第十七节 脑卒中的个体化医疗

流行病学证据表明脑卒中具有遗传倾向。以全基因组关联研究(genome-wide association study，GWAS)为主的最新研究进展正改变着我们对多因素脑卒中遗传学的认识。GWAS正在逐步确定新的脑卒中关联基因。目前的研究提示不同的脑卒中亚型具有不同的遗传学构建，因此未来可能会发现新的脑卒中发病途径和新的脑卒中治疗方法。现在已识别的基因变异只能解释整体脑卒中风险中的一小部分，因此还不能用于预测个体的脑卒中风险。当我们能够识别更多的脑卒中易感基因，并且能够用这些变异基因解释大多数脑卒中遗传学风险时;当通过全基因组测序发现的罕见基因变异也被纳入风险推导公式时，个体的遗传基因风险预测才能成为可能。药物基因组学具有非常良好的研究前景，它将会促进个体化遗传学医疗模式的提早实现。脑卒中药物基因组学研究提示遗传变异影响氯吡格雷和华法林的代谢，相关的药物遗传变异检查可以识别药物无反应者，指导药物用量，减少药物相关的毒副作用。

【概述】

脑卒中是一种突然发生的由于脑部血液供应障碍引起的局灶性神经功能缺失的临床综合征。80%～85%的脑卒中是缺血性的，而15%～20%是出血性的。脑卒中是危害人类健康的全球性问题。我国每年有超过250万脑卒中新增患者(http://www.moh.gov.cn)。美国2008年的死亡数据表明，每18个死亡者中，就有一个是死于脑卒中。由于世界人口老龄化，预测到2020年全球因脑卒中导致的死亡率将会翻一番。脑卒中还是导致人类长期残疾的一个主要原因，每年因此造成的经济负担相当巨大。此外，脑卒中还是痴呆、癫痫、晚发型抑郁症的常见原因。

脑卒中危险因素包括高血压、吸烟、糖尿病、高血脂以及合并有某些心脏疾病如缺血性心脏病和房颤等。然而，这并不是脑卒中的全部危险因素，还有大约50%的未知危险因素存在。越来越多的流行病学证据表明脑卒中具有遗传倾向。脑卒中具有异质性，不同的脑卒中亚型对应着不同的发病机制和危险因素。因此，脑卒中的个体化医疗具有重要、深远的意义。

个体化医疗是以每位患者的大量信息为基础，通过综合分析和挖掘每位患者病理学、生理学和病理生理学等方面的特点，进一步制订出适合每位患者的独特的、最佳的治疗和预防方案，提高治疗的针对性，从而取得最优的疗效。个体化医疗的概念最早于1999年由Robert Langreth和MichaelWaldholz提出，很快就被广泛认可，成为了一个飞速发展的领域。美国系统生物学家Leroy Hood提出了“4P医学”的概念，即预测(prediction)、个体化(personalization)、预防(prevention)和参与(participation)，认为医疗实践应该变被动为主动，要以个体能获得最优质的健康为目的，而不单是治疗疾病。“4P医学”是个体化医疗的进一步升华，它要求对个体不同种类的数据(如DNA、RNA、蛋白质、细胞和组织等)进行整体综合分析，理解人体内各种生物网络和分子在疾病发生中的作用，从而主动预测并建立有效的模型来指导治疗。

个体化医疗需要综合分析每位患者各方面的庞大信息数据，除大量的基因和基因组学数据以外，还包括大量的蛋白质组学、脂类组学、表观遗传学、代谢组学、转录组学等(统称为“omics”)数据。这些信息形成了一个综合的、巨大的数据库，详细记录了患者的各项检查信息以及诊断信息，以便于个体化治疗策略的制订。近年来，高通量技术如DNA测序、微阵列技术、比较基因组杂交技术、数字聚合酶链反应(digital PCR)、质谱分析等技术的飞速发展极大地促进了传统医疗模式向个体化医疗模式的转变。特别是新一代测序技术(next-generation sequencing，NGS)极大地推进了人们对于基因组结构和功能的认识。本文将重点综述脑卒中的个体化医疗在脑卒中遗传学和药物基因组学方面的研究进展和前景。

