基因多態性與結直腸癌化療毒性及療效的關系

陳碩，張林，王柏雪，王菁蕊，徐贊美

近年來，我國結直腸癌的發病率和病死率均保持上升趨勢。2015中國癌癥統計數據顯示：我國結直腸癌發病率、病死率在全部惡性腫瘤中均位居第5 位，其中新發病例 37.6 萬，死亡病例 19.1 萬[1]。化療是臨床中最常用的治療手段之一，根據臨床實際情況，可以采用直接化療、術后輔助化療以及放療聯合靶向治療。從早期的5-氟尿嘧啶單藥治療標準到卡培他濱、伊立替康以及奧沙利鉑等新型藥物，結直腸癌患者的治療藥物選擇顯著擴大，生存率有了明顯提高[2]。與單藥相比，聯合化療方案的治療效果往往更顯著、更持久；且具有不易產生耐藥、不良反應較少、復發率低等優勢，特別是對于晚期或轉移患者療效顯著[3]。目前，結直腸癌術后輔助治療的一線聯合化療方案包括奧沙利鉑+卡培他濱（CAPOX）方案和奧沙利鉑+亞葉酸+5-氟尿嘧啶（mFOLFOX6）方案，兩種方案在Ⅱ/Ⅲ期結直腸癌中療效相當，但CAPOX 方案經濟成本較低，不良反應較少[4]。此外，在轉移性結直腸癌中，伊立替康+亞葉酸鈣+5-氟尿嘧啶（FOLFIRI）方案與上述兩種方案互為一二線化療方案。然而患者自身基因多態性既能夠影響結直腸癌單藥化療的毒性和療效，又能夠影響聯合化療的毒性和療效；其作用機制在于基因多態性可以通過影響相應蛋白的表達和活性，進而影響化療的毒性、藥物敏感性、預后等[5]。現將結直腸癌中常用的化療藥物和聯合化療方案相關的基因多態性及其意義做一綜述。

1 氟尿嘧啶類

氟尿嘧啶是一種抗嘧啶類藥物，臨床上常用的氟尿嘧啶類主要包括5-氟尿嘧啶和卡培他濱。5-氟尿嘧啶是結直腸癌化療中最常見的藥物，自其被發現的幾十年里，一直是結直腸癌化療單藥治療的標準，是唯一能成功提高結直腸癌患者1年生存率的化療藥物[6]。但是，臨床發現5-氟尿嘧啶單藥治療結直腸癌經常出現耐藥的現象，主要耐藥機制為人胸苷酸合成酶（TS）、二氫嘧啶脫氫酶（DPD）胸腺嘧啶核苷酸激酶和葉酸代謝相關酶活性發生改變或信號傳導異常等。目前，有多項研究表明，對于5-氟尿嘧啶耐藥的結直腸癌患者，卡培他濱顯示出一定的治療效果[7]。卡培他濱是5-氟尿嘧啶的前體，可以在體內轉變成5-氟尿嘧啶，主要用于晚期原發性或轉移性結直腸癌。目前，氟尿嘧啶類主要作為基礎藥物，常與亞葉酸鈣、奧沙利鉑、伊立替康、干擾素、順鉑等聯用。目前，已經發現在一些參與氟尿嘧啶類代謝途徑的關鍵酶的基因中存在與化療敏感性和不良反應相關的基因多態性位點。

1.1 MSI-H/dMMR 錯配修復（MMR）系統由一系列特異性修復DNA 錯配的修復蛋白組成。MMR 功能缺失（dMMR）導致本身的校對功能喪失，致使DNA 錯配積聚，造成廣泛分布在生物基因組中的短串聯重復序列（即微衛星重復序列）的拷貝數目發生變化，產生遺傳不穩定性，稱為微衛星不穩定性（MSI）。研究發現，高頻微衛星不穩定性（MSI-H）對氟尿嘧啶敏感性影響很大，MSI-H 的患者不能從氟尿嘧啶的輔助化療中獲益，但由于缺乏有效的MSI結直腸癌細胞及動物模型，使其生物學特性、與治療之間的關系及機制難以進行深入研究[8]。

1.2GSTP1 GSTP1基因編碼谷胱甘肽-S-轉移酶，后者是5-氟尿嘧啶代謝過程中的一種主要酶，具有減毒作用。GSTP1基因的多態性與5-氟尿嘧啶耐藥和毒性相關。一項5-氟尿嘧啶結合奧沙利鉑治療結直腸癌的臨床試驗（RCV000211146.1）發現：GSTP1基因 1695 位點 AA 基因型相比于 GG 基因型藥物敏感性可能較低[9]。

