基因多态性与结直肠癌化疗毒性及疗效的关系

陈硕，张林，王柏雪，王菁蕊，徐赞美

近年来，我国结直肠癌的发病率和病死率均保持上升趋势。2015中国癌症统计数据显示：我国结直肠癌发病率、病死率在全部恶性肿瘤中均位居第5 位，其中新发病例 37.6 万，死亡病例 19.1 万[1]。化疗是临床中最常用的治疗手段之一，根据临床实际情况，可以采用直接化疗、术后辅助化疗以及放疗联合靶向治疗。从早期的5-氟尿嘧啶单药治疗标准到卡培他滨、伊立替康以及奥沙利铂等新型药物，结直肠癌患者的治疗药物选择显著扩大，生存率有了明显提高[2]。与单药相比，联合化疗方案的治疗效果往往更显著、更持久；且具有不易产生耐药、不良反应较少、复发率低等优势，特别是对于晚期或转移患者疗效显著[3]。目前，结直肠癌术后辅助治疗的一线联合化疗方案包括奥沙利铂+卡培他滨（CAPOX）方案和奥沙利铂+亚叶酸+5-氟尿嘧啶（mFOLFOX6）方案，两种方案在Ⅱ/Ⅲ期结直肠癌中疗效相当，但CAPOX 方案经济成本较低，不良反应较少[4]。此外，在转移性结直肠癌中，伊立替康+亚叶酸钙+5-氟尿嘧啶（FOLFIRI）方案与上述两种方案互为一二线化疗方案。然而患者自身基因多态性既能够影响结直肠癌单药化疗的毒性和疗效，又能够影响联合化疗的毒性和疗效；其作用机制在于基因多态性可以通过影响相应蛋白的表达和活性，进而影响化疗的毒性、药物敏感性、预后等[5]。现将结直肠癌中常用的化疗药物和联合化疗方案相关的基因多态性及其意义做一综述。

1 氟尿嘧啶类

氟尿嘧啶是一种抗嘧啶类药物，临床上常用的氟尿嘧啶类主要包括5-氟尿嘧啶和卡培他滨。5-氟尿嘧啶是结直肠癌化疗中最常见的药物，自其被发现的几十年里，一直是结直肠癌化疗单药治疗的标准，是唯一能成功提高结直肠癌患者1年生存率的化疗药物[6]。但是，临床发现5-氟尿嘧啶单药治疗结直肠癌经常出现耐药的现象，主要耐药机制为人胸苷酸合成酶（TS）、二氢嘧啶脱氢酶（DPD）胸腺嘧啶核苷酸激酶和叶酸代谢相关酶活性发生改变或信号传导异常等。目前，有多项研究表明，对于5-氟尿嘧啶耐药的结直肠癌患者，卡培他滨显示出一定的治疗效果[7]。卡培他滨是5-氟尿嘧啶的前体，可以在体内转变成5-氟尿嘧啶，主要用于晚期原发性或转移性结直肠癌。目前，氟尿嘧啶类主要作为基础药物，常与亚叶酸钙、奥沙利铂、伊立替康、干扰素、顺铂等联用。目前，已经发现在一些参与氟尿嘧啶类代谢途径的关键酶的基因中存在与化疗敏感性和不良反应相关的基因多态性位点。

1.1 MSI-H/dMMR 错配修复（MMR）系统由一系列特异性修复DNA 错配的修复蛋白组成。MMR 功能缺失（dMMR）导致本身的校对功能丧失，致使DNA 错配积聚，造成广泛分布在生物基因组中的短串联重复序列（即微卫星重复序列）的拷贝数目发生变化，产生遗传不稳定性，称为微卫星不稳定性（MSI）。研究发现，高频微卫星不稳定性（MSI-H）对氟尿嘧啶敏感性影响很大，MSI-H 的患者不能从氟尿嘧啶的辅助化疗中获益，但由于缺乏有效的MSI结直肠癌细胞及动物模型，使其生物学特性、与治疗之间的关系及机制难以进行深入研究[8]。

1.2GSTP1 GSTP1基因编码谷胱甘肽-S-转移酶，后者是5-氟尿嘧啶代谢过程中的一种主要酶，具有减毒作用。GSTP1基因的多态性与5-氟尿嘧啶耐药和毒性相关。一项5-氟尿嘧啶结合奥沙利铂治疗结直肠癌的临床试验（RCV000211146.1）发现：GSTP1基因 1695 位点 AA 基因型相比于 GG 基因型药物敏感性可能较低[9]。