【脑卒中遗传学研究】

一些单基因遗传病能导致缺血性和出血性脑卒中，最常见的是伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病(CADASIL)。单基因遗传病比较罕见，对讨论脑卒中的整体风险贡献不大。

流行病学研究表明，遗传易感基因对于最常见的散发性脑卒中的发病非常重要。在一项研究中，通过对比同卵和异卵双胞胎的脑卒中发病率证实了脑卒中的遗传倾向。在家族史的相关研究中，大量数据表明家族遗传是更常见的脑卒中发病原因。家族史研究数据还表明不同的脑卒中亚型其遗传风险也不相同。

脑卒中遗传易感基因的确定主要有3种方法，即连锁分析、候选基因和全基因组关联研究。

连锁分析依赖于染色体标志物和疾病表型之间关联的确定。连锁分析技术已经确定了许多单基因疾病的致病基因。人们通过该技术，发现了一些导致单基因脑卒中的基因，如导致CADASIL的notch3基因。但是连锁分析方法并不适用于多基因疾病。

候选基因方法是GWAS出现之前用来寻找散发性脑卒中易感基因的主要技术。通过这个方法，遗传变异即单核苷酸多态性(SNP)在候选基因中被确认，然后再进行脑卒中患者与对照组SNP的频率对比。目前有许多关于脑卒中候选基因的研究报道，大多结果都不够理想，只有很少的关联能够复制。候选基因研究的另一个问题是关联只能在已知的基因中确定并在存在脑卒中危险因素时复制，在全新的未知基因中该方法却无能为力。

全基因组关联研究在复杂遗传学领域引发了革命性的变化。该方法利用芯片技术对超过百万的SNP进行基因分型，涵盖一个个体的全部基因，然后通过病例对照或队列研究，比较病例组和对照组的SNP的频率，结合严谨的统计学多重比较方法进行许多关联测试。GWAS方法不同于候选基因法，它可以用来确定新的染色体位点和疾病之间的关联。GWAS方法实现了超大样本研究，到2011年9月，该方法已确定了超过1600个与许多复杂疾病的新关联。目前，通过全基因组关联研究发现的大多数遗传变异只会少量地增加疾病风险，因此，需要进行Meta分析，综合多个研究中心大样本量的数据才能发现和确定这些变异。

1．脑卒中的全基因组关联研究

自2007年以来，欧美国家在几种成人常见复杂疾病(如糖尿病、高血压、情感双向精神障碍、克罗恩病和风湿性疾病等)中开展了大规模的全基因组关联研究，成功地为我们提供了一系列具有高度可重复性和验证性的研究结果。脑卒中全基因组相关研究要落后于其他复杂疾病，这可能与脑卒中遗传异质性增加了研究的困难有关。这里，我们重点综述缺血性脑卒中遗传学的相关研究进展。

起初，人们在研究其他疾病时发现这些疾病都与脑卒中风险增加有关。与心房颤动有关的2个基因变异(PITX2和ZFHX3)，被证实都是缺血性脑卒中的独立危险因素，这种相关性仅在心源性脑栓塞亚型中体现明显，而与其他脑卒中亚型无相关性。染色体9p21的一个变异与心肌梗死和冠状动脉疾病有关，后来发现它与缺血性脑卒中也有关，但这一相关性仅在大动脉脑卒中时存在。

