Gen dược học là gì? Phân biệt gen dược học và Hệ gen dược học

Trungtamthuoc.com - Gen được học là chuyên ngành nghiên cứu ảnh hưởng của sự khác biệt giữa các cá thể về cấu trúc của ADN. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích được các khái niệm liên quan đến Gen được học và phân biệt được Hệ gen được học và Gen được học.

Trường Đại học Dược Hà Nội, Bộ môn Hóa Sinh - Khoa Công Nghệ Sinh Học

Giáo trình GEN DƯỢC HỌC - ẢNH HƯỞNG CỦA GEN ĐẾN ĐÁP ỨNG THUỐC, Tải PDF sách TẠI ĐÂY

CHỦ BIÊN 

PGS.TS. Phùng Thanh Hương

PGS.TS. Đỗ Hồng Quảng

CÁC TÁC GIẢ THAM GIA BIÊN SOẠN 

PGS.TS. Phùng Thanh Hương

PGS.TS. Đỗ Hồng Quảng

PGS.TS. Nguyễn Văn Rư

PGS.TS. Nguyễn Thị Lập

TS. Nguyễn Quốc Bình

Các cá thể khác nhau có sự khác biệt lớn đến đáp ứng với thuốc. Một số bệnh nhân cho thấy đáp ứng điều trị rõ rệt với một loại thuốc nhất định, trong khi những người khác thì không. Ngoài ra, một số bệnh nhân có thể cần liều cao hơn hoặc thấp hơn đáng kể của thuốc để đạt được lợi ích tối đa hoặc để tránh phản ứng bất lợi. Sự khác biệt giữa các cá thể với đáp ứng thuốc có thể do nhiều yếu tố nhưng đóng góp quan trọng nhất là sự khác biệt về gen. Bên cạnh các yếu tố ảnh hưởng đến sự đáp ứng với thuốc như giới tính, tuổi, chế độ ăn uống, phơi nhiễm môi trường (ví dụ: hóa chất độc hại hoặc khói thuốc lá), tương tác thuốc..., sự biến đổi gen hoặc đa hình gen có vai trò rất quan trọng, quyết định đến hiệu quả điều trị và độ an toàn của một thuốc. Do vậy, lĩnh vực khoa học nghiên cứu về sự khác biệt của gen ảnh hưởng đến sự khác biệt về đáp ứng thuốc ngày càng được quan tâm và chú trọng.

1 Các khái niệm liên quan đến gen dược học

1.1 Gen được học (Pharmacogenetics)

1.1.1 Lịch sử nghiên cứu Gen được học

Vào khoảng năm 1898, nhà khoa học, bác sĩ người Anh, Archibald Garrod đã nhận thấy có sự khác biệt giữa các bệnh nhân về hiệu quả và chuyển hóa thuốc được thể hiện qua sự khác biệt về sắc tố nước tiểu của bệnh nhân tại Bệnh viện St. Bartholomew. Nền móng đầu tiên của Gen được học được xây dựng từ cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20 với những định luật di truyền của Mendel về quy luật truyền các đặc tính bên ngoài (hiện nay được gọi là kiểu hình) từ thế hệ này sang thế hệ khác và về vai trò của gen, nhiễm sắc thể trong việc quy định các đặc tính đó. Một dấu mốc quan trọng mở ra sự phát triển nhanh chóng của Gen dược học là sự khám phá cấu trúc ADN của Watson và Crick năm 1953. Chỉ sau đó ít năm, năm 1956, lần đầu tiên ảnh hưởng của gen đến đáp ứng thuốc được ghi nhận với những trường hợp đột biến gen mã hóa Glucose 6 phosphat dehydrogenase (G6PD) dẫn đến nguy cơ vỡ hồng cầu khi dùng thuốc chống sốt rét primaquin; nguy cơ chuyển hóa chậm trên các bệnh nhân sử dụng Isoniazid ở bệnh nhân lao làm tăng nguy cơ bệnh thần kinh ngoại biên, ngưng thở kéo dài sau khi dùng succynilcholin, liên quan đến các yếu tố di truyền. Ngay sau đó, năm 1957, A. Motulsky công bố lần đầu tiên về yếu tố di truyền liên quan đến phản ứng có hại của thuốc, ông được coi là cha đẻ của Gen được học. Khái niệm “pharmacogenetics". Gen dược học, được đưa ra bởi F. Vogel chỉ 2 năm sau đó (1959) trong công bố nghiên cứu về “sự quyết định về gen đến sự khác biệt giữa các cá thể làm thay đổi đáp ứng thuốc”. Chuyên luận đầu tiên về Gen được học: “Gen được học: gen và đáp ứng với thuốc” (1962) của W. Kalow, dựa trên công trình tiên phong về mối quan hệ giữa sự đa hình gen mã hóa butyrilcholinesterase và nguy cơ ngưng thở kéo dài khi sử dụng succynilcholin ở mức liều thường dùng.