1.3DPYD DPYD基因編碼二氫嘧啶脫氫酶（Dihydropyrimidine dehydrogenase，DPD），而DPD 是嘧啶類分解代謝的起始和限速酶。很多研究已經證實DPYD基因多態性廣泛影響5-氟尿嘧啶單藥及以氟尿嘧啶類為基礎的聯合治療的不良反應、敏感性和療效。一項涉及100例結直腸癌患者的研究鑒定了DPYD的3 個多態性位點14G1A（突變率14%）、A1627G（突變率11%）和T85C（突變率17%）對化療效果的影響，上述3 個位點野生型的患者對化療的有效率明顯高于突變型（P＜0.05）；突變型患者的骨髓抑制、手足綜合征、腹瀉、胃腸道反應等不良反應的發生率明顯高于野生型（P＜0.05）[10]。單核苷酸多態性分層分析表明：接受5-氟尿嘧啶化療的結直腸癌患者中DPYD基因 IVS14+1G＞A、464T＞A 和2194G＞A多態性與骨髓抑制和腸道反應發生率顯著相關，存在DPYD基因突變的患者骨髓抑制率和胃腸道反應發生率高于無DPYD遺傳變異的患者（P＜0.001）[11]。一項 7 365 例結直腸癌患者的薈萃分析顯示：DPYD基因c.1679T＞G 和c.1236G＞A/HapB3 多態性能夠預測氟尿嘧啶類的毒性，DPYD*2A 和c.2846A＞T預示著5-氟尿嘧啶更安全[12]。后來進一步證實DPYD*2A 與氟尿嘧啶類為基礎的化療中嚴重和危及生命的毒性密切相關：AA 基因型相比于AC/CC 基因型患者的不良事件發生率降低，死亡率下降[13]。一項高危結腸癌患者的隨機三期TOSCA輔助試驗證實：*6 rs1801160 A等位基因攜帶者中氟尿嘧啶相關不良事件更常見；*6 rs1801160 A等位基因攜帶者、*2A rs3918290 A 等位基因攜帶者和rs2297595 GG基因攜帶者中氟尿嘧啶相關不良事件的發生率顯著提高；*6 rs1801160 A 基因攜帶者和*2A rs3918290基因型患者中性粒細胞減少時間明顯縮短[14]。在卡培他濱為基礎的晚期結直腸癌化療中，*2T rs2297595 相比于CC/CT 基因型患者化療不良反應發生風險降低[10]。

1.4UMPS UMPS基因編碼尿苷5'-單磷酸合酶，后者是一種雙功能酶，對從頭開始的嘧啶生物合成途徑的最后兩個步驟進行催化。Pellicer 等[15]發現UMPS的多態性位點 rs2279199 和 rs4678145 與結直腸癌卡培他濱為基礎的化療的嚴重毒性有關，突變患者的毒性較低。一項前瞻性研究證實在接受口服尿嘧啶和替加氟聯合白細胞介素治療的結直腸癌患者中，*2G rs1801019相比于CC基因型不良反應風險可能較低[16]。一項用替加氟尿嘧啶加亮氨酸治療局部晚期直腸癌術前化療的藥物遺傳學分析的Ⅱ期研究顯示：UMPS638 CC基因型患者的2級或3級腹瀉發生率顯著增加（P=0.018）[17]。

1.5MTHFR MTHFR基因編碼的蛋白質催化5，10-亞甲基四氫葉酸轉化為5-甲基四氫葉酸酯，這是同型半胱氨酸再甲基化為蛋氨酸的共同基質。該基因的突變與亞甲基四氫葉酸還原酶缺乏有關，影響結直腸癌的易感性。近期，Nahid等[18]對161例接受5-氟尿嘧啶為基礎的化療患者外周白細胞中MTHFR突變位點C677T的分析發現，該位點能夠顯著提高5-氟尿嘧啶的藥物反應率（P=0.006）。另一項研究對498例接受手術后5-氟尿嘧啶基礎化療的結直腸癌患者的MTHFR多態性位點C677T（rs1801133）和 A1298C（rs1801131）進行了基因分型，結果顯示：MTHFR 677CT+TT 基因型相比于CC基因型的結直腸癌患者總生存期明顯延長（HR=0.77；95%CI：0.60～0.98），A1298C（rs1801131）的結直腸癌患者的總生存期顯著縮短[19]。

