NUDT15基因多態(tài)性與巰嘌呤藥物耐受性關系的研究進展

古爾巴奴爾·艾買提，解楊陽，沈樹紅

（上海交通大學醫(yī)學院附屬上海兒童醫(yī)學中心 血液腫瘤科，上海 200127）

6-硫鳥嘌呤（6-thioguanine,6-TG）、6-巰嘌呤（6-mercaptopurine,6-MP）及硫唑嘌呤（Azathioprine,AZA）均是巰基嘌呤的1-甲基-4-硝基咪唑-5-基衍生物，也是治療急性淋巴細胞白血?。╝cute lymphoblastic leukemia,ALL）、炎癥性腸病（inflammatory bowel disease,IBD）的重要抗癌藥和免疫抑制劑[1-2]。但在治療過程中，巰嘌呤會引起嚴重的藥物不良反應（如白細胞減少癥），導致患者治療中斷，增加疾病復發(fā)風險和治療費用[3]。研究發(fā)現，亞洲人群中核苷酸焦磷酸酶15（nucleoside diphosphate-linked moiety X-type motif 15,NUDT15）基因的高突變率與巰嘌呤藥物耐受性關系密切，其基因多態(tài)性可能成為評估亞洲人群用藥后白細胞減少等不良反應發(fā)生率的有效指標[4]。本文對近年來國內外有關NUDT15基因多態(tài)性與巰嘌呤藥物耐受性的研究進展進行綜述。

1 巰嘌呤藥物的代謝與作用機制

巰嘌呤類衍生物AZA 與6-MP 具有相似的代謝通路，可在次黃嘌呤核糖核酸轉移酶（HPRT）的作用下轉化為6-巰基次黃嘌呤單磷酸鹽（6-TIMP）；再被次黃嘌呤單磷酸脫氫酶（IMPDH）轉化為巰基黃嘌呤單磷酸鹽（6-TXMP），經鳥苷酸合成酶（GMPS）轉化為活性代謝物6-硫鳥嘌呤核苷二磷酸（6-TGDP）、6-硫鳥嘌呤核苷三磷酸（6-TGTP），統(tǒng)稱為6-硫鳥嘌呤核苷（6-TGNs）[5-6]。6-TGNs 在體內可摻入DNA 和RNA 中，并干擾DNA 加工酶的功能，抑制核苷酸代謝和蛋白質合成，具有嚴重的細胞毒性作用。而巰嘌呤甲基轉移酶（TPMT）可通過甲基化反應催化6-MP 形成6-甲基巰嘌呤（6-MMP），以達到代謝6-MP，將降低細胞毒性的作用[7-8]。TPMT基因突變導致的酶活性降低與巰嘌呤藥物在治療過程中的不良反應發(fā)生率密切相關，但在亞洲人群中TPMT基因的突變概率較低。檢測TPMT基因多態(tài)性對預測亞洲人群服用巰嘌呤藥物的不良反應發(fā)生率的臨床效能，其特異性及敏感性較西方人群低[9]。因此，研究針對亞洲人群使用巰嘌呤藥物的特異性基因位點是當前臨床研究工作的重點[10]。巰嘌呤藥物代謝過程見圖1[11]。

