伊立替康药物基因组学研究进展
・392・JSurgConceptsPract2008,Vol.13,No.4
综述・・
伊立替康药物基因组学研究进展
杨立学
关键词:伊立替康;中图分类号:R730.53
基因,UGT;
综述项明,朱正纲审校
(上海交通大学医学院附属瑞金医院外科,上海
结肠直肠肿瘤
文献识别码:A
200025)
文章编号:1007-9610(2008)04-0392-03
伊立替康自20世纪90年代问世以来,已广泛应用于结肠直肠癌、肺癌等实体瘤治疗,可明显提高病人的总生存期,但因其毒性较大(Ⅲ~Ⅳ度腹泻和粒细胞缺乏),应用受到限制。伊立替康毒性与其主要的药物代谢酶UGT1A1有关,而其酶活性高低又受UGT1A1基因多态性的影响。现就伊立替康的代谢、作用机制、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶
传因素可能在伊立替康药物代谢、分布及毒性中起重要作用,尤其是启动子区TA序列重复次数,如TA由6→7
(UGT1A1*28)基因变异能引起UGT1A1表达下降,减少了SN-38转化为SN-38G,使伊立替康引起严重腹泻和粒细胞
减少的风险增加[3,4]。可见,UGT1A1的遗传多态性及酶表达水平与伊立替康的细胞毒性高低、疗效及不良反应的发生均密切相关[5,6]。
(uridinediphosphateglucuronosyltransferase,UGT)基因多态性
及其与疗效、毒性关系进行综述。
UGT1基因
伊立替康代谢及作用机制
UGT1基因位于2号染色体,包含有至少13个不同的
伊立替康系喜树碱半人工合成物,喜树碱及其衍生物以两种可相互转化的形式存在:①pH值依赖的生物活性形式———羟化物。较低的pH值可促——内酯;②非活性形式—进喜树碱向内酯形式转化。伊立替康进入体内可经羧酸酯酶(carboxylesterases)转化为SN-38(活性形式),后者为拓扑异构酶Ⅰ抑制剂,可抑制DNA单链断裂后修复,干扰DNA复制和转录,导致肿瘤细胞死亡[1]。SN-38在血液中循环时,上述平衡也受到SN-38内酯与血清白蛋白优先结合的影响。伊立替康代谢的主要特征包括羧酸酯酶分解药物水溶性部分产出拓扑异构酶Ⅰ抑制剂SN-38和CYP3A4介导的氧化作用使其变为APC非活性代谢产物,SN-38主要经
启动子序列,且第1个外显子剪接成共有外显子2~5,形成具有特殊N末端和保守C末端结构域的不同亚型。UGT1A1就是其中一个亚型,并且是唯一与胆红素葡萄糖醛酸化生物途径相关的亚型。UGT1A1基因变异可引起较严重(Crigler-Najjar综合征)或较温和(Gilbert综合征)的高胆红素血症,这些变异体引起的葡萄糖醛酸化活性降低导致胆汁中胆红素排泄减少[7]。在这些变异中,UGT1A1基因以插入、缺失、单核苷酸多态性的形式表现了序列间很大的个体差异。表1是UGT1A1等位基因的一些变异情况,共33种,其中研究最为广泛的是启动子区TATA盒的变异。最常见的变异体是UGT1A1*1(野生型),其TATA盒含有6次TA重复,UGT1A1*28含有7次TA重复,此外还有TA的5次和8次重复,个体可以是任意两个等位基因的组合。有两个野生型基因的个体(6次TA重复)即是6/6纯合基因型;两个
UGT家族特别是肝内的UGT1A1和UGT1A7灭活为葡萄糖
醛酸产物(SN-38G)[2],然后经胆汁排泄入肠道,在肠道细菌β-葡萄糖醛酸酶转换为SN-38,引发肠黏膜损伤及迟发性腹泻;而肠道内的UGT1A1又可再度催化SN-38为SN-38G而解毒(见图1)。
伊立替康
肝细胞膜
UGT1A1*28等位基因的个体即是7/7纯合基因型;1个野生
型等位基因加1个UGT1A1*28等位基因即组成6/7杂合基因型。TATA盒中TA的重复次数与UGT1A1基因的表达增强或减弱有关,另外单核苷酸多态性也能使酶活性改变。最近一些研究结果能更好地了解UGT1A1基因变异的程度和重要性[8-10],所以需要确定这些单倍体在不同人种中变异的频率、生物学行为及其与临床表型的潜在关系。
ABCB1ABCC1
ABCC2ABCG2
