遺伝学 · 11.1
ファーマコゲノミクスとニュートリゲノミクス
Pharmacogenomics and nutrigenomics
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- 薬物代謝(生体内変換)の相薬理遺伝学・薬理ゲノム学:定義と例
🧠 薬理遺伝学pharmacogenetics 薬理遺伝学(pharmacogenetics)pharmacogenetics(薬理遺伝学) は「同じ薬・同じ用量でも、なぜ患者ごとに効果も副作用も違うのか」という臨床の日常的 routine 日常的(routine) routine(日常的) 疑問への体系的な答えとして読む。 コデインcodeineコデイン(codeine)codeine(コデイン)中毒症例とワルファリン用量設計は、CYPCYP(cytochrome P450)酵素多型が薬物反応に影響する実例だが、遺伝要因だけで個人差 individual variation 個人差(individual variation) individual variation(個人差) の大部分を説明できるわけではない。年齢、臓器機能、疾患、併用薬、生活環境も統合して読む。1
薬物有害反応の基礎
有害反応adverse effect 有害反応(adverse effect)adverse effect(有害反応) =「通常の予防・診断・治療用量で生じる、有害かつ意図しない薬物反応」(WHOWHO(World Health Organization)、1972年)。有害薬物反応adverse drug reaction (ADR) 有害薬物反応(adverse drug reaction (ADR))adverse drug reaction (ADR)(有害薬物反応) は米欧の入院の約6%の原因。
| 型 | 特徴 |
|---|---|
| A型(Augmented、増強型) | よくある、薬理作用pharmacological action 薬理作用(pharmacological action)pharmacological action(薬理作用) に関連、予測可能predictable予測可能(predictable)predictable(予測可能)、用量依存性Dose-related用量依存性(Dose-related)Dose-related(用量依存性) |
| B型(Bizarre、特異体質allergy/idiosyncrasy 特異体質(allergy/idiosyncrasy)allergy/idiosyncrasy(特異体質) =idiosyncrasy) | まれ、薬理作用pharmacological action 薬理作用(pharmacological action)pharmacological action(薬理作用) と無関係 unrelated無関係(unrelated) unrelated(無関係)、予測不能、死亡率が高い |
薬物反応の個人差 individual variation 個人差(individual variation) individual variation(個人差) に対する遺伝的寄与は薬物・表現型ごとに異なり、一律の60〜80%とは置けない。CYP活性だけでも遺伝型 genotype 遺伝型(genotype) genotype(遺伝型) に加え、年齢、性、疾患、ホルモン、炎症、併用薬、エピジェネティクスEpigenetics エピジェネティクス(Epigenetics)Epigenetics(エピジェネティクス) の影響を受ける。1 「治療するか否か」ではなく、用量を患者に合わせる、または代替治療を検討する個別化治療personalized treatment個別化治療(personalized treatment)personalized treatment(個別化治療)へつなげる。
用量に影響する多因子: 遺伝子、胎内環境、年齢、エピジェネティックepigenetic エピジェネティック(epigenetic)epigenetic(エピジェネティック) 因子、身体活動physical activity身体活動(physical activity)physical activity(身体活動)、疾患、薬物相互作用、肝・腎機能、腸内細菌叢gut microbiota腸内細菌叢(gut microbiota)gut microbiota(腸内細菌叢)、概日リズムcircadian rhythm 概日リズム(circadian rhythm)circadian rhythm(概日リズム) 等——すべてを考慮して初めて最適な治療となる。
💡 「適切な患者に、適切な時に、適切な治療を」は何千年も前からの理想——目新しいのは、それを可能にする科学の名前だけ。 紀元前5世紀、ピタゴラスの深いうつ状態に対し食事療法 dietary therapy食事療法(dietary therapy) dietary therapy(食事療法)・禁欲・浣腸enema 浣腸(enema)enema(浣腸) という個別化された治療が施され改善したという逸話が伝わる——精密医療 precision medicine 精密医療(precision medicine) precision medicine(精密医療) の理想自体は古く、現代の薬理遺伝学 pharmacogenetics 薬理遺伝学(pharmacogenetics) pharmacogenetics(薬理遺伝学) はそれを実現する科学的基盤を与えたにすぎない。
薬理遺伝学 vs 薬理ゲノミクス
| 定義 | |
|---|---|
| 薬理遺伝学pharmacogenetics薬理遺伝学(pharmacogenetics)pharmacogenetics(薬理遺伝学) | 薬物効果drug effects 薬物効果(drug effects)drug effects(薬物効果) の遺伝的変異 genetic variation 遺伝的変異(genetic variation) genetic variation(遺伝的変異) 性を扱う学問——遺伝的差異 genetic variation 遺伝的差異(genetic variation) genetic variation(遺伝的差異) が薬物反応にどう影響するかを研究 |
| 薬理ゲノミクスpharmacogenomics薬理ゲノミクス(pharmacogenomics)pharmacogenomics(薬理ゲノミクス) | 遺伝子プール全体と、遺伝子産物-薬物間相互作用を体系的に研究する学問——治療標的の同定も含む |