2 NUDT15 基因

NUDT15基因是位于第13 號染色體長臂的一對等位基因，共有3 個外顯子，其表達產物NUDT15 也被稱為MTH2，屬于NudiX 水解酶家族。NUDT15 可將巰嘌呤活性代謝物6-TGTP 轉化為6-TGMP，防止其摻入DNA 中，避免因代謝產物蓄積而造成嚴重細胞毒性作用[12]。近年來研究發(fā)現，亞洲人群中NUDT15基因突變是導致NUDT15 酶活性降低，進而影響巰嘌呤藥物耐受性的關鍵因素[13-14]。NUDT15基因發(fā)生突變時，NUDT15 酶活性不同程度地下降，使得標準劑量的巰嘌呤可因6-TGTP 累積而造成嚴重的骨髓抑制[15]。SUITER 等[16]研究將單個NUDT15 變體融合到EGFP基因，以融合后的熒光強度蛋白質作為變體，鑒定了2 922 個（94.4%）變異體的豐度，即表達量。其中發(fā)現了54 個熱點殘基的變異體導致蛋白質功能和熱穩(wěn)定性的完全喪失。并在對硫嘌呤細胞毒性的分析中，確定了17 個額外的殘基，其變異體能夠在不影響蛋白質穩(wěn)定性的情況下改變NUDT15 的活性。證實了NUDT15基因是準確預測硫嘌呤治療患者毒性風險的等位基因，為實施個體化基因型指導治療提供證據。目前報道的NUDT15等位基因及其突變基因共有6 種，分別命名為NUDT15*1 至NUDT15*6，其等位基因突變單倍型理論上共有21 種基因型，分為野生型（C/C）、雜合型（C/T）及純合型（T/T）。野生型的基因型為*1/*1，表現出高等活性；雜合型即等摩爾NUDT15基因野生型與突變型編碼蛋白的混合物，基因型有*1/*2、*1/*3、*1/*4、*1/*5、*1/*6，表現出中等活性；純合型的基因型表現出低等活性，包括雙突變純合型、雙突變雜合型，其中*2/*3、*3/*3、*2/*5、*3/*6 在東亞和南亞人群的基因突變頻率較高。YANG 等[17]研究顯示，將攜帶NUDT15野生型（C/C）、雜合型（C/T）及純合型（T/T）的細胞分別置于同等濃度的巰嘌呤藥物中，攜帶野生型基因的細胞的存活率更高。ZHANG 等[18]通過對7 項包括有1 138 例ALL、IBD 患者的研究分析顯示，NUDT15c.415C＞T分布的頻率在不同種族間有很大差異，NUDT15 c.415C＞T 變異在亞洲人和西班牙人中很常見，但在歐洲人和非洲人中很少。在亞洲 NUDT15c.415C＞T 的等位基因（C 和T）出現頻率分別為86.72%和13.28%，并且NUDT15 酶活性與NUDT15基因多態(tài)性及表達均有密切聯(lián)系。另外基于千人基因組數據對NUDT15基因型的推斷結果顯示，預計有22.6%東亞人NUDT15活性缺失，南亞人預計為13.6%，美洲原住民預計為12%～21%[19-20]。NUDT15等位基因突變見表1[21]。

3 NUDT15 基因多態(tài)性在急性淋巴細胞白血病人群中的研究

6-MP 用于ALL 的治療已有多年臨床經驗。在ALL 的維持治療中，6-MP 是防止疾病復發(fā)、顯著提高患者生存率的關鍵。但6-MP 治療的有效劑量與中毒劑量之間差距小，治療過程中并沒有最佳用藥方案，也缺乏直接參數評估患者療效。近年來對ALL 人群中影響巰嘌呤藥物耐藥性突變基因的研究，已經確定了NUDT15中有多種等位基因突變與6-MP 引起過度骨髓抑制有關，并且存在具有不同變體組合的單倍型。鑒于NUDT15基因分型對于6-MP 個性化給藥的重要性，應準確確定其雙倍型，特別是那些具有多種變異的雜合基因型。TSUJIMOTO 等[22]對138 例日本ALL 或LBL 兒童進行基因分型的研究，結果顯示，純合c.415C＞T 變異體患兒耐受6-MP 的劑量極低，具有雙等位基因NUDT15變體的患者對6-MP非常敏感。另外，有14 例患兒有2 個雜合變異體c.（36_37insGGAGTC；c.415C＞T）能夠比雙等位基因變異體耐受更高的6-MP 劑量。ZHOU 等[23]在維持治療期間優(yōu)化6-MP 劑量強度，了解患者對巰嘌呤藥物敏感性和耐受性，所得到的結果顯示，與雜合基因型（C/T）或野生型（C/C）的患者相比，NUDT15純合基因型（T/T）的患者對6-MP 高度敏感（劑量強度為60.27%），其他2 種基因型平均劑量強度分別為83.83%和94.24%。并且T 等位基因突變是白細胞減少癥[=3.620（95% CI： 1.377，9.501），P=0.009]和早發(fā)性白細胞減少癥[=9.630（95% CI： 2.764，33.514），P=0.000]的預測因子。全基因組關聯(lián)研究（GWAS）也表明，NUDT15基因的錯義變異（rs116855232，c.415C＞T）與ALL 患者體內硫嘌呤藥物相關細胞毒性密切相關。并且NUDT15變異體在東亞和拉美裔中最常見，而在歐洲人群中很少見，在非洲人群中還未獲得相關信息，這充分體現出了6-MP耐受性的種族差異[24]。并且NUDT15CT 或TT 基因型患者接受標準劑量的6-MP 治療時，嚴重的骨髓毒性發(fā)生率更高，CHIENGTHONG 等[25]、TANAKA 等[26]多項研究也證實了這一點。

