《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Population pharmacogenomics of
CYP1A2, CYP2C19, CYP2D6 and
CYP3A4 in a Uruguayan cohort with schizophrenia
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拉丁美洲人群在药物基因组学研究中的代表性仍然不足，限制了基因组发现对这些群体的适用性。乌拉圭因其独特的混合人口历史，成为表征临床重要药物基因变异的典型案例。本研究对47名接受氯氮平治疗的治疗抵抗性精神分裂症（TRS）乌拉圭患者队列中四个CYP450基因——CY
拉丁美洲人群在药物基因组学研究中的代表性仍然不足，限制了基因组发现对这些群体的适用性。乌拉圭因其独特的混合人口历史，成为表征临床重要药物基因变异的典型案例。本研究对47名接受氯氮平治疗的治疗抵抗性精神分裂症（TRS）乌拉圭患者队列中四个CYP450基因——CYP1A2、CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4的单倍型多样性进行了表征。将TRS队列中的星号等位基因频率与作为主要乌拉圭人群参照的Urugenomes Phase 2数据集（U2；n=30），以及两个祖先富集数据集——原住民混合个体（n=10）和非裔乌拉圭人（n=10）进行了对比。采用Aldy v4.8.3进行星号等位基因和二倍型推断，并将群体水平频率与PharmFreq和gnomAD的全球生物地理学参照数据进行了比较。CYP1A2 * 30在所有乌拉圭数据集中占主导地位，而CYP3A4则几乎完全由*1等位基因主导。CYP2C19和CYP2D6表现出更大的数据集间异质性，其代谢者表型分布与全球参照人群不同。为评估该药物基因组学变异的临床相关性，研究人员构建了多变量线性回归模型来预测血浆氯氮平浓度，纳入了临床、行为和遗传预测因子。结合高密度脂蛋白、甘油三酯、血糖、香烟消费量和CYP1A2 * 30等位基因计数的模型解释了氯氮平水平41%的变异（校正后R2 = 0.41），相较于仅含临床变量的模型具有统计学显著改善（ANOVA p = 0.034）。Bootstrap重抽样证实了所有估计效应的稳定性，留一法交叉验证得出的校正后R2为0.31。这些发现有助于表征代表性不足的拉丁美洲人群的药物基因组学图谱，并提示本地生成的CYP单倍型数据可能有助于解释该人群中氯氮平暴露的个体间差异。
论文解读：乌拉圭精神分裂症队列中CYP450药物基因组的特征及其对氯氮平暴露的影响
研究背景与问题提出
药物基因组学旨在通过遗传变异优化药物治疗，提高疗效并减少不良反应。然而，全球遗传研究中拉丁美洲人群的代表性严重不足，这限制了对该地区人群遗传多样性的理解，并可能影响基于欧洲人群数据的药物基因组学应用准确性。乌拉圭拥有独特的混合人口历史，其基因组结构融合了欧洲、非洲和原住民血统，构成了研究药物基因变异的理想案例。细胞色素P450（CYP450）超家族包含多个参与临床药物代谢的关键基因，其中CYP1A2、CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4尤为重要。例如，CYP1A2约占人类肝脏CYP450总量的12%，在抗精神病药物如氯氮平的代谢中发挥核心作用；CYP2D6负责约25%临床处方药的肝代谢。这些基因的遗传变异可导致个体间代谢能力的巨大差异，从而影响药物疗效和安全性。
针对治疗抵抗性精神分裂症（TRS）患者，氯氮平被证明具有卓越疗效，但其使用因粒细胞缺乏症和代谢综合征等严重不良反应而受限。在乌拉圭，氯氮平剂量调整主要依赖经验，缺乏关于该药物代谢谱及CYP450基因多样性的本地数据。因此，开展本研究的目的是：系统表征乌拉圭TRS患者队列中四个关键CYP450基因的星号等位基因多样性和频率；探索遗传因素联合临床变量对氯氮平血浆浓度的预测价值；并将本地数据与全球参考人群进行比较，以揭示乌拉圭人群独特的药物基因组学特征。
主要关键技术方法
研究人员采用了以下关键技术方法：首先，对47名TRS患者组成的临床队列进行靶向测序（Illumina MiSeq平台，平均深度277.1x），同时纳入三个全基因组测序（WGS）数据集——Urugenomes Phase 2（U2，n=30）、原住民混合个体（n=10）和非裔乌拉圭人（n=10）作为群体参照。序列比对至GRCh37参考基因组，并使用GATK HaplotypeCaller进行变异检测。星号等位基因和二倍型推断采用Aldy v4.8.3直接处理原始BAM文件，并根据数据类型分别使用外显子组或全基因组分析模式。对于CYP2C19和CYP2D6，利用PharmCAT v3.4.0将二倍型转换为预测的代谢者表型。在多变量分析中，通过最佳子集选择确定临床模型，再逐步加入药物遗传学变量，并采用Bootstrap重抽样和留一法交叉验证（LOOCV）评估模型稳定性和预测性能。最后，利用PharmFreq和gnomAD数据库对频率数据进行全球背景化分析。
研究结果
3.1 TRS临床队列呈现不同的CYP药物基因组学特征
