药物代谢酶和药物转运体的遗传多态性对癌症化疗的影响Word下载.docx

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因此，在癌症治疗的遗传药理学的临床应用上需要有更多关于药物代谢酶和药物转运体不同多态性的信息。

每个不同的抗癌药物有必要各自在不同人种中进行更大规模的研究，包括单体型和连锁不平衡的分析。

经过标准剂量化疗的病人在强毒力下表现出较大的个体间和个体内部的多样性。

另外，在标准化疗后可能反应阶段和肿瘤类型都相同的情况下，仍表现出了显著的差异性。

个体药物动力学和药效的可变性影响因素是多层次的，包括药物间的相互作用、民族、年龄、肾肺功能、其他疾病、营养状况和烟酒消费。

许多病历显示遗传因素对药物作用和毒性影响显著[1]。

诸如编码药物代谢酶和转运体的基因多样性可以影响抗癌药物的动力学和药效参数。

在人类基因组中遗传多样性是很常见的现象，可分为生殖细胞cDNA多样性和体细胞基因突变两大类。

体细胞多态性多表现为一种在人类基因组中的单核苷酸差异的单核苷酸多态性（SNPs）[2]。

以肿瘤为例的体细胞突变可以解释癌症的流行病学模式。

在编码药物代谢酶和药物转运体的基因中发现的大量生殖细胞多态性可以更好地解释在病人体内发现的抗癌药效力和毒力的多样性。

阶段Ⅰ药物代谢酶，特别是细胞色素P450酶，可以激活或失活药物。

阶段Ⅱ代谢酶例如UGT和谷胱甘肽S转移酶系（GSTs）经常通过共轭作用使药物或其代谢失活。

这些酶的多态性可以引发治疗药物不同的治疗药物动力学和药效的分布图。

药物转运体例如P-糖蛋白（P-gp）和其他的受体可以影响药物的吸收利用程度，还可以产生药物动力学相互间的多样性。

如果P-gp由肿瘤细胞中分泌出来，肿瘤对于化疗药品的敏感性就会改变；

因此在病人间的药效就会不同。

药物动力学是个体内药物反应差异研究的遗传基础。

一种方法是寻找与重症作用相关的遗传差异性，反过来，它可以被用来去寻找不能接受药物或可以接受受控的大剂量药物的个体。

另一种方法是寻找可以指示药效的标记物[3-5]。

在癌症化疗之前的遗传药理学筛分可能识别出处于高危毒性或者反应迟钝的病人。

遗传药理分析是一种特异性的药物分析，也可以称为“个人专用药物”。

让我们再将视线聚焦到所选药物代谢酶和三磷酸腺苷结合盒（ABC）转运体遗传多态性的临床作用以及它们对化疗毒性和/或反应的可能影响。

1阶段Ⅰ酶

1.1细胞色素P450（CYP）酶

人类CYP酶是与抗癌药物的代谢有关并且有遗传多态性的一种酶，已经发现的有CYP2C8，2C9，2C19，2D6和3A4亚型。

这些与抗癌药物相关酶的代谢作用在1.1.1-1.1.6节中论述。

1.1.1CYP2C8在CYP2C8基因中发现了许多突变（表1）。

大肠杆菌表达DNA发现，CYP2C8*3在紫杉醇代谢酶中受抑制。

具有CYP2C8*3多态性的6-α-螺旋紫杉醇细胞占野生型细胞的15%。

因为CYP2C8*3活性太低，紫杉醇的本质清除机制还没发现[6]。

Soyama等[7]和Bahadur等[8]也分别发现在HepG2细胞进行体外剔除紫杉醇时CYP2C8*3会减少。