1.3DPYD DPYD基因编码二氢嘧啶脱氢酶（Dihydropyrimidine dehydrogenase，DPD），而DPD 是嘧啶类分解代谢的起始和限速酶。很多研究已经证实DPYD基因多态性广泛影响5-氟尿嘧啶单药及以氟尿嘧啶类为基础的联合治疗的不良反应、敏感性和疗效。一项涉及100例结直肠癌患者的研究鉴定了DPYD的3 个多态性位点14G1A（突变率14%）、A1627G（突变率11%）和T85C（突变率17%）对化疗效果的影响，上述3 个位点野生型的患者对化疗的有效率明显高于突变型（P＜0.05）；突变型患者的骨髓抑制、手足综合征、腹泻、胃肠道反应等不良反应的发生率明显高于野生型（P＜0.05）[10]。单核苷酸多态性分层分析表明：接受5-氟尿嘧啶化疗的结直肠癌患者中DPYD基因 IVS14+1G＞A、464T＞A 和2194G＞A多态性与骨髓抑制和肠道反应发生率显著相关，存在DPYD基因突变的患者骨髓抑制率和胃肠道反应发生率高于无DPYD遗传变异的患者（P＜0.001）[11]。一项 7 365 例结直肠癌患者的荟萃分析显示：DPYD基因c.1679T＞G 和c.1236G＞A/HapB3 多态性能够预测氟尿嘧啶类的毒性，DPYD*2A 和c.2846A＞T预示着5-氟尿嘧啶更安全[12]。后来进一步证实DPYD*2A 与氟尿嘧啶类为基础的化疗中严重和危及生命的毒性密切相关：AA 基因型相比于AC/CC 基因型患者的不良事件发生率降低，死亡率下降[13]。一项高危结肠癌患者的随机三期TOSCA辅助试验证实：*6 rs1801160 A等位基因携带者中氟尿嘧啶相关不良事件更常见；*6 rs1801160 A等位基因携带者、*2A rs3918290 A 等位基因携带者和rs2297595 GG基因携带者中氟尿嘧啶相关不良事件的发生率显著提高；*6 rs1801160 A 基因携带者和*2A rs3918290基因型患者中性粒细胞减少时间明显缩短[14]。在卡培他滨为基础的晚期结直肠癌化疗中，*2T rs2297595 相比于CC/CT 基因型患者化疗不良反应发生风险降低[10]。

1.4UMPS UMPS基因编码尿苷5'-单磷酸合酶，后者是一种双功能酶，对从头开始的嘧啶生物合成途径的最后两个步骤进行催化。Pellicer 等[15]发现UMPS的多态性位点 rs2279199 和 rs4678145 与结直肠癌卡培他滨为基础的化疗的严重毒性有关，突变患者的毒性较低。一项前瞻性研究证实在接受口服尿嘧啶和替加氟联合白细胞介素治疗的结直肠癌患者中，*2G rs1801019相比于CC基因型不良反应风险可能较低[16]。一项用替加氟尿嘧啶加亮氨酸治疗局部晚期直肠癌术前化疗的药物遗传学分析的Ⅱ期研究显示：UMPS638 CC基因型患者的2级或3级腹泻发生率显著增加（P=0.018）[17]。

1.5MTHFR MTHFR基因编码的蛋白质催化5，10-亚甲基四氢叶酸转化为5-甲基四氢叶酸酯，这是同型半胱氨酸再甲基化为蛋氨酸的共同基质。该基因的突变与亚甲基四氢叶酸还原酶缺乏有关，影响结直肠癌的易感性。近期，Nahid等[18]对161例接受5-氟尿嘧啶为基础的化疗患者外周白细胞中MTHFR突变位点C677T的分析发现，该位点能够显著提高5-氟尿嘧啶的药物反应率（P=0.006）。另一项研究对498例接受手术后5-氟尿嘧啶基础化疗的结直肠癌患者的MTHFR多态性位点C677T（rs1801133）和 A1298C（rs1801131）进行了基因分型，结果显示：MTHFR 677CT+TT 基因型相比于CC基因型的结直肠癌患者总生存期明显延长（HR=0.77；95%CI：0.60～0.98），A1298C（rs1801131）的结直肠癌患者的总生存期显著缩短[19]。

