藥物遺傳學與藥物基因組學對

癌癥化療的啟示

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近來醫(yī)學科技的進步使得腫瘤治療取得了很大的進展,在全人類不同種族人群中、不同個體間仍有顯著的化療藥物治療有效率/毒性反應的異質(zhì)性.

隨著赫賽汀(herceptin)、格列衛(wèi)(gleevec)等分子靶向藥物的應用,腫瘤學家們期望在未來5-10年內(nèi),分子病理學和分子診斷技術(shù)的臨床應用將對藥物的研究、發(fā)展帶來徹底變革,從藥物的選擇、劑量、給藥方式及新藥的應用等全方面實現(xiàn)真正意義上的個體化治療.背景資料2藥物遺傳學

（Pharmacogenetics）遺傳學多態(tài)性對藥物反應（包括藥物吸收、代謝、分布和排泄，藥物安全性和耐受性，藥物有效性）的影響的一門科學描述一種藥物和一個個體（也許更確切地說應該是一組個體）的特性之間的相互作用，而個體的特性與不同的DNA信息有關(guān)

涉及到評價一個藥物在一群個體中的臨床療效和/或安全性和耐受劑量情況，個體之間的臨床療效和/或安全性和耐受劑量的差異與某種DNA編碼的性狀有關(guān)3藥物基因組學

（Pharmacogenomics）

上世紀九十年代末發(fā)展起來，基于藥理學和基因組學，將傳統(tǒng)的藥物科學與基因、蛋白、單核苷酸多態(tài)性等知識結(jié)合起來的一門科學研究目標：闡明藥物反應及治療效果個體差異的基因基礎，并運用所獲得的遺傳信息來預測患者個體間或群體間在用藥的藥效、毒性和安全性上個體與個體之間的差異應用基因組學來對藥物反應的個體差異進行研究，從分子水平證明和闡述藥物療效以及藥物作用的靶位、作用模式和毒副作用遺傳多態(tài)性是藥物基因組學的基礎

4遺傳多態(tài)性---群體中正常個體的基因在相同位置上存在差別(如單堿基對差別，或單基因、多基因以及重復序列數(shù)目的差別)，這種差別出現(xiàn)的頻率大于1%藥物在體內(nèi)的過程：吸收、經(jīng)血液運輸(如與血漿蛋白結(jié)合分布)、與受體在靶組織相互作用產(chǎn)生藥效、經(jīng)代謝酶等作用發(fā)生生物轉(zhuǎn)化、由腎等排泄。整個過程涉及到一系列的酶、受體和轉(zhuǎn)運蛋白等。藥物代謝酶、藥物轉(zhuǎn)運蛋白、藥物作用靶標(如受體)等藥物相關(guān)基因具有多個等位基因差異或基因的多態(tài)性差異，將導致不同的治療效果5藥物遺傳多態(tài)性可表現(xiàn)為：

(1)藥物代謝酶（影響藥物的代謝，如細胞色素P450）的多態(tài)性

(2)藥物轉(zhuǎn)運蛋白（影響藥物的吸收、分布和排泄，如P－糖蛋白）的多態(tài)性

(3)藥物作用受體或靶位（如β2腎上腺素能受體）的多態(tài)性等。這些多態(tài)性的存在可能導致了許多藥物治療中藥效和不良反應的個體差異。

鑒于遺傳上的異質(zhì)性與病人對化療藥物的反應及藥物的治療效果有關(guān)，藥物基因組學能夠提供一種因人而異的癌癥治療方法67

對化療反應遺傳決定因素的充分了解，即能預測化療藥物對哪些病人具有良好的治療效果或具有嚴重的毒性這些研究能通過分子診斷學(基因型分型)而應用于臨床實踐，從而指導不同個體選擇最合適的藥物組合和藥物劑量89（一）藥物效應預測分子5-FU卡培他濱(xeloda)鉑類藥紫杉類健擇表皮生長因子受體(EGFR)（二）藥物毒性預測分子5-FU相關(guān)毒性預測因子CPT-11相關(guān)毒性預測因子藥物基因組學在癌癥化療中的應用105-Fu相關(guān)藥物效應預測分子胸苷酸合成酶mRNA(TSmRNA)：TS的表達不僅與以5-Fu為基礎的化療抵抗相關(guān),而且與臨床預后相關(guān)Lenz：TSmRNA水平高的胃癌患者中位生存期6個月,而TSmRNA水平低者中位生存期43個月TSmRNA水平的高低與化療有效率、生存期之間的關(guān)系在腸癌、肺癌、乳癌中也得到進一步證實

