药物基因组学作为一个交叉学科，涉及基因组学、分子生物学、遗传学、药理学、大数据、生物信息学以及临床医学等多个学科，这些学科的研究方法和技术都可以被这门新兴学科所运用。药物基因组学的研究可以是从临床现象的发现，再到体外的功能验证，也可是体外的基础研究逐渐过渡到临床研究。因此，药物基因组学的研究也涉及分子细胞水平、动物水平以及人体研究水平等多个方面，本章将主要介绍一些药物基因组学研究中，相对较常见的方法。

研究基因多态性对基因表达和功能的影响，进而明确基因多态性对药物的影响及机制，是药物基因组学研究中常用的方法。常见的基因多态性包括：单核甘酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNP)、插入缺失突变（insertdeletion，Indel)、微卫星（microsatellite)、微卫星不稳定性（microsatellite instability，MSI)、拷贝数变异（copy number variation，CNV)、DNA甲基化（DNA methylation)、融合基因（fusion gene)等。

基因多态性检测：基因多态性的检测方法较多，包括聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR)、限制性片段长度多态性PCR（PCR-RFLP)、等位基因特异性PCR（allele-specific PCR，AS-PCR)、高分辨率融解曲线（high-resolution melting curve，HRM)、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（matrix assisted laser desorption/ionization time of flightmass spectrometry，MALDI-TOF-MS)、数字PCR（digital PCR，dPCR)、荧光原位杂交（fluorescence in situ hybridization，FISH)、一代测序（sanger sequencing)、焦磷酸测序（pyrosequencing)、二代测序（next generation sequencing，NGS)、三代测序（third generation sequencing，TGS)。

基因表达检测：基因多态性有可能是直接影响基因的功能而发挥作用，也有可能是影响基因的mRNA、蛋白质的表达而发挥作用。常用的检测mRNA、蛋白质表达的技术，如Real-time PCR、Western blot，在药物基因组学研究中也较常用。

基因过表达：在药物基因组学研究中，常常需要探寻药物和某一特定基因之间的关系。在细胞中过表达这一特定基因是研究药物与基因相互作用的一个非常有效的手段。通过将某一特定基因的cDNA连接到特定的表达载体上，构建出重组载体（质粒)，然后通过转染的方式将质粒携带的遗传信息在细胞内进行表达。在药物基因组学中，这一方法尤其适用于单核苷酸多态性（SNP)功能的研究。通过定点突变，可以构建具有不同SNP的质粒。然后通过将这些质粒在细胞内表达，再研究其和药物的相互作用，比较不同SNP之间功能性的差异。

基因knockdown：简而言之，基因knockdown就是通过实验的方法将细胞内某一特定基因的表达降低的方法。基因knockdown与基因过表达一起，成为研究基因功能的一对可以相互印证的方法。比较常见的做法是通过RNA干扰技术来实现对特定基因表达的下调。通过转染将与特定基因的mRNA互补的小干扰RNA（siRNA)或者由此设计的短发夹RNA（shRNA)载体导入细胞内，siRNA或者载体表达的shRNA经修剪形成的siRNA会与特定基因的mRNA结合，使 mRNA降解来达到减少其表达的目的。基因编辑技术，如CRISPR/Cas9技术等，也是药物基因组学中研究基因突变功能的有效武器。

肝原代细胞培养：肝脏作为药物代谢的最主要器官，一直是药物基因组学的研究重点。相比被广泛使用的肝脏肿瘤源性细胞（如HepG2等)，原代细胞基本保留了肝细胞各种药物代谢酶、转运体的活性，所以原代细胞也更多地被用来研究药物的代谢通路以及药物对代谢酶的诱导和抑制。HepaRG细胞是另外一种越来越被广泛使用的肝源性细胞。通过对未分化的HepaRG细胞进行培养，研究人员可以获得相较HepG2细胞高出许多的肝源性酶的表达，这也使得HepaRG细胞在一定程度上能够替代肝原代细胞来开展研究。

肝微粒体研究：通过机械外力将肝组织细胞破坏，肝细胞的内质网会形成数量众多的小囊结构，可溶性药物代谢酶就存在于这种小囊结构（肝微粒体)中。通过差速离心将肝微粒体和其他细胞碎片进行分离，然后再通过超高速离心将肝微粒体中的其他杂质清除。这种方法获得的肝微粒体基本保留了肝细胞酶的活性，可以方便地用来研究药物的代谢通路和产物，筛选酶的抑制剂和诱导剂，以及在体外研究药物的相互作用。因为细胞结构被破坏，肝微粒体无法用于药物对药物代谢酶基因调控的研究。

动物水平的研究是连接体外研究和人体研究的桥梁。一个合适的动物模型对于验证体外实验获得的结果是至关重要的，同时动物实验的结果也为下一步的临床试验研究提供数据支持。

基因敲除小鼠：在药物基因组学中，如果需要进一步明确某一基因在药物代谢中所起的作用，或者明确药物的作用途径，使用基因敲除的小鼠已经成为一个极其有力的工具。从最开始的全基因组敲除，到现在的组织特异性敲除；从单基因敲除，到多个基因敲除；对于科研工作者来说，最重要的工作就是如何挑选出最适合的动物模型来开展研究。

人源化转基因小鼠：虽然动物实验能够为之后的临床试验提供数据支持，但由于种属差异，药物在动物和人体中经常呈现不同的毒性或者作用。这也导致了很多在临床前表现有效的药物，却在之后的临床试验中失败。人源化的转基因小鼠为科研人员提供了很好的途径来解决此问题。将小鼠的某个基因敲除，再插入人源性的同源基因，从而成功让小鼠表达人源性的药物代谢酶、转运体以及核受体。

模型动物：科学家已经构建大量的模型动物来开展对疾病的研究。其中的一些模型动物也可以用于开展药物基因组学的研究。例如华法林耐药大鼠[由于维生素K还原酶（VKORC1)基因发生突变，导致的大鼠对华法林的耐受]，可用来研究华法林的临床个体差异。

药物基因组学研究的最终目的是根据个体遗传背景的不同，提供合理的个体化治疗方案。所有在体外和动物水平的研究最终都需要在人体水平进行验证。在循证医学的支持下，任何一个可以用于临床进行个体化治疗的遗传分子标志物都需要经过临床验证。

基于健康受试者的药物基因组学研究：此研究在药物基因组学的研究中起重要的作用。将健康受试者根据某一基因多态性进行分组，再观察分组间对于同一药物处置后反应的差异。利用健康受试者开展研究的优势在于其较少受到疾病状态的影响，更易观察到遗传因素的作用。

基于特定患者的药物基因组学研究：患者是药物基因组学最终的服务对象。正如药物研发必须经过大样本的、对特定患者的试验，才能最终被应用于临床。药物基因组学根据遗传特点进行的个体化治疗，也必须经过在特定患者中的临床验证，才能被用来指导临床个体化用药。药物基因组学临床研究方法包括病例-对照关联研究和前瞻性随机对照试验研究。在药物基因组学中，病例-对照关联研究可根据患者的表型或药物反应性（如药物治疗的疗效差异、不良事件发生与否等)进行病例分组。病例-对照关联研究包括两种不同的设计类型候选基因关联研究（candidate gene association study)、全基因研究[如全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS)、全基因组测序（whole genome sequencing)]、外显子测序（exon sequencing)等。在药物基因组学中，前瞻性随机对照试验研究主要是为了验证药物基因组学中的遗传分子标志物、比较根据基因多态性指导药物个体化治疗的优势。