1.6ABCB1 ABCB1基因編碼的膜相關蛋白是ATP結合盒（ATP-binding cassette，ABC）轉運體超家族成員，該蛋白是一種具有廣泛的底物特異性的外源性化合物的ATP 依賴性藥物外排泵，負責減少多藥耐藥細胞中的藥物積累，并介導抗腫瘤藥物的吸收、代謝及清除。用卡培他濱+5-氟尿嘧啶的化療方案治療結直腸癌患者時，ABCB1基因rs1128503、rs2032582和rs1045642多態性與不良反應手足綜合征和腹瀉相關。其中，rs1128503 為良性突變，能提高化療療效[20]；rs2032582 主要有 2 種突變類型，c.2677T＞G （p.Ser893Ala） 和 c.2677T＞A （p.Ser893Thr），兩者均為良性突變，能減少腸道不良反應，前者還能提高療效[21]；rs1045642為良性突變，同時與耐藥性相關[22]，但是也有研究發現ABCB1基因多態性與耐藥性之間沒有顯著關聯[23]。

2 伊立替康

伊立替康是主要用于治療大腸癌的抗腫瘤酶抑制劑，2015年10月獲準用于治療晚期胰腺癌（伊立替康脂質體注射液，商品名Onivyde）。其是喜樹堿的一種衍生物，抑制拓撲異構酶Ⅰ的作用，通過與拓撲異構酶Ⅰ-DNA 復合物結合阻止DNA 的重排，并導致雙鏈DNA 斷裂和細胞死亡。常見的毒性為胃腸道不良反應，如惡心、嘔吐、腹部絞痛、腹瀉和感染，其中最常見的嚴重并發癥為遲發型腹瀉。目前，伊立替康致遲發型腹瀉的機制尚不明確，多數學者認為伊立替康活性代謝產物7-乙基-10-羥基喜樹堿（SN-38）是導致遲發型腹瀉的關鍵[24]。

2.1 TOPO-1 伊立替康在體內轉變為SN-38，并通過特異性抑制TOPO-1而影響DNA合成。在多種惡性腫瘤如結直腸癌、卵巢癌、宮頸癌的腫瘤細胞內發現TOPO-1 的含量與正常細胞相比明顯增高，即這些患者對TOPO-1 抑制劑類藥物如伊立替康更敏感。研究表明，TOPO-1 高表達的患者較低表達患者可從伊立替康化療中獲得更好的療效和更長的無進展生存期[25]。

2.2Livin Livin基因是凋亡抑制蛋白家族成員，有兩種異構體Livin α和Livin β，與腫瘤的發生密切相關。高表達Livin的結直腸癌細胞HCT116對伊立替康具有一定的耐藥性，在靶向抑制Livin基因表達后這種耐藥性得到逆轉，伊立替康的抗腫瘤活性得到顯著提高。

2.3UGT1A1 UGT1A1基因編碼一個UDP 葡萄糖醛酸基轉移酶，后者是一種葡萄糖醛酸化途徑的酶，能將小的親脂性分子，如類固醇、膽紅素、激素和藥物，轉化為水溶性、可排泄的代謝物。其UGT1A1*28（rs8175347）和UGT1A1*6（rs4148323）位點多態性與伊立替康的毒性密切相關。UGT1A1*28位點基因型包括啟動子區TA 序列呈6 次重復的野生型（TA6/6）、TA序列6次和7次重合的雜合突變型（TA6/7）和TA 序列7 次重復的純合突變型（TA7/7）；UGT1A1*6位點基因型分為野生型（GG）、雜合突變型（GA）以及純合突變型（AA）；其中，TA6/6相比于TA7/7基因型的不良反應發生風險降低[26]；而在UGT1A1*6（rs4148323）中，GG基因型相比于AA型的不良反應發生風險降低[27-28]。

2.4C8orf34 C8orf34基因編碼一種與環腺苷酸依賴性蛋白激酶調節器相關的蛋白。在接受化療治療的患者中，該基因的自發突變與嚴重不良反應（如腹瀉和中性粒細胞減少）的風險增加有關。以伊立替康為基礎的化療治療晚期癌癥時，C8orf34基因rs1517114位點GG基因型相比于CC/CG基因型的不良反應發生風險明顯下降[29]。

3 奧沙利鉑

奧沙利鉑是一種鉑基化療藥物，與順鉑和卡鉑屬于同一家族。其通過與氟尿嘧啶和四氫葉酸聯合使用（FOLFOX 方案）治療結直腸癌。與順鉑相比，環己二胺取代了兩個胺基以提高抗腫瘤活性。最常見的不良反應（發生率≥40%）是周圍感覺神經病變、中性粒細胞減少、血小板減少、貧血、惡心、轉氨酶和堿性磷酸酶增加、腹瀉、嘔吐、疲勞和口炎。

3.1CYP3A CYP3A 是CYP450 家族中的重要成員，能夠催化多種藥物的氧化及過氧化過程，臨床上有大量化療藥物經由CYP3A 代謝。研究發現，CYP3A基因10 號外顯子上第27 位堿基C 發生缺失突變的癌癥患者在接受紫杉醇/奧沙利鉑多線化療時不良反應加重，主要表現為惡心、嘔吐、疲乏等，尤以肝功能損害最為顯著，提示CYP3A基因多態性與化療不良反應相關[30]。

