谷胱甘肽硫轉移酶基因多態性對腫瘤易感性及化療作用影響的研究進展

郭　衛，李辰旭，魏　強

谷胱甘肽硫轉移酶 （glutathione S-transferase，GSTs）是一類具有促進多種親電子物質、氧化應激產物等與谷胱甘肽的巰基結合而發揮Ⅱ相解毒及抗氧化功能的多基因同工酶家族。谷胱甘肽硫轉移酶廣泛分布于各種生物體內的一組多功能同工酶，主要存在于肝臟內，微量存在于腎、小腸、睪丸、卵巢等組織中。其底物包括由細胞色素P450酶（CYP450）催化產生的多環芳香族環氧化物、氧化應激產物、α，β-不飽和醛酮、烷基和化學藥品等。GSTs也可作為轉運蛋白轉運難溶于水的親脂化合物，如血紅素、膽酸、染料、類固醇激素和藥物，并參與類固醇激素的合成。GSTs能在生物體受到極端環境、化學誘變劑、化學致癌劑、紫外線輻射、重金屬、脂質過氧化物等的嚴重影響時發揮其解毒及抗氧化功能，保護機體免受致癌因素的影響，發揮抗腫瘤和抗誘變的重要作用［1］。編碼GSTs的基因有GSTM1、GSTT1、GSTP1和 GSTA1等，這些基因的多態性致GSTs活性改變，影響對底物的代謝和物質轉運，與腫瘤易感性、化療療效及其不良反應等密切相關。

1　GSTs基因多態性

人類的可溶性溶質GSTs有8種，分別是GST-π、GST-α、GST-μ、GST-θ、GST-δ、GST-ω、GST-σ、GST-κ， 分別由 GSTP、GSTA、GSTM、GSTT、GSTZ、GSTO、GSTS和GSTK表達，除GST-κ位于線粒體外，其他基因分別位于11號、6號、1號、22號、14號、10 號及 4 號染色體上［2］。

最常見具有多態性的基因是GSTM1和GSTT1。在不同國家、地區、種族人群中GSTM1基因純合子缺失型和GSTT1基因純合子缺失型均有較大的差異，GSTM1純合子缺失型中亞洲人的概率為33%～63%、黑種人的概率為27.6%、白種人的概率為46．6%～53．7%；而 GSTT1 基因純合子缺失型的概率我國人口波動范圍在39%～64%之間、白種人為18%左右，黃種人則為 46%左右［3］。 GSTM1、GSTT1缺失基因型是由于同源重組，這種缺失使基因不能編碼相應活性的酶蛋白，以致GSTs酶活性降低或喪失，從而影響肝臟解毒功能。

另一常見的多態性是GSTP1基因的單核苷酸（SNP）突變。GSTP1基因位于染色體11ql3，有7個外顯子和6個內含子。GSTP1基因的SNP多態性發生在313位的堿基A變成G，突變型表達低活性GSTP1 酶。因而 GSTP1（c．313A＞G）基因型有野生純合型 A/A、突變型雜合A/G和突變純合型G/G。GSTP1的突變率約為18．4%，也存在種族差異。由于GSTP1與一些環境致癌劑的體內代謝有關，其基因多態性與各種腫瘤易感性之間的關系越來越多地受到關注［4］。

GSTA1基因位于染色體 6p12．1上，GSTA1在肝臟中的含量最豐富，具有谷胱甘肽過氧化物酶活性，保護細胞免受活性氧化物的傷害。GSTA1基因具有多個SNP多態性，根據其啟動子區的4個SNP位點可以分為兩種類型：GSTA1*A 和 GSTA1*B［5］。GSTA1*A和GSTA1*B這兩種基因型的啟動子區的活性是不同的，啟動子區A基因型表達的酶活性要明顯高于B基因型。