2007年Matarin等最先在北美白人中开展了一项250对病例对照的缺血性脑卒中的全基因组关联研究，其中有27个信号最强的位点被报道出来。这一结果为后续的脑卒中GWAS奠定了基础。Ding等在中国汉族人群中对上述基因位点进行了重复验证，发现有3个位点rs11052413、rs10486776、ZNF 650 rs10204475与中国汉族人的缺血性脑卒中相关联，其中rs11052413关联最显著。目前大量的缺血性脑卒中GWAS正在进行中，但很少有GWAS能识别出与脑卒中本身有关的新关联。最近，有一个研究组(Welcome Trust Case Control Consortium 2 ischemicstroke GWAS)鉴定出一个新的位于7p21上的关联。其中最可能的潜在致病基因是HDAC9，该基因编码组蛋白去乙酰化酶。这一关联仅限于与大动脉脑卒中亚型相关。HDAC9是一个庞大基因家族中的一个成员。该家族编码的蛋白质能够使组蛋白去乙酰化，进而调节染色质结构和基因转录。HDAC9变异增加大动脉脑卒中风险的机制尚不清楚，可能与促进动脉粥样硬化生成有关。丙戊酸钠具有HDAC抑制剂的特性;同时它还可以抑制动物模型的动脉粥样硬化生成。更有趣的是接受丙戊酸钠治疗的人群脑卒中和心肌梗死的发病率均低于使用其他抗癫痫药物人群。

日本开展的一项缺血性脑卒中GWAS，在一个蛋白激酶家族成员PRKCH中识别出一个SNP。该SNP与小血管脑卒中有相关性。这一关联在一个独立的队列研究中获得了重复验证，并且该相关性在中国人群中被进一步重复。此外PRKCH多态性与磁共振成像上显示的无症状脑梗死也有关联。PRKCH是丝氨酸/苏氨酸激酶，调节多种细胞功能，包括分化、增殖和凋亡。该SNP在白种人群非常罕见，它是否在除日本和中国以外的其他种群导致疾病风险、这一关联是否能在更广的范围被复制目前尚不清楚。

总之，GWAS已经识别出几个缺血性脑卒中的强关联。目前发现的关联针对特定的脑卒中亚型，因此仔细区分脑卒中亚型非常重要。这提示不同脑卒中亚型有不同的病理生理机制和遗传易感基因谱。

目前最大的脑卒中GWAS包含大约3000个病例。更大样本量的研究正在进行。卒中遗传学网络(Stroke Genetics Network，SiGN)研究是由英国神经疾病与脑卒中国家研究所资助，目前已对至少9789个缺血性脑卒中病例进行了基因分型。Metastroke合作组织将全世界范围的各队列缺血性脑卒中GWAS数据进行收集汇总，目前大约包含14000个病例和62000个对照。

2．脑卒中GWAS的前景

一项来源于数十万脑卒中患者GWAS数据的Meta分析可能会进一步识别出更多变异。要确定个体差异是否会导致某些特定脑卒中亚型的易感性，就必须进行更大样本量的研究。

GWAS方法适合于研究和识别常见变异，其中任何一种变异都对应一小部分群体的发病风险。它不适用于罕见变异的识别。然而，某些罕见变异可能是某些脑卒中亚型的重要危险因素。全基因组测序能够识别这些罕见变异，而且这项技术的花费成本正在快速下降。利用该方法的研究正在积极进行，目前尚未得出脑卒中方面的相关结果。目前的许多测序研究仅局限于基因组的蛋白编码部分，即exome测序。Exome测序在许多罕见、原发单基因遗传病的研究中非常成功，因此，未来该方法可能以一种高性价比的方式在试验分析中筛查导致脑卒中发病的多个单基因。利用exome测序识别罕见变异的研究正在进行，而这些罕见变异可能是导致更常见的多基因疾病的原因。

另一个新出现的领域是表观遗传学，尽管目前尚无脑卒中相关的研究。表观遗传学研究在细胞核DNA序列没有改变的情况下，基因表达或细胞表型方面出现可遗传的变化。它指的是基因组功能相关的修饰改变，而不涉及核酸序列的改变。例如DNA甲基化和组蛋白修饰都调节基因表达而不改变DNA结构，它们即属于此类。目前已经有可以对表观遗传学改变进行研究观测的方法。例如基于阵列分析的方法可以对大样本人群DNA甲基化进行分类。一些病例对照研究将要揭示出非常有趣的结果。