与CYP2C8*4相关的CYP2C8df出现的概率小于野生型，但是差异性不明显[8]。

对于CYP2C8*2，6-α-螺旋紫杉醇米氏常数有增加的现象[6]。

许多内含子的SNPs被发现定位于内含子-外显子交接处[7]，但是它是否影响转录效率或者mRNA减切或其他方面的生物学现象，仍有待证明[15]。

具有突变等位基因（杂合或纯合）的个体是否表现出紫杉醇、异环磷酰胺和环磷酰胺代谢体内抑制仍需要进一步研究。

1.1.2CYP2C9CYP2C9与CYP2C19有92%同源性，它的临近基因CYP2C19产物中的490个氨基酸只有43个与CYP2C9蛋白不同；

然而，这两种酶有不同的底物特异性。

CYP2C9与抗癌药物环磷酰胺、异环磷酰胺、依托泊苷和他莫昔芬的代谢相关（表2）。

体外试验数据证明，在对各种2C9底物被进行清除显著减少时，CYP2C9*2和CYP2C9*3等位基因比CYP2C9*1与此过程关系更密切；

然而，这些减少现象是底物相关性的[16]。

体外试验表明，在环磷酰胺4-羟化作用和异环磷酰胺4-羟化作用中，野生型CYP2C9比突变等位基因CYP2C9*3效率更高[17]。

Watters等[18]发现CYP3A13基因组型、人类CYP2C9的小鼠同源蛋白和环磷酰胺反应之间并没有关联性。

现在，对于环磷酰胺、异环磷酰胺和他莫昔芬的CYP2C9的体内多态性的药物动力学或药效内多态性数据还没有研究得出。

1.1.3CYP2C19依据CYP2C19代谢药物的程度，可以人分为强代谢者和弱代谢者两大类。

2%-5%高加索人和13%-33%的亚洲人是弱代谢者[19，20]。

对于非洲人的研究较少，但报道时称弱代谢者大约占4%[19]。

最常见的缺损等位基因见表1。

在一项基于CYP2C19遗传药理学的沙立度胺治疗前列腺癌的研究中发现，5-羟基化在起作用。

对两例同源CYP2C19*2（弱代谢者）多态性研究发现，他们体内并没有5-羟基化沙立度胺或反式5-羟基沙立度胺存在[21]。

到目前为止，通常认为CYP2C19基因多态性对体内抗癌治疗没有显著价值。

1.1.4CYP2D6CYP2D6存在于5%-10%欧洲人和北美高加索人中[22]。

CYP2D6基因是研究最透彻的人类基因之一，各种等位基因编号从1号到51号，其中包括26个零等位基因和6个编码降低活性的酶的基因[23]。

另外，基因复制是与超高速CYP2D6代谢相关的。

在高加索人中最常见的基因包括CYP2D6*3，*4，*5和*6。

这四种突变体都不能生成功能性的CYP2D6（表1）。

作为抗癌药物，CYP2D6只在他莫昔芬转变为更有效的具有50层折叠的4-羟基他莫昔芬过程中起作用[24]。

经过4个月后的他莫昔芬治疗，在CYP2D6纯合突变体基因型或杂合体基因型中，血浆他莫昔芬代谢物endoxifen浓度（一种他莫昔芬代谢物）比纯合野生型显著低。

另外，当对研究对象注入一种强效CYP2D6抑制剂（例如帕罗西汀）的时候，血浆中endoxifen浓度降低很快[25]。

最近，Goetz等研究发现纯合突变体CYP2D6*4病人有更高的病症复发风险，但是对比起杂合体和纯合体的野生型正常女性这类人不容易发生潮热（hotflashes）[26]。