薬理ゲノミクスpharmacogenomics 薬理ゲノミクス(pharmacogenomics)pharmacogenomics(薬理ゲノミクス) が変化させうる領域:薬物動態pharmacokinetic 薬物動態(pharmacokinetic)pharmacokinetic(薬物動態) (pharmacokinetics:生体が薬物に及ぼす作用=バイオアベイラビリティ bioavailability バイオアベイラビリティ(bioavailability) bioavailability(バイオアベイラビリティ) の時間変化)、薬力学pharmacodynamics 薬力学(pharmacodynamics)pharmacodynamics(薬力学) (薬物が生体に及ぼす作用)、特異体質allergy/idiosyncrasy 特異体質(allergy/idiosyncrasy)allergy/idiosyncrasy(特異体質) (予測不能な副作用)。
薬物動態と遺伝的変異:ADME
遺伝的バリアントは吸収・分布・代謝・排泄の各段階、および受容体・イオンチャネル・酵素・免疫系に影響しうる。非遺伝的要因(肝・腎機能、腸内細菌叢gut microbiota腸内細菌叢(gut microbiota)gut microbiota(腸内細菌叢))もADMEに関与する。
症例:MDR1遺伝子とジゴキシン吸収
多剤耐性タンパク1(MDR1、P-糖タンパク=P-gp)は腸上皮細胞 intestinal epithelial cell 腸上皮細胞(intestinal epithelial cell) intestinal epithelial cell(腸上皮細胞) に発現し、強心配糖体cardiac glycosides強心配糖体(cardiac glycosides)cardiac glycosides(強心配糖体)ジゴキシン(治療域が狭い薬物)のバイオアベイラビリティ bioavailability バイオアベイラビリティ(bioavailability) bioavailability(バイオアベイラビリティ) を規定する。
| MDR1遺伝子型 | 腸管P-gp量 | 正味の腸管ジゴキシン取り込み | 血漿ジゴキシン濃度 |
|---|---|---|---|
| 2677GG/3435CC | 高 | 低 | 低 |
| 2677TT/3435TT | 低 | 高 | 高 |
薬物代謝:解毒の3段階
解毒=異物のクリアランス速度を高める化学修飾 chemical modification化学修飾(chemical modification) chemical modification(化学修飾)。
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Nonpolar'>非極性</span>の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='parent compound'>親化合物</span>"]
A --> B["第I相:<span class='jp-term jp-term-diagram' title='chemical modification'>化学修飾</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='Group'>官能基</span>付加)<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytochrome P450, CYP'>シトクロムP450</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cytochrome P450'>CYP</span>)、フラビン<span class='jp-term jp-term-diagram' title='monooxygenase'>モノオキシゲナーゼ</span>(FMO)、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='monoamine oxidase'>モノアミン酸化酵素</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='monoamine oxidase'>MAO</span>)、エステラーゼ(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='acetylcholinesterase'>AChE</span>・BChE・PON)、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldehyde oxidase'>アルデヒド酸化酵素</span>、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldehyde dehydrogenase (ALDH)'>アルデヒド脱水素酵素</span>(ALDH1A1)、アルドケト還元酵素"]
B --> C["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='intermediary metabolism'>中間代謝</span>物"]
C --> D["第II相:抱合<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucuronosyltransferase, UGT'>UDP-グルクロン酸転移酵素</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='UDP-glucuronosyltransferase'>UGT</span>)、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='sulfotransferase, ST'>硫酸転移酵素</span>(SULT)、N-<span class='jp-term jp-term-diagram' title='acetyltransferase'>アセチル転移酵素</span>、<span class='jp-term jp-term-diagram' title='glutathione'>グルタチオン</span>S転移酵素(GST)"]
