与化疗药物疗效相关基因

与化疗药物疗效相关基因2013-08-1315:50来源：艾德生物医药点击次数：1680关键词：肿瘤，分子诊断，个体化治疗化疗药物通常作用于快速分裂的细胞，抑制细胞DNA合成复制、微管的形成，代谢关键酶活性。临床结果显示，每个化疗方案都只有20%左右的患者获益。化疗的疗效与病人个体差异（病人对化疗药物敏感程度以及对药物的耐受程度）及药物本身的毒性反应有关。近年来，大量临床研究表明每一种化疗药物都有与其对应的评估其作用的靶标，化疗药物的疗效主要与相关基因的表达水平相关，如TP53、ERCC1、BRCA1、RRM1、TYMS、STMNQ、TUBB3、DPD、TYMP、TOP2A、UGT1A1等。这些基因的表达水平和多态性可以科学地预测药物的疗效，提高治疗的针对性，为临床用药提供指导。p53TP53基因是迄今发现与人类肿瘤相关性最高的基因（50%以上人类肿瘤中发生P53基因突变）。人类p53基因定位于17号染色体，所编码的p53蛋白（分子量为53kD)是一种半衰期短的核内磷酸化蛋白，能和DNA的特定顺序结合调节其周围基因的转录，它常通过自身修饰或和其它蛋白相互作用来调节细胞周期及细胞凋亡。引起肿瘤形成或细胞转化的突变型p53蛋白，是一种肿瘤促进因子，而野生型p53基因是一种抑癌基因，它的失活对肿瘤形成起重要作用。p53蛋白还有帮助细胞基因修复缺陷的功能；对于受化疗药物作用而受伤的癌细胞，则起修复作用。有研究表明，野生型P53基因能够抑制多药耐药蛋白基因转录，减少多药耐药蛋白生成，其突变型TP53基因可增强多药耐药基因表达。突变型TP53基因被认为一种新的耐药相关基因。据研究报道，p53基因变异与肿瘤细胞对铂类化疗药的耐药性相关，但不影响紫杉醇类药的敏感性。所以，p53基因突变检测可用于指导临床肿瘤患者化疗的个体化用药。ERCC1铂类药物是对具有生物活性的含铂配合物药物的总称，常用的有顺铂、卡铂和奥沙利铂，是目前临床上最常用的肿瘤化疗药物之一。其药理作用主要是引起靶细胞DNA链内和链间的交联，阻碍DNA合成与复制，从而抑制肿瘤细胞的生长。DNA修复是铂类化疗耐药性产生的主要机制之一。ERCC1（ExcisionRepairCrossComplementGroup1，核苷酸切除修复交叉互补组1）是核酸外切修复家族中重要成员，参与DNA链的切割和损伤识别。ERCC1的表达量直接影响DNA修复的生理过程。所有肿瘤细胞中都有ERCC1表达，而且表达水平差异很大。临床研究已证实ERCC1参与铂类化疗耐药发生，其表达水平与多种癌症铂类化疗疗效和生存期呈负相关，即表达水平低的患者对铂类药物敏感，反之表达水平高的患者表现耐药。因此，在最近发布的美国国家癌症综合治疗联盟（NCCN）非小细胞肺癌的临床治疗指南（第一版，2010）中明确指出：在接受铂类化疗前进行ERCC1mRNA表达水平检测可提高治疗有效率和患者生存率。BRCA1BRCA1(Breastcancer1)是重要的抑癌基因，它编码的蛋白在DNA损伤和修复中扮演重要角色，还在基因的转录调节、细胞周期调控、细胞凋亡和中心体复制等过程中起重要作用。BRCA1通过作用于γ-微球蛋白，在中心粒的复制中起负性调节作用。中心体的正确复制是保证有丝分裂正常进行的重要因素，这一过程的失调可使细胞异常分裂，最终导致肿瘤的形成。铂类化合物是最常使用的肿瘤化疗药40物，包括顺铂、卡铂和奥沙利铂。由于铂类药物系通过广泛结合DNA而抑制细胞分裂实现抗癌目的，因此铂类药物的使用不可避免地损伤患者机体内正常分裂细胞，造成毒副作用。临床运用表明铂类药物的疗效存在显著的个体差异，部分患者获益，部分患者耐药并出现毒副作用。大量临床研究已经证实：铂类药物的疗效与肿瘤组织中BRCA1基因mRNA表达水平密切相关，即BRCA1基因表达水平低的患者对铂类药物敏感，反之表达水平高的患者表现耐药。TYMS氟类药物是尿嘧啶的氟代衍生物，在细胞内转变为5-氟尿嘧啶脱氧核苷酸（5F-dUMP）从而抑制脱氧胸苷酸合成酶，阻止脱氧尿苷酸（dUMP）甲基化为脱氧胸苷酸（dTMP），从而影响DNA的合成。