医学院校生物技术专业开设药物基因组学的必要性
[中图分类号] R968 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）02（a）-0134-04
The necessity for biotechnology major of medical college for set up pharmacogenomics
LI Meng1 DUAN Ran2 JIANGXinju2 GUO Yanhai1 LU Zifan1 YUAN Yuan3
1.School of Pharmacy， the Fourth Military Medical University， Shaanxi Province， Xi'an 710032， China； 2.The brigade of undergraduates， the Fourth Military Medical University， Shaanxi Province， Xi'an 710032， China； 3.Deparment of Vasculocardiology， Xijing Hospital affiliated to the Fourth Military Medical University， Shaanxi Province， Xi'an 710032， China
[Abstract] Pharmacogenomics is a new discipline which intend to go deep and extend of genomics in the field of pharmacy. Pharmacogenomics can not only helps people better understand the causes of different individuals differences in drug reactions， but also directs the development and clinical use of new drugs. With the introduction of the concept of "precision medicine" and the arrival of the era of "personalized medicine"， pharmacogenomics is becoming more and more concerned and is gradually enter clinical application. On the other hand， biotechnology has been widely used in diagnosis， pharmaceutical and other fields in recent years， medical and pharmaceutical colleges and universities have set up biotechnology major， with a view to training pharmaceutical professionals for laboratory， pharmacy and new drug development. However， most biotechnology majors currently have very few pharmacogenomics， which is very bad for cultivating talents in the era of "individualized medicine". Based on the research content and practical application of pharmacogenomics， this paper analyzes the necessity of pharmacogenomics in the specialty of biotechnology in medical and pharmaceutical colleges， which provide information for improving the curriculum system of biotechnology.
[Key words] Pharmacogenomics； Medical biotechnology； Curriculum； Individualized medicine
?物基因组学是一门新兴学科，它旨在帮助人们更好地认识不同个体对同一药物反应差异的原因，从而指导临床用药和新药研发。随着“精准医疗”概念的提出和“个体化医疗”时代的到来，药物基因组学越来越引发关注，并且逐渐走入临床应用。近年来生物技术尤其是生物诊断、生物制药等相关生物技术在医药领域广泛应用，我国医学和药学院校纷纷开设生物技术专业，以期为医院检验科，药剂科及新药研发领域培养专业生物技术人才。然而，大多数医学及药学院校的生物技术专业目前并未开设药物基因组学课程，这对于面向“个体化医疗”时代的人才培养是一个较大的缺憾。本文首先介绍了药物基因组学的概念和发展概况，然后从就业方向出发，阐述了医学和药学院校生物技术专业开设药物基因组学的必要性。 1 药物基因组学