Tuy nhiên, nghiên cứu về Gen được học chi thực sự phát triển sau khi dự án xây dựng bản đồ hệ gen người (Human genome project) được khởi động năm 1990 và hoàn thành vào tháng 4 năm 2003. Kết quả của dự án, một bản đồ chi tiết về trình tự ADN của hệ gen người, là cơ sở dữ liệu quan trọng cho các nghiên cứu về Gen dược học. Theo kết quả của dự án này, có khoảng 3 tỷ cặp nucleotid nhưng hệ gen người lại giống nhau đến 99,9%; chính những khác biệt rất nhỏ nằm trong 0,1% còn lại đã quy định và nắm giữ các hoạt động sinh lý, các vấn đề sức khỏe của cơ thể. Sự khác biệt hệ gen tiếp tục được khám phá nhờ dự án Hapmap khởi động vào năm 2002. Dự án Hapmap nhằm xác định các tập hợp biến thể thưởng gặp trong hệ gen người, những kiểu đa hình của mỗi gen, tần suất xuất hiện trong từng chủng tộc nhất định, mối liên quan với các gen khác. Các kết quả này là cơ sở để tìm ra những đa hình liên quan tới dao động về đáp ứng thuốc trong mỗi quần thể, một mục tiêu quan trọng của các nghiên cứu phối hợp toàn thể hệ gen (Genome- wide association studies (GWAS)). Cho đến nay, một mạng lưới các nhà nghiên cứu Gen được học trên thế giới đã được hình thành và ngày càng phát triển, kết nối nhiều quốc gia, nhiều trung tâm nghiên cứu, tạo thành cơ sở dữ liệu phong phú với hàng loạt gen và biển thể khác nhau đã được phát hiện có liên quan đến đáp ứng điều trị. Khái niệm “Cá thể hóa điều trị” (personalized medicine) đã trở nên phổ biến rộng rãi với mục đích ứng dụng các kết quả nghiên cứu trên trong lâm sàng để có những quyết định điều trị phù hợp nhất cho từng cá thể người bệnh. Do đó, cần nắm bắt được trước thông tin và khai thác tối đa sự khác biệt trong mỗi hệ gen để từ đó có thể dự đoán được những tác dụng không mong muốn có nguy cơ mắc phải và đáp ứng của các loại thuốc cho từng bệnh nhân. Tức là, dựa trên thông tin về gen của mỗi người có thể biết trước được người đó sẽ có nguy cơ mắc những bệnh gì; sẽ kháng, nhạy cảm hay không đáp ứng với những nhóm, loại thuốc nào cũng như khả năng thích ứng cho từng môi trưởng ra sao. Dựa vào đó, thầy thuốc sẽ đưa ra cách điều trị cụ thể, phù hợp với từng đối tượng.

1.1.2 Định nghĩa

Năm 1959, Friedrich Vogel (nhà khoa học người Đức) đưa ra khái niệm “Pharmacogenetics”, tạm dịch là “Gen dược học". Gen được học là chuyên ngành nghiên cứu ảnh hưởng của sự khác biệt giữa các cá thể về cấu trúc của ADN (phổ biến là sự đa hình gen, có tính di truyền), đến sự khác biệt về mức độ đáp ứng thuốc, cả về tác dụng điều trị cũng như tác dụng không mong muốn.

Hiện nay chúng ta biết rằng sự thất bại trong điều trị cũng như tác dụng không mong muốn nghiêm trọng của thuốc đối với cá thể hoặc quần thể bệnh nhân có thể do khác biệt về gen. Biết các biến thể gen gây ra sự khác biệt về đáp ứng thuốc giữa các bệnh nhân cho phép cá thể hóa điều trị thuốc, giúp tránh thất bại trong điều trị và các tác dụng không mong muốn nghiêm trọng.

Tên gọi của môn học là sự kết hợp giữa được học (pharmacology) và gen (genetics), thể hiện mối liên quan giữa ảnh hưởng của gen và đáp ứng thuốc. Đây là một nhánh của khoa học giải thích sự thay đổi của đáp ứng thuốc liên quan với sự khác biệt về gen giữa các cá thể. Khi mới bắt đầu quan tâm đến lĩnh vực này thường mới chỉ xem xét tới sự khác biệt về gen trên các đối tượng đơn lẻ, dần dần mở ra với quy mô lớn hơn, đó là giữa các quần thể.

Nhiều nhà nghiên cứu về Gen được học chủ yếu quan tâm đến loài người nhưng khoa học áp dụng cho tất cả các đối tượng sống trên trái đất, từ nguyên thủy hoặc phức tạp, có khả năng đáp ứng với thuốc hoặc hóa chất độc hại. Nghiên cứu về Gen được học phần lớn đề cập về sự khác biệt giữa người này với người kia trong chuyển hóa và đáp ứng với thuốc. Lĩnh vực này bao gồm cơ chế về sự đa hình các gen ảnh hưởng đến sự hoạt động của thuốc đối với từng người. Sự khác biệt về gen di truyền có nghĩa là một loại thuốc có thể an toản cho một người nhưng lại có hại cho người khác. Một người có thể chịu tác dụng không mong muốn nghiêm trọng từ một loại thuốc, nhưng người khác lại không bị như vậy, ngay cả nếu người đó dùng thuốc với liều tương tự.