另外，也能掺入RNA中干扰蛋白质合成，从而起到抑制肿瘤细胞生长的作用。该类药物包括5-氟尿嘧啶（5-FU）、替加氟、卡莫氟、氟尿苷、脱氧氟尿苷以及具有化疗靶向性的卡培他滨（希罗达）等，这些药物在体内均转化为5-FU（如下图）。TYMS（ThymidylateSynthetase）基因编码的胸苷酸合成酶（TS）是嘧啶核苷酸合成的限速酶，是肿瘤生长的重要因子。同时它是5-FU发挥细胞毒作用的目标酶。5-FU的代谢物5-FdUMP与TS结合，阻碍TS的正常功能，从而抑制DNA合成。在多种肿瘤的临床研究中，都显示TYMS基因的mRNA表达水平与5-FU疗效密切相关，包括结直肠癌、肺癌、乳腺癌、头颈鳞状细胞癌等。临床研究表明，低TYMSmRNA水平的肿瘤患者接受氟类化疗的效果较好，中位生存期较长。反之，TYMS高表达的患者对氟类疗效较差。研究也发现培美曲赛的疗效与TYMSmRNA表达水平呈负相关。RRM1吉西他滨（Gemcitabine）是脱氧胞嘧啶核苷同系物，属细胞周期特异性抗代谢类化疗药，主要作用于DNA合成期（S期）的肿瘤细胞，同时也阻断细胞增殖由G1向S期过渡的进程。吉西他滨作为一种前药在细胞内是脱氧胸苷激酶磷酸化的良好底物，在酶的作用下转化成活性代谢物dFdCDP和dFdCTP。dFdCDP抑制核糖核苷酸还原酶（RR），从而减少了DNA合成的修复所需的脱氧核苷酸的量（尤其是dCTP），低水平的dCTP逆转了脱氧苷激酶正常的负反馈抑制，导致dFdCTP更多的积聚。dFdCTP则与dCTP竞争结合进入DNA链，插入至DNA链中脱氧胞苷的位点，并允许鸟苷与其配对，吉西他滨分子就被鸟苷”掩蔽”使其免受核糖核酸外切酶的移除修复，然后DNA链合成停止，进而DNA断裂、细胞死亡，达到治疗肿瘤的目的。RR是细胞DNA复制及损伤修复过程中提供二磷酸核苷（dNDP）的唯一酶类，因此是DNA合成通路中的限速酶，它能逆转二磷酸核苷酸为二磷酸脱氧核苷酸。RR基因有两个亚单位RRM1和RRM2，其中RRM1基因编码核糖核苷酸还原酶M1亚单位，是肿瘤抑制基因，能抑制肿瘤转移，也是吉西他滨的主要作用靶点。所有肿瘤细胞中都有RRM1表达，而且表达水平差异很大。临床研究显示低RRM1mRNA水平的肺癌患者对吉西他滨敏感性相对较高，药物疗效较好，中位生存期延长。而且，专家建议RRM1高表达的患者应避免使用吉西他滨。因此，在最近发布的美国国家癌症综合治疗联盟（NCCN）非小细胞肺癌的临床治疗指南（第二版，2009）中明确指出：在接受吉西他滨治疗前进行RRM1mRNA表达水平检测可提高治疗有效率和患者生存期。STMN1抗微管类化疗药是作用于细胞微管，通过影响纺锤体形成，从而抑制细胞有丝分裂的一类广谱化疗药。目前常用的抗微管类药物主要有：紫杉醇、多西紫杉醇、长春碱、长春新碱和长春瑞滨等。紫杉醇可以促进微管聚合和稳定已聚合微管。在接触紫杉醇后，细胞内会积累大量微管，从而干扰细胞的各种功能，特别是使细胞分裂停止，从而起到抗肿瘤效果。多西紫杉醇的药理机制与紫杉醇相似。长春碱抑制微管蛋白的聚合，而妨碍纺锤体微管的形成，使核分裂停止于中期。长春新碱的药理作用与长春碱相似。STMN1（Stathmin，又称oncoprotein18）基因编码的STMN1蛋白通过促进微管的解聚或阻止微管的聚合从而影响有丝分裂纺锤体的形成，通过抑制其表达，可以干扰恶性肿瘤细胞的有丝分裂，从而影响肿瘤细胞的增殖与凋亡。在多种肿瘤细胞系的研究和临床研究中，STMN1基因的mRNA表达水平与抗微管类化疗的疗效密切相关。STMN1低表达的肿瘤患者接受长春瑞滨/顺铂治疗的效果较好，中位生存期较长，反之，STMN1高表达的患者接受长春瑞滨/顺铂的疗效较差。而且，STMN1在肿瘤中mRNA的表达水平与患者预后直接相关，STMN1的表达水平越高，患者的生存率越低，肿瘤发生转移的风险越高。TUBB3抗微管类化疗药是作用于细胞微管，通过影响纺锤体形成，从而抑制细胞有丝分裂的一类广谱化疗药。