虽然他莫昔芬治疗中CYP2D6的作用很重要，但是大多数抗癌药并不依靠CYP2D6临床相关浓度的代谢[27]。

1.1.5CYP3A4人类CYP3A4的等位突变体已经研究得很透彻（表1）[28]。

CYP3A4*1B等位基因突变在不同种群中均有发现，此突变频率在白种人中是3.6%-9.6%[9，29-33]，在黑种人中则为53%-67%。

在亚洲人中还没有发现CYP3A4的等位突变[34]。

Goh等用多西他赛治疗的32个病人中CYP3A4基因的5’旁侧序列未发现多聚态。

另外，CYP3A4*1B基因型与底物药物动力学之间并没有发现关联[29，32，35，36]。

第二种突变等位基因CYP3A4*2在白种人中的发生比率为2.7%[31]，而在黑人、亚洲人中没有发现。

与野生型对比硝苯地平在突变型中被彻底清除，而睾酮6β-羟化和药物动力学与野生型无显著差异[32]。

另一个突变等位基因CYP3A4*3在白人中的存在比例为1%-4%[31，37]。

在中国人中只发现1例[32]。

这个等位基因突变体位于一个含有半胱氨酸残基的保守区，此区域作为CYP活性位点的血红素铁第五个配基。

对CYP3A4*3基因来说，在基因型和睾酮、黄体酮和毒死蜱的代谢之间没有相关性[37，38]。

Eiselt等[38]鉴定了一个新的CYP3A4等位基因的突变体CYP3A4*12，它在高加索人群中的突变率为0.34%。

CYP3A4*12还可以改变调节睾酮和咪唑安定的酶的活性。

CYP3A4基因表达的调节是翻译后进行的，因此可以根据其mRNA的水平估测其活性[39]。

然而CYP3A4基因的多态性并不能解释CYP3A4表达的高变异性。

CYP3A4的表达已经和临床抗癌治疗的疗效联系起来了。

乳腺癌患者的乳腺癌组织中CYP3A4基因的mRNA水平较低，经多西他赛治疗，低水平mRNA患者比高水平mRNA患者疗效更显著。

但是，CYP3A4的mRNA表达水平与环磷酰胺和阿霉素的疗效不相关[40]。

原发性癌症经鬼臼毒素（epipodophyllotoxin）治疗后常常会引发白血病，CYP3A4*1B基因可以降低这种风险[41]。

具有野生型基因的病人与具有突变基因CYP3A4*1B的病人相比，DNA损伤反应中间体的产物量有很大提高。

突变的等位基因可以减少鬼臼毒素邻苯二酚代谢产物的产生，而这些代谢产物是造成DNA-损伤的苯醌的前体。

CYP3A基因突变与急性淋巴细胞白血病复发概率无关[42]，然而，根据统计数据的单因素分析结果，具有CYP3A4*1B基因的病人周围神经病的发病概率大大降低。

经多重比较矫正，这种相关性接近但还不具有统计学意义。

在另外一个研究中，治疗儿童急性淋巴细胞白血病引起的急性髓系白血病与CYP3A4*1B基因型无关[43]。

在大多数研究的人群中，CYP3A4基因编码单核苷酸多态性等位基因的频率相对较低，至今没有这一类突变体的纯合子的报道[44]。

据估计，14%的高加索人群、10%的日本人和15%的墨西哥人具有CYP3A4等位基因，此等位基因上至少有一个密码子突变。

由于如此低的出现等位基因的频率，使得将基因型与药物代谢动力学、药效学联系起来变得非常困难。

或许，调节CYP3A4基因转录的孕烷X受体（PXR）基因可以提供一个解释。

许多研究描述了PXR基因多态性和它们对CYP3A4基因表达的影响。

Hustert等[45]在LS147细胞中表达了3个蛋白突变体（V140M，D130G和A370T），这些蛋白可以诱导CYP3A基因启动子报告基因的激活。

Koyano等[46]也分析了突变体蛋白R98C、R148Q、R381W和I403V，PXR激活子的剂量不同，这些蛋白诱导激活的程度也不同。

PXR多态性对个体间的CYP3A4底物的药物代谢动力学、药效学变异性的影响仍需进一步研究。

另外一个可能用来解释CYP3A4底物的药物代谢动力学和药效学变异性的是CYP3A4和CYP3A5多态性之间的联系，但是至今没有药物代谢动力学和药效学影响的报道[47]。