D --> E["極性・水溶性分子"]
E --> F["第III相:排出<br>P糖タンパク、ABCトランスポーター"]
⭐ 約57の機能的ヒトCYPのうち、主にCYP1・2・3ファミリーの約12酵素が臨床薬の70〜80%の代謝に関わる。 CYPは主に肝臓で発現し、集団により頻度の異なる多数の対立遺伝子をもつ。1 薬物・異物を酸化し、①極性を高め排泄を促進する、②第II相代謝の基質に変換する、という機能を担う(反応式:RH + O₂ + NADPHNADPH(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (reduced)) + H⁺ → ROH + H₂O + NADP⁺)。
代謝表現型の4分類
| 表現型 | 遺伝子型 | 血漿中薬物濃度 drug concentration (drug level)薬物濃度(drug concentration (drug level)) drug concentration (drug level)(薬物濃度) |
|---|---|---|
| 低代謝型poor metabolizer, PM低代謝型(poor metabolizer, PM)poor metabolizer, PM(低代謝型) | 不活性アレル×2(酵素タンパクが形成されない) | 高(毒性域に達しうる) |
| 中間代謝型intermediate metabolizer, IM中間代謝型(intermediate metabolizer, IM)intermediate metabolizer, IM(中間代謝型) | ヘテロ接合heterozygousヘテロ接合(heterozygous)heterozygous(ヘテロ接合)、片方のアレルが不活性 | やや高 |
| 正常代謝型 metabotropic 代謝型(metabotropic) metabotropic(代謝型) (NM、旧称EM) | 正常機能に相当するアレル組み合わせ | 標準的 |
| 超高代謝型ultrarapid metabolizer, UM超高代謝型(ultrarapid metabolizer, UM)ultrarapid metabolizer, UM(超高代謝型) | 野生型+過活動 hyperactivity 過活動(hyperactivity) hyperactivity(過活動) アレル、または過活動 hyperactivity 過活動(hyperactivity) hyperactivity(過活動) アレルの重複(遺伝子重複) | 低(治療域に達しない) |
主要CYP酵素の集団内多型
| 酵素 | 多型の概要 |
|---|---|
| CYP1A2CYP1A2(cytochrome P450 1A2) | 遺伝型genotype 遺伝型(genotype)genotype(遺伝型) と誘導・阻害因子がカフェイン caffeine カフェイン(caffeine) caffeine(カフェイン) などの代謝速度に影響する |
| CYP2B6 | 機能低下・機能増加アレルの頻度に集団差がある |
| CYP2C9 | 活性低下アレルがワルファリンなどの用量へ影響する |
| CYP2C19 | 低代謝型poor metabolizer, PM低代謝型(poor metabolizer, PM)poor metabolizer, PM(低代謝型)・超高代謝型ultrarapid metabolizer, UM 超高代謝型(ultrarapid metabolizer, UM)ultrarapid metabolizer, UM(超高代謝型) の頻度に大きな集団差がある |
| CYP2D6 | SNVに加えて遺伝子欠失・重複があり、低代謝型poor metabolizer, PM低代謝型(poor metabolizer, PM)poor metabolizer, PM(低代謝型)・超高代謝型ultrarapid metabolizer, UM 超高代謝型(ultrarapid metabolizer, UM)ultrarapid metabolizer, UM(超高代謝型) の頻度は集団で異なる |
| CYP3A4CYP3A4(cytochrome P450 3A4) | 遺伝的変異genetic variation 遺伝的変異(genetic variation)genetic variation(遺伝的変異) だけでなく阻害・誘導や生理的要因の影響が大きい |
具体的な代謝型 metabotropic 代謝型(metabotropic) metabotropic(代謝型) 頻度を「白人」「アジア人」などの大分類へ固定せず、対象集団study population 対象集団(study population)study population(対象集団) と使用したアレル定義を確認する。2
酵素阻害enzyme inhibition 酵素阻害(enzyme inhibition)enzyme inhibition(酵素阻害) 薬・誘導薬inducers 誘導薬(inducers)inducers(誘導薬) : 阻害薬(マクロライド系抗菌薬macrolide antibioticマクロライド系抗菌薬(macrolide antibiotic)macrolide antibiotic(マクロライド系抗菌薬)、Ca²⁺チャネルcalcium channel Ca²⁺チャネル(calcium channel)calcium channel(Ca²⁺チャネル) 遮断薬、グレープフルーツgrapefruitグレープフルーツ(grapefruit)grapefruit(グレープフルーツ)、スターフルーツ)は酵素活性を低下、誘導薬inducers 誘導薬(inducers)inducers(誘導薬) (糖質コルチコイドglucocorticoids糖質コルチコイド(glucocorticoids)glucocorticoids(糖質コルチコイド)、抗ウイルス薬、セイヨウオトギリソウSt John's wortセイヨウオトギリソウ(St John's wort)St John's wort(セイヨウオトギリソウ)/St. John’s wort)は酵素活性を上昇させる——薬物単独の効果ではなく、遺伝子型×併用物質の組み合わせで最終的な血中濃度が決まる。
症例:コデインからモルヒネへ——CYP450多型による中毒
