与化疗药物疗效相关基因

与化疗药物疗效相关基因2013-08-13 15:50 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伯 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（ExcisionRepair Cross Complement Groupl，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ERCC1 mRNA表达水平检测可提高治疗有效率和患者生存率。BRCA1BRCA1（Breast cancer1）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Y-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TYMS mRNA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RRM1 mRNA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a、p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p -Tubulin-III（3型p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34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-3156 GA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211 GA （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基因型患者的毒副作用风险相近。TOP2ATOP2A基因编码的TopoII蛋白在DNA代谢的细胞生命过程中发挥十分关键的作 用，因其具有介导DNA解旋功能，TopoII已是抗癌药物的重要作用靶点。依托 泊苷是DNA拓扑异构酶2 (TopoII)抑制剂，主要用于治疗小细胞肺癌、恶性 淋巴瘤、恶性生殖细胞瘤和白血病，对神经母细胞瘤、横纹肌肉瘤、卵巢癌、 NSCLC、胃癌和食管癌等也有一定疗效。其抗癌机制是作用于DNA拓扑异构酶， 形成药物-酶-DNA稳定的复合物，从而阻碍DNA的修复。临床证据表明， TopoII酶活性降低或表达水平低都会造成TopoII抑制剂的耐药；TOP2A表达水 平高的患者使用依托泊苷效果较好，表达水平低的患者对依托泊苷药物耐药。FR1叶酸受体(Folate Receptor，FR)是一种通过聚糖磷脂酰肌醇(Glycosylphosphatidylinositol， GPI)连接在细胞膜上的糖蛋白，与叶酸具 有高度亲和力。FR1是最主要的叶酸受体，在正常细胞中的表达一般高度保 守，仅在脉络丛、胎盘组织及肾小管中有少量表达且呈极性分布，但在许多上 皮来源的恶性肿瘤，如宫颈癌、卵巢癌、乳腺癌、子宫内膜癌、肺癌和鼻咽癌 等肿瘤细胞中过表达，且分布失去极性。一方面，FR1可以作为叶酸药物复合物的靶目标，实现对过表达FR1的肿瘤的 治疗。化疗FR1靶向给药具有高度的特异性。目前已有多种叶酸偶联化疗药 物，如叶酸偶联甲氨蝶吟、铂类药物、紫杉醇、长春碱类等。这些药物与FR1 有高度的亲和力且能被重复摄取，因此能够快速分布至FR1阳性的肿瘤细胞 中，达到更高的药物浓度，并且能从血浆及非靶组织中快速清除。同时，由于 正常组织(如肾脏)中FR1分布较少、呈极性分布，药物不易与之结合，故少 有发生不良反应，目前尚没有导致急性肾损伤的报道，显示这些药物具有良好 的临床应用前景。另一方面，多项研究证明，FR1水平可用于预测铂类药物治疗卵巢癌的疗效： 完全缓解、部分缓解、疾病稳定和疾病进展患者中，FR1表达量依次下降；高 水平者敏感，低水平者耐药。所以，检测FR1基因表达水平可用于预测肿瘤患 者使用铂类药物的疗效。VEGFR2早期肿瘤在很长一段时间内处于休眠期，仅依靠周围组织液渗透维持其生长。 当肿瘤生长到1.0-2.0 mm3时，周围组织已经不能满足肿瘤生长需要的氧供。 在肿瘤组织缺氧的情况下，缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor， HIF) 表达增强，促进自身促血管生长因子如VEGF等的表达上调。内皮细胞在VEGF 等刺激因子作用下增殖，大量增殖的内皮细胞重新排列形成条索状，刺激成纤 维细胞分泌细胞外基质，形成新的血管。目前，已发现两种信号转导途径的VEGF受体(即VEGFR):酪氨酸激酶受体和 非酪氨酸激酶受体。前者包括血管内皮生长因子受体-1(VEGFR1，Flt-1)、血 管内皮生长因子受体-2(VEGFR2, KDR)及血管内皮生长因子受体-3(VEGFR3)，后 者包括肝素样分子、神经纤毛蛋白-1受体和神经纤毛蛋白2受体。研究证实， VEGFR2在VEGF的信号转导及血管内皮生成中起主导作用。因此，VEGFR2成为 当前抗肿瘤血管生成研究中的热点。VEGFR2 (血管内皮生长因子受体2)是VEGF受体家族的主要成员，可介导VEGF 的大多数下游血管生成效应，包括微血管通透性、内皮细胞增殖、侵袭和迁移 等。临床研究显示，肿瘤细胞（如结直肠癌、肾细胞癌、肺癌、神经胶质瘤 等）也可高表达VEGFR2，肿瘤血管生成的大部分效应是由VEGFR2介导的。 多项研究证明，VEGFR2基因表达水平可用于预测肿瘤靶向药物治疗的疗效（如 贝伐珠单抗、舒尼替尼等）：高水平敏感，中位无进展生存期长，而VEGFR2低 表达患者中位无进展生存期较短。