3.2ERCC1 ERCC1基因的產物在核苷酸切除修復途徑中起作用，是修復紫外線誘導或順鉑等親電化合物形成的DNA 損傷所必需的。其所編碼的蛋白與XPF 內切酶形成異二聚體，異二聚內切酶催化DNA 損傷切除過程中的5'切口。一項關于多基因多態性預測一線FOLFOX-4化療后轉移性結直腸癌患者的臨床預后研究顯示：ERCC1密碼子118C/C預示著較長的無進展生存期和總體生存期[31]。

3.3XRCC1 XRCC1基因編碼的蛋白質參與了電離輻射和烷化劑對DNA 單鏈斷裂的有效修復。該蛋白與DNA連接酶Ⅲ、聚合酶β和聚ADP核糖聚合酶相互作用，參與堿基切除修復途徑。在生殖細胞減數分裂和重組過程中可能在DNA加工中起作用。上述關于基因多態性預測FOLFOX-4方案治療轉移性結直腸癌患者的預后研究發現，XRCC1密碼子399G/G基因型也是良性突變，突變患者的FOLFOX-4 化療效果更好，并且同時發生ERCC1118C/C 和XRCC1399G/G 突變的患者的總體生存期顯著長于沒有發生突變或者只發生一個突變的患者[31]。

4 聯合化療方案

在結直腸癌的實際臨床治療中，以聯合治療為主，這樣就涉及多個化療藥物，多個基因多態性位點，而這些多態性位點可能存在作用相反和主次不同的情況，實際應用中非常復雜。這種情況下的化療需要充分考慮所有藥物相關的基因多態性的綜合影響，如果條件允許建議檢測所有單個藥物相關位點，例如 CAPOX 方案檢測ERCC1、XRCC1、UMPS、DPYD、MTHF、GSTP1和ABCB1等7個基因相關的多態性位點，mFOLFOX6 方案檢測ERCC1、XRCC1、UMPS、DPYD、MTHFR、GSTP1和ABCB1等 7 個基因相關的多態性位點，FOLFIRI 方案檢測UMPS、DPYD、MTHFR、GSTP1、ABCB1、UGT1A1和C8orf34等7 個基因相關的多態性位點。同時，由于聯合化療時藥物間的相互作用，可能會出現一些新的基因多態性影響療效，這類基因多態性也需要充分考慮。實際操作中，也可以只檢測主要的基因用于指導化療方案。日本Saitama 醫科大學的研究者發現，GSTP1-105 AA基因型相比于AG和GG基因型的患者對mFolfox6 治療的反應較差（P=0.01）；ERCC2-751 AA 基因型患者的中位無進展生存期往往比AC基因型患者長；TS-3'-UTR-6/-6基因型患者的總生存期明顯更長（P=0.003）[32]。一項包含83例患者的研究觀察了FOLFOX 或CAPOX 方案相關的不良反應，結果顯示：DPYD rs2297595 多態性與惡心嘔吐無關，ERCC1 rs11615 多態性與中性粒細胞減少癥無關，這樣的結果與之前的報道不符[10]。研究者認為因為樣本量較少所以出現這種情況，筆者認為小樣本也有意義，精準醫療的目的就在于個體化治療，造成這種情況的原因可能與藥物相互作用、個體差異等諸多因素有關，甚至有研究發現不同的服藥時間都會影響藥物療效。因此，臨床上還需要充分考慮基礎化療藥物、藥物用量、個體敏感性等情況。

5 結語與展望

近年來，隨著精準醫學的發展，基因突變在化療中的意義越來越受到關注。但是，這種關注主要限于學術研究，國內的大部分臨床醫生對化療的精準醫療的熱情并不高，很多醫生對其持懷疑態度。究其原因可能在于以下幾個方面：首先，基因通常無法影響化療方案的選擇，術后輔助化療方案只有CAPOX和mFOLFOX6兩種；其次，跟靶向治療相比，化療藥物作用比較復雜，具體的作用機制并沒有充分挖掘，因此，基因突變對化療的作用機制并不十分明確；第三，化療的個體差異大，影響因素多，基因多態性指導化療臨床的療效并不十分顯著；第四，基因檢測技術在國內發展較晚，水平有限，目前臨床上常用的檢測方法以高通量測序為主，成本較高；此外，需要更多大規模的研究去證實基因多態性指導結直腸癌化療的確切效果。因此，基因多態性真正用于結直腸癌臨床化療指導在于對奧沙利鉑和伊立替康兩種藥物的選擇。本文綜述了影響奧沙利鉑和伊立替康兩種藥物敏感性和不良反應的基因，對其臨床應用具有一定的指導意義。