DPD缺乏症与5—FU毒性.doc

DPD缺乏症与5FU毒性国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期?l59?9SantosAeta1.ClinCancerRes,2000,6(5):20122020.1O()zdemirVeta1.Pharmacogenetics,2000,10(5):373388.11MacLeodSLeta1.ClinChemLabMed,2000,38(9):883887.12YamaguchiKeta1.JpnJCancerRes,2001,92(3):337342.13MorrisonGBeta1.OncologyNursingForum,1997,24(1):8388.14JohnsonMReta1.ClinCancerRes,1999,5(8):20062011.15VanKuilenburgABet.HumGenet,1999,104(1):1-9.16AllegraCJ.ClinCancerRes,1999,5(8):19471949.17ChazalMeta1.ClinCancerRes,1996,2(3):507510.MilanoGeta1.BrJCancer,1999,79(34):627-630.TukeyRH,StrassburgCP.AnnuRevPharmacoiToxicoi,2000,40:581616.RougierPeta1.Lancet,1998,352(9138):14071412.GuptaEeta1.JClinOncol.1997,15(4):15021510.IyerLeta1.JClinInvestig,1998,101(4)l847-854.AndoYeta1.Aan0ncol,1998,9(8):845847.AndoYeta1.CancerRes,2000,60(24):6921-6926.BeutlerEeta1.ProcNatlAcadSciUSA,1998,95(14):81708174.DPD缺乏症与5一FU毒性马韬综述朱正纲审校(上海第二医科大学附属瑞金医院外科上海市消化外科研究所,上海200025)摘要:5-FU是临床应用最广泛的化疗药物之一,二氢嘧啶脱氢酶(DPD)是其分解代谢的限速酶,近来不少研究报道DPD活性部分或完全缺乏可导致严重甚至致死的5一FU毒性,并已明确其分子遗传学基础为DPYD基因突变.由于DPD活性缺乏症者约占人群的3,应当引起足够重视.本文综述了近年来对这一药物遗传病的基础和临床研究进展.关键词:DPD缺乏症;5-FU毒性;基因突变;药物遗传病中图分类号:R394.6文献标识码:A文章编号:10011048(2003)03015905抗代谢药5一氟尿嘧啶(5一FU)是治疗胃肠道,乳腺及头颈部癌等实体瘤的常用药物之一,其毒性主要包括WH0I级的胃肠道反应,口腔粘膜炎及骨髓抑制等,病人多能耐受.但近十余年来,不断有报道表明,5-FU分解代谢的限速酶二氢嘧啶脱氢酶(dihydropyrimidinedehydr0genase,DPD)活性缺乏者,在接受常规剂量的5-FU化疗时产生严重毒性,尽管大部分病人在停药后可逐渐恢复,但也有因毒性过大而死亡者.进一步研究显示,DPD活性缺乏系因其编码基因DPYD突变所致,并表现为家族遗传性.下面就这一药物遗传病的药理学基础,临床特征和分子遗传学研究等方面作一综述.1DPD在5一FU代谢中的作用5-FU在体内的代谢过程十分复杂,大致可分为合成和分解两方面.合成代谢:5-FU结构类似尿嘧啶,在体内须转化为相应的核苷酸类似物才能发挥细胞毒作用,其主要机制为转化为FdUMP,后者与胸苷酸合成酶(TS),5,10一亚甲基四氢叶酸(5,收稿日期:20.2l(一24作者简介:马韬tl975一),男.在读博士研究生10一CHFH)形成三联复合物并抑制TS,阻碍dTMP的从头合成;并以FdUTP或FUTP的形式掺人到DNA或RNA分子中,破坏其结构和功能.