両側肺炎・発熱・咳嗽の患者(クレアチニン2.0mg/dL)にクラリスロマイシンclarithromycinクラリスロマイシン(clarithromycin)clarithromycin(クラリスロマイシン)・コデインcodeine コデイン(codeine)codeine(コデイン) を処方——4日後、昏睡状態でモルヒネ中毒の症状を呈し、ナロキソンnaloxoneナロキソン(naloxone)naloxone(ナロキソン)(抗モルヒネ薬)投与で改善。
flowchart TD
A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='codeine'>コデイン</span>(内服量の約10%が活性化経路へ)"]
A -->|"CYP2D6"| B["モルヒネ(鎮痛効果)"]
A -->|"CYP3A4"| C["ノル<span class='jp-term jp-term-diagram' title='codeine'>コデイン</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inactive metabolite'>不活性代謝物</span>)"]
B -->|"UGT2B7(10〜15%)"| D["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='morphine-6-glucuronide (M6G)'>モルヒネ-6-グルクロニド</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='active metabolite'>活性代謝物</span>)"]
B -->|"50〜70%"| E["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='morphine-3-glucuronide (M3G)'>モルヒネ-3-グルクロニド</span>(<span class='jp-term jp-term-diagram' title='inactive metabolite'>不活性代謝物</span>)"]
遺伝子型判定genotyping 遺伝子型判定(genotyping)genotyping(遺伝子型判定) の結果:CYP2D6CYP2D6(cytochrome P450 2D6)遺伝子4コピー(遺伝子重複による超高代謝型 ultrarapid metabolizer, UM超高代謝型(ultrarapid metabolizer, UM) ultrarapid metabolizer, UM(超高代謝型))——通常はコデイン codeine コデイン(codeine) codeine(コデイン) の約10%しかモルヒネに変換されないが、この患者ではCYP2D6の重複により変換が著しく亢進し、モルヒネおよびその活性代謝物 active metabolite 活性代謝物(active metabolite) active metabolite(活性代謝物) (モルヒネ-6-グルクロニドmorphine-6-glucuronide (M6G)モルヒネ-6-グルクロニド(morphine-6-glucuronide (M6G))morphine-6-glucuronide (M6G)(モルヒネ-6-グルクロニド))が過剰産生され中毒に至った。加えてクラリスロマイシン clarithromycin クラリスロマイシン(clarithromycin) clarithromycin(クラリスロマイシン) によるCYP3A4阻害が、コデインcodeine コデイン(codeine)codeine(コデイン) をノルコデイン codeine コデイン(codeine) codeine(コデイン) (不活性)へ逃がす経路を減弱させ、CYP2D6経路への振り分けをさらに促進した可能性がある——尿中代謝物濃度はコデイン codeineコデイン(codeine) codeine(コデイン)・モルヒネ・両グルクロニド Morphine-6-glucuronide グルクロニド(Morphine-6-glucuronide) Morphine-6-glucuronide(グルクロニド) 抱合体のすべてで正常上限 upper limit of normal (ULN) 正常上限(upper limit of normal (ULN)) upper limit of normal (ULN)(正常上限) を大きく上回っていた。
⭐ CYP2D6はSNVだけでなく、遺伝子全体の欠失・重複・ハイブリッドhybrid ハイブリッド(hybrid)hybrid(ハイブリッド) アレルをもつ構造的に複雑な遺伝子。 コピー数増加copy number gain コピー数増加(copy number gain)copy number gain(コピー数増加) が必ず超高代謝型 ultrarapid metabolizer, UM 超高代謝型(ultrarapid metabolizer, UM) ultrarapid metabolizer, UM(超高代謝型) になるとは限らず、重複したアレルの機能を同定して活性スコアへ反映する。欠失・重複と各機能アレルの頻度は集団ごとに大きく異なる。2
薬理ゲノミクスバイオマーカーとFDA承認薬
FDAFDA(Food and Drug Administration)の薬理ゲノミクス pharmacogenomics 薬理ゲノミクス(pharmacogenomics) pharmacogenomics(薬理ゲノミクス) バイオマーカー Biomarkers バイオマーカー(Biomarkers) Biomarkers(バイオマーカー) 一覧には500行超が掲載され(1薬物に複数のバイオマーカー Biomarkers バイオマーカー(Biomarkers) Biomarkers(バイオマーカー) が対応することもある、例:ワルファリンは3行)、腫瘍領域が最多分野——CYP遺伝子ファミリーが最も頻繁に登場する遺伝子群。
NAT2遺伝子とイソニアジド(結核治療薬)
N-アセチル転移酵素 acetyltransferaseアセチル転移酵素(acetyltransferase) acetyltransferase(アセチル転移酵素)は第II相代謝酵素 metabolic enzyme (metabolizing enzyme) 代謝酵素(metabolic enzyme (metabolizing enzyme)) metabolic enzyme (metabolizing enzyme)(代謝酵素) で、イソニアジドisoniazid, Hイソニアジド(isoniazid, H)isoniazid, H(イソニアジド)(結核治療薬)を不活化する。
