为抗肿瘤免疫,在Cancer Research等期刊发表多篇研究成果;在高特佳主要关注医疗器械、新药研发等领域的投资机会。