3．识别脑卒中关联基因的意义

尽管单基因遗传性脑卒中比较罕见，识别潜在的致病基因对患病个体来说却非常重要。找到潜在的突变基因可以明确诊断，对疾病进行预测，对部分病例采取特定的治疗方法，对家族中其他成员进行遗传咨询，如果愿意还可以进行产前检测。由于许多单基因遗传性脑卒中都无法治愈，因此在突变检测前进行专门的遗传咨询非常重要。遗传咨询对于无症状个体或者那些症状轻微的患者尤其重要，如那些有偏头痛发作，但还未发展成脑卒中或痴呆的CADASIL患者。

绝大多数脑卒中是多基因遗传病，许多基因参与发病，每一个基因构成一个小的危险因素，并与多种环境危险因素相互作用导致疾病的发生。相关的脑卒中遗传学信息指导我们为患者提供个体化的医疗，即某个个体的遗传谱能够为评估脑卒中风险提供有用的信息。遗传学检查应用于多基因疾病已经获得长足的发展。一些针对心血管疾病的基因检测已经市场化，人们可以在网上购买产品进行检测，寄出用于提取DNA的唾液拭子，检测一些风险相关的SNP。目前临床上应用这些检测尚存在许多质疑。遗传流行病学研显示遗传变异的检测只能解释很小一部分脑卒中的发病风险，它对疾病的预测作用非常小。目前，脑卒中的遗传变异只构成全部脑卒中风险的一小部分，即使将这些变异结合起来，它们的预测价值仍然非常低。尽管某个个体可能具备所有这些遗传变异，他们也有可能终身都不发生脑卒中;而某些不具备这些遗传变异的人则有可能发生脑卒中。此外，遗传检查的心理学后果也令人担忧。阳性结果者本人及其家庭可能承受巨大的心理压力，可能感到焦虑、紧张、无助，对后代有内疚感，对未来有不确定感。家庭成员之间或亲属之间的人际关系也会受到影响。因此，是否进行预测性遗传检查必须做全面、谨慎的考虑。只有当我们能够更全面地理解遗传变异的分子基础，这类预测性检查才有可能提供更有意义的信息。因此，脑卒中遗传易感基因谱检查的临床应用只能寄希望于未来。在不久的将来，发现新的脑卒中发病机制，识别新的遗传变异将会对治疗疾病更有意义。利用GWAS获得的信息发展新的治疗方法已经在某些复杂疾病如黄斑变性、克罗恩病的研究中收获很好的结果，未来通过GWAS也必将会发现新的更为有效的脑卒中治疗方法。

4．脑卒中药物基因组学

药物基因组学(pharmacogenomics)是20世纪90年代末发展起来的一门基于功能基因组学与分子药理学的科学。它从基因水平研究基因多态性与药物效应多样性之间的关系。药物基因多态性包括药物代谢酶(如CYP同工酶)多态性、药物作用的受体或靶标的多态性。这些多态性可导致药物疗效和不良反应的个体差异。药物基因组学的目的在于从基因水平揭示这些差异的遗传特征，指导个体化医疗方案的制订，提高用药的安全性和有效性，避免严重不良反应，减少药物治疗的风险和费用。药物基因组学利用个体化基因分型帮助指导医生选择治疗方案，并帮助决定获得最佳疗效最小副作用的最优化药物剂量。此外，它还能够提供药物发挥作用的深层机制的相关信息，因此对于新药的研发有很大帮助。然而，目前药物基因组学在绝大多数国家脑卒中常规临床治疗中并未发挥作用。脑卒中药物基因组学潜在的应用领域包括两个，即个体化的抗血小板药物治疗以及个体化的华法林用药剂量。