2　GSTs基因多態性與腫瘤易感性

疾病的發生通常由環境和遺傳因素相互作用所致。外源性化合物例如藥物或毒物等在體內先被Ⅰ相代謝酶代謝，形成了親電子中間產物或氧化產物，這些親電子中間產物或氧化產物在 Ⅱ 相代謝酶的作用下，通過結合反應使之轉變為無毒親水物質并經肝腎代謝排出體外。編碼Ⅰ、Ⅱ相代謝酶的某個基因位點如果存在多態性，則增加導致酶的活性及其對底物親和性改變的可能性，使解毒過程失活，毒物代謝受阻，疾病易感性增加。

2.1結直腸癌GSTM1和GSTT1缺失基因型個體酶的活性缺乏，GSTs的解毒功能喪失，增加個體患癌的危險性，并且GSTM1基因缺失結直腸癌患者生存期較短，死亡風險較高［6］。研究發現與正常對照組相比，結直腸癌患者GSTM1基因純合子缺失的頻率明顯增高，70%以上的結腸近端腫瘤基因缺失的頻率更高，提示結腸腫瘤的位置與GSTM1基因多態性存在相關性（OR＝1．78）［7，8］。 盡管近年來針對中國人群GSTM1、GSTT1基因多態性與結直腸癌易感性的Meta分析認為GSTM1純合缺失是結直腸癌發生的危險因素，且GSTM1與GSTT1同時純合缺失可能協同促進結直腸癌的發生［13，14］。但對不同人種的報道仍有矛盾：巴基斯坦、哈薩克斯坦和俄羅斯人群的GSTM1和GSTT1的缺失與結直腸癌的易感性有關［9，10］，而印度、土耳其人群的 GSTM1 和GSTT1 的缺失與結直腸癌的易感性無關［11，12］。

2.2食管癌河南林縣是中國食管癌的高發地，GSTM1基因缺失型人群更易發生食管鱗狀上皮不典型增生［13］，認為GSTM1的多態性與食管癌的易感性有關［14］。 Meta 分析結果表明［15］，GSTM1 缺失型基因增加亞洲人群食管癌的發病風險有關 （OR＝1．49），是亞洲人群罹患食管癌的危險因素。另一基因GSTP1在食管癌中意義不明確，有報道GSTP1與食管癌的發生有關［16，17］，GSTP1 GG 基因型是寧夏地區漢族食管癌的危險因素［18］，但也有研究認為GSTP1與食管癌的易感性無關［19］。研究結果之間的差異性說明單個基因多態性對食管癌的影響有限。鑒于GSTT1基因多態性單獨與食管癌相關性較差，而與GSTM1基因聯合突變能進一步提高食管癌的易感性［20］，表明食管癌也是多基因相關疾病，涉及基因－基因以及基因－環境的交互作用，因此需綜合考慮。

2.3肺癌自1986年Seidegard首次報道［21］GSTM1基因多態性與肺癌易感性的關聯以來，國內外有大量的相似研究。2014年之前的Meta分析發現GSTM1缺失基因型增加中國人群肺癌的發病風險（OR＝1．45，95%CI：1．30～1．62）［22，23］。 但 近 年 的Meta分析認為GSTM1缺失基因型與肺癌無關［24］。造成這種結果不一致的原因可能與人群不同、種族不同、研究設計（包括病例組和對照組的人群來源、匹配等）不同以及樣本量的大小有關。

2.4宮頸癌在人乳頭瘤病毒感染高危型人群中，GSTM1基因缺失會導致其患宮頸癌的風險明顯增加。有研究對50例宮頸癌患者進行基因型檢測，發現宮頸鱗癌的發生與GSTM1基因缺失密切相關，GSTM1基因的缺失會使宮頸癌患病的概率增加［25］。雖然宮頸癌與單獨的GSTT1基因多態性之間無關聯，但如果考慮環境因素，GSTP1（rs1695）105Val等位基因會增加被動吸煙婦女宮頸癌患病的風險［26］。

