甲氨蝶呤治療銀屑病的藥物基因組學文獻分析*

王蘭，楊繼章，張小寧，毛乾泰，艾超

(1.清華大學附屬北京清華長庚醫(yī)院/清華大學臨床醫(yī)學院藥學部，北京 102218；2.清華大學醫(yī)學院，北京 100084)

銀屑病是一種具有強烈遺傳傾向的炎癥性增生性皮膚病，盡管銀屑病主要局限于皮膚，但高達25%的患者患有相關(guān)的關(guān)節(jié)病[1]，且該癥與患者心血管死亡風險增加相關(guān)[2]。研究證實，銀屑病可對受影響者造成嚴重的社會心理疾病，并與其生活質(zhì)量受損有關(guān)[3]。雖然目前有多種治療銀屑病的有效方法，但患者個體對治療的反應(yīng)卻表現(xiàn)不一[4]?；颊邔傩?如年齡、性別、身高、體質(zhì)量、種族、飲食和基因組學)對于精準診斷、治療和監(jiān)測至關(guān)重要，該領(lǐng)域的研究將有助于通過識別患者屬性來提高藥物治療的成功率，降低醫(yī)療的成本[5]。然而，相較于指數(shù)級增長的銀屑病遺傳易感性研究，有關(guān)該癥治療藥物的遺傳學研究則非常有限[6]。

甲氨蝶呤(methotrexate，MTX)于1971年由美國食品藥品管理局(FDA)正式批準用于銀屑病的治療，因其療效肯定，目前仍是公認的大多數(shù)中、重度銀屑病患者的一線治療藥物，但MTX可引起相關(guān)不良反應(yīng)，包括輕度和(或)自限性不良反應(yīng)(如口腔潰瘍、胃腸不耐受)和嚴重的不良反應(yīng)(如骨髓抑制、肝毒性和肺毒性)[7]，約30%患者因肝毒性而中止MTX治療[8]，且臨床目前無法對MTX治療銀屑病的療效和不良反應(yīng)進行準確預(yù)測，使該藥的應(yīng)用受到一定的限制。藥物基因組學可解釋人群中20%～95%的藥物治療差異，關(guān)于MTX治療銀屑病的相關(guān)研究強調(diào)了藥物基因組學在MTX藥物治療方案療效和安全性個體差異分析中的意義[9]?，F(xiàn)有研究多局限于與MTX代謝相關(guān)的基因功能性單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)小規(guī)?；仡櫺圆±龑φ昭芯浚乙試庋芯烤佣?。由于種族差異，現(xiàn)有研究的結(jié)論不一定適用于我國患者，因而有必要加快發(fā)展我國銀屑病治療藥物的基因組學研究?；诖耍狙芯坎捎梦墨I計量學中引文分析的方法[10]，以中國知網(wǎng)、萬方、維普和Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫等中英文數(shù)據(jù)庫為資料來源，匯總2000—2019年發(fā)表的MTX治療銀屑病安全性及有效性的藥物基因組學相關(guān)文獻[11-44]，就該領(lǐng)域研究概況、發(fā)展動向等進行回顧性分析，以期為MTX的個體化應(yīng)用及相關(guān)藥物基因組學研究提供參考。

1 資料與方法

檢索Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫(包括SCI-EXPANDED、SSCI、A&HCL、CPCI-S、CPCI-SSH、ESCI、CCR-EXPANDED及IC)獲得外文文獻數(shù)據(jù)，檢索中國知網(wǎng)、萬方、維普數(shù)據(jù)庫獲得中文文獻數(shù)據(jù)。文獻納入標準：Web of ScienceTM核心合集數(shù)據(jù)庫采用主題詞檢索，檢索詞為“TS=(Psoriasis AND methotrexate AND pharmacogenomics)or TS=(Psoriasis AND methotrexate AND gene)”；中國知網(wǎng)、萬方、維普數(shù)據(jù)庫采用高級檢索，檢索詞為主題=“銀屑病”并且“甲氨蝶呤”并且“基因”或主題=“銀屑病”并且“甲氨蝶呤”并且“藥物基因組學”。檢索時限均為2000年1月1日—2019年12月31日。不同數(shù)據(jù)庫相同題目、作者及動物實驗、細胞學實驗的研究文獻除外。本研究分別從文獻出版年份、文獻類型、發(fā)表機構(gòu)、國家及地區(qū)分布、被引情況等方面利用WPS 2019版對數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計分析。采用雙人文獻檢索、錄入、統(tǒng)計，以確保數(shù)據(jù)客觀準確。

