藥物基因組學(xué)在細(xì)胞毒類抗腫瘤藥物個體化治療中的應(yīng)用

茆晨雪，劉昭前

0 引 言

惡性腫瘤作為全球重大的公共衛(wèi)生問題之一，極大地危害人類健康［1］。進(jìn)入本世紀(jì)以來，由于吸煙人群的減少，癌癥的早期診斷，以及通過特定生物標(biāo)志物改善癌癥治療等原因，癌癥的總死亡率不斷下降，但許多惡性腫瘤，諸如多發(fā)性黑素瘤和胰腺癌，因頻繁耐藥，錯過診斷和分期，治療選擇有限等進(jìn)展迅速，易發(fā)生多發(fā)轉(zhuǎn)移，極其難以治療。

目前靶向藥物和免疫治療只能使部分患者受益，因而細(xì)胞毒類化療藥物仍然在臨床實踐中應(yīng)用廣泛。細(xì)胞毒類抗腫瘤藥物因其療效個體差異巨大，毒性嚴(yán)重而降低了患者的治療效果和生活質(zhì)量。在設(shè)計和選擇癌癥治療方案時，應(yīng)考慮多種影響藥物療效和毒性反應(yīng)的因素，包括患者的基本特征（年齡性別、種族、體重、體表面積等）、生理學(xué)因素（肝腎功能、妊娠、并發(fā)癥等）、藥理學(xué)因素（藥物劑量和給藥方案、藥物相互作用等），藥物基因組學(xué)（pharmacogenomic，PGx）因素等。許多臨床研究表明，編碼藥物代謝酶（drug-metabolizing enzymes，DMEs）、藥物轉(zhuǎn)運蛋白和藥物靶點的基因的多態(tài)性與腫瘤患者的治療效果及毒性反應(yīng)的個體間差異相關(guān)。例如，基于代謝能力可將DMEs中的基因多態(tài)性分為4類：超快代謝型（ultrarapid metabolizers，UMs），快代謝型（extensive metabolizers，EMs），中等代謝型（intermediate metabolizers，IMs），慢代謝型（poor metabolizers，PMs）。按標(biāo)準(zhǔn)劑量給藥時PMs可能發(fā)生藥物毒性反應(yīng)，UMs則可能療效降低。藥物基因組學(xué)在細(xì)胞毒類化療藥物中的應(yīng)用能夠幫助臨床醫(yī)生更好地預(yù)測療效，耐藥性，毒性反應(yīng)等藥物反應(yīng)，繼而針對患者優(yōu)化治療方案，實行分層治療。

隨著PGx在患者中的應(yīng)用呈指數(shù)增長，醫(yī)師現(xiàn)在可以識別癌細(xì)胞中特定的PGx生物標(biāo)志物，該信息幫助醫(yī)師能夠根據(jù)每位患者的個體基因譜選擇和定制特定的化療方案［2］。本文闡述了目前用于指導(dǎo)治療決策及可能在未來具有臨床應(yīng)用價值的種系PGx標(biāo)志物。

1 硫嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶與硫嘌呤

硫嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶（thiopurine S-methyltransferase，TPMT）是幾乎在人類所有組織中都被發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞質(zhì)酶，為Ⅱ期代謝酶之一，主要參與硫嘌呤S-甲基化的催化作用，負(fù)責(zé)肝中硫代嘌呤類藥物的代謝，例如硫唑嘌呤和6-巰基嘌呤（6-Mercaptopurine，6-MP）。硫代嘌呤類藥物6-MP被廣泛用于急性淋巴細(xì)胞白血?。╝cute lymphoblastic leukemia，ALL）患者的維持化療。硫嘌呤作為前藥可被轉(zhuǎn)化為抑制DNA和RNA合成的6-硫鳥嘌呤（6-Thioguanine，6-TG），長時間暴露于6-TG可能導(dǎo)致肝毒性，胃腸道毒性，骨髓抑制等嚴(yán)重不良反應(yīng)。