| NAT2遺伝子型 | アセチル化表現型 | 副作用 |
|---|---|---|
| *5A/*5B、*5A/*6A、*5B/*5B、*5B/*6A、*6A/*6A | 遅い(slow acetylator) | 肝毒性・肝炎 |
| *4/*5B、*4/*6A | 中間 | — |
| *4/*4 | 速い(fast acetylator) | 薬剤耐性antimicrobial resistance, AMR 薬剤耐性(antimicrobial resistance, AMR)antimicrobial resistance, AMR(薬剤耐性) (治療濃度に達しない) |
NAT2の機能アレルとアセチル化表現型の頻度は集団間で異なるが、広い集団ラベルに固定した頻度を個々の患者へそのまま当てはめず、遺伝子型、肝機能、併用薬、治療反応を統合する。
MRP2遺伝子とメトトレキサート
MRP2はメトトレキサート(自己免疫疾患・がん治療薬)とその毒性代謝物 toxic metabolite 毒性代謝物(toxic metabolite) toxic metabolite(毒性代謝物) (7-ヒドロキシメトトレキサート)の排泄を担う——MRP2変異はメトトレキサートの排泄障害・肝毒性・肝細胞がんと関連しうる。
薬力学と遺伝的変異:受容体標的
症例:喘息治療とADRB2遺伝子多型
β2アドレナリン受容体 adrenergic receptor, adrenoceptorアドレナリン受容体(adrenergic receptor, adrenoceptor) adrenergic receptor, adrenoceptor(アドレナリン受容体)を介した気道平滑筋弛緩 airway smooth muscle relaxation 気道平滑筋弛緩(airway smooth muscle relaxation) airway smooth muscle relaxation(気道平滑筋弛緩) がβ2作動薬の作用機序——薬物反応には遺伝的差異 genetic variation 遺伝的差異(genetic variation) genetic variation(遺伝的差異) だけでなく、疾患重症度severity of disease疾患重症度(severity of disease)severity of disease(疾患重症度)、吸入手技inhalation technique吸入手技(inhalation technique)inhalation technique(吸入手技)、服薬状況、併用薬なども関与する。16番・27番アミノ酸位置の2つのコード変異(Gly16Arg、Glu27Gln)は候補因子として研究されてきた。
⚠️ ADRB2のGly16Argなどはサルメテロールsalmeterolサルメテロール(salmeterol)salmeterol(サルメテロール)を含むβ2作動薬への反応の候補因子として研究されてきたが、単一遺伝子型だけで耐性や有害性を断定しない。 治療反応には疾患重症度 severity of disease疾患重症度(severity of disease) severity of disease(疾患重症度)、吸入手技inhalation technique吸入手技(inhalation technique)inhalation technique(吸入手技)、服薬状況、併用薬も関わるため、遺伝子型を固定的 fixed 固定的(fixed) fixed(固定的) な治療選択 therapeutic options 治療選択(therapeutic options) therapeutic options(治療選択) へ直結させない。
症例:ワルファリン投与量の個別化
ワルファリンは死亡例の薬物有害事象で報告数第1位、重大出血の頻度は2〜16%(他の多くの薬物の0.1%と比較して著しく高い)。VKORC1(ビタミンKエポキシド還元酵素vitamin K epoxide reductase ビタミンKエポキシド還元酵素(vitamin K epoxide reductase)vitamin K epoxide reductase(ビタミンKエポキシド還元酵素) 複合体サブユニット1)を阻害することで抗凝固作用を発揮し、CYP2C9により肝臓で代謝される。
至適用量optimal dose 至適用量(optimal dose)optimal dose(至適用量) の指標:INR(国際標準化比international normalized ratio国際標準化比(international normalized ratio)international normalized ratio(国際標準化比))2.0〜3.0——低すぎれば血栓予防 thrombosis prophylaxis 血栓予防(thrombosis prophylaxis) thrombosis prophylaxis(血栓予防) 効果不十分、高すぎれば出血リスク増大。
| 因子 | 用量への一般的影響 | 解釈上の注意 |
|---|---|---|
| CYP2C9活性低下アレル | S-ワルファリン消失低下→必要量低下 | アレルごとの機能差と祖先集団を考慮 |
| VKORC1 -1639A | VKORC1発現低下→必要量低下 | CYP2C9と組み合わせて評価 |
| CYP4F2・rs12777823 | 用量予測を追加修正 | 適用する祖先集団に注意 |
| 年齢・体格・併用薬・臓器機能 | 維持量maintenance dose 維持量(maintenance dose)maintenance dose(維持量) と出血リスクを修正 | 遺伝型genotype 遺伝型(genotype)genotype(遺伝型) だけで固定用量を決めない |
したがって遺伝子型の組み合わせを固定したmg/日表へ直接対応させるのではなく、検証済みの薬理遺伝学 pharmacogenetics 薬理遺伝学(pharmacogenetics) pharmacogenetics(薬理遺伝学) 的用量アルゴリズムとINRモニタリングを併用する。3
