精准医疗下的药物研发之路

纳兰烙烙

过去的三十年中，利用基因组学成功确定了一些新的药物靶点，但是药物研发的整体临床疗效一直表现平平，这很大程度上是由于疾病的异质性和患者的个体差异。随着基因测序技术的发展、临床记录和基因数据相同步，精准医疗下的药物研发成为了可能。

基因组学之前的药物研发

20世纪中旬，小分子药物发现往往是通过动物、器官、组织水平的表型筛选，如抗生素的研发。

1970后，整个药物研发效率开始下降。大家更加倾向于理解假定药物或者靶标的生理功能和结构性质，研发更加趋向于合理。

接下来几十年，研发的中心逐渐放在了功能基因上，将具有特定生理活性蛋白作为靶点，例如ACE抑制剂(血管紧张素转换酶)的开发。

1990年后由于缺乏足够的新药靶点，研发陷入一个后继无力的阶段，略显疲软。这个时期，生物技术和计算机技术的蓬勃发展，孕育了药物研发中的基因组学。

基因组学技术的发展

1、表达序列标签ESTs (expressed sequence tags)：从特定状态的组织或细胞中分离mRNA，将mRNA逆转录成cDNA亚克隆到载体中，利用载体上的引物对插入片段测序，测序出来的片段结果即称为表达序列标签。

EST分析不仅能够检测这些基因表达的差异，也能鉴定新基因和失调性通路，提供了大量具有潜在治疗意义的新靶标。

通过对理想的的基因(如成药性好或者仅在特定组织器官中表达)进行选择克隆和功能分析，如果有潜力的话，可以进行高通路筛选和药物合理的设计。

通过表达序列标签分析对疾病相关的基因和通路，药物的焦点开始从缓解症状到针对疾病的潜在机制，带来了更多的潜在作用靶点，解决了1990年后由于靶点发现数目下降而导至药物研发数量下降的危机。

2、GWAS (Genome-wide association study)全基因组关联分析，从人类全基因组范围内找出存在的序列变异，即单核苷酸多态性(SNP)，从中筛选出与疾病相关的SNPs。

通过GWAS技术确认常见疾病的基因组信息，可以提供关于疾病基因信息和相关疾病机制，对于常见复杂疾病的药物候选化合物发现大有裨益。

2007到2012年，近2000个复杂疾病的特征的发现，促成了近2000个新的潜在先导化合物的发现。

最后一个阶段：精准医疗转化，通过基因组、蛋白质组等组学技术和医学前沿技术，识别、直接指向常见病的新靶点。

首要是通过更成功的临床前模型来进行初始目标验证，然后通过研究一系列单基因的功能丧失性突变和功能获得性突变的表观变化，可以得到一个假设的疗效或者是由于特定基因产物调控带来的毒性。

代表例子：PCSK9是一种分泌型丝氨酸蛋白酶，可导至肝细胞表面LDL受体(LDL-R)减少，进而使肝细胞对LDL-C颗粒清除能力下降。PCSK9基因功能获得性突变可导至LDL-C大幅度升高和冠心病性死亡；而PCSK9基因功能性丢失突变则使LDL-C降低28%，15年内心血管事件死亡和心肌梗死的危险降低88%。

精准医疗在药物发展中的运用 - 肿瘤篇

随着肿瘤特异性的标志物被发现用作潜在药物靶点，肿瘤的个性医疗变得越来越现实。

首先获得肿瘤细胞(切除固体肿瘤、血癌样本、循环系统中的肿瘤细胞)，然后通过伴随诊断、下一代测序技术、基因表达谱和蛋白质组学等，增强对于肿瘤生物标记物的认识。

基于通路的靶向治疗

基于信号通路的靶向疗法依靠现有的特异性肿瘤的基本生物学知识，发现促进肿瘤增殖和生存信号通路中重要的调控因子，调控维持肿瘤存活必须的蛋白，也就是我们常说的蛋白激酶抑制剂。例如第一个小分子激酶抑制剂伊马替尼(格列卫；诺华)，靶向慢性粒细胞白血病(CML)中的融合基因BCR-ABL活性蛋白产物、肥大/干细胞生长因子受体KIT基因的功能获得性突变和在胃肠道间质瘤(GIST)中血小板衍生的生长因子受体‑α (PDGFRα)。