TPMT基因多態(tài)性可導(dǎo)致酶活性的顯著降低及藥物誘導(dǎo)的白細(xì)胞減少的風(fēng)險增加，并且ALL患者的6MP治療效果與其最大耐受藥物劑量高度相關(guān)。在給予相同劑量6-MP后，TPMT活性不同的急性淋巴細(xì)胞白血病患者的藥物穩(wěn)態(tài)濃度差異可達(dá)10倍。目前已報道了37種TPMT基因變異［3］，白種人中最常見的等位基因是TPMT*3A，其頻率為5%，其次是TPMT*3C，而TPMT*3C是亞洲人中最常見的等位基因。其他常見變異主要包括TPMT*2，TPMT*3B和TPMT*8［4］。根據(jù)功能等位基因的缺失情況，可將個體分為3組：正常代謝者、中等代謝者和弱代謝者。臨床藥物基因組學(xué)實施聯(lián)盟（Clinical Pharmacogenetics Implementation Consortium，CPIC）指南建議正常代謝者使用正常劑量的6-MP或6-TG；中間代謝者使用6-MP時，建議減少30%～70%劑量，對于6-TG則減少30%～50%劑量；接受6-MP或6-TG治療的弱代謝者應(yīng)每周給藥3次，劑量減少90%以避免藥物毒性反應(yīng)【5-6】。有臨床證據(jù)顯示，將6-MP的劑量減少10～15倍可成功治療TPMT PMs患者而不產(chǎn)生嚴(yán)重毒性反應(yīng)［5］。

2 NUDT15與硫嘌呤

TPMT基因分型解釋了部分對硫嘌呤治療反應(yīng)的顯著差異，但部分TPMT活性正常的患者仍然發(fā)生了毒性反應(yīng)，這表明存在其他遺傳因素影響了患者對硫代嘌呤代謝。主要基于亞洲人群的全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)了NUDT15的錯義突變Arg139Cys（rs116855232，或c.415C＞T）與硫嘌呤相關(guān)的骨髓抑制之間顯著相關(guān)［7］。

NUDT15是nudix水解酶超家族的成員，它與參與8-氧代-2′-脫氧鳥苷-5'-三磷酸（8-oxo-dGTP）水解的nudix水解酶1（MTH1）同源。攜帶NUDT15基因Arg139Cys純合風(fēng)險等位基因的患者對巰嘌呤非常敏感，僅耐受標(biāo)準(zhǔn)劑量的8%，并且這種NUDT15變異可單獨解釋22%的巰基嘌呤耐受性差異。然而，NUDT15在硫嘌呤的代謝中起的具體作用尚不清楚。但據(jù)推測，NUDT15可構(gòu)成一種嘌呤特異性核苷酸二磷酸酶，使硫嘌呤活性代謝物TGTP和TdGTP去磷酸化，從而防止它們摻入DNA并抑制硫嘌呤的細(xì)胞毒性作用。因此攜帶NUDT15突變等位基因患者的硫嘌呤代謝受到影響，體內(nèi)具有更高濃度的活性代謝物，并且由于代謝物的積累而產(chǎn)生毒性反應(yīng)。

目前NUDT15基因型在亞洲人群中格外受到關(guān)注［8］?；谇嘶蚪M數(shù)據(jù)對NUDT15基因型的推斷結(jié)果顯示，預(yù)計有22.6%的東亞人NUDT15活性缺失，南亞人預(yù)計為13.6%，美洲原住民預(yù)計為12%～21%［9-10］。雖然仍進(jìn)行更多前瞻性臨床試驗加以驗證，但NUDT15具有很大的作用和臨床意義，特別是在TPMT功能缺陷等位基因頻率較低的亞洲人群中。

3 UGT1A1與伊利替康

UGT1A1基因編碼尿苷二磷酸葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶，其涉及葡糖醛酸化途徑，其將包括膽紅素（優(yōu)選底物）和某些藥物的小親脂性分子轉(zhuǎn)化為水溶性的可排泄代謝物。伊立替康是一種拓?fù)洚悩?gòu)酶I抑制劑，廣泛用于治療轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌［11］，在兒童患者中主要用于治療橫紋肌肉瘤和尤文肉瘤。伊立替康是一種前藥，需要通過羧酸酯酶1和羧酸酯酶2轉(zhuǎn)化為活性代謝產(chǎn)物7-乙基-10-羥基-喜樹堿（SN-38），以顯示其活性［12］。SN-38抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶1復(fù)合物，導(dǎo)致DNA中不可修復(fù)的雙鏈斷裂，迫使細(xì)胞停滯在S期并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。70%伊立替康的清除是通過UGT1A1的葡糖醛酸化途徑將SN-38轉(zhuǎn)化為無活性形式SN-38G，通過腸道排泄?；钚源x產(chǎn)物SN-38的暴露可導(dǎo)致產(chǎn)生伊立替康劑量限制性的毒性反應(yīng)，主要包括中性粒細(xì)胞減少，骨髓抑制及腹瀉。