1.1.3 Mối quan hệ giữa Gen được học - chủng tộc

Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy có mối liên quan chặt chẽ với Gen được học và chủng tộc hay sắc tộc. Năm 1932, L.H. Snyder và cộng sự đã làm thử nghiệm về “mù vị giác". Đây được coi là nghiên cứu thử nghiệm đầu tiên liên quan đến Gen được học mặc dù không phải là phản ứng của từng cá thể đối với một loại thuốc điều trị, thay vào đó là sự khác biệt trong khả năng nếm một hóa chất lạ; cụ thể là không có khả năng nếm hay “mù vị giác” đối với phenylthiocarbamid (PTC). Tuy nhiên, nghiên cứu này được coi là nguyên mẫu cho các nghiên cứu trong tương lai về Gen được học. Nghiên cứu này cũng chỉ ra có mối liên quan chặt chẽ giữa Gen dược học và chủng tộc. “Mù vị giác” là một trong những tỉnh trạng đầu tiên cho thấy tinh đặc hiệu và độ nhạy cao về đáp ứng của con người với hóa chất. Nghiên cứu lớn này thực hiện với 800 gia đình, chứng “mủ vị giác" này được di truyền theo kiểu lặn tự phát và tần suất những người không có vị khác nhau theo các nhóm dân tộc hoặc chủng tộc khác nhau. Các nghiên cứu thực hiện ở một số khu vực dân cư ở các khu vực khác nhau trên thế giới cho thấy số người “mù vị giác” thay đổi hơn 15 lần từ dân số này sang dân số khác, và cho thấy tần suất xuất hiện ở những người "không cảm thấy vị gì" ở châu Âu là 35% - 40%, lớn hơn đáng kể so với 2% - 6% được tìm thấy ở người châu Phi, Trung Quốc, Nhật Bản... (Hình 3.1). Đây được coi nghiên cứu đầu tiên về đa hình gen phổ biển minh chứng cho mối quan hệ chặt chẽ giữa các chủng tộc với đáp ứng của con người với hóa chất. Hơn nữa, trong quá trình nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học còn nhận ra rằng đáp ứng của thuốc cũng có khuynh hướng khác biệt giữa các sắc tộc. Chẳng hạn, các thuốc trong nhóm chẹn beta (beta-blockers), điều trị tăng huyết áp, có hiệu quả rất thấp ở người da đen hay người gốc châu Phi, nhưng lại có hiệu quả cao ở người da trắng hay người gốc châu Âu. Thuốc Fluoxetin, dùng để điều trị chứng trầm cảm, khi dùng ở người da đen phải giảm liều lượng so với người đa trắng, bởi vì mức độ chuyển hóa thuốc đó ở người da đen chậm hơn ở người da trắng...

1.1.4 Mối liên quan giữa đa hình gen - biểu hiện gen

Hệ gen người được tạo thành từ khoảng 3 tỷ cặp base nitơ, trong đó khoảng 20.000 gen mã hóa tạo thành protein. Mỗi gen là một đơn vị chức năng của di truyền. Các gen chứa thông tin xác định trình tự acid amin của protein, các protein rất quan trọng đối với hầu hết mọi quá trình sinh học quan trọng trong cơ thể bao gồm cả quá trình đáp ứng thuốc. Gen là bộ khuôn mang các thông tin quy định đặc tính cấu trúc, chức năng của sản phẩm cuối cùng của nó, phân tử protein đặc hiệu. Cấu trúc phân tử chuỗi polynucleotid của gen bao gồm một số vùng chức năng cơ bản: vùng tăng cường (enhancer), vùng khởi động (promoter) điều hòa sự biểu hiện của gen, vùng không dịch mã 5' và 3' (UTR), vùng exon mã hóa protein và vùng intron. Kết quả cuối cùng của biểu hiện gen là sự tổng hợp protein và vận chuyển các protein này đến các vị trí đặc trưng của chúng trong các tế bào và mô của mỗi cá thể. Có nhiều loại biến đổi có thể xảy ra với bộ khuôn của gen. Nếu các gen có sự đa hình hay biến đổi trình tự, các protein có thể không được biểu hiện đúng hoặc không hoạt động đúng hoặc không đến được đúng vị trí thích hợp. Tùy vào vị trí xuất hiện biến đổi nằm ở vùng điều hòa, vùng mã hóa hay không mã hóa trên gen mà dẫn đến có thể làm thay đổi về cấu trúc, chức năng và chất lượng phân tử protein đặc hiệu được tổng hợp, từ đó sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng thuốc một cách trực tiếp hoặc gián tiếp do tác động bởi các thay đổi liên quan đến các protein trên.