（1）氯吡格雷：

氯吡格雷广泛应用于脑卒中的二级预防。它的效果比单用阿司匹林更好。对于长期的二级预防，它的作用和阿司匹林与双嘧达莫联合使用的效果相当。5%～30%接受氯吡格雷治疗的患者出现氯吡格雷的低反应或无反应性，即所谓的“氯吡格雷抵抗”。氯吡格雷需要在细胞色素P450(CYP450)作用下转化成活性代谢产物才能发挥抗血小板作用。不同的CYP同工酶参与氯吡格雷的活化，其中，CYP2C19发挥着关键作用。携带有至少1个CYP2C19∗2等位基因的患者(25%～30%)其氯吡格雷活性代谢产物的生成明显减少，只有非携带者的1/3;而对于2%的多态性纯合子个体，其活性代谢产物更是大大减少。这一变异导致血小板抑制作用明显降低。

大量研究报道显示这一变异与氯吡格雷使用者，特别是冠脉支架后患者的心血管事件增加密切相关。2010年，美国食品药品管理局(FDA)宣布氯吡格雷在处方信息中应该明确警告：氯吡格雷慢代谢与心血管事件高发相关;遗传学检测可以发现氯吡格雷慢代谢个体，内科医生可以据此选择个体化的治疗策略。美国FDA的这一声明尚存争议。美国心脏协会(AHA)和美国心脏病学会(ACC)出版了一个共同声明指出目前进行常规遗传学或血小板功能检测的循证医学证据尚不充分。支持和反对检测的争论一直在继续，尽管这一检测最初主要用于治疗冠脉支架术后患者，不用于冠脉缺血的非支架术患者或者脑卒中患者。最近的系统综述和Meta分析发现，在32项研究的42016例患者中，报告了3545个心血管事件和1413个出血事件，其中6项研究是随机试验，其他26项研究是效果-修正设计，样本使用氯吡格雷，只有治疗组，没有对照组。将这两类研究进行比较分析，在仅有治疗组的研究中，携带有1个或更多CYP2C19等位基因的个体出血事件的风险更低，但是具有更高的心血管事件风险。在有对照组的研究项目中，CYP2C19基因分型与氯吡格雷对心血管终点事件或出血事件的效果-修正并无相关性。

尽管研究显示遗传变异与药物疗效是关联的，仍然需要随机对照试验提供最强有力的证据，才能将遗传学检查应用于临床实践。有关CYP2C19多态性的绝大多数研究集中在冠状动脉疾病。在一项遗传学亚组研究中，即氯吡格雷与高动脉粥样硬化血栓形成风险以及缺血稳定性、管理、回避的研究(CHARISMA研究)中，4819例基因分型的患者中大约20%在入组时有缺血性脑卒中。在CYP2C19功能缺陷型等位基因携带者中，缺血性事件的发生率并未增加;而使用氯吡格雷后出血的发生率显著降低。将个体化的药物基因组学方法用于指导氯吡格雷的治疗实践起来有很多困难，需要精确评估它对临床效果的益处和影响。CYP2C19功能缺陷型等位基因仅仅构成12%的氯吡格雷药物效应多样性，而72%的多样性是可遗传的。更广范围的变异基因的遗传学检查可能会提供更多的预测信息。

（2）华法林：

华法林能够降低非瓣膜性房颤患者发生脑卒中的风险。它也用于其他心源性栓塞高风险患者，包括人工心脏瓣膜和心脏附壁血栓等。由于药物反应的变异性很大，监测国际标准化比值(INR)非常必要。治疗使用的INR范围非常窄，抗凝不足有血栓形成的风险，过度抗凝有出血风险。因此华法林是药物导致死亡的最常见原因。如何提高华法林治疗的安全性和有效性是一个全球性的课题。