药物基因组学（Pharmacogenomics）是功能基因组学在药学临床实践与药物研究中的具体应用。药物基因组学主要通过对个体基因多态性的检测，发现不同人种以及相同人种的不同个体，在药物识别靶点以及药物吸收、代谢、毒性反应等方面的差别，进而指导个体化与合理化用药[1]。药物基因组学还借助全基因组测序分析，发现有价值的基因多态性与疾病的关联，实现对多病因复杂疾病的遗传易感预测[2-3]。此外，药物基因组学还能够结合特定疾病发现重要突变基因与蛋白，为新药研发提供有效靶点；药物基因组学也可以在药物临床实验中，根据患者的基因多态性和药物反应状况，提供有效患者分类，提高药物研发成功率[4-5]。简言之，药物基因组学主要解决以下几个问题：为什么不同人群或个体对同一种药物的反应有差异？能否在基因组水平上预测这些差异，进而指导临床有效和安全用药，并为新药研发提供有效受众人群？另外，个体基因多态性的检测能否和如何实现对多种疾病风险的预测？
2 药物基因组学的发展历程
药物基因组学的诞生归功于遗传药理学和基因组学的发展，它的发展历程可分成两个主要阶段。第一阶段主要是基于遗传学表型分析的药物遗传学或遗传药理学研究，第二阶段则是基于分子生物学的飞跃发展和人类基因组测序的完成，人们利用多种测序方法开展个体遗传多态性标志序列的检测，并通过这些标志物指导临床合理用药，推进新药靶点研究。
2.1 遗传药理学阶段
1898年，英国内科医生Archibald Garrod致力于尿色素成分的研究，他发现个别患者服用某种镇静催眠药后可导致卟啉病和尿黑酸症，并且发现这种异常药物反应在具有血缘关系的亲属身上发病率明显增高。1913年，英国生物学家Bateson W证实Garrod发现的药物反应为隐性遗传，并首次对这一遗传药理学现象作出描述[6-7]。上世纪50年代，英国医生Alving发现伯氨喹治疗疟疾在白人中安全有效，却有高达10%的黑人服用相同剂量的伯氨喹后出现急性溶血危象。1956年，Carson等证实造成这种现象的原因是体内葡萄糖-6-磷酸-脱氢酶（G6PD）缺乏，全球约4亿人至少携带135个G6PD基因突变位点中的一个，面临伯氨喹药物性溶血风险。1957年，Kalow和Genest发现常染色体隐性遗传引起某些患者对于麻醉辅助药物琥珀酰胆碱反应异常，维持几分钟肌肉麻痹的药量可以在个别人中引发呼吸暂停。这些对临床药物反应事件的研究形成了遗传药理学的基本内容：查明药物代谢酶、转运体和受体等相关突变对药物疗效和毒性的影响[8]。
2.2 个体遗传标志物阶段
上世纪80年代，分子生物学以及多种PCR，高通量基因芯片测序技术飞速发展，使得药物基因组学可以从基因水平寻找影响药物安全性和有效性的生物遗传标记。在这个阶段，药物基因组学真正开始走向临床，并且随着精准医学（Precision Medicine）时代的到来而引发广泛关注。2004年人类基因组计划又破译了全部基因序列，发现98%以上的非编码序列中存在大量的单核苷酸多态性（SNP），SNP可以作为遗传标志用于研究基因型与药物反应关系，成为药物基因组学的主要研究内容之一[9-10]。
人类基因组计划的目的是通过解读人类基因，认识生命奥秘与疾病发生的病理机制，从而把基因组的研究成果与发现更好地应用到人类医疗和健康服务领域。而药物基因组学是基因组计划里距离为人类健康服务目标最近的领域，也正因为如此，这门学科的研究更受到商业资本的垂青，也进一步加速了这门学科的发展步伐。
3 药物基因组学对精准医学新时代的意义
精准医学是随着基因组测序技术快速进步以及生物信息与大数据科学的交叉应用而发展起来的新型医学概念与医疗模式。其本质是通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，对于大样本人群与特定疾病类型进行生物标志物的分析与鉴定、验证与应用，从而精确寻找到疾病的原因和治疗的靶点，并对一种疾病不同状态和过程进行精确分类，最终实现对于疾病和特定患者进行个性化精准治疗的目的，提高疾病诊治与预防的效益[6]。
药物基因组学恰恰是实现精准医学和个体化医疗的基础学科。2007年，美国FDA批准了第一个遗传分子的检测，该检测根据CYP2C9和VKORC1基因多态性预测抗凝药华法林的敏感性[11-12]，预示药物基因组学由实验室研究走向实际应用。迄今为止，美国FDA要求70余种药物需要进行遗传标志物检测，以确保安全用药[13]。美国FDA还颁布了《行业指南草案：药物基因组学数据报送》，要求新药申报时需提供遗传药理学数据。2012年，我国SFDA也效仿要求新药申报需提供遗传药理数据。除了药物安全性筛查之外，药物基因组学在药物有效性筛查方面也大量应用于临床。例如，治疗非小细胞肺癌的吉非替尼和埃罗替尼，只有在EGFR基因19和21号外显子突?患者中具有显著疗效；EGFR基因20号外显子T790M突变为二次突变，是继发性耐药的主要机制之一。无突变者和20号外显子T790M突变者不推荐使用这两种药物，该突变的检测目前已经在各大医院逐渐开始普及[14-15]。通过以上应用实例可以看出药物基因组学的研究对于精准医学的发展必不可少，药物基因组学的发展将为推动个体化医疗提供有效的基础理论支撑。
4 生物技术专业的发展应用和课程设置