分解代谢:5一FU,尿嘧啶和胸腺嘧啶的分解系经3个相同的酶催化步骤完成.DPD是嘧啶类分解代谢的起始和限速酶,在辅基NADPH的参与下,将5-FU还原为二氢氟尿嘧啶(FUH2);再经二氢嘧啶酶打开环状结构,产生5一氟一f.酰脲丙酸(FUPA);最后在f-丙氨酸合成酶催化下,形成5一氟一f-丙氨酸(FBAL)经肾脏排出体外(图1)L1.5-FU进人体内后,80以上在肝脏和其他组织中分解,而决定5-FU细胞毒性的合成代谢只占极少比例,研究显示5-FU的合成和分解之间存在着精细的平衡机制,其中分解代谢占主导地位.作为5-FU分解过程的关键酶,DPD活性高低直接决定了5一FU进入合成代谢和产生核苷酸类似物的量,药代动力学研究也显示,DPD活性缺乏可导致5-FU体内清除受阻,半衰期显着延长,分解减弱而合成增加,细胞毒性也相应增强2叫j.?16O?国外医学遗传学分册2OO3年第26卷第3期一下分解代谢图1DPD在5一FU代谢中的作用2DPD缺乏症的临床特征DPD缺乏症包括两种亚型,一型出生后即发病,表现为先天性畸形,精神发育迟滞和癫痫发作等;另一型即本文所讨论的药物遗传病,平时无任何症状,仅在接受含5一FU的化疗时产生异常严重的毒性5.1985年,Tuchman等首次报道1例乳腺癌病人在接受常规剂量的5-FU化疗后,发生了严重的腹泻,骨髓抑制和神经毒性,病人很快出现神志模糊乃至半昏迷,停药后数月才逐渐缓解.虽未直接测量DPD活性,但该病人及其同胞血,尿中的嘧啶含量异常升高,强烈提示DPD活性缺乏6.Diasio等又于1988年报道了第2例5一FU化疗后发生严重毒性的病人,其外周血单个核细胞中的DPD活性(PMNCDPD)完全缺乏,以致5一FU几乎全部以原形自尿中排出,对其家系的研究则显示DPD缺乏症符合常染色体隐性遗传方式.此后,有越来越多的文献报道DPD活性部分或完全缺乏是产生5-FU异常毒性的主要原因,并呈现家族遗传性.DPD缺乏症者在接受5一FU化疗后产生的毒性仍以骨髓抑制和胃肠道反应为主,但程度较酶活性正常者严重得多,往往达wHON级,即使减少5一FU用量也难以避免;而且不受给药方法和途径的影响,无论5一FU是单药还是联合治疗,静脉持续输注还是快速滴注,全身还是局部用药,均可能导致严重毒性.另一特点是神经毒性相对多见,Milano等发现11例DPD活性缺乏者中有7例发生神经毒性(63.6),并有2例死亡7.典型者表现为小脑性共济失调和脑病,病人的神经症状初起时可能较为轻微,但常于数小时或数日内发作癫痫或陷入昏迷状态8,而也有用药3个周期后症状才加重者.,病人血,尿及脑脊液中的5-FU浓度明显升高,CT或MRI检查还可发现脑白质的脱髓鞘改变8J.所幸5FU的神经毒性停药后常自行缓解,近来又有报道静脉输注胸苷可显着改善神经症状g.DPD缺乏症的确诊有赖于酶活性的检测,DPD活性在肝脏和外周血单个核细胞中最高,在其他组织中也有分布.由于PMNCDPD与肝DPD活性之间存在显着相关性,且取材方便,常以前者作为体内DPD活性的标志1.对健康人群1.和肿瘤病人1.J4的普查均显示PMNCDPD活性大致呈正态分布,但个体间差异很大,达721倍,并发现DPD活性部分缺乏(约占人群中的35)即可引起严重的5-FU毒性.由于5一FU是最常用的抗癌药物之一,可以预测相当一部分病人用药后存在发生严重毒性的风险,因而有必要于化疗前先行测定PMNC-DPD活性以决定是否使用该药或调整剂量1引.3DPD缺乏症的分子遗传学研究3.1DPYDDPD的分子结构特点人类DPYD基因定位于lp22,全长约950kb,其中编码基因约3kb,含23个外显子1引.编码的DPD酶也已被纯化,由两个相同亚单位构成的同二聚体,每个亚单位分子量为111kDa,由1025个氨基酸组成,并含有若干个氧化还原辅基的结合位点,包括FAD,FMN,以及氨基端和羧基端各2个4Fe一4s簇.