2 結(jié)果

2.1文獻發(fā)表年份及發(fā)表機構(gòu) 2000—2019年，Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫收錄有關(guān)MTX治療銀屑病的藥物基因組學研究外文文獻共76篇，其中有效文獻31篇，年均發(fā)表1.55篇；同期中文文獻44篇，其中有效文獻8篇，年均發(fā)表0.40篇，見表1。

表1 2000—2019年MTX治療銀屑病的藥物基因組學相關(guān)文獻的發(fā)表數(shù)量

外文文獻的發(fā)布機構(gòu)以高?？蒲性核鶠橹鳎舶l(fā)表16篇，發(fā)表量占比51.61%；其次是醫(yī)院、公司，分別發(fā)表11，4篇。中文文獻的發(fā)布機構(gòu)主要為高?？蒲性核歪t(yī)院，各發(fā)表4篇，未見以公司為發(fā)表機構(gòu)的中文文獻發(fā)表。

2.2文獻發(fā)表國家及文獻引用頻率 對納入文獻總被引頻次排序前10位的高被引頻次文獻的發(fā)表國家及其被引頻次、發(fā)表量等參數(shù)進行了統(tǒng)計，結(jié)果見表2。2000—2019年，全球共有26個國家于Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫收錄的相關(guān)期刊上發(fā)表研究文獻，英國、美國、加拿大和中國針對MTX治療銀屑病藥物基因組學的研究最為活躍，英國、愛爾蘭、加拿大學者發(fā)表文獻的總被引頻次位列前三，中國學者于Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫共發(fā)表3篇，分別來自河北師范大學(2017年)、復(fù)旦大學附屬華山醫(yī)院(2017，2019年)，總被引8次，年均被引2.50次。

總被引頻次排名前10位的文獻中，4篇[15，17-18，20]刊登在British Journal of Dermatology，2篇[15，17-18，20]刊登在Journal of Investigative Dermatology；英國學者發(fā)表研究的文獻有5篇[12-13，15，17，20]，其中研究學者Warren RB發(fā)表的文獻有3篇[10，17，20]，總被引頻次共147次，見表3(影響因子數(shù)據(jù)來自第2018版Journal Citation Reports)。同期國內(nèi)中文研究文獻較少，其所在數(shù)據(jù)庫雖有進行被引頻次的相關(guān)統(tǒng)計，但由于研究者及其研究機構(gòu)的地域局限性，文獻的國際影響力有限。

表2 2000—2019年Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫中高被引頻次文獻的發(fā)表國家、被引頻次及發(fā)表量統(tǒng)計(前10位)

表3 2000—2019年Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫中高被引頻次文獻的基本信息(前10位)