目前常用的抗微管类药物主要有：紫杉醇、多西他赛、长春碱、长春新碱和长春瑞滨等。紫杉醇可以促进微管聚合和稳定已聚合微管。在接触紫杉醇后，细胞内会积累大量微管，从而干扰细胞的各种功能，特别是使细胞分裂停止，从而起到抗肿瘤效果。多西他赛的药理机制与紫杉醇相似。长春碱抑制微管蛋白的聚合，而妨碍纺锤体微管的形成，使核分裂停止于中期。长春新碱的药理作用与长春碱相似。细胞内微管蛋白分α、β两个亚型，是细胞骨架的重要组成部分，是有丝分裂时纺锤体的基本组成单位，也是抗微管药物的主要作用靶点。据研究显示，TUBB3编码的β-Tubulin-III（3型β微管蛋白）与抗微管化疗药敏感性的关系最密切。在多种肿瘤细胞系的研究和临床研究中，都显示TUBB3mRNA表达水平与抗微管类化疗的疗效密切相关。低TUBB3表达水平的肿瘤患者接受紫杉醇类或长春碱类化疗的效果较好，中位生存期较长。反之，TUBB3高表达的患者的抗微管类化疗疗效较差。UGT1A1伊立替康（Irinotecan，CPT-11，商品名为开普拓、Camptosar），是DNA拓扑异构酶I抑制剂，可诱导单链DNA损伤，从而阻断DNA复制叉，阻止DNA链的重新组装，引起DNA双链的断裂，造成细胞死亡。伊立替康主要用于治疗成人晚期/转移性大肠癌患者的治疗，对小细胞和非小细胞肺癌及宫颈癌和卵巢癌亦有疗效。伊立替康最主要的毒副作用为嗜中性白血球减少症及迟发性腹泻，后者为剂量限制性毒副反应，严重时可致命。临床研究表明，40％以上接受伊立替康治疗的患者可出现3～4级迟发性腹泻，约10%患者可出现嗜中性白血球减少症，从而导致化疗方案提前中止。伊立替康为前体药物，在体内经过羧酸酯酶转化为活性代谢物。羧酸酯酶将伊立替康分子10位的哌啶侧链裂解，产生7-乙基-10-羟基喜树碱（SN-38），其活性较伊立替康强100到1000倍。SN-38经肝脏尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UDP-GT，主要由UGT1A1、UGT1A7和UGT1A9代谢）葡萄糖醛酸化灭活，生成葡萄糖醛酸化SN-38（SN-38G），从而保护健康细胞免受伊立替康毒性的影响。UGT1A1基因编码尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶，其突变型UGT1A1*28的杂合子比野生型对SN-38的葡萄糖醛苷化活性稍低，而UGT1A1*28的突变纯合子对SN-38的葡萄糖醛苷化活性则仅是野生型的35％，从而更容易产生毒副作用。野生型UGT1A1（6/6）在接受伊立替康治疗时产生毒副作用风险较低，而UGT1A1*28突变型杂合子（6/7）产生毒副作用的几率为12.5％，突变型纯合子（7/7）则有50％产生毒副作用的可能性。该突变的影响是与剂量相关的，在使用低剂量伊立替康治疗时，UGT1A1突变与否对毒副作用的风险影响不大。因此，2005年，美国FDA要求在伊立替康药品标签上加入警示，建议患者在使用伊立替康前先检测是否带有UGT1A1*28突变。在中国人中，野生型纯合子（6/6）、杂合子（6/7）和突变型纯合子（7/7）的发生频率分别为70.2%、27.7%和2.1%。除了UGT1A1*28，最近发现另一个基因多态性位点（-3156GA）也可以预测伊立替康的毒性。在大肠癌患者的研究中发现，携带-3156GA突变型的患者接受伊立替康治疗后有50%出现严重毒副作用，而携带野生型的患者只有12.5%产生毒副作用；而且突变型患者比野生型患者更早出现副作用。另有研究显示UGT1A1的211GA（UGT1A1*6）突变使UGT1A1的葡萄糖醛酸化的能力下降70％，其突变频率在东亚人群中(日本、韩国和中国)约为13％，而在白人和非洲人中没有发现这一突变。多个亚洲人群的临床研究结果都证明211GA突变与伊立替康的毒副作用风险增加显著相关7-10；UGT1A1*28、UGT1A1*28*6与UGT1A1*6基因