伊立替康
CES1CES2
SN-38
CYP3A4CYP3A5
APCNPC
经胆汁排泄
SN-38
UGT1A1UGT1A9
ABCB1ABCC1ABCC2ABCG2
SN-38GSN-38G
肠道细菌β-葡萄糖醛酸酶
UGT家族是位于肝脏和肝外组织内质网的膜结合酶[11],
内源性和外源性化合物的葡萄苷酸化作用促使其从胆管和尿道排泄,这一清除以葡萄糖醛酸共价结合到亲脂性底物为特征,产生具有更强极性并易被排除的葡萄糖醛酸苷结合物。UGT依据氨基酸序列的不同分为两个家族,至今已有
UGT1A1UGT1A7UGT1A9
SN-38
图1伊立替康的代谢途径
[3]
17个人类mRNA序列被证实编码不同的UGT[2,4,11]。这些酶
的表达具有明显组织特异性,且有很多蛋白在肝脏中生成,
早有多个重要的临床试验(样本数为20~118)表明遗
外科理论与实践2008年第13卷第4期
・393・
但也有一些酶在肝外组织中特异性表达,如脑、肾脏、胃肠道。一些特异UGT基因的遗传变异现已被认识,并且能预测所有UGT超家族的成员[12]。
表1
等位基因
验证实UGT1A1在伊立替康的醛酸化过程中起重要作用,研究者从此开始探索体外SN-38醛酸化与UGT1A1*28启动子多态性的关系[17]。随后体内试验证实UGT1A1*28与伊立替康药代动力学及毒性(如腹泻、粒细胞缺乏)相关。其中
UGT1A1基因的多态性
氨基酸改变
类型
外显子
UGT1A1*1UGT1A1*2UGT1A1*3UGT1A1*4UGT1A1*5UGT1A1*6UGT1A1*7UGT1A1*8UGT1A1*9UGT1A1*10UGT1A1*11UGT1A1*12UGT1A1*13UGT1A1*14UGT1A1*15UGT1A1*16UGT1A1*17UGT1A1*18UGT1A1*19UGT1A1*20UGT1A1*21UGT1A1*22UGT1A1*23UGT1A1*24UGT1A1*25UGT1A1*26UGT1A1*27UGT1A1*28UGT1A1*29UGT1A1*30UGT1A1*31UGT1A1*32UGT1A1*33
核苷酸改变野生型
Innocenti等作了一项著名的前瞻性临床试验,入组66例恶
性肿瘤病人接受伊立替康化疗(350mg/m2,3周1次),结果显示Ⅳ度粒细胞减少(<500/dL)的发生率为9.5%,其中6例
---平截
---缺失突变错义突变无义突变132nt缺失错义突变错义突变错义突变错义突变无义突变错义突变错义突变缺失突变错义突变错义突变错义突变错义突变错义突变错义突变错义突变移码突变错义突变错义突变错义突变错义突变移码突变错义突变插入突变错义突变错义突变2nt丢失错义突变错义突变
879del131124C→T1069C→T991C→T221G→A145T→G625C→T992A→G1021C→T923G→A524T→A508del3826G→C529T→C1070A→G1143C→G1201G→C1005G→A1102G→A1223insG875C→T1282A→G1309A→T840C→A973delG686C→ATAATA71099C→G44T→G11609CC→GT1006C→T881T→C
S375FQ357XQ331del44G71RY486DR209WQ331RR341XG308EL175QF170delG276RC177RO357RS381RA401PW335XA368T移码
A292VK426EK437XC280X移码
P229Q转录
---24321512321111344344245121启动子
UGT1A1*28等位基因纯合的病人中3例发生Ⅳ度粒细胞减
少;24例为6/7杂合基因型病人(其中1例等位基因TA6次重复,1例7次重复);28例6/6基因纯合型病人中无一发生
Ⅳ度粒细胞减少,UGT1A1*28等位基因纯合型的病人发生Ⅳ度粒细胞减少的风险比另两个基因型高9.3倍。Ⅲ度腹泻
的发生率为5%,Ⅳ度腹泻为零。Giuseppe等对250例接受伊立替康化疗的转移性结肠直肠癌病人研究发现,与
UGT1A1*1野生型相比,UGT1A1*28纯合型病人发生Ⅲ~Ⅳ