1.1.5 Tính trạng, alen, kiểu gen, kiểu hình

Mendel đã chứng minh rằng mỗi tính trạng (trait) được quy định bởi một gen gồm 2 thành phần (mỗi thành phần là một alen) và thưởng ký hiệu bằng một cặp chữ cái (hoa hoặc thường - chữ cái hoa biễu diễn đặc tính trội (ví dụ: Y), chữ cái thường biễu diễn đặc tỉnh lặn (ví dụ: y). Như vậy, alen là các dạng khác nhau của một gen nằm tại cùng một vị tri (locus) xác định trên một nhiễm sắc thể cụ thể. Con người được gọi là sinh vật lưỡng bội vì chúng có hai alen ở mỗi vị trí (locus). Do vậy, mỗi người có hai bản sao của hầu hết các gen, một bản sao là một alen, mỗi gen gồm 2 alen nằm ở cùng một vị trí trên 2 nhiễm sắc thể, trong đó một alen được di truyền từ bố và một alen di truyền từ mẹ. Mỗi cặp alen đại diện cho kiểu gen của một gen cụ thể, kiểu gen của một gen trong một cá thể chính là cặp alen của gen đó tại một vị trí trên nhiễm sắc thể. Kiểu gen được mô tả là đồng hợp tử (homozygous) nếu có hai alen có trình tự nucleotid giống nhau ở một locus cụ thể và là dị hợp tử (heterozygous) nếu hai alen khác nhau. Cặp alen đó hoặc là cùng trội (dominant) hoặc cùng lặn (recessive), ví dụ: YY hoặc yy, hoặc cặp alen có thể có một trội, một lặn (ví dụ: Yy). Trong đó, kiểu gen nguyên thủy (wild type), hay kiểu chuẩn, dạng thường gặp nhất trong tự nhiên với tần suất xuất hiện thường là cao nhất của một gen trong quần thể. Alen kiểu nguyên thủy thường là trội và cho kiểu hình bình thường và dùng làm tham chiếu trong nghiên cứu Gen được học. Các kiểu gen đột biến hay đa hình so với kiểu gen nguyên thủy thường gọi là các biến thể gen (variants). Kiểu gen được thể hiện ra bên ngoài thành kiểu hình (phenotype) thông qua quá trình biểu hiện gen, gồm giai đoạn phiên mã thành mARN và sau đó là quá trình dịch mã thành protein đặc hiệu.

1.1.6 Haplotype

Các gen nằm gần nhau trên nhiễm sắc thể còn cho thấy có sự tái tổ hợp của các alen, ví dụ như trong quá trình phân bào giảm nhiễm của tế bào sinh dục, do đó có thể xảy ra sự hình thành các liên kết giữa các SNP, Chính vì vậy, trong Gen được học, ngoài việc khám phá các biến thể tại một vị trí gen, còn xuất hiện khái niệm Haplotype liên quan đến các alen và SNP khác nhau. Haplotype để chỉ sự liên kết giữa các alen, thường là tập hợp các SNP, trong củng một nhiễm sắc thể, tạo thành một nhóm, tương đối phổ biến, có xu hướng theo khu vực dân và có tính di truyền. Ví dụ, Hình 3.2 minh họa một Haplotype là một nhóm tập hợp các SNP có mối liên kết với nhau và ảnh hưởng đến biểu hiện một gen gần chúng hoặc sở hữu chúng, ký hiệu các SNP này là A, B, C, D, E; trong khi đó, các SNP khác không có mối liên kết, được ký hiệu là X, Y.

1.1.7 Mối quan hệ giữa kiểu gen - kiểu hình

Do có hiện tượng đa hình gen làm cho khác biệt về cấu trúc gen và dẫn đến sự khác biệt về sản phẩm của biểu hiện gen. Sản phẩm của biểu hiện gen là chính là mARN và protein. Có thể diễn đạt rõ hơn thông qua ví dụ minh họa ở Hình 3.3. Hình 3.3 biểu diễn kiểu gen của gen TMTP mã hóa tạo enzym Thiopurine methyltransferase. TMTP là gen dài 27 kb nằm tại nhiễm sắc thể số 6, nhánh ngắn, vị trí số 22, vùng số 3 (ký hiệu là 6p22.3). TPMT có 10 exon, 8 trong số đỏ mã hóa tạo enzym 28 kDa. Exon 2 đã được quan sát trong quá trình nhân bản ban đầu nhưng không được phát hiện trong hầu hết các phân tích (ký hiệu bằng các đường đứt quãng). Hình 3.3 thể hiện 5 alen, trong đó TMPT*1 là alen kiểu chuẩn (wildtype), các alen còn lại như TMPT*2, TMPT*3A, TMPT*3B, TMPT*3C... là alen đột biến hay đa hình. TPMT*3A, alen đột biến phổ biến nhất, chứa hai đột biến điểm ở exon 7 (G460A), đột biến này làm thay thế Ala thành Thr, và ở exon số 10 (A719G), đột biến này làm thay thế Tyr thành Cys. Ba alen khác chứa một đột biến duy nhất là G238C (TPMT*2), G460A (TPMT*3B) và A719G (TPMT*3C). Ở người Cáp- ca (chủ yếu sống ở vùng Bắc Âu) TPMT*3A chiếm khoảng 85% là trong số các alen đột biến, do đó trong các quần thể như vậy việc phân tích các alen đã biết có thể dự đoán kiểu hình (hoạt động của enzym TPMT). Trong khi đó, ở người Hàn Quốc, TPMT*3A hầu như không có và alen phổ biến nhất là TPMT*3C.