若干腸癌患者5-Fu化療有效率與TS水平相關(guān)性：轉(zhuǎn)移性的腸癌患者腫瘤組織內(nèi)低表達TS者可從姑息性5-Fu化療獲益以上結(jié)果大多來源于以5-Fu為基礎化療的回顧性分析,因此有必要在前瞻性研究中使用新的聯(lián)合化療方案重新進行評估.11胸苷酸合成酶啟動子增強區(qū)域(TSER)TSER的基因多態(tài)性在一定程度上控制著TS的表達TSER由不同拷貝數(shù)的28bp三聯(lián)子重復序列構(gòu)成,提高28bp三聯(lián)子重復序列數(shù)目將導致TS基因表達增加,TS酶活性提高研究接受新輔助放化療的腸癌患者TSER遺傳表型發(fā)現(xiàn),與3R純合子相比,攜帶有2R等位基因的患者病理降期程度相對較高[220bp(2/2),248bp(3/3),orboth(2/3)]另一組221例腸癌患者接受輔助5-Fu+CF方案化療的研究中更加確定了TSER多態(tài)性的臨床價值:2R純合子和2R/3R雜合子(163/221)有顯著臨床生存期的提高,而3R純合子(58/221)無生存獲益12李勇等在47例晚期大腸癌患者中2R/2R基因型14.9%，2R/3R基因型29.8%，3R/3R基因型55.3%30例非大腸癌患者中2R/2R基因型16.7%，2R/3R基因型30%，3R/3R基因型53.3%，χ2檢驗兩者無顯著性差異（p=0.975）。47例大腸癌患者化療后CR1例，PR13例，SD13例，PD15例，總有效率29.8%。其中2R/2R和2R/3R基因型有效率為47.6％(10/21)，3R/3R基因型有效率為15.4％(4/26),兩組有顯著差異（p=0.016）。結(jié)論：晚期大腸癌與非大腸癌癌癥患者TSER雙串聯(lián)三串聯(lián)基因多態(tài)性分布無差別。晚期大腸癌患者接受5FU、草酸鉑聯(lián)合化療，TSER基因多態(tài)性呈2R/2R和2R/3R型患者化療有效率高，3R/3R基因型患者化療有效率低

13Sarriesetal：分析400例(100例對照,300例腸癌、肺癌、乳腺癌)標本發(fā)現(xiàn)TSER多態(tài)性與TSmRNA表達相關(guān),3R純合子有較高的TSmRNA表達活性

日本的報道：TS遺傳型與TSmRNA表達無明顯關(guān)系,同時發(fā)現(xiàn)TS多態(tài)性分布與歐美研究結(jié)果不同.這表明種族的不同在很大程度上影響著TS遺傳表型14卡培他濱(xeloda)相關(guān)藥物效應預測分子特點:在高表達胸苷酸磷酸化酶(TP)的腫瘤細胞內(nèi)釋放5-Fu高表達TP的腫瘤組織能更有效地激活5氟脫氧脲苷為5-Fu對于準備接受卡培他濱治療患者的遺傳特性分析有必要包括TP、TS、二氫嘧啶脫氫酶(DPD)三方面以評估治療失敗的風險并判斷預后在轉(zhuǎn)移性腸癌患者中,低表達TS、DPD、TP基因者生存率最高;同時TP/DPD基因表達的比值在化療敏感與抵抗腫瘤中顯著不同15鉑類藥物相關(guān)藥物效應預測分子通過形成鏈內(nèi)/鏈間DNA加合物抑制細胞復制藥物抵抗可通過以下機制發(fā)生:減少藥物積聚、通過共軛結(jié)合解除藥物毒性,提高對鉑類藥物誘導產(chǎn)生的DNA加合物的耐受性,或者提高DNA修復能力核苷酸減切修復(NER)途徑與鉑類抵抗有很強的相關(guān)性,核苷酸切除修復交叉互補組1(ERCC1)、XPD、XPG基因等均是NER途徑中的關(guān)鍵因子16核苷酸切除修復交叉互補組1