1.6ABCB1 ABCB1基因编码的膜相关蛋白是ATP结合盒（ATP-binding cassette，ABC）转运体超家族成员，该蛋白是一种具有广泛的底物特异性的外源性化合物的ATP 依赖性药物外排泵，负责减少多药耐药细胞中的药物积累，并介导抗肿瘤药物的吸收、代谢及清除。用卡培他滨+5-氟尿嘧啶的化疗方案治疗结直肠癌患者时，ABCB1基因rs1128503、rs2032582和rs1045642多态性与不良反应手足综合征和腹泻相关。其中，rs1128503 为良性突变，能提高化疗疗效[20]；rs2032582 主要有 2 种突变类型，c.2677T＞G （p.Ser893Ala） 和 c.2677T＞A （p.Ser893Thr），两者均为良性突变，能减少肠道不良反应，前者还能提高疗效[21]；rs1045642为良性突变，同时与耐药性相关[22]，但是也有研究发现ABCB1基因多态性与耐药性之间没有显著关联[23]。

2 伊立替康

伊立替康是主要用于治疗大肠癌的抗肿瘤酶抑制剂，2015年10月获准用于治疗晚期胰腺癌（伊立替康脂质体注射液，商品名Onivyde）。其是喜树碱的一种衍生物，抑制拓扑异构酶Ⅰ的作用，通过与拓扑异构酶Ⅰ-DNA 复合物结合阻止DNA 的重排，并导致双链DNA 断裂和细胞死亡。常见的毒性为胃肠道不良反应，如恶心、呕吐、腹部绞痛、腹泻和感染，其中最常见的严重并发症为迟发型腹泻。目前，伊立替康致迟发型腹泻的机制尚不明确，多数学者认为伊立替康活性代谢产物7-乙基-10-羟基喜树碱（SN-38）是导致迟发型腹泻的关键[24]。

2.1 TOPO-1 伊立替康在体内转变为SN-38，并通过特异性抑制TOPO-1而影响DNA合成。在多种恶性肿瘤如结直肠癌、卵巢癌、宫颈癌的肿瘤细胞内发现TOPO-1 的含量与正常细胞相比明显增高，即这些患者对TOPO-1 抑制剂类药物如伊立替康更敏感。研究表明，TOPO-1 高表达的患者较低表达患者可从伊立替康化疗中获得更好的疗效和更长的无进展生存期[25]。

2.2Livin Livin基因是凋亡抑制蛋白家族成员，有两种异构体Livin α和Livin β，与肿瘤的发生密切相关。高表达Livin的结直肠癌细胞HCT116对伊立替康具有一定的耐药性，在靶向抑制Livin基因表达后这种耐药性得到逆转，伊立替康的抗肿瘤活性得到显著提高。

2.3UGT1A1 UGT1A1基因编码一个UDP 葡萄糖醛酸基转移酶，后者是一种葡萄糖醛酸化途径的酶，能将小的亲脂性分子，如类固醇、胆红素、激素和药物，转化为水溶性、可排泄的代谢物。其UGT1A1*28（rs8175347）和UGT1A1*6（rs4148323）位点多态性与伊立替康的毒性密切相关。UGT1A1*28位点基因型包括启动子区TA 序列呈6 次重复的野生型（TA6/6）、TA序列6次和7次重合的杂合突变型（TA6/7）和TA 序列7 次重复的纯合突变型（TA7/7）；UGT1A1*6位点基因型分为野生型（GG）、杂合突变型（GA）以及纯合突变型（AA）；其中，TA6/6相比于TA7/7基因型的不良反应发生风险降低[26]；而在UGT1A1*6（rs4148323）中，GG基因型相比于AA型的不良反应发生风险降低[27-28]。

2.4C8orf34 C8orf34基因编码一种与环腺苷酸依赖性蛋白激酶调节器相关的蛋白。在接受化疗治疗的患者中，该基因的自发突变与严重不良反应（如腹泻和中性粒细胞减少）的风险增加有关。以伊立替康为基础的化疗治疗晚期癌症时，C8orf34基因rs1517114位点GG基因型相比于CC/CG基因型的不良反应发生风险明显下降[29]。

3 奥沙利铂

奥沙利铂是一种铂基化疗药物，与顺铂和卡铂属于同一家族。其通过与氟尿嘧啶和四氢叶酸联合使用（FOLFOX 方案）治疗结直肠癌。与顺铂相比，环己二胺取代了两个胺基以提高抗肿瘤活性。最常见的不良反应（发生率≥40%）是周围感觉神经病变、中性粒细胞减少、血小板减少、贫血、恶心、转氨酶和碱性磷酸酶增加、腹泻、呕吐、疲劳和口炎。

3.1CYP3A CYP3A 是CYP450 家族中的重要成员，能够催化多种药物的氧化及过氧化过程，临床上有大量化疗药物经由CYP3A 代谢。研究发现，CYP3A基因10 号外显子上第27 位碱基C 发生缺失突变的癌症患者在接受紫杉醇/奥沙利铂多线化疗时不良反应加重，主要表现为恶心、呕吐、疲乏等，尤以肝功能损害最为显著，提示CYP3A基因多态性与化疗不良反应相关[30]。