总之，没有鉴定CYP3A4突变体的药物代谢动力学规范来研究抗癌药物的代谢。

因此，在抗癌治疗中，CYP3A4基因在个体变异性中的角色是未来的研究重点，研究应集中在LD、单倍型连锁分析和转录因子（如PXR）的功能分析。

1.1.6CYP3A5CYP3A5至少占人类肝中CYP3A含量的50%。

CYP3A5蛋白在成人体内呈多态性表达，其中可检测的表达在高加索人群大约10%-20%，日本人33%，黑人55%[48]。

引起多态性表达（CYP3A5*3）的casual突变与CYP3A5蛋白的低表达有关，CYP3A5蛋白的低表达使mRNA发生错误剪切并且减少功能蛋白的翻译。

CYP3A5*3等位基因出现的频率有很大差异，在黑人中约为50%，在高加索人群中约为90%[49]。

从纯合突变体的肝中分离到的微粒体包含少量的CYP3A5蛋白，功能上微粒体可以降低咪唑安定的催化活性。

研究了25例患者，其中9例纯合CYP3A5*3基因型，咪唑安定（而不是多西他赛）的平均清除率比较低[34]。

而且，在Puisset等[50]的研究中，CYP3A5*3基因型与野生型相比，多西他赛的清除率无显著性差异。

Kishi等[51]研究了泼尼松和CYP3A5基因多态性对儿童急性淋巴细胞白血病患者依托泊甙分布的影响。

对黑人儿童，CYP3A5*3等位基因预示着依托泊甙的低清除率。

统计结果的单因素分析发现，CYP3A5*3等位基因能显著降低急性淋巴细胞白血病患者患外围神经病的风险[42]。

几个其它的CYP3A5编码突变体具有较低的等位基因的频率，它们的功能还有待研究。

另外的内含子和外显子突变体（CYP3A5*5，*6，*7）可能会改变剪切，导致成熟前终止密码子或外显子缺失[10，44]。

这些突变体在大肠杆菌中的表达实验发现，与野生型等位基因相比，睾酮的清除率降低和硝苯吡啶氧化物的最大速度较低[10]。

总之，迄今为止尚未见到关于CYP3A5基因多态性的报道，未阐明CYP3A5的底物—抗癌药物新陈代谢的较大变异性。

转录因子或与其它基因的联系（如CYP3A4）可能解释不同患者个体间的变异性。

2二氢嘧啶脱氢酶

二氢嘧啶脱氢酶（dihydropyrimidinedehydrogenase,DPD）是在尿嘧啶和胸腺嘧啶三步降解代谢途径中的速度限制关键酶。

另外，这是哺乳动物合成β－丙胺酸的唯一途径。

DPYP基因的缺失可能会导致DPD的缺失，就是所谓的遗传性胸腺嘧啶－尿嘧啶尿（uraciluria）或家族性嘧啶纤维蛋白血症（pyrimidinaemia），后者以持续分泌过量尿嘧啶、胸腺嘧啶及5′-羟基甲脲嘧啶以及上述复合物在血中和脑脊液中积聚为特征[52]。

丝裂霉素是治疗晚期结直肠癌的常用药物。

体内70%-80％的丝裂霉素由DPD酶降解为二氢丝裂霉素，因此，DPD酶是检测对丝裂霉素反应的重要因子之一。

由于DPD酶负责胸腺嘧啶抗代谢类似物的解毒作用，如丝裂霉素和卡培他滨（口服的氟尿嘧啶类药物）。

毒性发作的速度，低水平DPD比正常水平的患者要快2倍[53-56]。

Di等人的研究表明[57]，DPD的活性在外周血单个核细胞中与丝裂霉素/5`－氟化二羟尿嘧啶（5－FUH2，丝裂霉素生成的DPD依赖代谢产物）的药物代谢动力学无关。

只有2/5的重毒患者具有不正常的低DPD活性，其余的患者则是正常的。

同样，在84位通过治疗，DPD由低转为正常的患者中，对其中16位患者的研究表示，并非所有低DPD活性的患者都会有轻微或严重的毒性。

但是，Fleming的研究却显示[56]，丝裂霉素的清除作用与DPD在外周血单个核细胞中的活性联系紧密，但Etienne等却认为缺乏相关[57]。

因此，是否相关仍需讨论。

因此，还不能够依赖对DPD的评估完全的预计毒性的危险。

另一种对丝裂霉素相关毒性变化原因的研究是对DPYD基因的突变检测。

多数具有丝裂霉素相关毒性的患者在DPYD基因处有多处的突变（表1）；

但是仅有很少DPD低的患者具有产生减低DPD的分子机制。

尽管有些奇特的DPYD变异已经被证实，但是其变异不能够很好的解释DPD的多态活性和对于丝裂霉素的毒性机制。

对一个有4级毒性的患者使用丝裂霉素10日后的DPYD分析表明，GIVS14＋1A的剪接位点突变导致对DPD的mRNA进行预剪接时，外显子14对上游的剪接供应位点的直接跳读[59]。