研究显示，某些遗传学变异影响了华法林的药物水平。华法林是一种消旋混合物，其中S-华法林比R-华法林效力更强。CYP2C9是CYP450超家族中的肝脏药物代谢酶，是S-华法林的首要代谢酶。CYP2C9基因多态性与华法林的需求剂量密切相关。两个常见的CYP2C9等位基因(CYP2C 9∗2和CYP2C9∗3)酶能够明显减低酶的活性。研究显示，根据INR值确定的华法林用药剂量低的患者往往携带1个或2个这两种常见的CYP2C9变异等位基因;这两种变异导致药物的代谢减慢，因此增加了华法林治疗的出血风险。维生素K环氧化物还原酶复合物亚单位1(VKORC1)是华法林抗凝的靶点。VKORC1基因的单核苷酸多态性与华法林用量相关。VKORC1基因的特定SNP位点(特别是1639G)多态性直接决定患者对华法林的敏感性，与华法林的低需求量有关。华法林用量变异的30%～40%是由CYP2C9和VKORC1的基因多态性导致的。

一项研究对华法林遗传学变异检测的作用进行了评估，根据4043例患者的临床及遗传学数据来创建华法林药量推导公式。一个仅仅基于临床变量来推导，另一个将临床变量和遗传学信息合并，一起用于公式推导。公式在1009项第二队列研究中被验证。使用遗传药理学推导公式获得的华法林推荐剂量与患者达到稳定治疗需要的剂量显著接近，与仅源于临床的公式相比，其准确程度具有统计学意义。特别是对于需要极高或极低剂量华法林治疗的患者，公式的准确性更为突出。一项多中心的国家级前瞻性研究收集6个月内的住院患者896例，获得他们的华法林基因分型，与2688个配对病例对照比较。基因分型队列的住院患者总数少31%，出血和栓塞的住院患者数量少28%。

2010年2月，美国FDA批准更新了华法林的产品说明书，提供了基因型特异性的用量范围，提示在使用药物时应该考虑基因分型。现在临床上可以进行CYP2C9和VKORC1基因分型。在网上可以根据基因型信息以及推导公式计算华法林的用量。尽管如此，在临床实践中应用这一遗传学检查的步伐仍然非常缓慢。有学者争论需要真正随机的试验来确认其对临床管理的作用以及对其进行成本-效率分析。此外，某些治疗谱更广泛的抗凝方法通过不同的机制发挥抗凝作用，能够与华法林一样有效地预防卒中发作，可能成为华法林治疗不耐受者的更好选择。

5．药物基因组学的前景

氯吡格雷、华法林的例子说明药物基因组学具有非常好的前景。随着循证医学可靠性的增加以及大样本随机试验的进行，支持基因选药和个体化用药的相关证据会越来越多。在不远的将来，当药物基因组研究达到既定目标时，每个人都有可能通过预测性遗传检查(SNP筛查)知道自己的基因，指导自己的用药，从而全面实现个体化医疗。

【结论】

来自流行病学的证据提示遗传因素在脑卒中发病风险中占有重要地位。最近的最主要的研究进展是GWAS，通过GWAS，我们更深入地了解多因素脑卒中遗传学，并且我们正在不断识别新的脑卒中关联基因。目前的发现提示不同的脑卒中亚型具有不同的遗传学构建。新的脑卒中关联基因可能涉及新的卒中发病机制，提示新的治疗方法。目前已经识别出的遗传变异仅仅只能解释一小部分脑卒中的发病风险，因此尚不能广泛用于个体的脑卒中风险预测。如果未来能够识别出更大量的脑卒中易感基因，并且这些基因能够解释大多数脑卒中遗传学风险;如果通过全基因组测序识别出来的罕见变异可以纳入风险推导公式，那么针对个体进行脑卒中风险预测是可能实现的。药物基因组学具有巨大潜力，可能会促成个体遗传学医疗模式的早日实现。遗传变异影响氯吡格雷和华法林的代谢，识别药物无反应者可以减少副作用。目前这种药物遗传变异检测在临床实践中尚未得到广泛应用。

（王伟）

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