3.2ERCC1 ERCC1基因的产物在核苷酸切除修复途径中起作用，是修复紫外线诱导或顺铂等亲电化合物形成的DNA 损伤所必需的。其所编码的蛋白与XPF 内切酶形成异二聚体，异二聚内切酶催化DNA 损伤切除过程中的5'切口。一项关于多基因多态性预测一线FOLFOX-4化疗后转移性结直肠癌患者的临床预后研究显示：ERCC1密码子118C/C预示着较长的无进展生存期和总体生存期[31]。

3.3XRCC1 XRCC1基因编码的蛋白质参与了电离辐射和烷化剂对DNA 单链断裂的有效修复。该蛋白与DNA连接酶Ⅲ、聚合酶β和聚ADP核糖聚合酶相互作用，参与碱基切除修复途径。在生殖细胞减数分裂和重组过程中可能在DNA加工中起作用。上述关于基因多态性预测FOLFOX-4方案治疗转移性结直肠癌患者的预后研究发现，XRCC1密码子399G/G基因型也是良性突变，突变患者的FOLFOX-4 化疗效果更好，并且同时发生ERCC1118C/C 和XRCC1399G/G 突变的患者的总体生存期显著长于没有发生突变或者只发生一个突变的患者[31]。

4 联合化疗方案

在结直肠癌的实际临床治疗中，以联合治疗为主，这样就涉及多个化疗药物，多个基因多态性位点，而这些多态性位点可能存在作用相反和主次不同的情况，实际应用中非常复杂。这种情况下的化疗需要充分考虑所有药物相关的基因多态性的综合影响，如果条件允许建议检测所有单个药物相关位点，例如 CAPOX 方案检测ERCC1、XRCC1、UMPS、DPYD、MTHF、GSTP1和ABCB1等7个基因相关的多态性位点，mFOLFOX6 方案检测ERCC1、XRCC1、UMPS、DPYD、MTHFR、GSTP1和ABCB1等 7 个基因相关的多态性位点，FOLFIRI 方案检测UMPS、DPYD、MTHFR、GSTP1、ABCB1、UGT1A1和C8orf34等7 个基因相关的多态性位点。同时，由于联合化疗时药物间的相互作用，可能会出现一些新的基因多态性影响疗效，这类基因多态性也需要充分考虑。实际操作中，也可以只检测主要的基因用于指导化疗方案。日本Saitama 医科大学的研究者发现，GSTP1-105 AA基因型相比于AG和GG基因型的患者对mFolfox6 治疗的反应较差（P=0.01）；ERCC2-751 AA 基因型患者的中位无进展生存期往往比AC基因型患者长；TS-3'-UTR-6/-6基因型患者的总生存期明显更长（P=0.003）[32]。一项包含83例患者的研究观察了FOLFOX 或CAPOX 方案相关的不良反应，结果显示：DPYD rs2297595 多态性与恶心呕吐无关，ERCC1 rs11615 多态性与中性粒细胞减少症无关，这样的结果与之前的报道不符[10]。研究者认为因为样本量较少所以出现这种情况，笔者认为小样本也有意义，精准医疗的目的就在于个体化治疗，造成这种情况的原因可能与药物相互作用、个体差异等诸多因素有关，甚至有研究发现不同的服药时间都会影响药物疗效。因此，临床上还需要充分考虑基础化疗药物、药物用量、个体敏感性等情况。

5 结语与展望

近年来，随着精准医学的发展，基因突变在化疗中的意义越来越受到关注。但是，这种关注主要限于学术研究，国内的大部分临床医生对化疗的精准医疗的热情并不高，很多医生对其持怀疑态度。究其原因可能在于以下几个方面：首先，基因通常无法影响化疗方案的选择，术后辅助化疗方案只有CAPOX和mFOLFOX6两种；其次，跟靶向治疗相比，化疗药物作用比较复杂，具体的作用机制并没有充分挖掘，因此，基因突变对化疗的作用机制并不十分明确；第三，化疗的个体差异大，影响因素多，基因多态性指导化疗临床的疗效并不十分显著；第四，基因检测技术在国内发展较晚，水平有限，目前临床上常用的检测方法以高通量测序为主，成本较高；此外，需要更多大规模的研究去证实基因多态性指导结直肠癌化疗的确切效果。因此，基因多态性真正用于结直肠癌临床化疗指导在于对奥沙利铂和伊立替康两种药物的选择。本文综述了影响奥沙利铂和伊立替康两种药物敏感性和不良反应的基因，对其临床应用具有一定的指导意义。