这些与其他的研究结论一致[60-67]。

25位丝裂霉素相关毒性严重的患者中，此位点的突变5人为杂合，1人纯合。

所有的病人患有4级的白细胞减少症，同时，在所有的纯合和2个杂合突变患者中观察到了致命的结果[64]。

Maring等的研究指出[67]，一个在外显子14的纯合GIVS14＋1A等位突变将导致严重的丝裂霉素清除作用，以致丝裂霉素诱导的严重毒性。

荷兰的高加索人族群，该突变的等位频率是0.91％[63]。

低DPD活性的患者的突变中，42％是杂合，3％纯合[65]。

Van等给出几乎相同的结论[68]，他们从一个患有GIVS14＋1A突变和奇特的C61T无义突变的患者观察到致命的丝裂霉素相关毒性[69]。

该无义突变导致在四羟酮醇腺苷核苷和尿嘧啶和胸腺嘧啶的结合位点的翻译未成熟终止，以致产生没有抵抗活性的无功能蛋白。

另外，T85C，A496G，A1627G,T1679G和A2846T的突变（表1）同样与患者的还原酶活性有关[61,70,71]。

Van等的研究显示[61]，至少57％患不同还原DPD活性表型者具有其分子机制根据[61]。

Collie-Duguid等认为[70]，仅17％的低DPD活性患者具有还原活性的分子机制。

也有人研究认为T85C，A496G，G1601A,A1627G和A2194A与DPD活性无关[71-73]。

Kouwaki等[74]将第一个具有DPD活性降低的日本患者与丝裂霉素毒性重症患者进行比较。

Yamaguchi研究表明[75]只在使用丝裂霉素的日本患者观察到1、2级的不利状况，说明杂合的突变（如T85C和A1627G）与丝裂霉素毒性无关（表3示DPYD多态性的所有临床结果）。

这些数据显示，复杂的分子机制控制了体内的DPD活性[76]。

因为低灵敏度和未知的特异性，遗传多态性检测的临床应用并不乐观。

同样，DPD在外周血单个核细胞中的活性检测并不能够证明导致丝裂霉素毒性。

总之，这可以被认为是族群检测太小，十有八九，是DPYD的多位点突变导致DPD的缺失和丝裂霉素毒性的危险增加。

这些互相矛盾的数据表明需要更深入的分析。

除了DPD，胸腺嘧啶合成酶（TS）和胸腺嘧啶磷酸化酶也涉及肿瘤对丝裂霉素的反应。

TS和TP在预处理活组织切片的高基因表达可以确认那些对丝裂霉素治疗不反应的肿瘤，Salongar等研究表明[77]，DPYD的基因表达水平在对丝裂霉素无应答的肿瘤中要比有应答的肿瘤广。

所有的丝裂霉素治疗应答肿瘤表达的TS、TP、DPD基因的表达量都低于期望的无反应切除量，然而，在每个无应答的肿瘤中至少有一个基因有高水平的表达。

参与丝裂霉素分解作用的酶是二氢嘧啶（DHP）。

缺乏该酶的患者有在丝裂霉素治疗后产生毒性的风险，VanKuilenburg等[78]第一次示范了在丝裂霉素重毒患者将会对部分DHP的缺失产生发应。

对DHP基因的的分析显示，患者的外显子5（G278D）错义突变属于杂合。

这个基因对于丝裂霉素相关毒性的作用需要更加深入的研究。

3尿苷二磷酸

3.1葡萄糖苷酰转移酶（UGT）

UGT1A1能够使胆红素葡萄糖醛酸化。

临床的多样性与UGT1A1酶因家族（非）共轭高胆红素血综合征（如Crigler-Najjar综合征I、II型和Gilbert综合征）引起的基因异常有关。

至少50例已经报告的患者的UGT1A1基因病变中，大部分伴有Gilbert综合征。

UGT1A1在依立替康（irinotecan），依托泊苷（etoposide），表柔比星（epirubicine）和tipifrarnib的代谢过程中起重要作用（表2）。