VKORC1アレル頻度 allele frequency アレル頻度(allele frequency) allele frequency(アレル頻度) の集団差: -1639Aアレルは東アジア系祖先集団で比較的高頻度で、平均的な必要量が低い一因となる。一方、アフリカ系祖先集団ではCYP2C9*5・*6・*8・*11やrs12777823など、*2・*3とVKORC1だけの検査では捉えにくい因子が重要となる。祖先を人種ラベルや固定頻度に置き換えず、対象集団study population 対象集団(study population)study population(対象集団) に適合したアルゴリズムを用いる。3
💡 INFINITI 2C9&VKORC1マルチプレックスアッセイのような臨床検査が、この2遺伝子の遺伝子型を一度に判定しワルファリン用量の個別化を支援する。
特異体質
薬物動態pharmacokinetic薬物動態(pharmacokinetic)pharmacokinetic(薬物動態)・薬力学pharmacodynamics 薬力学(pharmacodynamics)pharmacodynamics(薬力学) の効果だけでは説明できない副作用——薬物標的 drug targets 薬物標的(drug targets) drug targets(薬物標的) でも薬物動態 pharmacokinetic 薬物動態(pharmacokinetic) pharmacokinetic(薬物動態) 経路でもないタンパクをコードする遺伝子の変異が原因になりうる。標的臓器は通常肝臓(肝毒性)または皮膚(偽アレルギーpseudoallergy偽アレルギー(pseudoallergy)pseudoallergy(偽アレルギー))。例:クロラムフェニコールchloramphenicolクロラムフェニコール(chloramphenicol)chloramphenicol(クロラムフェニコール)(抗菌薬)の経口投与 oral 経口投与(oral) oral(経口投与) による再生不良性貧血aplastic anemia, AA再生不良性貧血(aplastic anemia, AA)aplastic anemia, AA(再生不良性貧血)(24,000〜40,000人に1人)。
薬理ゲノミクスの創薬への応用
現行の治療薬は約400種の薬物標的 drug targets 薬物標的(drug targets) drug targets(薬物標的) にしか作用していないが、潜在的な薬物標的 drug targets 薬物標的(drug targets) drug targets(薬物標的) は少なくともその10倍存在すると推定される——ハイスループット・ゲノミクスgenomics ゲノミクス(genomics)genomics(ゲノミクス) 手法(仮説フリー型hypothesis-free仮説フリー型(hypothesis-free)hypothesis-free(仮説フリー型))が新規標的同定を加速しうる。市販薬over-the-counter drug 市販薬(over-the-counter drug)over-the-counter drug(市販薬) の約20%の効果が、薬物分解drug degradation 薬物分解(drug degradation)drug degradation(薬物分解) 酵素をコードする遺伝子の多型に影響される。
薬理ゲノミクスpharmacogenomics 薬理ゲノミクス(pharmacogenomics)pharmacogenomics(薬理ゲノミクス) の利点: ①オーダーメイド personalized/tailored オーダーメイド(personalized/tailored) personalized/tailored(オーダーメイド) 処方の開発、②有害事象の最小化・排除、③有効性・服薬遵守medication adherence 服薬遵守(medication adherence)medication adherence(服薬遵守) の向上、④合理的創薬 drug design 創薬(drug design) drug design(創薬) の向上、⑤生涯に1回の薬理遺伝学 pharmacogenetics 薬理遺伝学(pharmacogenetics) pharmacogenetics(薬理遺伝学) 的検査で足りる、⑥用量決定精度の向上、⑦疾患のスクリーニング・モニタリング、⑧より強力で安全なワクチン開発、⑨創薬 drug design創薬(drug design) drug design(創薬)・開発の改善。
ニュートリゲノミクス
| 定義 | |
|---|---|
| ニュートリゲノミクスNutrigenomicsニュートリゲノミクス(Nutrigenomics)Nutrigenomics(ニュートリゲノミクス) | 遺伝子-栄養素相互作用をゲノムレベルで研究——健常者・非健常者双方が対象集団 study population対象集団(study population) study population(対象集団) |
| ニュートリジェネティクスnutrigeneticsニュートリジェネティクス(nutrigenetics)nutrigenetics(ニュートリジェネティクス) | 遺伝的背景genetic background 遺伝的背景(genetic background)genetic background(遺伝的背景) との相互作用を研究 |
💡 「汝の食事を医療とし、医療を食事とせよ」——ヒポクラテスの箴言が、遺伝子レベルで再解釈される時代。
ニュートリゲノミクスNutrigenomics ニュートリゲノミクス(Nutrigenomics)Nutrigenomics(ニュートリゲノミクス) の重要性: ①栄養不良は健康問題・疾患を招く、②多くの遺伝性疾患の症状は適切な食事で軽減できる、③食品・食品添加物food additive 食品添加物(food additive)food additive(食品添加物) は遺伝子発現に直接影響する、④食品の効果は遺伝的背景 genetic background 遺伝的背景(genetic background) genetic background(遺伝的背景) に依存する、⑤健康的な栄養は多くの疾患の予防の一部、⑥食事関連疾患の早期段階のマーカーを見つけることで栄養介入による回復が可能になる。
代謝疾患とニュートリジェネティクス