1.1.8 Mối quan hệ giữa sự đa hình gen - đáp ứng thuốc

Sự đa hình gen có thể dẫn tới sự thay đổi về biểu hiện gen như sau:

- Thay đổi về hiệu suất dịch mã, tính bền vững của mARN.

- Ảnh hưởng đến sinh tổng hợp protein, có thể làm thay đổi cấu trúc, số lượng, chức năng của protein.

- Ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các protein này đến các vị trí chức năng của chúng trong các tế bào và mô của cá thể.

Từ các hậu quả trên sẽ ảnh hưởng cả trực tiếp và gián tiếp đến đáp ứng thuốc, gồm hai quá trình được động học và được lực học. Đa hình gen sẽ dẫn đến các thay đổi về mARN và các protein liên quan đến hai quá trình trên. Khi một thuốc được đưa vào cơ thể, nó sẽ trải qua các quá trình hấp thu, phân bố, vận chuyển đến để tương tác với các đích tác dụng, chuyển hóa và cuối cùng được thải trừ ra khỏi cơ thể. Mỗi quá trình đó đều có sự tham gia của các protein khác nhau và do đó những sự thay đổi về trình tự nucleotid hay cơ chế điều hòa hoạt động của các gen mã hóa những protein đó đều có thể làm ảnh hưởng đến đáp ứng thuốc với mức độ khác nhau. Vì vậy, các trường hợp đa hình gen có thể làm thay đổi protein ở một trong các quá trình trên, dẫn đến thay đổi đáp ứng điều trị của thuốc. Cho đến nay, các nghiên cứu đã xác định được khoảng hơn 1000 gen người có thể ảnh hưởng đến đáp ứng thuốc. Các tương tác Gen được học trên lâm sàng thường liên quan đến các gen mã hóa cho các protein liên quan đến sự hấp thu, phân bố, chuyển hóa và thải trừ của thuốc (ADME) hoặc các gen mã hóa các protein liên quan đến đích tác dụng của thuốc, các protein khác liên quan đến cơ chế tác dụng của thuốc.

Ngoài ra, dựa trên mối liên quan đa hình gen và biểu hiện gen từ đó xác định được kiểu gen và kiểu hình nhằm áp dụng có hiệu quả trong thực hành dược lâm sàng, phần này sẽ được phân tích kỹ ở các chương sau của cuốn sách này.

Nghiên cứu về Gen được học chỉ ra một số kết luận sau:

- Ảnh hưởng của thuốc khác nhau tùy theo từng cá thể và bị ảnh hưởng bởi gen.

- Hầu hết các đáp ứng thuốc là kết quả của đa yếu tố (nhiều gen và nhiều yếu tố môi trường).

- Đa hình các gen đơn ảnh hưởng đến nhiều enzym chuyển hóa thuốc, ví dụ như: cytochrome-P450 (CYP2D6 và CYP2C9), N-acetyltransferase (NAT2), thiopurine methyltransferase (TPMT) và UDP glucuronosyltransferase (UDP-GT)... Các cá thể sở hữu các đa hình gen có nguy cơ gặp phải các phản ứng bất lợi hoặc không hiệu quả với thuốc ở liều thông thường.

- Đa hình gen các đích tác dụng của thuốc và vận chuyển thuốc (thụ thể, kênh ion, yếu tố tăng trưởng) gây ra sự thay đổi trong đáp ứng thuốc.

- Một số thuốc điều trị ung thư chỉ cho thấy đáp ứng điều trị trong các nhóm bệnh nhân có mang gen đa hình nhạy cảm với một số đích điều trị ung thư, ví dụ như thụ thể của yếu tố tăng trưởng biểu bì. Đây là một trong các cơ sở cho việc áp dụng điều trị đích của một số thuốc ung thư.

- Tần suất xuất hiện của sự khác biệt về đáp ứng thuốc thay đổi đáng kể theo chủng tộc hoặc các nhóm sắc tộc.

- Không giống như hầu hết các yếu tố khác, sự đa hình gen ảnh hưởng đến đáp ứng thuốc thường duy trì ổn định suốt cuộc đời người bệnh, di truyền sang thế hệ con cháu và do đó có thể dự đoán được dẫn đến sự phát triển của nhiều xét nghiệm gen để đánh giá sự hiện diện hay vắng mặt của các biến thể gen đã biết để giúp dự đoán đáp ứng của mỗi cá nhân đối với thuốc.

2 Mục đích chính, các thành tựu đạt được và hạn chế trong ứng dụng của gen dược học

2.1 Mục đích chính của Gen dược học

- Hiểu được bản chất sự khác biệt về gen ảnh hưởng đến hoạt động của thuốc trong cơ thể giữa các cá thể.

- Nhằm xác định và tiên đoán hiệu quả điều trị và khả năng xảy ra tác dụng không mong muốn trên từng bệnh nhân.

- Đảm bảo bệnh nhân sử dụng thuốc hiệu quả.