2.3研究方向與內(nèi)容 Web of ScienceTM核心數(shù)據(jù)庫的有效文獻中，主要涉及磷酸三腺苷(ATP)結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白編碼基因(ABCC1、ABCG2)，腺苷受體A2a(adenosine receptor A2A，ADORA2a)編碼基因，溶質(zhì)載體家族19A1(solute carrier family 19a1，SLC19A1)編碼基因，亞甲基四氫葉酸還原酶(methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)編碼基因，胸苷酸合成酶(thymidylate synthase，TYMS)編碼基因，5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸甲酰轉(zhuǎn)移酶/次黃嘌呤核苷酸環(huán)水解酶(5-aminoimidazole-4-formamide ribonucleotide formyltransferase / hypoxanthine nucleotide cyclase，ATIC)編碼基因，二氫葉酸還原酶(dihydrofolate reductase，DHFR)編碼基因、肌動蛋白α2基因編碼基因(ACTA2)，Ⅰ型膠原α1鏈基因(type I collagen α 1-strand gene，COL1A1)編碼基因，細胞色素P450家族2亞家族(cytochrome P450family 2 subfamily，CYP2E1)編碼基因等。國內(nèi)數(shù)據(jù)的有效文獻中，除MTHFR基因多態(tài)性與MTX藥物療效與毒副反應(yīng)的相關(guān)性研究外，鮮少涉及其他相關(guān)位點。MTX藥物基因組學涉及基因多態(tài)性的相關(guān)信息統(tǒng)計見表4，SLC19A1、ADORA2a、MTHFR、ATIC等基因多態(tài)性影響MTX治療銀屑病安全性，ABCC1、TYMS等基因多態(tài)性可影響MTX治療銀屑病安全性和有效性。

表4 MTX藥物基因組學研究中涉及的基因信息

3 討論

3.1MTX治療銀屑病安全性及有效性的相關(guān)藥物基因?qū)W

3.1.1SLC19A1與SLC19A1基因 SLC19A1是一種藥物轉(zhuǎn)運體，轉(zhuǎn)運葉酸和MTX等進入細胞。有研究指出，編碼SLC19A1的SLC19A1基因rs1051266位點多態(tài)性可能影響MTX的安全性，但對MTX的有效性并無明顯影響：攜帶SLC19A1基因rs1051266位點A突變等位基因?qū)TX應(yīng)答者和無應(yīng)答者之間的MTX有效性沒有顯著影響；但在發(fā)生ADR患者中，rs1051266位點A等位基因更為常見(P<0.025)；且在因不可耐受MTX毒副作用而停止藥物治療的患者中，SLC19A1基因rs1051266位點A等位基因的頻率顯著高于G等位基因(P<0.048)。此外該研究指出，任何SLC19A1變異基因型(GA或AA型)與停止使用MTX治療銀屑病的風險增加顯著相關(guān)[OR=2.40，95%CI(1.21，4.75)，P=0.01][13]。這與隨后的銀屑病、類風濕關(guān)節(jié)炎的相關(guān)研究結(jié)果一致，即編碼RFC-1藥物轉(zhuǎn)運體的SLC19A1基因rs1051266位點GA型或AA型與患者MTX毒性增加的風險相關(guān)[OR=3.574，95%CI(1.10，12.00)；P=0.039)[28-29]。由此可見，與GG型患者比較，SLC19A1基因rs1051266位點GA、AA型銀屑病患者使用MTX治療可能存在更高的毒性發(fā)生風險。

3.1.2ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體與ABCC1、ABCG2基因 ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體為一種跨膜蛋白，可利用ATP水解能跨膜轉(zhuǎn)運以及RNA翻譯、DNA修復(fù)等非轉(zhuǎn)運過程將MTX主動轉(zhuǎn)運出細胞外，從而影響MTX的安全性和有效性，相關(guān)基因主要包括ABCC1和ABCG2。ABCC1基因rs246240位點AA型、rs3784862位點AA型、rs2238476位點GG型(均為突變型)可能增加患者MTX毒性，其中ABCC1基因rs2238476位點GG型為獨立關(guān)聯(lián)因素(P=0.01)[12]。此外，ABCC1基因rs35592位點TT型、rs2238476位點GG型、rs28364006位點GG型及ABCG2基因rs13120400位點CC型、rs17731538位點GG型(均為突變型)患者可能具有更高的MTX有效率，其中ABCC1基因rs35592位點TT型與ABCG2基因rs17731538位點GG型與患者MTX臨床療效的提升最為相關(guān)[OR=2.20，95%CI(1.20，4.10)，P=0.005；OR=2.10，95%CI(1.10，3.70)，P=0.01][12]。