现代生物技术是综合基因工程、分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、免疫学、化学、物理学及计算机科学等多学科的技术体系，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务。当今强国都把生物技术作为战略发展重点。我国制定的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》也把生物技术作为科技发展的五个战略重点之一[16-17]。而生物技术在医药产业方面的应用最为广泛，以基因工程、细胞工程等为基础的生物技术使得生物医药成为最活跃、进展最快的高新技术产业之一。目前，60%以上的生物技术成果集中于医药工业，据有关专家预测，2020年全球生物技术药品及相关医疗服务销售额将占同期世界药品市场总销售额的15%以上。此外，以生物技术为基础的基因诊断等也是未来医药领域发展的重中之重[18]。 为了适应生物技术飞速发展，国内很多综合院校尤其是医学或者药学院校纷纷开设了生物技术专业。以陕西省为例，第四军医大学、西安交通大学医学院、西安医学院、陕西中医药大学、西北农林科技大学等均开设了生物技术专业。这些院校生物技术专业开设的专业基础课一般包括：生物化学、微生物学、细胞生物学等；开设的专业必修课一般包括：细胞工程、基因工程、发酵工程等。开设的实践课程根据院校类型差异较大，例如医学院主要开展的是细胞分子生物学基础实验、基因工程药物制备等；农林院校主要开展的是生物分离技术、仪器分析技术等。这些课程基本能够从理论到实践形成系统的课程体系，给予生物技术的本科生一个总体概念[19]。
然而，经过调查我们发现大部分院校生物技术专业目前没有设置药物基因组学课程。以陕西省为例，目前只有第四军医大学生物技术专业开设了药物基因组学。如果我们反观一下生物技术专业尤其是医学院校生物技术专业学生的就业方向，就会发现开设药物基因组学非常必要。
5 生物技术专业学习药物基因组学的必要性
一般说来，医学或药学院校的生物技术专业学生毕业后会选择进入医院检验科，药剂科或者生物制药研发企业工作，或者考研进入高等院校生物制药等相关专业继续深造。下面我们就以上几种可能的就业方向来简单阐述一下学习或了解药物基因组学对生物技术专业学生的必要性。
5.1 医院检验科或药剂科
个体化医疗为基础的精准医学时代的到来促使多种药物的使用需要对患者进行某些特定基因的检测以确保安全性或有效性。美国FDA要求300多种药物在使用说明中明确基因检测标志。我国SFDA在2015年也颁布了《药物代谢酶和药物作用靶点基因检测技术指南》（试行），明确要求了某些药物的使用需进行基因检测。因此，了解药物基因组学的概念，掌握一些药物基因组学的检测方法，对于即将进入医院检验科或药剂科工作的生物技术专业毕业生来说是必需的，这是适应迅速发展的个体化医疗方式的必备理论基础。
5.2 药物研发企业
学习药物基因组学对于进入药企的学生来说，更为重要。这些重要性主要来源于药物基因组学对新药研发的指导意义：①药物的代谢性质不良，或者在不同遗传背景的人群之间差异过大是导致药物毒副作用的重要原因。及早淘汰代谢性质不良的药物，避免其进入临床，是节省新药开发成本的重要手段。药物基因组学可以指导人们筛选出不被具有明显基因多态性的药物代谢酶代谢及转运体转运的药物，即所谓的“硬药”进行持续开发，可使上市后药物更加安全，亦可能避免新药上市后被撤出市场的命运。②传统的新药临床试验对受试者的遗传背景不加区分，其缺陷在于纳入了大量具有不同遗传背景的受试者，这些特异亚群中产生的疗效差和毒性大的数据极大影响了药物的安全性和有效性评价结果。药物基因组学的全基因组候选基因筛选技术（GWAS）可从大样本临床研究中发现影响药物毒性的候选基因，从而区分特质人群，指导临床试验，避免药物被错误淘汰。这项技术也可实现上市后药物的安全性再评价。③2005年起，美国FDA颁布了面向药厂的“药物基因组学资料呈递”指南。该指南旨在敦促药厂在提交新药申请时必需或自愿提供该药物的药物基因组学资料，其目的是推进更有效的新型“个体化用药”进程，最终达到视“每个人的遗传学状况”而用药，使患者在获得最大药物疗效的同时，只面临最小的药物不良反应危险。我国SFDA目前也已效仿，要求新药申报材料报送时增加药物基因组学资料。因此，进入药企工作对于将承担新药研发工作的毕业生学习药物基因组学能更好的适应新时代的新药研发规则，加速药品研发进程[20]。
5.3 高等院校生物制药相关专业
继续深造的毕业生一般会选择生物制药相关专业学习，药物基因组学是制药学中一个必须了解的?n程，而且作为一个新兴学科，药物基因组学的发展空间巨大，转化研究也尚处于早期阶段。因此，毕业生选择药物基因组学作为科研方向具有广阔的前景，即便不选择药物基因组学作为研究方向，了解GWAS、细胞毒理的候选基因筛选技术基于siRNA和转基因动物模型的候选基因筛选技术对于药物研究也意义重大。
6 小结
药物基因组学领域由基础到临床的科学实践随着精准医疗概念的提出已经取得飞速的发展，药物基因组学和个体化医学的理念逐渐被国际医药界、药品监管机构和制药公司所接受，关键技术在国家科技重大专项计划支持下也已渐渐成熟，在指导临床合理用药和新药开发中发挥越来越重要的作用，在世界范围内的应用和普及将成为不可逆转的趋势。即将进入医疗及医药研发领域的医学及药学院校生物技术专业的学生学习药物基因组学必不可少，可以在极大开拓学生的视野的同时，增强知识与实际的结合性，为社会培养出更适合社会经济需要的专业人才。
然而，必需指出的是药物基因组学还是一门发展中的科学，欲使其研究结果惠及广大患者，实现真正的个体化医疗和精准医疗，还面临着多方面严峻的挑战。多学科协同研究将是药物基因组学未来发展的方向，多学科融合将帮助我们从不同的系统层次整合信息，更好地理解和阐述分子结构与功能、基因型与表现型、基因与药物和环境之间的相互反应和相关性，从而实现基因组信息为人类服务的真正意义。