靶向疗法广泛用于肿瘤治疗中，但是肿瘤细胞可以通过靶蛋白的突变和其他代偿性通路来躲避杀伤。肿瘤耐药和关键蛋白突变的研究促进了下一代激酶抑制剂和靶向治疗方法的发展。如第三代EGFR酪氨酸激酶抑制剂Osimertinib，针对于T790M突变。

免疫治疗

尽管免疫系统有能力检测并消灭癌细胞，但是内源性肿瘤细胞和肿瘤微环境的改变可以帮助肿瘤躲避免疫系统的杀伤。

免疫疗法的目的是增强免疫细胞对于肿瘤细胞免疫应答。包括肿瘤疫苗、过继性T细胞疗法(ACT)、免疫检查点抑制剂疗法、嵌合抗原受体T细胞治疗(CART)……

免疫检查点抑制剂：正常情况下，人体的免疫检查点可防止过度免疫。然而肿瘤细胞的过度激活检查点促进肿瘤的免疫逃逸，例如通过调节T细胞程序性死亡蛋白1 (PD1)、细胞程序性死亡配体1 (PDL1)和细胞毒性T淋巴细胞抗原4 (CTLA4)。

长期临床试验表明，使用免疫检查点抑制剂后，非小细胞肺癌2年生存率和5年生存分别高达37%和16%，比14.5%和4.9%的标准治疗有了显著提升。

然而，由于肿瘤的复杂性生物学，其他肿瘤介导的免疫抑制机制尚不明确，仅仅只有少数肿瘤患者具有响应，最终将决定未来的方向是免疫疗法与其他策略相结合。

嵌合抗原受体T细胞疗法(CAR-T)

在恶性B细胞瘤临床实验中最为有效 ‑ 通过靶向肿瘤相关B淋巴细胞抗原CD19。

8月31日，美国FDA批准了第一个基因治疗方法CAR-T细胞药物Kymriah批准上市，用于治疗难治反复性B细胞前体急性淋巴性白血病。10月19日FDA又批准了全球第二个CAR-T疗法Yescarta上市，两个药物都是靶向CD19的CAR-T疗法。

针对于不同肿瘤相关抗原分子如上皮细胞粘附分子(EpCAM)、HER2、磷脂酰肌醇蛋白聚糖3 (GPC3)、GD2和黏蛋白1 (MUC1)相关的临床实验也正在如火如荼进行开展，包括多种肿瘤类型，如食管、胰腺、前列腺、肺和肝癌症(NCT02723942、NCT03013712、NCT02713984和NCT02617134)。

精准医疗在药物发展中的运用 - 癫痫篇

随着基因发现和良好的体外实验动物模型的快速发展，癫痫成为了精准医疗最佳的模型。

癫痫是一种常见的神经系统疾病，特征为反复发作、自发性发作，由于神经元的过度兴奋和神经元网络超同步，频率和严重程度不同。癫痫患者个体差异性大，临床表现和病因复杂，即使超过24种癫痫药物已经上市，三分之一的患者得不到有效控制。

近年来，随着大规模罕见、严重癫痫病的测序发展，在发现新的致病基因上取到了很大突破，为药物的筛选提供一个契机(篇幅有限，对更多信息感兴趣的读者可阅读文献1)。

总结

由于患者潜在发病多样性的问题，候选药物往往由于整体临床疗效不佳，导至了药物研发上的失败。利用基因和基因组相关技术，我们可以将整体临床患者群体根据机制上的差异分成不同亚群，从而提升小分子的临床疗效。

精准医疗在肿瘤的药物研发领域发挥着举足轻重的作用，之外，精准医疗还促进了针对特异性病人的个性化药物研发、更多基于疾病不同潜在发病机制的临床试验。

如今，除了针对于明确特异性的靶点，临床试验对象也偏向于有广泛病因的疾病患者，从而找到疾病的多种潜在发病机制。

当然，精准医学在其他疾病领域还属于起步阶段，尤其是那些在少数患者特异的基因突变的疾病。但是从发展的潮流来看，精准医疗已经成为了药物研发的助推器，我们也将更加接近疾病的真相。

来源：药渡