3.1.3TYMS與TYMS基因 TYMS是細胞增殖必需的關(guān)鍵酶，也是MTX作用靶點[13，22]。TYMS基因5′端非編碼序列的啟動子增強子區(qū)域具有基因多態(tài)性，該區(qū)域包含多個串聯(lián)重復(fù)序列，其中rs34743033位點可能影響MTX治療銀屑病的安全性和有效性，rs34489327位點可能影響MTX治療銀屑病的安全性。在未行葉酸補充時，服用MTX發(fā)生總不良事件(P=0.002 5)、肝毒性(P=0.015)或有癥狀的藥物副作用(P=0.0034)的患者中，TYMS基因rs34743033位點G等位基因的頻率明顯更高，其中GG型患者發(fā)生不良事件的風險較野生型患者增加13倍[13]；此外，在對MTX無應(yīng)答的銀屑病患者中，TYMS基因rs34743033位點G突變等位基因的頻率顯著高于對MTX應(yīng)答的患者(P=0.029)，且該型患者MTX治療反應(yīng)率約為野生型患者的25%，1個或2個G等位基因的存在可顯著降低MTX的有效性[OR=2.96，95%CI(0.96，9.06)，P=0.048)。已有研究發(fā)現(xiàn)，TYMS基因rs34743033位點GG型患者的MTX毒性增加的風險可能與如下因素有關(guān)：該基因純合突變可導(dǎo)致TYMS轉(zhuǎn)錄和(或)翻譯活性增強以及TYMS酶底物(5，10-亞甲基四氫葉酸)耗竭，而5，10-亞甲基四氫葉酸是同型半胱氨酸甲基化的必需底物[22，30]，由于代謝底物的缺乏導(dǎo)致同型半胱氨酸代謝異常，引起分子水平氧化還原失衡和氧化應(yīng)激，造成蛋白質(zhì)、核酸和碳水化合物氧化和脂質(zhì)過氧化加劇，最終誘發(fā)細胞毒性[31-32]。

3.1.4ATIC與ATIC基因 ATIC為5-氨基咪唑-4-甲酰胺核糖核苷酸甲酰轉(zhuǎn)移酶/次黃嘌呤核苷酸環(huán)水解酶，是嘌呤從頭合成環(huán)節(jié)中的最后1個酶，也是MTX作用的靶點[33]。MTX可通過抑制ATIC酶活性導(dǎo)致腺苷積聚進而發(fā)揮強力的抗炎作用，但同時由于抑制ATIC酶活性導(dǎo)致嘌呤合成減少而產(chǎn)生毒性反應(yīng)，可見該酶與MTX的療效和毒性密切相關(guān)[9]。從理論上而言，ATIC基因rs2372536位點多態(tài)性可影響MTX的安全性及有效性，但現(xiàn)有文獻指出，該位點突變等位基因G的頻率在銀屑病患者MTX應(yīng)答者與無應(yīng)答者差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)[13，17]，但在停止MTX治療的銀屑病患者中，G等位基因的頻率卻顯著增加(P=0.038)，且GG型患者由于不良反應(yīng)而停止MTX治療方案的風險較CC型患者增加了1.6倍[13]。這提示ATIC基因rs2372536位點多態(tài)性可能只與MTX的安全性有關(guān)。

3.1.5ADORA2a與ADORA2a基因 腺苷受體包括2種亞型，ADORA1和ADORA2a，均為MTX的作用靶點[34]。雖有研究證實，ADORA2a基因多態(tài)性與MTX廣泛的抗炎作用有關(guān)，即MTX治療銀屑的關(guān)鍵抗炎機制是腺苷釋放，而這種釋放過程可能是由腺苷途徑中的腺苷受體所介導(dǎo)的[35]；但也有研究指出，銀屑病患者中ADORA2a基因多態(tài)性與MTX的有效性無關(guān)，攜帶ADORA2a基因rs5760410位點G突變等位基因的患者使用MTX可能會增加毒副反應(yīng)發(fā)生的風險(P=0.03)[12]，與攜帶ADORA2a基因rs5760410位點G等位基因應(yīng)用MTX治療類風濕關(guān)節(jié)炎患者發(fā)生ADR的風險增加有關(guān)的結(jié)論一致[OR=3.07，95%CI(1.20，8.70)，P=0.01][34]。