酶动力学研究显示DPD通过非经典性的两位点”pingpong”机制发挥作用:即以两个不同位点分别与底物NADPH/NADP和嘧啶(尿嘧啶,胸腺嘧啶和5一FU)结合,NADPH作为供氢体还原FAD后,电子经4Fe一4s簇传递至FMN,继而嘧啶被还原1”.此外,DPD还是一种进化上相对保守的酶,将牛DPD酶的氨基酸序列与猪和人比较,分别显示了93和92的同源性;而对5种哺乳动物(包括人,猪,牛,大鼠和小鼠)和两种无脊椎动物的DPDeDNA进行比较发现,该酶重要功能域的编码基因也具有高度的一致性1.DPD的分子拓扑学模式见图2L州.国外医学遗传学分册2003年第z6卷第3期?161?篓豪妻量一NADPll5IU/尿唾啶圈2DPD的分子拓扑学模式:显示单个亚单位上FAD,FMN,4个4Fe-4S簇(一),以及底物NADPH和5一FU/尿嘧啶的结合位点3.2DPD缺乏症的分子遗传学基础DPYD基因突变人类DPYD基因的克隆和测序为阐明DPD缺乏症的分子遗传学提供了基础,迄今已发现近2O种基因突变与这一药物遗传病有关,现分类介绍如下:3.2.1剪切位点突变1996年,Wei等对一个DPD缺乏症家系的DPYD基因测序后发现,第14内含子5端剪切识别位点处的特定序列GT突变为AT(IVS14+1GA),以致在前mRNA剪接过程中不能识别该位点而丢失上游的第14外显子(165bp),产生的DPD酶也因缺少其编码的55个氨基酸(581635)而丧失了活性1.IVS14+1GA是该药物遗传病最常见的突变,两项对DPD缺乏症病人的基因型分析显示其发生率分别为64(14/22)和43(6/14)Is们;晚近有人对1357名正常高加索人进行了DPYD基因型分析以检测这一突变,发现其等位基因频率为0.91,使用HardyWeinburg平衡,估计IVSI4+1GA杂合子频率高达1.8%,而纯合子频率约为0.012,因此提出在5一FU化疗前除测定DPD活性外,尚应注意有无IVS14+1GA突变u.3.2.2错义突变现已发现十余种DPYD错义突变可能引起DPD缺乏症,其中有些突变引起的氨基酸改变位于DPD的重要功能域内,如V335I发生于NADPH的结合位点内,又如D949V和V995F靠近羧基端的4Fe一4s3簇,C29R,M166V毗邻氨基端的4Fe一4s簇,可干扰FAD向FMN的电子传递,并直接影响DPD活性;还有些突变$534N,V732I,R235w等虽不在功能域内,但所处位置属DPD的进化保守序列,以致破坏酶结构和功能的完整性,产生DPD缺乏表型其他突变Vreken等于1997年先后报道了295298delTCAT和1897delC两个移码突变,结果均使终止密码提前出现于5一FU/尿嘧啶结合位点的编码区之前,产生截短且无活性的蛋白产物L2黯;Kouwaki等则在1例因DPD活性极度缺乏引起严重5一FU毒性的病人中,发现DPDcDNA第1156位的碱基G颠换为T,导致无义突变,产生仅含385个氨基酸残基的无活性蛋白产物2们;晚近,更有人发现13号内含子突变C39T与$534N位于同一个等位基因上,其共同作用可能干扰DPYD基因表达并影响DPD酶活性乜引.由于将近20种DPYD基因突变与DPD缺乏症有关,现已对其进行了系统的命名2,但不断有新的突变被发现,下表将其一并列出.表与DPD缺乏症有关的DPYD基因突变注:EX一外显子;IVS一内含子?162?国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期3.3遗传方式关于DPD缺乏症的遗传方式目前存在争议,在Diasio等1988年报道的DPD缺乏症家系中,先证者的DPD活性完全缺乏,而其两个子女均为部分缺乏,故认为这一药物遗传病呈常染色体隐性遗传方式4;但此后进行的基因型分析却发现,先证者为DPYD2A和DPYD13的复合杂合子基因型,她的两个子女则分别携带等位基因DPYD2A和DPYD13,强烈提示呈常染色体共显性遗传方式2.