4 NUDT15 基因多態(tài)性在炎癥性腸病人群中的研究

IBD 累及回腸、直腸及結腸，臨床可表現腹瀉、腹痛，甚至可有血便，包括潰瘍性結腸炎和克羅恩病。AZA 和6-MP 被廣泛用作治療IBD 的免疫抑制劑，尤其是對于類固醇依賴性或難治性患者用以緩解克羅恩病相應臨床癥狀，但有高達10%～30%克羅恩病患者存在嚴重不良反應，如白細胞減少等，導致患者不得不停用藥物。2014年YANG 等[17]首次對韓國IBD人群進行研究，報道了關于NUDT15基因突變與巰嘌呤藥物耐受性所致的早、晚期白細胞減少的風險。ZHU 等[27]研究顯示，在196 例野生型（C/C）患者中，25 例（12.8%）出現了白細胞減少癥；在53 例雜合型（C/T）患者中，36 例（67.9%）出現了白細胞減少癥；而純合型（T/T）的4 例患者除患有早期白細胞減少癥（＜4 周）之外，還出現嚴重脫發(fā)的癥狀，證實了NUDT15 R139C 與白細胞減少癥的關系[（95% CI： 5.89，19.83），P=0.000]。ASADA 等[28]在對246 例日本IBD 患者的研究中發(fā)現，45 例（27.9%）出現白細胞減少（WBC＜3 000/μl），C/T 和T/T 基因型與白細胞減少有顯著相關性（P=0.000），且NUDT15基因突變與6-MP 在維持治療過程中所誘導的白細胞降低有密切關系。KAKUTA 等[13]研究對2 630 例IBD 患者進行NUDT15基因分型，結果顯示NUDT15與白細胞減少癥和脫發(fā)有關，并且NUDT15雙倍型的基因型預測白細胞減少（WBC＜3 000/μl）的AUC 為0.722。證實了NUDT15基因分型對IBD 患者急性嚴重白細胞減少等不良反應有著可靠的預測性。但探究NUDT15基因多態(tài)性與IBD患者藥物耐受性的研究較少，CHAO等[29]在中國人群的研究中顯示，野生型（C/C）患者的AZA耐受劑量要明顯高于雜合型（C/T）和純合型（T/T），建議純合型（T/T）IBD 患者應避免或低劑量使用硫嘌呤藥物治療，而對于野生型（C/C）患者則可給予正常劑量藥物進行治療。SATO 等[30]、KAKUTA 等[31]在日本人群的研究中也得到了相似結論。而ASADA 等[28]的研究雖然顯示3 種不同基因型IBD 患者對AZA的藥物耐受劑量不同，但3 種患者之間并無較大差異。

5 NUDT15 基因多態(tài)性在其他疾病中的研究

巰嘌呤類藥物雖然也可用于器官移植后繼續(xù)免疫抑制治療和系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus,SLE）等免疫系統(tǒng)疾病中，但近年來與NUDT15基因多態(tài)性相關的研究較少。SAIDA 等[32]研究顯示，患者腎移植后接受AZA 代替霉酚酸酯治療4 d 后，出現粒細胞缺乏癥和嚴重脫發(fā)，對患者進行基因檢測顯示為NUDT15純合子多態(tài)性。但該研究為個案分析，有待未來進一步增加病例數獲得更有力的研究支持。

6 展望

巰嘌呤藥物在治療ALL、IBD 等疾病中發(fā)揮著重要作用。但在亞洲人群中，NUDT15基因多態(tài)性與巰嘌呤藥物耐受性及其所致不良反應之間存在著密切關系，并且T 等位基因的突變使白細胞減少的風險大大增加。建議在臨床用藥前對患者進行基因突變位點檢測以指導巰嘌呤藥物用量，對于純合型（T/T）患者應避免或低劑量使用硫嘌呤藥物治療。但現有研究主要集中在ALL、IBD 中，且研究的樣本量偏小、多為單中心，主要分布在東亞國家和地區(qū)，國內僅有個案報道在ALL 人群的研究，并且只有1 項研究對比了不同人種NUDT15基因突變頻率[24]。未來仍需關于NUDT15多態(tài)性與巰嘌呤類藥物耐受性及其所致白細胞減少的多中心大樣本量臨床實驗研究對其進行進一步探索，以明確NUDT15基因與巰嘌呤藥物耐受性之間的關系，為臨床醫(yī)師對患者實現個體化、安全用藥提供參考數據，為保障臨床合理用藥提供科學數據支持。