接受伊立替康治療的癌癥患者可分為“低毒性”基因型—能夠耐受顯著更高的劑量，和“高毒性”基因型—更可能發(fā)生劑量限制性毒性。目前2種變異已經(jīng)被大量研究證實可影響UGT1A1的表達(dá)。UGT1A1*28是啟動子區(qū)域中的胸腺嘧啶-腺嘌呤重復(fù)，可降低UGT1A1基因表達(dá)。攜帶UGT1A1*28等位基因的患者的UGT1A1酶活性降低，導(dǎo)致活性成分SN-38的葡糖醛酸化解毒作用的減少，體內(nèi)SN-38的穩(wěn)態(tài)濃度增加高達(dá)50倍。如果給予伊立替康的標(biāo)準(zhǔn)劑量，UGT1A1*28患者4級白細(xì)胞減少癥的風(fēng)險會增加5到9倍［13］。最近的一項meta分析進(jìn)一步證實了UGT1A1*28作為伊立替康誘發(fā)中性粒細(xì)胞減少和腹瀉的高風(fēng)險標(biāo)志物的臨床價值，尤其是在高加索人群中。另一個高頻率的變異是UGT1A1*6（rs4148323），可通過基因表達(dá)調(diào)節(jié)UGT1A1活性。相較于歐洲人群或非洲裔美國人群，UGT1A1*6在東亞人群中更為常見，而UGT1A1*28的頻率較低［14］。

對于UGT1A1*28風(fēng)險等位基因純合子患者，目前的PGx指南建議將伊立替康劑量減少30%［14］。并且FDA、荷蘭皇家藥劑師協(xié)會-藥物遺傳學(xué)工作組、GPCO-Unicancer、RNPGx監(jiān)管機(jī)構(gòu)也同樣對UGT1A1*28弱代謝者發(fā)出了警告，建議使用較低劑量伊利替康，以避免不良反應(yīng)。

然而，UGT1A1*28和UGT1A1*6并不能解釋所有臨床實踐中毒性特征的個體差異，必須考慮單獨或單倍型組合中UGT1A酶的其他功能相關(guān)變異，以進(jìn)一步改善藥物管理。研究最成功的白種人轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者的標(biāo)志物是 UGT1A1*93（rs10929302），UGT1A1*60（rs4124874），UGT1A7*2（rs17868323），UGT1A7*4（rs11692021）和UGT1A9*22（rs45625337）［15］。組合單倍型分析的數(shù)據(jù)表明UGT1A多態(tài)性對個體葡萄糖醛酸化能力具有累積效應(yīng)，并且這種協(xié)同效應(yīng)也體現(xiàn)在單倍型中。組合方法的有效性也在日本轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者中得到證實，亞洲人群中最常見的其他變異，如UGT1A1*6和UGT1A1*27（rs35350960）和UGT1A7*12（rs7586110）被整合到單倍型中［16］。結(jié)合遺傳標(biāo)志物（即UGT1A基因型）和臨床人口統(tǒng)計學(xué)特征（即性別，年齡）的可擴(kuò)展算法開發(fā)也成為優(yōu)化基于伊利替康的治療方案有前景的策略之一［17］。已有研究發(fā)現(xiàn)或驗證了其他功能相關(guān)的多態(tài)性，這些多態(tài)性可以整合到單倍型構(gòu)建中，以顯著改善毒性反應(yīng)的預(yù)測和給藥策略：位于UGT1A9的rs2741044，rs3806598和rs2741045；位于UGT1A6的rs6759892，rs2070959和rs1105879；以及位于UGT1 的 rs11563250［18］。

4 DPYD與氟尿嘧啶

以5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）為基礎(chǔ)的化療是結(jié)直腸癌的一線藥物治療方案，氟尿嘧啶類似物通過阻斷脫氧尿苷一磷酸向脫氧胸苷一磷酸的轉(zhuǎn)化來抑制腫瘤細(xì)胞分裂。雖然5-FU和體表面積的血漿清除率之間沒有顯著相關(guān)性，但5-FU的標(biāo)準(zhǔn)給藥劑量是根據(jù)患者的體表面積進(jìn)行計算的。然而在接受5-FU治療的患者中，10%～30%發(fā)生了嚴(yán)重的治療相關(guān)毒性，其中0.5%～1%患者發(fā)生致命的毒性反應(yīng)，老年患者報告的治療相關(guān)死亡率高達(dá)5%［11，19］。