目前的意见也倾向于后者,有研究证实DPYD2A等位基因杂合子突变即可引起DPD活性显着降低,而纯合子突变则表现为活性完全缺乏2.但仍有人持不同看法,Ridge等通过对226名高加索人的DPYD基因型分析发现,DPYD5A和DPYD.6在人群中的等位基因频率分别为28和5.8,单个杂合子突变与DPD活性无关;但其中有3例DPD活性部分缺乏者,2例为DPYD5A和DPYD6的复合杂合子基因型,另1例为DPYD5A杂合子和DPYD6纯合子基因型,说明系多个突变的积累共同导致了DPD缺乏表型D4.对于DPD缺乏症遗传方式意见的分歧,究竟系研究方法的差异所致,还是确有多种遗传方式并存,有待进一步研究证实.3.4基因型和表型尽管已明确DPD缺乏症的分子基础为DPYD基因突变,但也有研究表明不同个体中,相同的DPYD突变对DPD酶活性和5-FU毒性的影响可能不同.如错义突变DPYD9A可引起DPD活性降低及严重5-FU毒性,应用大肠杆菌表达系统也证实这一突变可导致翻译产生的DPD酶活性完全缺乏2鹊;而CollieDuguid等的研究却表明DPYD9A在人群中的发生率高达33.8,属单核苷酸多态性,且与DPD活性无关,并报道2例DPYD9A纯合子突变基因型的个体表现为正常的PMNCDPD活性.同一作者还报道23例DPD活性缺乏者中仅4例存在DPYD基因突变(17),因而认为DPD缺乏症的基因型和表型之间缺乏相关性2.VanKuilenburg等则发现在5一FU治疗后发生严重毒性的病人中,PMNCDPD活性缺乏者仅占59,而后者中又只有57具有DPYD突变的基因型,这一结论更增加了DPD缺乏症基因型和表型问关系的复杂性.造成基因型与表型不一致的原因很多.首先.DPD缺乏症可能表现为多种遗传方式.并有其他DPYD突变目前尚未发现.其次,DPD活性的调节机制十分复杂,Harris等发现DPD活性呈24小时周期性变化,约在凌晨1时达高峰,13时左右降至谷底,其最大值约为最小值的2倍;5-FU血浆浓度也随DPD活性周期性变化,但趋势恰恰相反,24小时内变化可达4.8倍3.,其他因素诸如泛素一蛋白酶体途径的翻译后调节1.,5-FU的反馈作用3妇等,均使准确测量DPD活性的难度增加.第三,尽管PMNCDPD与肝DPD活性之间存在明显的线性相关,但相关性较弱1,仅凭测定PMNCDPD活性可能不足以准确反映体内5-FU的清除,而晚近进行的一项NONMEM分析也表明,除PMNCDPD活性外,尚有其他因素影响5-FU代谢,如高龄,血清碱性磷酸酶水平和用药时间等.而VanKuilenburg等更指出该方法本身即存在缺陷,5-FU化疗引起的粒细胞减少及粒一单核细胞集落刺激因子均可促使骨髓释放粒细胞,并在PMNC的分离过程中造成污染,由于前者的DPD活性约为后者的一半,可导致测得值偏低口.4前景与展望作为一种与5-FU代谢有关的药物遗传病,DPD缺乏症已引起相当重视.目前的研究焦点主要集中在该药物遗传病基因型和表型的相互关系上,近年兴起的基因微阵列(microarray)和基因芯片技术有可能成为解决这一问题的重要途径.此外还需发展更为准确,简便,快捷地测定DPD活性的方法以指导临床化疗,从而避免严重5一FU毒性的发生.参考文献1MattlsonLKeta1.Pharmacogenomics,2002,3【4):485492.2JMaringJGela1.BrJCancer,2002,86:i028一i033.E3EtienneMCela1.EurJCancer.1998,34(i):9297.4DiasioRBela1.JClinInvest.1988,8i:475i.E5VanKuilenburgABPeta1.HumGenet.1999,104:1-9.6TuchmanMela1.NEngJMed,1985.313:245249.7MilanoGela1.BritishJCancer,1998.79(