(ERCC1)56例接受GP方案化療的非小細胞肺癌(NSCLC)患者,ERCC1高表達者中位生存期僅5個月,而低表達者中位生存期達15個月這一有顯著統(tǒng)計學意義的數(shù)據(jù)表明ERCC1水平可作為鉑類治療一獨立的預后變量,是評價DDP抵抗的一個關(guān)鍵基因17XPD與XPG基因73例5-Fu+草酸鉑治療的轉(zhuǎn)移性腸癌患者的XPD基因多態(tài)性,發(fā)現(xiàn)1個SNP導致XPD蛋白第751密碼子上賴氨酸(Lys)---谷氨酰氨(Glu),這一多態(tài)性與療效顯著相關(guān):Lys/Lys基因型患者中位生存期17.4mo,而Lys/Glu雜合子12.8mo,Glu/Glu純合子3.3mo;而且,Lys/Lys基因型患者客觀有效率更高(P=0.015)盡管目前對這一SNP突變導致鉑類療效異同的具體機制尚不清楚,但并不影響這一SNP作為鉑類藥物效應預測因子的進一步應用.Lys突變導致DNA修復能力的變化尚在進一步研究中.18對33例接受草酸鉑治療腸癌患者,Vila分析了與DNA修復相關(guān)的多種基因SNPs：XPD第751位密碼子C—A堿基的突變與草酸鉑治療毒性/有效率相關(guān),與XPDA/A型相比,攜帶XPDC/C型等位基因患者更易發(fā)生血液學毒性(44%vs9%)XPG第3位密碼子C—T堿基變異與草酸鉑藥物有效率相關(guān),攜帶XPGC/C型等位基因的患者客觀緩解率顯著高于XPGC/T、T/T基因型患者(70%vs8%,P=0.002)XPDC/C與血液學毒性相關(guān),而XPGC/C可作為緩解率及生存期的預測指標.19谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶P1

(GSTP1)GSTP1與多種毒性復合物(包括鉑類制劑)結(jié)合,形成低毒高水溶性物質(zhì)排出細胞外GST家族包括5個亞型:GSTA1、GSTP1、GSTM1、GSTT1、GSTZ1Stoehlmacher

發(fā)現(xiàn)GSTP1的一個SNPs與107例接受5-Fu+草酸鉑化療的轉(zhuǎn)移性腸癌患者總體生存率相關(guān).這一SNPs導致在GSTP1蛋白密碼子105位異亮氨基酸(Iso)轉(zhuǎn)變?yōu)槔i氨酸(Val),酶活性降低,從而產(chǎn)生了療效的差異:中位生存期Val純合子24.9mo,Val雜合子13.3mo,Iso純合子7.9mo(P<0.001)20紫杉類相關(guān)藥物效應預測分子紫杉類抵抗的重要機制是微管蛋白的過度表達有研究表明β微管蛋白III表達水平與卵巢癌、前列腺癌及非小細胞肺癌細胞系中的紫杉類藥物抵抗有關(guān).Montgomery報道在NIH3T3細胞系中,EGFR超家族成員HER2的過表達導致β微管蛋白IV表達水平增加3倍,從而導致轉(zhuǎn)化細胞對紫杉類藥物抵抗.對微管蛋白各亞型基因突變和基因表達水平的分析在評估腫瘤細胞是否對紫杉類藥物敏感中可能具有一定作用.最近研究指出乳腺癌易感基因家族(BRCA)的功能失活在散發(fā)性乳腺癌、卵巢癌中也有發(fā)現(xiàn),BRCA功能失活與DNA雙鏈斷裂的修復功能受損有關(guān),相關(guān)患者對DNA交聯(lián)劑、誘導DNA雙鏈斷裂藥物敏感,而對作用于有絲分裂紡錘體的藥物如紫杉類抵抗.21健擇相關(guān)藥物效應預測分子

核糖核苷酸還原酶M1(RRM1)核糖核苷酸還原酶是DNA合成途徑的限速酶,在DNA合成修復途徑中發(fā)揮重要作用.它主要催化二磷酸核糖核苷酸轉(zhuǎn)化為二磷酸脫氧核糖核苷酸,包括M1、M2兩種亞型.多篇文獻報道RRM1過表達者健擇化療不敏感