3　GSTs基因多態性與化療藥物

3.1關于化療療效GSTM1基因缺失型個體的GST活性降低，能有效保持化療藥物的濃度發揮抗癌作用，對紫杉醇和鉑類的影響尤其顯著［27］。對卵巢癌的研究中發現［28］，在以紫杉醇和順鉑為基礎的化療過程中，與GSTM1野生型患者相比，GSTM1或GSTT1基因缺失型尤其是GSTM1基因缺失型的患者的進展間期和平均生存時間都顯著延長。采用鉑類藥物化療的非小細胞卵巢癌患者，GSTM1基因缺失型頻率在化療有效組和化療無效組間存在統計學意義上的差異（65.43%vs 42%，P＝0.0025）。 對GSTP1也有相似的研究結果［29］：GSTP1基因突變純合型的乳腺癌患者在無病生存期上較其他基因型顯著提高。 另外，GSTP1（rs1695）105Val等位基因增加乳腺癌易感性的同時提高對環磷酰胺化療的應答，AG/GG基因型的化療療效優于AA基因型，攜帶G基因患者的化療有效率高于攜帶A基因［30］。Meta 分析結果顯示［31］，GSTP1 313 GG 基因型和AG基因型的患者化療有效率明顯高于AA基因型患者，即變異基因型G攜帶者的化療有效率明顯高于野生型AA基因型患者。由此說明GSTP1基因多態性在預測化療療效方面的重要作用［32］。

3.2關于化療不良反應GSTs酶活性降低在有效維持化療藥療效的同時也使不良反應得以持續，因而基因多態性與化療藥物不良反應的研究也備受關注。采用鉑類藥物和紫杉醇為化療方案的肺癌患者，外周神經不良反應的易感性與多種代謝酶的基因多態性有關，包括 GSTs［33］。 攜帶 GSTP1 313G 等位基因的個體在乳腺癌化療和泌尿系腫瘤化療中發生中性粒細胞減少、白細胞減少以及骨髓抑制的風險性增加［34］。在采用CHOP及其為基礎方案化療的非霍奇金淋巴瘤患者中，GSTP1基因多態性與血小板減少有關，GSTP1（rs1695）AG/GG基因型比AA基因型易發生Ⅲ～Ⅳ級血小板減少，提出治療中需嚴密觀察G等位基因攜帶者血小板的下降情況，以便及時預防和處理出血［35］。在以蒽環類聯合紫杉類方案化療的乳腺癌患者中也有類似的結果［36］，GSTP1（rs1695）AG/GG 基因型的患者較AA基因型的患者易發生Ⅲ～Ⅳ級中性粒細胞減少，但GSTM1和 GSTT1基因多態性與蒽環聯合紫杉類方案化療血液不良反應均未見相關。

3.3關于化療耐藥腫瘤耐藥性涉及藥物攝入下調、藥物外排增加、藥物作用的靶點分子改變、藥物滅活酶如谷胱甘肽硫轉移酶（glutathione S-transferase，GST）表達增加、藥物代謝障礙、DNA 修復機制障礙、DNA多聚酶活性改變、凋亡抑制變化等多種機制。腫瘤的惡性程度和腫瘤細胞對化療藥物的耐受性增強與 GST-π（GSTP）的高表達相關［37］。高GST-π水平的肺癌細胞系比低水平者更易對順鉑產生耐藥［38］。 Meta 分析顯示［39］，在非小細胞肺癌組織中GST-π基因的表達水平是癌旁正常肺組織的30.86倍，化療過程中該基因是產生耐藥的重要影響因素。腫瘤細胞的耐藥性與GST的酶活性水平密切相關，所以，GST抑制劑能通過改變腫瘤細胞對腫瘤藥物的敏感性，從而達到調節其耐藥性的目的［40］。非選擇性的GSH抑制劑依他尼酸（EA）和選擇性的GSTP抑制劑TLK199是兩個最具代表性的GST抑制劑，能有效改善腫瘤耐藥，提高化療療效。

綜上所述，國內外對GSTs基因多態性與疾病易感性（尤其是腫瘤易感性）、化療療效及不良反應的關系積累了一些資料，這些研究對探索腫瘤發生機制，采取有效干預措施等具有指導意義。同時，GSTs基因多態性與化療療效及不良反應關系的研究對指導臨床合理用藥也具有現實意義。