研究人员分析了TRS队列中四个CYP基因的星号等位基因分布。CYP1A2主要由CYP1A2 * 30（73.4%）主导，而CYP3A4则高度均一，以CYP3A4 * 1（94.7%）为主。CYP2C19鉴定出五个星号等位基因，其中1最常见（58.5%），其次为17（19.1%）和2（18.1%）。尽管1在等位基因水平占优，但预测的代谢者表型在快速（29.8%）、正常（34.0%）和中间代谢者（34.0%）之间相对均衡分布。CYP2D6展现出最大的等位基因多样性，共鉴定出14个星号等位基因，1最为常见（39.4%），其次为2（16.0%）、4（12.8%）和41（12.8%）。预测的代谢者表型以正常代谢者为主（63.8%）。
3.2 纳入CYP单倍型改善了氯氮平血浆浓度的预测
研究人员首先确定了最优临床模型，包含高密度脂蛋白（HDL）、甘油三酯、血糖和香烟消费量，校正后R2为0.35。其中，HDL、甘油三酯和血糖呈正相关，香烟消费量呈负相关。在逐一加入七个候选药物遗传学变量后，CYP1A2 * 30提供了最大的模型改善，最终模型为：氯氮平浓度 ~ HDL + 甘油三酯 + 血糖 + 香烟消费量 + CYP1A2 * 30，校正后R2提升至0.41（ANOVA p=0.034）。Bootstrap分析显示所有系数方向高度一致，CYP1A2 * 30在99.8%的重抽样中表现为正系数。LOOCV得到的校正后R2为0.31。加入CYP1A2 * 30与香烟消费量的交互项未显著改善模型拟合（p=0.313）。
3.3 乌拉圭各数据集间的药物基因组学变异存在差异
跨数据集比较显示，CYP1A2和CYP3A4的星号等位基因分布在TRS、U2、原住民混合和非裔乌拉圭人四个数据集中相对一致。CYP1A2 * 30在所有数据集中均为主要等位基因（60.0%-80.0%），CYP3A4 * 1占94.7%-100%。相比之下，CYP2C19和CYP2D6表现出更大的数据集间异质性。CYP2C19的1、2和17等位基因的相对频率在不同组间存在差异，且低频率等位基因如6和13为数据集特有。CYP2D6的异质性最为显著，除了常见等位基因外，全基因组测序数据集中还观察到拷贝数和结构变异，包括1×2、2×2、5以及68+4杂合排列。
3.4 U2药物基因组学特征的全球背景化分析
将U2数据集的CYP2C19和CYP2D6星号等位基因频率与PharmFreq的生物地理学加权中位数进行比较。对于CYP2C19，U2中1占优（75.0%），高于多数PharmFreq区域估计值；2（11.7%）低于中亚/南亚、东亚和大洋洲人群；17（11.7%）低于大多数区域估计值但远高于东亚人群。在表型层面，U2的正常、快速和中间代谢者分布较为混合。对于CYP2D6，U2中1为主要等位基因（45.0%），4（16.7%）的频率与欧洲、北美和大洋洲人群相似；10（5.0%）远低于东亚人群（46.0%）。值得注意的是，U2中中间代谢者最为常见（56.7%），这与大多数PharmFreq组中正常代谢者占优的模式相反。对于CYP1A2和CYP3A4，选定的核心变异频率与gnomAD人群数据进行了比较，结果显示整体一致性较高。
讨论与结论
本研究首次系统性地基于当前PharmVar命名法对乌拉圭人群中CYP1A2、CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4的星号等位基因多样性进行了基于序列的表征。研究发现，CYP基因呈现出基因特异性多样性：CYP1A2和CYP3A4由少数等位基因主导，而CYP2C19和CYP2D6则表现出更高的多样性。重要的是，等位基因水平的多样性并未直接转化为同等的表型多样性：CYP2C19的快速、正常和中间代谢者比例相对均衡，而CYP2D6尽管等位基因异质性更高，却主要以正常代谢者表型为主。这凸显了在星号等位基因频率之外考虑二倍型功能翻译的重要性。
在临床建模方面，探索性回归分析表明，在临床变量基础上加入CYP1A2 * 30可显著改善对氯氮平浓度的预测，且该效应在Bootstrap分析中保持稳定。然而，由于样本量较小，所有回归发现应视为假设生成性质，需在独立队列中进行验证。跨数据集比较揭示了基因依赖性异质性，CYP2C19和CYP2D6在不同乌拉圭亚群间表现出更大变异，这与拉丁美洲人群的祖先和混合历史对药物基因组学等位基因分布的影响一致。全球背景化分析进一步显示，乌拉圭的CYP频率不能由单一大陆参考人群完全代表，例如U2中CYP2D6中间代谢者的高比例与多数全球参考人群不同。
研究也存在若干局限性：短读长测序技术在复杂药物基因如CYP2D6的单倍型分配上存在挑战，特别是对于拷贝数变异和杂合排列的解析；样本量有限限制了统计效能并带来过拟合风险；外部频率比较受限于参考数据集的异质性；队列与先前报道存在重叠，限制了证据的独立性。
研究结论：本研究提供了乌拉圭人群中CYP1A2、CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4星号等位基因多样性的首个系统性基于序列的表征。研究结果表明，CYP单倍型可能在氯氮平血浆浓度的探索性模型中增加解释价值，并显示乌拉圭的CYP频率不能被单一大陆参考人群完全代表。总体而言，这些结果强调了产生本地药物基因组学证据的必要性，以推动拉丁美洲地区包容性和人群感知精准医学的发展。