對5-FU不耐受的最廣為人知的原因是二氫嘧啶脫氫酶（dihydropyrimidine dehydrogenase，DPD）的缺乏。DPD是由基因DPYD編碼，并且是5-FU分解代謝途徑的關(guān)鍵限速酶，通常在肝臟中催化5-FU滅活為二氫氟尿嘧啶，并能使超過85%標(biāo)準(zhǔn)劑量的5-FU和卡培他濱失活。在39%～61%的發(fā)生5-FU嚴(yán)重毒性患者中檢測到DPD缺乏癥［20］，已經(jīng)證明DPD缺乏至少部分與遺傳多態(tài)性相關(guān)，并且導(dǎo)致約0.5%接受5-FU治療的患者發(fā)生危及生命的早期毒性事件。DPD酶活性的個體差異很大，約0.2%～0.3%的人群DPD酶活性完全喪失，3%～5%的人群DPD酶活性部分喪失，限制了肝完全代謝氟尿嘧啶的能力，導(dǎo)致藥物的半衰期延長和過量積累，從而引發(fā)毒性反應(yīng)［21］。

迄今為止，已在DPYD編碼序列中鑒定出超過120種SNP，并且大量臨床研究試圖解決它們與5-FU相關(guān)的嚴(yán)重毒性的關(guān)聯(lián)。研究最完善的與5-FU相關(guān)毒性相關(guān)的有害DPYD變異是DPYD*2A（IVS14+1G＞A，c.1905+1G＞ A或rs3918290）和DPYD*13（I560S，c.1679T＞ G，或rs55886062）。剪接位點變異DPYD*2A位于外顯子14的內(nèi)含子邊界，可引起剪接缺陷，導(dǎo)致整個外顯子的跳躍并產(chǎn)生非功能性截短蛋白。該剪接變異與5-FU降解速率的降低顯著相關(guān)［22］。另一個被廣泛研究的變異DPYD*13（I560S，c.1679T＞G，或rs55886062）在一般人群中非常罕見，在白人群體中具有約0.2%的雜合性頻率，但其與DPD活性降低及毒性反應(yīng)發(fā)生率增加相關(guān)。同時臨床研究也已不斷證明變異D949V（c.2846A＞T或rs67376798）與接受5-FU治療后的嚴(yán)重毒性之間存在關(guān)聯(lián)，攜帶D949V變異的患者需要大幅降低卡培他濱劑量以避免毒性反應(yīng)發(fā)生。Leeet al.還報道了單獨接受FOLFOX或與西妥昔單抗聯(lián)合治療的患者中，D949V變異與3級及其以上嚴(yán)重不良事件之間具有顯著相關(guān)性［23］；除此之外，Boigeet al.證實了D949V變異對使用或不使用西妥昔單抗的FOLFOX4治療的患者具有顯著影響［24］。DPYD-HapB3是一種更常見的變異，也有越來越多的臨床證據(jù)表明，其對DPD功能和毒性風(fēng)險的影響較小，但仍有顯著影響。

基于以上4個DPYD變異在臨床中的驗證結(jié)果及其對DPD酶的功能影響，對每個雙倍型組合進(jìn)行基因活性評分，其中DPYD*2A和DPYD*13是最有害的變異，DPYD-2846和DPYD-HapB3則與DPD蛋白活性增加相關(guān)。在此基礎(chǔ)上，臨床藥物基因組學(xué)實施聯(lián)盟發(fā)布了基于DPYD基因型的5-FU劑量推薦，建議純合子患者采用替代藥物治療，雜合子患者減少50%的起始劑量。目前這種策略已經(jīng)被證明在常規(guī)臨床實踐中可降低嚴(yán)重毒性反應(yīng)的風(fēng)險，顯示了其臨床效用價值。

5 CYP2D6與他莫昔芬

盡管CYP2D6僅占肝中總CYP酶的2%～4%，但CYP2D6負(fù)責(zé)代謝約25%～30%的藥物。作為研究最廣泛的藥物代謝酶之一，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)CYP2D6影響了許多常見藥物的代謝，包括可待因，抗抑郁藥，他汀類藥物，抗血小板藥物等。