3/4):627630.8St6phanFela1.AmericanJMed,1995,99:685688.9TakimotoCHa1.ClinCancerRes.1996,2:477481.10JohnsonMRela1.CllnCancerRes.1999.3:2006201i.iiChazalMela1.CIinCancerRes,1996.23):507516.12Luzrfa1.CancerRes.1993,53:54335438.i3EtienneMCa1.Jclinonco1.1994,l2(1i):22.182253.r14RidgeSAela1.BrJClinPharmaco1.1998.16:15116.153WeiX,a1.Genomics.1998.51:391400163Hagel1WRela1.EurJBiochem.200(J.267:36403646.国外医学遗传学分册2003年第26卷第3期?163?MattisonLKela1.Pharmaeogeneties,2002?l2:133一l44.AIbinNeta1.DNASeq,1996,6:243250.WeiXn.JClinInvest,l996,98(3)610-615.VanKuilenburgABPeta1.ClinCancerRes,2000,6:47054712.VanKuilenburgABPela1.ClinCancerRes,2001,7:l149一ll53.VrekenPeta1.HumGenet,l997,l00:263265.VrekenPeta1.JInherMetabDis,l997,20:333338.KouwakiMeta1.ClinCaneerRes,l998,4(12):29993004.CollieDuguidESela1.Pharmaeogeneties.2000,i0(3):217-ZZ3.263MeleodHLeta1.Pharmaeogenetlcs,1998,8(6):455459.27JohnsonMRela1.ClinCancerRes,2002,8:768774.z83VanKuilenburgABPe/a1.EurJCancer,1997;33(13)22582264.293VrekenPela1.HumGenet,l997,i01:333338.3o3HarrisBEeta1.CancerResearch,l990,50:l97201.31MeleodHLeta1.EurJCancer,l998,34:l623一l627.32VanKuilenburgABPeta1.ClinChemistry,2000,46(1):9】7.TGF一13/Smads信号转导途径与肿瘤发生发展的研究进展申景岭张小玲综述傅松滨审校(哈尔滨医科大学遗传学与细胞生物学教研室,黑龙江哈尔滨150086)摘要:TGFp信号途径在发育和生长过程中的重要作用,与肿瘤发生的发展有密切关系.在TGFp信号转导通路中任何一个环节的变化,都会导致信号转导通路的异常.Smad蛋白异常表达使TGF一/3诱导凋亡的能力提高.TGF在G期中发挥它调节细胞周期的作用.TGFp和肿瘤的转移有密切关系.TGF一/3/Smads途径能够诱导生长抑制和凋亡反应,这一途径细胞间的组分失活将会导致肿瘤的发生.在肿瘤发生的始动阶段肿瘤细胞中TGFp受体的瞬时下调或Smad蛋白的功能失活,导致细胞对TGF-/3诱导的生长抑制和凋亡信号失调.结果细胞生长失去控制,诱发细胞突变,促进肿瘤的恶化.后期TGF一/3/Smads信号恢复,TGFp信号增强促进肿瘤细胞的浸润和转移.研究TGFp信号转导与肿瘤发生发展的相关性,对肿瘤转移的防治,肿瘤治疗的预后有重要意义.关键词:TGF;smads;肿瘤;转移中图分类号:R329.28文献标识码:A文章编号:10011048(2003)03016304转化生长因子家族包括TG