2.2 Các thành tựu đạt được và hạn chế trong ứng dụng của Gen được học

Cho đến thời điểm gần đây, việc đưa lĩnh vực Gen dược học vào sử dụng thuốc trong lâm sàng đã đạt được một số thành tựu và còn có một số hạn chế sau:

Trong năm 2015, khoảng 150 loại thuốc khác nhau được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) phê duyệt có chứa thông tin Gen được học trên nhãn thuốc nhưng chỉ một số ít trong số đó có khuyến nghị về xét nghiệm gen kèm theo. Tương tự, khoảng 155 loại thuốc có thông tin Gen được học trong Tóm tắt đặc tính sản phẩm (Summary of Product Characteristics-SPC) theo quy định của Cơ quan Dược phẩm Châu Âu (EMA). Cả nhãn do FDA và EMA phê duyệt đều chứa thông tin tham chiếu các gen liên quan đến dược động học hoặc các đích tác dụng của thuốc đến các yêu cầu để xét nghiệm gen. Tuy nhiên, các nhãn đề cập đến xét nghiệm gen ít và thường liên quan đến thuốc điều trị ung thư, ví dụ về sự kết hợp gen - thuốc điều trị ung thư như: EGFR/afatinib ALK/crizotinib, KRAS/panitumumab). Ngoài ra, có thể kể các ví dụ khác về sự kết hợp gen - thuốc như: HLA-B/abacavir, HLA-B/carbamazepin, CYP2C19/ Clopidogrel, CYP2D6/codein, POLG/valproat, G6PD/rasburicase, TPMT/ thiopurin... Mặc dù nhiều loại thuốc trong số này được kê đơn rộng rãi, nhưng hầu hết với các thuốc này, xét nghiệm Gen được vẫn chưa trở thành thực hành thường quy.

Tại thời điểm hiện tại, ở một số các nước phát triển như Mỹ, châu Âu đã trang bị các phòng xét nghiệm lâm sàng cung cấp xét nghiệm cho một số gen thuộc Gen được học như CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4, CYP3A5, DPYD, HLA-B*57: 01, SLCOIBI, VKORC1, TPMT... Trong đó, Cơ quan đăng ký xét nghiệm gen của Viện Sức khỏe Quốc gia Hoa Kỳ (NIH) đã đưa ra danh sách xét nghiệm Gen được học cho thuốc sử dụng ở Mỹ.

Trong khi một số phòng thí nghiệm cung cấp các xét nghiệm này đã báo cáo sự thành công về tính khả thi và chấp nhận xét nghiệm gen. Tuy nhiên, một số phòng thí nghiệm khác cho rằng xét nghiệm Gen dược học không được sử dụng đúng mức. Một số nguyên nhân đưa ra như: Thiếu sự chấp thuận có thể do các bác sĩ lâm sàng không có đủ kiến thức về xét nghiệm Gen được học, không thể có được kết quả xét nghiệm trong thời gian thích hợp, không chắc liệu có đủ bằng chứng ủng hộ việc sử dụng hoặc chi trả các xét nghiệm gen, hoặc không thể diễn giải và dịch mã thông tin kiểu gen trong thực hành lâm sảng. Lý tưởng nhất là kết quả xét nghiệm và sự diễn giải phải nhất quán bất kể thực hiện phân tích tại phòng thí nghiệm lâm sàng nào. Tuy nhiên, thực tế cho thấy, sự khác nhau giữa các phòng thí nghiệm về các biến thể gen và haplotype đã được xét nghiệm với cách thức diễn giải kết quả và truyền đạt cho người kê đơn. Sự khác biệt này có thể tác động đáng kể đến việc ra quyết định trong lâm sàng do nhiều gen liên quan đến ADME và các khía cạnh khác của tác dụng được lý và độc tính thuốc có thể khác nhau đáng kể giữa các cá thể và vùng dân cư, chủng tộc. Hồ sơ SNP trên toàn bộ hệ gen và tần suất alen giữa các quần thể dân cư có thể được áp dụng khác nhau. Do đó, các nghiên cứu Gen dược học có thể không được áp dụng ngay lập tức tại các cơ sở y tế. Như vậy, danh pháp chuẩn, tinh minh bạch, sự thống nhất của các biến thể và haplotype được xét nghiệm là cần thiết để thúc đẩy việc áp dụng thử nghiệm Gen được bởi các bác sĩ lâm sàng và để đảm bảo rằng việc kê đơn có thông tin cần thiết cho các quyết định điều trị thích hợp. Mặt khác, các hãng thuốc ngại đi theo xu hướng ứng dụng thuốc theo hướng Gen dược học cả thể hóa sử dụng thuốc do đó có thể giảm lợi nhuận về thuốc. Ngoài ra, chi phí cho xét nghiệm gen hoặc xác định kiểu gen của các bệnh vẫn còn cao và chưa được chi trả bởi hệ thống bảo hiểm y tế. Hơn nữa, các kết quả xét nghiệm gen sẽ ảnh hưởng tới tính pháp lý cho việc chi trả bảo hiểm y tế, tức là, nếu ai đó được xác định là đa hình gen, ví dụ trên gen BRCA1 và có nguy cơ phát triển ung thư vú di truyền thì người đó sẽ bị từ chối tham gia vào bảo hiểm y tế.