Rosell研究了100例NSCLC,發(fā)現(xiàn)RRM1與DNA合成、修復及GEM代謝有關(guān);ERCC1與DDP活性有關(guān),二者的表達水平高度相關(guān).RRM1mRNA低表達或RRM1、ERCC1mRNA均低表達者GP方案顯著獲益,中位生存期明顯延長(13.7vs3.6mo).22表皮生長因子受體(EGFR)抑制劑EGFR：膜糖蛋白,與配體交聯(lián)發(fā)生二聚化作用,刺激細胞增殖EGFR信號通路涉及各種實體瘤的生成及預后.EGFR酪氨酸激酶(TK)的活化已被確認為起始細胞內(nèi)信號傳遞的關(guān)鍵事件,能調(diào)節(jié)細胞增殖、分化及細胞生存腫瘤中EGFR基因的過表達是一普遍現(xiàn)象,其基因的轉(zhuǎn)錄起始于富含GC啟動子區(qū)的多個起始位點.EGFR基因的第一個內(nèi)含子能調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,它位于轉(zhuǎn)錄增強子附近,包含一具有高度遺傳多態(tài)性的CA二核苷酸重復序列Gebhardt報道CA重復序列的數(shù)目與EGFR基因轉(zhuǎn)錄活性呈負相關(guān).近來一些新的藥物通過胞內(nèi)/胞外途徑阻斷EGFR功能或阻斷其胞內(nèi)信號通路發(fā)揮抗腫瘤作用23Lynch研究發(fā)現(xiàn)9例對gefitinib治療有效患者中8例在EGFR基因酪氨酸激酶區(qū)域存在體細胞突變;在25例未接受過gefitinib治療的NSCLC患者中2例也存在類似突變.體外實驗進一步證實EGFR突變株對EGF反應性高且對gefitinib治療更為敏感.雖然上述研究結(jié)果有待于大樣本臨床試驗證實,但提示檢測EGFR基因可能是一有效的篩選合適患者接受gefitinib治療的途徑.24藥物毒性預測分子

5-FU相關(guān)毒性預測因子

DPD是5-FU代謝的限速酶,體內(nèi)5-FU劑量的85%都是通過DPD代謝失活.DPD活性喪失時由于代謝清除途徑受損大量活性代謝產(chǎn)物5-FdUMP生成,導致發(fā)生嚴重的5-FU相關(guān)毒性反應.迄今已確定DPD有39種不同的基因突變和多態(tài)性,其中最常見的為DPD基因第1986位發(fā)生A到G的轉(zhuǎn)化(等位基因DPYD*2A)導致外顯子14缺失,形成無活性的酶.在發(fā)生嚴重5-FU毒副反應的患者中,24%-28%可檢測到這種突變DPYD*2A并不是發(fā)生嚴重5-FU毒性的唯一機制.由于體內(nèi)存在復雜的分子機制調(diào)控DPD活性,因而使得將DPD基因型的檢測用于預測嚴重5-FU毒性的發(fā)生仍需不斷深入.25CPT-11相關(guān)毒性預測因子CPT-11：活性的前藥,需經(jīng)羥酸酯酶的活化轉(zhuǎn)變?yōu)槠浠钚源x產(chǎn)物SN-38而發(fā)揮效用

活性SN-38的主要清除途徑是通過肝臟的糖基化作用轉(zhuǎn)變?yōu)闊o活性的SN-38G,后者通過尿液、膽汁排出.CPT-11主要的劑量限制性毒性作用：腹瀉、中性粒細胞減少均與SN-38水平增高有關(guān)

目前關(guān)于CPT-11的藥物遺傳學方面的研究主要集中于由UGT1A1（UDP葡萄糖苷酸轉(zhuǎn)移酶）多態(tài)性引起的SN38G變化.UGT1A1的表達是高度可變的,由此引起不同患者間SN-38糖化反應的速率相差最高達50倍

UGT1A1基因啟動子區(qū)具有一定多態(tài)性,其不典型TATA盒區(qū)域中包含了5-8個TA重復序列.其中以含6個TA重復序列的基因型最為常見,隨TA重復序列數(shù)目的增加,UGT1A1表達下降.UGT1A1的變異型——UGT1A1*28啟動子不典型TATA盒區(qū)域包含7個TA重復序列,該變異型與UGT1A1表達下降有關(guān),并導致SN-38G水平降低.在CPT-11治療中,UGT1A1*28等位基因的存在導致活性代謝產(chǎn)物SN-38的顯著增加,從而發(fā)生腹瀉/中性粒細胞減少的幾率顯著增加.提示UGT1A1基因型的檢測可能用于臨床預測與CPT-11相關(guān)的嚴重毒副作用的發(fā)生