3.1.6MTHFR與MTHFR基因 MTHFR是參與葉酸代謝途徑的重要調(diào)節(jié)酶，可催化5，10-亞甲基四氫葉酸轉(zhuǎn)化為5-甲基四氫葉酸，為同型半胱氨酸甲基化形成甲硫氨酸提供底物，目前MTHFR基因rs1801133、rs1801131位點是MTX治療銀屑病安全性和有效性的藥物基因組學研究熱點之一[13，15，17，20-22]。有研究指出，銀屑病患者MTHFR基因rs1801133、rs1801131各基因型頻率在使用MTX應(yīng)答者和無應(yīng)答者之間均無顯著性差異，且rs1801133位點T突變等位基因與MTX安全性及有效性均無關(guān)[13]，這一研究結(jié)論與MTX治療類風濕關(guān)節(jié)炎的MTHFR基因多態(tài)性研究的結(jié)論基本一致[36-37]。但也有部分研究得出了不同的結(jié)論，如皮肖冰等[36]研究發(fā)現(xiàn)，rs1801133位點多態(tài)性與銀屑病發(fā)病和MTX療效無關(guān)，但與MTX治療后的不良反應(yīng)(如肝毒性等)有關(guān)，其中T突變等位基因是不良反應(yīng)發(fā)生的高危因素；也有研究表明，攜帶MTHFR基因rs1801131位點C突變等位基因的銀屑病患者和未補充葉酸的雙雜合型患者(MTHFR基因rs1801133位點CT型或MTHFR基因rs1801131位點AC型)更易發(fā)生肝毒性[13，37]。MTHFR基因多態(tài)性與MTX安全性與有效性相關(guān)性研究的結(jié)論矛盾可能歸因于樣本量小、研究缺乏效力等[37-38]。此外，結(jié)論矛盾還可能與以下2種理論機制相關(guān)：一方面，MTHFR基因多態(tài)性導(dǎo)致甲硫氨酸生成障礙，導(dǎo)致患者使用MTX后出現(xiàn)肝腎毒性等嚴重的毒性反應(yīng)；另一方面，MTHFR基因rs1801133位點CT、TT型可導(dǎo)致MTHFR酶活性下降40%～70%[39-40]，而MTHFR酶活性的降低可導(dǎo)致5，10-亞甲基四氫葉酸積蓄，可一定程度地中和MTX代謝消耗的四氫葉酸，從而防止不良反應(yīng)的發(fā)生[41]。

3.1.7DHFR與DHFR基因 DHFR為葉酸代謝途徑中的另一代謝酶，其可將二氫葉酸轉(zhuǎn)化為四氫葉酸，是細胞增殖必需的關(guān)鍵酶[42]。迄今唯一一項專為銀屑病關(guān)節(jié)炎患者進行的藥物基因組學研究發(fā)現(xiàn)，攜帶DHFR基因rs1232027位點A突變等位基因可提高MTX的有效性(P=0.02)[24]，可作為相關(guān)藥物基因組學研究的候選基因。

3.1.8其他藥物基因位點 纖維化相關(guān)基因ACTA2和COL1A1導(dǎo)致的瞬時細胞因子上調(diào)機制是典型創(chuàng)傷預(yù)后反應(yīng)的特征[43]。體外研究表明[19]，在MTX處理的3D打印肝組織中(包括原代肝細胞、肝星狀細胞和內(nèi)皮細胞)，ACTA2和COL1A1表達較未經(jīng)MTX處理的空白組增加了2～3倍，且ACTA2和COL1A1表達的變化進一步證實了MTX治療后體內(nèi)纖維化反應(yīng)的進展和藥物作用的濃度依賴性。為臨床研究MTX治療銀屑病導(dǎo)致肝纖維化的毒副反應(yīng)提供新的基因研究位點。