度血液学毒性的风险明显升高,同时对治疗的反应率也增加,高反应率可以用胆汁排泄系数增加导致的药代动力学改变来解释,但该试验并不支持对UGT1A1*28病人应用减少剂量的伊立替康化疗的可行性[4]。除UGT1A1外,研究者还分析了其他UGT1A1基因变异,如启动子区-3156碱基对(与TA重复次数多态性呈连锁不平衡)[18]较启动子区TA重复次数能更好地预测UGT1A1的功能状态[4]。
2.UGT1A1*6和UGT1A1*27:其只在亚洲人基因的编
码区发现,并已证实能降低UGT酶的活性。日本科学家
Ando等[19]提出此两个变异也可能与药物毒性直接相关的假
设,所以除UGT1A1*28外此两个变异也可作为伊立替康个体化治疗前常规基因测序内容,但它们与毒性的确切关系还未得到最终证实。日本学者Minami等[20]对接受伊立替康治疗的177例癌症病人研究发现,具有UGT1A1*6(211G→
R367G
L15RP387RR336WI294T41432
A)或UGT1A1*28单倍体的病人浓度曲线下面积比(SN-38G/SN-38)显著减少,并且在53例接受伊立替康单药治疗
的病人中无论是*6和*28组成的纯合子还是杂合子均与严重粒细胞减少显著相关,所以建议有此类变异的病人在接受伊立替康治疗前应进行基因分析。
二、UGT1A7和UGT1A9
一、UGT1A1
在UGT基因家族中UGT1A1研究最多,其含30多个基因变异体,其中很多可影响酶的功能和分布[12,13]。UGT1A1的主要作用是使各种不同外源性药物和内生底物醛酸化,如胆红素、雌激素等。该酶的变异与高胆红素综合征(Gilbert和Crigler-Najjar综合征)以UGT1A1功能下降为主要特征[2]。
UGT1A7等位基因有6个SNP发生置换,即342G→A、387T→G、391C→A、392G→A、417G→C和622T→C,分
别对应G115S、N129K、R131K、E139D和W208R5个编码氨基酸改变,这就导致UGT1A7基因型代谢酶活性下降,但治疗肿瘤的反应率增加、胃肠道毒性减小;同样,UGT1A9也有类似效用[21]。由此提示,UGT1A7和UGT1A9可作为预测肿瘤对伊立替康治疗反应率和不良反应的指标。Sandanaraj等研究发现UGT1A9基因中I399C→T的变异能在接受伊立替康化疗的亚洲病人中引起SN-38和SN-38G药代动力学的显著改变,这也可能与伊立替康疗效和不良反应有关。
研究展望
UGT1A1中的一个变异就发生在启动子区TATA序列,具有
不同的TA重复次数,其野生型(UGT1A1*1)有6次TA重复。3个变异等位基因分别有5、7、8次TA重复。TA7次重复(UGT1A1*28)的多态现象很常见,是具有TA7的纯合基因型,在北美人群中发生概率约10%[14],汉族人群中TA7纯合发生率为0.8%,侗族为1.1%[15]。TA5和TA8变异体不常见,最初发现于非洲人群,TATA序列中TA重复次数增加将导致UGT1A1活性下降和伊立替康解毒能力减弱[16]。
1.UGT1A1*28:是比较常见的UGT1A1基因变异体,早
在10多年前就有一期临床试验证明SN-38醛酸化率与腹泻频率呈反相关[5];此导致了如下假说:某些病人体内代谢药物的变异可能与伊立替康引起的毒性相关。而后,体外试
UGT1A1的30多种变异体已被测序明确,很多学者倡
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实体瘤病人小剂量可安全用于UGT1A1变异体者,UGT1A1并不是很好的预测毒性的指标。中国学者Zhang等[15]已对侗、畲3个民族的UGT1A1基因变异者1000多例来自汉、
进行了测序报告,为我们今后研究中国病人接受伊立替康治疗的疗效和不良反应奠定基础。目前,尚缺乏中国人中
UGT1A1、UGT1A7、UGT1A9基因变异与伊立替康疗效和毒
性间关系的研究。
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(本文编辑:林有矞)