| 疾患 | 症状 | 遺伝子多型genetic polymorphism遺伝子多型(genetic polymorphism)genetic polymorphism(遺伝子多型) | 食事療法dietary therapy食事療法(dietary therapy)dietary therapy(食事療法) |
|---|---|---|---|
| 乳糖持続性の欠如(乳糖不耐症lactose intolerance乳糖不耐症(lactose intolerance)lactose intolerance(乳糖不耐症)) | 下痢、嘔吐 | MCM6(08-2-evolution-geneticsのラクターゼ持続 lactase persistence ラクターゼ持続(lactase persistence) lactase persistence(ラクターゼ持続) 性も参照) | 乳糖除去食 |
| フェニルケトン尿症phenylketonuria, PKUフェニルケトン尿症(phenylketonuria, PKU)phenylketonuria, PKU(フェニルケトン尿症) | 精神症状 | PAH(04-6-autosomal-recessive-inheritance-ar-i参照) | フェニルアラニンphenylalanine フェニルアラニン(phenylalanine)phenylalanine(フェニルアラニン) 除去食 |
| ガラクトース血症galactosemiaガラクトース血症(galactosemia)galactosemia(ガラクトース血症) | 傾眠、黄疸、敗血症 | GALE・GALK1・GALT | ガラクトースgalactose ガラクトース(galactose)galactose(ガラクトース) 除去食 |
| アルカプトン尿症alkaptonuriaアルカプトン尿症(alkaptonuria)alkaptonuria(アルカプトン尿症) | 関節炎、強膜sclera 強膜(sclera)sclera(強膜) の黒色斑 black spots黒色斑(black spots) black spots(黒色斑) | ホモゲンチジン酸ジオキシゲナーゼhomogentisate dioxygenase (HGD)ホモゲンチジン酸ジオキシゲナーゼ(homogentisate dioxygenase (HGD))homogentisate dioxygenase (HGD)(ホモゲンチジン酸ジオキシゲナーゼ) | ビタミンC豊富な食事 |
| セリアック病 | 潰瘍、腹痛 | HLAHLA(human leukocyte antigen)遺伝子群 | グルテン除去食gluten-free dietグルテン除去食(gluten-free diet)gluten-free diet(グルテン除去食) |
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症例:大豆由来フィトエストロゲンと前立腺がんリスク
ゲニステイン・ダイゼイン・クメス scalpel メス(scalpel) scalpel(メス) トロール・エクオール等の大豆由来フィトエストロゲンはエストロゲン受容体 estrogen receptor (ER) エストロゲン受容体(estrogen receptor (ER)) estrogen receptor (ER)(エストロゲン受容体) α・β(ER-α, ER-β)に結合し、細胞増殖・成長・分化を調節する抗酸化 antioxidant抗酸化(antioxidant) antioxidant(抗酸化)・抗血管新生antiangiogenic 抗血管新生(antiangiogenic)antiangiogenic(抗血管新生) 分子——乳がん・子宮がん・前立腺がんなどホルモン関連がんのリスク低減、閉経症状の軽減(エストロゲン様作用)に関与しうる。
⭐ 同じフィトエストロゲンが、遺伝子多型genetic polymorphism 遺伝子多型(genetic polymorphism)genetic polymorphism(遺伝子多型) 次第でリスクを下げも上げもする——ニュートリゲノミクス Nutrigenomics ニュートリゲノミクス(Nutrigenomics) Nutrigenomics(ニュートリゲノミクス) の核心。 ERαプロモーターSNP(-13950 T/C):TT型ではフィトエストロゲンとの相関なし、TC/CC型では摂取に伴い前立腺がんリスクが低下。一方、ERβのSNP(Ex1-192G>C)保有者では、逆に摂取に伴い前立腺がんリスクが上昇する——同一の食事介入が、遺伝子型によって正反対の帰結を生みうる。
症例:コーヒーとパーキンソン病リスク
「定期的なコーヒー摂取がパーキンソン病リスクを下げる」という一般的な言説を、ゲノムワイドな遺伝子-環境相互作用 gene-environment interaction 環境相互作用(gene-environment interaction) gene-environment interaction(環境相互作用) 解析で検証——PD患者1,458人・非罹患者931人を対象に、コーヒー摂取量(多い/少ない)で層別化。
⭐ カフェインcaffeine カフェイン(caffeine)caffeine(カフェイン) 摂取とGRIN2A rs4998386の交互 alternating 交互(alternating) alternating(交互) 作用は、初期報告だけで確立した個別化指標とは扱えない。 前向き3コホートを用いたネステッド症例対照研究 case-control study 症例対照研究(case-control study) case-control study(症例対照研究) では、カフェインcaffeine カフェイン(caffeine)caffeine(カフェイン) 摂取量とパーキンソン病リスクの逆相関 inverse correlation 逆相関(inverse correlation) inverse correlation(逆相関) はみられた一方、GRIN2A rs4998386との交互 alternating 交互(alternating) alternating(交互) 作用は有意でなかった。4 特定のORや遺伝子型別低下率を一般化せず、独立再現を要する候補所見として読む。
症例:葉酸とMTHFR多型——妊娠前後の推奨と冠動脈疾患予防