CYP負責多種內(nèi)源性和外源性物質(zhì)，尤其是藥物的代謝[26，44]。在關(guān)于MTX治療銀屑病的有限相關(guān)研究報道中，發(fā)現(xiàn)CYP在銀屑病患者的皮膚組織水平表達顯著增加，經(jīng)過MTX治療后，銀屑病臨床癥狀顯著改善[19]；同時研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用MTX治療銀屑病的患者中，CYP2E1水平下降與PASI評分改善之間存在顯著相關(guān)性[26]。由此可見，CYP家族基因多態(tài)性可能影響化療藥物代謝過程、藥物治療反應(yīng)甚至耐藥性[26，46-47]。

3.2MTX藥物基因組學研究思路啟發(fā) MTX在銀屑病藥物治療方案中的作用機制尚不完全清楚，依據(jù)國際遺傳藥理學數(shù)據(jù)庫(PharmGkb)藥物代謝通路及本文納入的藥物基因組學研究文獻，總結(jié)MTX體內(nèi)代謝途徑及作用機制可能為干擾葉酸和腺苷代謝途徑進而發(fā)揮藥理學效應(yīng)，即MTX通過SLC19A1轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)，由ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體(ABCC1、ABCG2)主動轉(zhuǎn)運至細胞外。轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi)的MTX可通過聚谷氨酸合成酶(FPGS)、谷氨酰胺水解酶(GGH)的作用生成多聚谷氨酸甲氨蝶呤(MTX-PG)，MTX-PG的積蓄程度可決定MTX的治療效果和毒性，并可通過葉酸代謝的細胞內(nèi)效應(yīng)影響MTHFR酶活性；影響MTX-PG積蓄程度的關(guān)鍵酶包括TYMS、DHFR、ATIC等，其中對MTX抑制強度最大的關(guān)鍵酶為ATIC酶，通過抑制由ATIC酶介導(dǎo)的將5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(AICAR)轉(zhuǎn)化為甲?；疉ICAR，后者可促進有效的抗炎介質(zhì)腺苷釋放，導(dǎo)致腺苷積聚進而發(fā)揮強力抗炎效應(yīng)[22]。由此可見，任何影響MTX吸收、分布、代謝、排泄的藥物代謝酶、轉(zhuǎn)運蛋白、受體或靶點等都可能影響藥物治療有效性及毒性。本文所納入的MTX相關(guān)蛋白組學研究思路均基于藥物代謝相關(guān)酶、轉(zhuǎn)運體及其編碼基因。筆者參考納入文獻繪制了MTX代謝主要酶、底物與藥物基因位點關(guān)系圖，見圖1。由圖1可見，編碼MTX轉(zhuǎn)運的轉(zhuǎn)運體(如RCF-1、ABCC1、ABCG2)以及代謝或受體酶、作用靶點(如MTHFR、TYMS、DHFR、ATIC等)編碼基因的多態(tài)性具有可能改變MTX的藥動學和藥效學特征，從而影響MTX的安全性和有效性，可一定程度解釋MTX治療銀屑病的個體差異。

圖1 MTX代謝相關(guān)的主要酶、底物與基因多態(tài)性

4 結(jié)束語

本文系統(tǒng)研究了近20年全球MTX治療銀屑病的藥物基因組學相關(guān)文獻。MTX轉(zhuǎn)運體編碼基因(SLC19A1、ABCC1、ABCG2)，代謝酶編碼基因(MTHFR、DHFR)，藥物靶點(TYMS、ATIC、ADORA2a)等基因的多態(tài)性可能影響MTX的安全性和有效性，一定程度解釋MTX治療銀屑病的個體差異。我國科研人員可積極關(guān)注高產(chǎn)作者研究成果，以本文研究為參考，加強學術(shù)交流與合作，借助基因檢測技術(shù)開展我國人群深入研究，提供臨床MTX個體化治療決策方案。