依立替康是一种喜树碱的衍生物，用于转移性结肠癌的治疗。

依托泊苷是一种前体药物，它通过羧酯酶被SN－38激活，以便发挥它抗肿瘤的活性（通过拓扑异构酶Ⅰ的遏制作用介导）。

SN－38执行葡萄糖醛酸苷的共轭催化作用以生成无活性的SN－38葡萄糖醛酸甙（SN－38G）。

在UGT1A1基因的启动子区域发现了一个微卫星的突变；

（TA）7TAA取代了（TA）6TAA（UGT1A1*28），导致UGT1A1表达和活性的下降。

（TA）7等位基因在白种人中占32－39％[79-82]，非洲人占40－43％[80,82]，亚洲人占16－33％[79,82]。

尽管含有5或8个TA重复的等位基因专有地在非洲人基因中各有3.5％和6.9％的等位基因频率[79,80]，但也已经被识别到，如（TA）5、（TA）8（依次各为UGT1A1*33和*34）。

Iolascon等描述了第一例被Gilbert综合征和（TA）8杂合等位基因影响的白人案例。

UGT1A1*28的纯合体通常与Gilbert综合征有关，这是一种未确诊的轻度慢性非共轭高胆红素血症。

两个患有转移性结肠癌和Gilbert综合征的患者接受了依立替康的化学疗法，他们在每个治疗期都表现了4级的中性粒细胞减少症和（或）痢疾[84]。

SN-38/SN-38葡萄糖醛酸苷的不同代谢速度，可能解释了SN38药物动力学和葡萄糖醛酸苷在个体间的可变性[85]。

这个代谢速度在具有（TA）7/（TA）7基因型的患者中较高，而在其他具有诸如（TA）6/（TA）7和（TA）6/（TA）6基因型的患者中则比较低[85]。

对于SN－38和胆红素葡醛酸化速度的降低，一个对应的显著趋势是TA重复的升高，即（TA）6/（TA）6>

（TA）6/（TA）7>

（TA）7/（TA）7[81,86-88]。

（TA）7序列的纯合或杂合型患者表现出更为严重的中性粒细胞减少症和痢疾[87,89,90]。

患有Gilbert综合征和轻微高胆红素血症的患者群经过了标准剂量的治疗后，在SN-38/SN-38G的血浆浓度－时间曲线（AUC）下呈现一个增长区，SN-38/SN-38G是一个与粒细胞减少症相关的因子（表4）[89,91]。

相反的，在接受依立替康的儿童患者中，具有（TA）6/（TA）7和（TA）7/（TA）7基因型的病人并未观察到3－4级中性粒细胞减少症和痢疾的速度升高的情况。

部分原因可能是对于该群体的低剂量长时期治疗计划[94]（50mg/m2/d，连续5d，每隔21d）。

同样的，在中国的鼻咽癌患者中，通过AUC值（对于依立替康，SN-38和SN-38G）的分析并无统计学意义，亦未发现病人携带有不同的UGT1A1*28的基因型[95]。

Marcuello等[90]研究表明，在UGT1A1与临床反应和总体存活情况比较中并未发现统计学意义。

在接受依托泊苷治疗的患有ALL的黑人儿童中，野生型的UGT1A1*28基因型（TA）6与依托泊苷更高的清除作用相关。

同样表明，突变基因型导致低效的葡醛酸化[51]。

其他类型的多态性也已经被检验出来（表5）。

Ando等的研究发现，3个UGT1A1*27杂合型的患者遭遇依立替康的严中毒性，如4级的中性粒细胞减少症和（或）3级的痢疾，甚至更糟。

UGT1A1*6的等位分布在有无中毒的患者中并不显著。

可见，UGT1A1*6的基因型与依立替康引发的毒性无关[89,9