他莫昔芬是一種選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑，廣泛用于具有陽性雌激素受體的絕經(jīng)前乳腺癌，是CYP3A，CYP12C9和CYP2D6的底物。CYP2D6產(chǎn)生一種他莫昔芬的活性代謝產(chǎn)物-內(nèi)毒素，而CYP2D6的不同表型將對他莫昔芬的活性產(chǎn)生不同的影響。在NCCTG 89-30-52的研究中，據(jù)報道CYP2D6的弱代謝表型與乳腺癌復(fù)發(fā)的高風(fēng)險相關(guān)，因為弱代謝患者中產(chǎn)生的活性代謝物較少。同樣，在Schroth et al的研究中，與其他具有野生型等位基因的患者相比，具有2個CYP2D6無效等位基因或CYP2D6活性降低的患者總體預(yù)后較差［25］。此外，同一項研究還報道，CYP2D6酶活性降低的個體乳腺癌復(fù)發(fā)風(fēng)險增加了1倍［25］。雖然有幾項研究將CYP2D6酶活性與乳腺癌患者預(yù)后相關(guān)，但目前還沒有足夠的數(shù)據(jù)來證明CYP2D6的常規(guī)檢測成本，以便將其納入患者的臨床決策中。

6 TPMT與順鉑

鉑類化療是肺癌、卵巢癌、睪丸癌等多種腫瘤的一線化療方案，鉑類藥物通過3種不同的途徑作為DNA損傷劑：烷基化DNA，交聯(lián)鳥嘌呤或誘導(dǎo)核苷酸錯配，通過干擾復(fù)制和轉(zhuǎn)錄發(fā)揮其細(xì)胞毒性作用。鉑類藥物的不良反應(yīng)主要包括血液毒性、腎毒性、神經(jīng)毒性、耳毒性和胃腸道毒性。其中兒童患者的耳毒性因為其可損害言語和正常發(fā)育而特別令人擔(dān)憂。兒童肝臟腫瘤研究組（SIOPEL-4）進(jìn)行的一項臨床試驗中，50%接受順鉑治療的高風(fēng)險肝母細(xì)胞瘤患兒出現(xiàn)了中度或重度耳毒性［26］。基于成神經(jīng)管細(xì)胞瘤，骨肉瘤和神經(jīng)母細(xì)胞瘤患兒的研究發(fā)現(xiàn)，60%接受順鉑治療的患兒存在永久性聽力損傷［27］。

早期的藥物遺傳學(xué)研究表明，順鉑治療引起的聽力損失與TPMT功能等位基因缺失有關(guān)。因此，美國食品藥物管理局曾在順鉑的藥物標(biāo)簽中聲明了一項特別預(yù)防措施，具有等位基因TPMT*3B和TPMT*3C（*3A是*3B和*3C的單倍型）的個體具有較高的聽力損失風(fēng)險［28］。盡管在早期研究中TPMT和順鉑之間具有強有力證據(jù)支持，但由于缺乏重復(fù)驗證，PharmGKB將其定性為3級證據(jù)的藥物-基因?qū)Γ驠DA也從順鉑藥物標(biāo)簽中刪除了TPMT相關(guān)的預(yù)防措施，但FDA建議進(jìn)行頻繁的聽力測試。目前仍需要在更大樣本量的順鉑化療患者中進(jìn)行進(jìn)一步的驗證，為建立臨床指南提供證據(jù)支持。

7 結(jié) 語

癌癥治療的最大挑戰(zhàn)是最大限度地提高治療的療效和特異性，并盡量減少與治療方案相關(guān)的毒性和耐藥性?；谝呀?jīng)取得的大量研究成果，藥物基因組學(xué)生物標(biāo)志物在預(yù)測癌癥治療的安全性，毒性和療效方面顯示出其重要作用。盡管已經(jīng)在細(xì)胞毒類化療藥物方面進(jìn)行了大量的藥物基因組學(xué)研究，但仍需要更多研究來確定最相關(guān)和用于臨床實踐的變異。預(yù)計NGS和基因分型技術(shù)以及高通量生物信息學(xué)數(shù)據(jù)分析將縮短挖掘基因-藥物間相關(guān)性與臨床應(yīng)用之間所需的時間。

既往的藥物基因組學(xué)研究往往受到了小樣本量的限制，通過建立大型國際合作，可以實現(xiàn)更大的樣本規(guī)模。同時基于全基因組水平的篩選方法也提供可信度更高的相關(guān)性篩選結(jié)果。同時也需要對基于前瞻性臨床試驗對變異-藥物反應(yīng)相互作用之間進(jìn)行更系統(tǒng)的探索。隨著更多生物標(biāo)志物的識別，藥物基因組學(xué)更有可能被納入臨床實踐環(huán)節(jié)，為患者治療與護(hù)理做出臨床決策。