MTHFR(メチレンテトラヒドロ葉酸 tetrahydrofolate (THF) テトラヒドロ葉酸(tetrahydrofolate (THF)) tetrahydrofolate (THF)(テトラヒドロ葉酸) 還元酵素)遺伝子のC677T多型(Ala222Val)——熱不安定性バリアント、高ホモシステイン血症Hyperhomocysteinemia高ホモシステイン血症(Hyperhomocysteinemia)Hyperhomocysteinemia(高ホモシステイン血症)・低葉酸濃度と関連。
⚠️ MTHFR 677C>Tは葉酸代謝 folate metabolism 葉酸代謝(folate metabolism) folate metabolism(葉酸代謝) とホモシステイン homocysteine ホモシステイン(homocysteine) homocysteine(ホモシステイン) 値を修飾するが、単一遺伝子型だけで冠動脈疾患や神経管欠損 neural tube defect (NTD) 神経管欠損(neural tube defect (NTD)) neural tube defect (NTD)(神経管欠損) のリスクを固定できない。 677TTでは酵素活性低下、低葉酸、高ホモシステイン homocysteine ホモシステイン(homocysteine) homocysteine(ホモシステイン) との関連がみられるが、疾患リスクは葉酸摂取、他の遺伝要因、生活習慣Lifestyle生活習慣(Lifestyle)Lifestyle(生活習慣)、集団背景にも依存する。5 特定製品が遺伝的影響を一律に回避するとせず、妊娠前後の葉酸摂取は一般的な予防推奨と個別の臨床評価に基づける。
まとめ
- 薬物反応の個人差 individual variation 個人差(individual variation) individual variation(個人差) は遺伝型 genotype 遺伝型(genotype) genotype(遺伝型) だけでなく、年齢、臓器機能、疾患、併用薬、環境要因を統合して評価する。遺伝的寄与を一律の60〜80%とは置かない。
- 約12の主要CYP酵素が臨床薬の70〜80%の代謝に関わり、PM・IM・NM・UMという代謝表現型を生む。CYPアレルとコピー数変異 copy number variation, CNV コピー数変異(copy number variation, CNV) copy number variation, CNV(コピー数変異) の頻度は集団で異なる。
- ワルファリンはCYP2C9・VKORC1を主要因としつつ、CYP4F2、祖先背景、年齢、体格、併用薬等を用量アルゴリズムへ統合し、INRで調整する。
- 薬理ゲノミクスpharmacogenomics 薬理ゲノミクス(pharmacogenomics)pharmacogenomics(薬理ゲノミクス) は新規創薬 drug design 創薬(drug design) drug design(創薬) 標的の同定(現行400標的の10倍が未開拓)・オーダーメイドpersonalized/tailored オーダーメイド(personalized/tailored)personalized/tailored(オーダーメイド) 処方・有害事象最小化に応用される。
- ニュートリゲノミクスNutrigenomics ニュートリゲノミクス(Nutrigenomics)Nutrigenomics(ニュートリゲノミクス) では遺伝子×栄養相互作用の再現性と効果量を吟味する。GRIN2A×カフェイン caffeine カフェイン(caffeine) caffeine(カフェイン) は未再現の候補で、MTHFR×葉酸も遺伝型 genotype 遺伝型(genotype) genotype(遺伝型) だけから疾患リスクや特定サプリメント supplement サプリメント(supplement) supplement(サプリメント) の効果を断定しない。
出典
- 1.Cytochrome P450 enzymes in drug metabolism: regulation of gene expression, enzyme activities, and impact of genetic variation(Pharmacology & Therapeutics・2013)約57の機能的ヒトCYPのうち主に約12酵素が臨床薬の70〜80%の代謝に関わり、活性は遺伝・環境・生理要因で変動する閲覧 2026-08-24
- 2.Worldwide Distribution of Cytochrome P450 Alleles: A Meta-analysis of Population-scale Sequencing Projects(Clinical Pharmacology & Therapeutics・2017)CYP遺伝子のSNVとコピー数変異の頻度には大きな集団差があり、薬物代謝表現型へ影響する閲覧 2026-08-24
- 3.Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium (CPIC) Guideline for Pharmacogenetics-Guided Warfarin Dosing: 2017 Update(Clinical Pharmacology & Therapeutics・2017)ワルファリン用量はCYP2C9・VKORC1に加えCYP4F2、祖先関連変異、年齢、体格、併用薬等をアルゴリズムで統合して決める閲覧 2026-08-24
- 4.Interaction between caffeine and polymorphisms of glutamate ionotropic receptor NMDA type subunit 2A (GRIN2A) and cytochrome P450 1A2 (CYP1A2) on Parkinson's disease risk(Movement Disorders・2018)前向きコホート内症例対照研究ではカフェイン摂取とGRIN2A rs4998386の交互作用は有意でなかった閲覧 2026-08-24
- 5.MTHFR Gene Polymorphisms: A Single Gene with Wide-Ranging Clinical Implications—A Review(Genes・2025)MTHFR 677C>Tなどは酵素活性・葉酸・ホモシステイン値に影響するが、疾患リスクは栄養状態を含む複数因子に依存する閲覧 2026-08-24