Tóm lại, tuy còn nhiều thách thức nhưng nghiên cứu về Gen được học có ảnh hưởng rất lớn đến việc thực hành sử dụng thuốc hợp lý và khoa học. Việc lựa chọn các loại thuốc dựa trên thu thập thông tin về gen di truyền có khả năng tạo thuận lợi cho việc lựa chọn các loại thuốc hiệu quả nhất ở mức liều tối ưu và tránh được tác dụng không mong muốn nghiêm trọng. Hướng đi này không chỉ làm tăng tính hiệu quả của các liệu pháp, giảm được các tác dụng không mong muốn của thuốc mà còn mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành y học cũng như được học - kỷ nguyên khám chữa bệnh và dùng thuốc theo đặc tính gen của từng người.

3 Hệ gen dược học (Pharmacogenomics)

3.1 Khái niệm

Hệ gen được học được giới thiệu vào năm 1998 và được định nghĩa là chuyên ngành nghiên cứu về sự khác biệt trong an toàn và hiệu quả của thuốc sử dụng thông tin từ toàn bộ hệ gen. Các yêu cầu của Hệ gen được học chú trọng đến sự khác biệt cả về trình tự và biểu hiện gen, ứng dụng các nghiên cứu trên toàn bộ hệ gen để nhằm tìm hiểu, tiên đoán đáp ứng thuốc hoặc khám phá thuốc mới. Có thể liệt kê một số ứng dụng chính của Hệ gen được học:

- Khám phá đích tác dụng mới của thuốc.

- Tìm ra cơ chế về bệnh mới của một thuốc.

- Khẳng định được cơ chế tác dụng dự đoán của một thuốc hay hợp chất.

- Lựa chọn từ hợp chất tiềm năng tốt nhất để phát triển thành thuốc dựa trên hồ sơ biểu hiện gen tối u.

- Hệ gen được học nhằm sàng lọc và phát triển các thuốc mới và hỗ trợ cho Gen được học.

3.2 Phân biệt giữa Gen dược học và Hệ gen dược học

Trong thực tế, khái niệm Gen được học hay dùng lẫn lộn với khái niệm Hệ gen được học (pharmacogenomics). Tuy nhiên, Gen được học tập trung nghiên cứu sự đa hình của một hoặc một nhóm ít gen tiềm năng đến sự khác biệt về đáp ứng thuốc. Trong khi đó, Hệ gen dược học nghiên cứu sự biến đổi liên quan đến nhiều gen hoặc toàn thể hệ gen có thể tương tác dẫn đến thay đổi đáp ứng điều trị của thuốc hoặc các hợp chất tiềm năng. Ví dụ: Đối với đáp ứng điều trị bởi Carvedilol, Gen dược học nghiên cứu ảnh hưởng của sự đa hình từng gen, ví dụ như gen mã hóa receptor β1 adrenergic trong khi Hệ gen được học nghiên cứu tương tác của một loạt gen liên quan, bao gồm: CYP2D6, β1, β2 và α1 adrenergic.

Hệ gen dược học được khám phá và ứng dụng gần đây hơn, cuối những năm 1990. Tuy mới hơn nhưng các công bố khoa học về lĩnh vực này đã tăng mạnh trong 5 năm qua với sự xuất hiện của công nghệ gen và kỹ thuật sinh học phân tử trong các nghiên cứu lâm sàng (Hình 3.4). Ngược lại, lĩnh vực Gen được học đã được biết đến từ trước đó khá lâu, từ những năm 1950, đề cập đến các nghiên cứu khám phá các gen tiềm năng cụ thể liên quan đến sự khác biệt giữa các cá thể đến đáp ứng của một thuốc. Các gen tiềm năng trong các nghiên cứu Gen được học được lựa chọn dựa trên các quan sát trước đó về tính nhạy cảm của bệnh, sự hấp thu, chuyển hóa, vận chuyển và thải trừ cũng như các đích tác dụng của thuốc, trái ngược với cách tiếp cận không có giả thuyết trên toàn thể hệ gen (the genome-wide hypothesis-free approach) trong nghiên cứu của Hệ gen dược học.

Từ quan điểm y học, ba khía cạnh chủ yếu sau sẽ làm cho Gen được học khác biệt với Hệ gen dược học:

1. Sử dụng các phương pháp trên toàn thể hệ gen sẽ giúp mở rộng phát hiện kiểu gen. Các phương pháp kiểu hình sẽ có ít các sử dụng vể chẩn đoán hơn, nhưng chúng sẽ vẫn quan trọng như là phương tiện để đánh giá tầm quan trọng y học của một biển thể gen.

2. Trong khi Gen được học chủ yếu liên quan đến sự khác biệt về cấu trúc của gen, chủ yếu do đa hình gen, dẫn đến sự khác biệt về đáp ứng thuốc, Hệ gen được học tìm hiểu tác động của các thuốc lên các gen, do đó làm thay đổi biểu hiện gen.

3. Việc sử dụng các phương pháp nghiên cứu của Hệ gen dược học sẽ giúp khám phá các đích mới của thuốc. Đó có thể là các gen người bị biến đổi hoặc các protein mã hóa của các gen này thúc đẩy sự xuất hiện của các bệnh thông thưởng như tăng huyết áp, hen xuyễn hoặc tâm thần phân liệt. Tương tự như vậy, Hệ gen dược học có thể giúp tiết lộ các đặc tính quan trọng mang tính sống còn của các vi sinh vật, làm cho chúng có thể bị tiêu diệt bởi các kháng sinh mới. Sự khác biệt giữa Gen được học và Hệ gen được học có thể được phân tích chi tiết hơn trong Bảng 3.1.

Mặc dù có những khác biệt, nhưng cũng có sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hai chuyên ngảnh. Khi các gen hoặc các marker gen liên quan đến cơ chế tác dụng hoặc an toàn của thuốc được xác định thông qua nghiên cứu Hệ gen được học trên toàn bộ hệ gen, mỗi gen riêng lẻ yêu cầu thêm sự thẩm định trên lâm sàng bằng các tiếp cận một cách tập trung và dựa trên giả thuyết của Gen được học trước khi chúng có thể được áp dụng thưởng quy tại các cơ sở chăm sóc lâm sàng.

Tóm lại, Hệ gen được học về lâu dài sẽ dẫn đến sự hiểu biết tốt hơn về sự tương tác giữa thuốc với các sản phẩm của gen. Hệ gen được học hứa hẹn việc lựa chọn thuốc để chống lại bệnh sẽ được xác định ngày càng nhiều bằng một hoặc nhiều gen liên quan đến bệnh ở một đối tượng xác định; nói cách khác, chúng ta có thể hy vọng vào sự phát triển của liệu pháp thuốc phụ thuộc gen của từng cá thể. Gen được học quan tâm nhất đến an toàn thuốc, nhằm “cá thể hóa” sử dụng thuốc, do đó mỗi thuốc có thể có hiệu quả mong muốn trên mỗi người sử dụng. Còn ảnh hưởng chính của Hệ gen được học hứa hẹn sự cải thiện về hiệu quả vả tìm ra địch tác dụng mới của thuốc. Mặc dù vậy, Gen được học và Hệ gen dược học đều có sự hỗ trợ cho nhau để nhằm mục tiêu: Tối ưu hóa hiệu quả điều trị và giảm thiểu độc tính của thuốc dựa trên thông tin di truyền của từng cá thể. Nói cách khác, sử dụng thông tin di truyền để lựa chọn thuốc, lựa chọn liều và thời gian điều trị thích hợp cho từng bệnh nhân. Do quy mô nghiên cứu của Hệ gen dược học liên quan đến các con đường sinh học phức tạp và trên toàn thể hệ gen (Bảng 3.1), vì vậy trong khuôn khổ cuốn sách này, chỉ tập trung tìm hiểu và vận dụng Gen được học cho các nghiên cứu với mục tiêu nói trên.

4 Kết luận

Tóm lại, chương này đã giới thiệu về lịch sử, định nghĩa, các mối liên quan chính đến Gen dược học như mối quan hệ Gen dược học - chủng tộc, mối liên quan đa hình gen - biểu hiện gen, mối quan hệ kiểu gen - kiểu hình, mối quan hệ giữa đa hình gen - đáp ủng thuốc, các khái niệm cơ bản khác liên quan đến gen như tính trạng, alen, kiểu gen, kiểu hình. Cho đến thời điểm gần đây, việc đưa lĩnh vực Gen được học vào sử dụng thuốc trong lâm sàng đã đạt được một số thành tựu nhưng vẫn có các hạn chế nhất định. Để làm rõ hơn, khái niệm, mục đích, ứng dụng và sự hỗ trợ của Hệ gen dược học được phân biệt với lĩnh vực Gen dược học.

5 Tài liệu tham khảo

1. Abecasis GR, Auton A, Brooks LD, DePristo MA, Durbin RM, Handsaker RE, Kang HM, Marth GT, McVean GA (2012). "An integrated map of genetic variation from 1,092 human genomes". Nature 491 (7422):

2. Abrahams E & Silver M (2010). The history of personalized medicine. In E. Gordon and S. Koslow, Integrative Neuroscience and Personalized Medicine. New York, NY: Oxford University Press.

3. Eun-Young Cha, Hye-Eun Jeong, Woo-Young Kim, Ho Jung Shin, Ho-Sook Kim and Jae-Gook Shin (2016), Brief introduction to current pharmacogenomics research tools, Transl Clin Pharmacol ;24(1):13-21.

4. Loralie J Langman, Amitava Dasgupta (2012). Pharmacogenomics in clinical therapeutics, Wiley-Blackwell.

5. Ma Q, Lu AY (2011), Pharmacogenetics, Pharmacogenomics, and Individualized Medicine, Pharmacol Rev 63:437-459.

6. Russ B. Altman (2012), Principles of Pharmacogenetics and Pharmacogenomics, Cambridge University Press.

7. Lam YF, Cavavallar L (2013) Pharmacogenomics, Chalenges and Opportunities in Therapeutic Implementation, Elsevier.