DPD缺乏癥與5—FU毒性.doc

DPD缺乏癥與5FU毒性國外醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分冊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缺乏癥與5一FU毒性馬韜綜述朱正綱審校(上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院外科上海市消化外科研究所,上海200025)摘要:5-FU是臨床應(yīng)用最廣泛的化療藥物之一,二氫嘧啶脫氫酶(DPD)是其分解代謝的限速酶,近來不少研究報(bào)道DPD活性部分或完全缺乏可導(dǎo)致嚴(yán)重甚至致死的5一FU毒性,并已明確其分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)為DPYD基因突變.由于DPD活性缺乏癥者約占人群的3,應(yīng)當(dāng)引起足夠重視.本文綜述了近年來對這一藥物遺傳病的基礎(chǔ)和臨床研究進(jìn)展.關(guān)鍵詞:DPD缺乏癥;5-FU毒性;基因突變;藥物遺傳病中圖分類號:R394.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10011048(2003)03015905抗代謝藥5一氟尿嘧啶(5一FU)是治療胃腸道,乳腺及頭頸部癌等實(shí)體瘤的常用藥物之一,其毒性主要包括WH0I級的胃腸道反應(yīng),口腔粘膜炎及骨髓抑制等,病人多能耐受.但近十余年來,不斷有報(bào)道表明,5-FU分解代謝的限速酶二氫嘧啶脫氫酶(dihydropyrimidinedehydr0genase,DPD)活性缺乏者,在接受常規(guī)劑量的5-FU化療時產(chǎn)生嚴(yán)重毒性,盡管大部分病人在停藥后可逐漸恢復(fù),但也有因毒性過大而死亡者.進(jìn)一步研究顯示,DPD活性缺乏系因其編碼基因DPYD突變所致,并表現(xiàn)為家族遺傳性.下面就這一藥物遺傳病的藥理學(xué)基礎(chǔ),臨床特征和分子遺傳學(xué)研究等方面作一綜述.1DPD在5一FU代謝中的作用5-FU在體內(nèi)的代謝過程十分復(fù)雜,大致可分為合成和分解兩方面.合成代謝:5-FU結(jié)構(gòu)類似尿嘧啶,在體內(nèi)須轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的核苷酸類似物才能發(fā)揮細(xì)胞毒作用,其主要機(jī)制為轉(zhuǎn)化為FdUMP,后者與胸苷酸合成酶(TS),5,10一亞甲基四氫葉酸(5,收稿日期:20.2l(一24作者簡介:馬韜tl975一),男.在讀博士研究生10一CHFH)形成三聯(lián)復(fù)合物并抑制TS,阻礙dTMP的從頭合成;并以FdUTP或FUTP的形式摻人到DNA或RNA分子中,破壞其結(jié)構(gòu)和功能.分解代謝:5一FU,尿嘧啶和胸腺嘧啶的分解系經(jīng)3個相同的酶催化步驟完成.DPD是嘧啶類分解代謝的起始和限速酶,在輔基NADPH的參與下,將5-FU還原為二氫氟尿嘧啶(FUH2);再經(jīng)二氫嘧啶酶打開環(huán)狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)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)經(jīng)腎臟排出體外(圖1)L1.5-FU進(jìn)人體內(nèi)后,80以上在肝臟和其他組織中分解,而決定5-FU細(xì)胞毒性的合成代謝只占極少比例,研究顯示5-FU的合成和分解之間存在著精細(xì)的平衡機(jī)制,其中分解代謝占主導(dǎo)地位.作為5-FU分解過程的關(guān)鍵酶,DPD活性高低直接決定了5一FU進(jìn)入合成代謝和產(chǎn)生核苷酸類似物的量,藥代動力學(xué)研究也顯示,DPD活性缺乏可導(dǎo)致5-FU體內(nèi)清除受阻,半衰期顯著延長,分解減弱而合成增加,細(xì)胞毒性也相應(yīng)增強(qiáng)2叫j.?16O?國外醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分冊2OO3年第26卷第3期一下分解代謝圖1DPD在5一FU代謝中的作用2DPD缺乏癥的臨床特征DPD缺乏癥包括兩種亞型,一型出生后即發(fā)病,表現(xiàn)為先天性畸形,精神發(fā)育遲滯和癲癇發(fā)作等;另一型即本文所討論的藥物遺傳病,平時無任何癥狀,僅在接受含5一FU的化療時產(chǎn)生異常嚴(yán)重的毒性5.1985年,Tuchman等首次報(bào)道1例乳腺癌病人在接受常規(guī)劑量的5-FU化療后,發(fā)生了嚴(yán)重的腹瀉,骨髓抑制和神經(jīng)毒性,病人很快出現(xiàn)神志模糊乃至半昏迷,停藥后數(shù)月才逐漸緩解.雖未直接測量DPD活性,但該病人及其同胞血,尿中的嘧啶含量異常升高,強(qiáng)烈提示DPD活性缺乏6.Diasio等又于1988年報(bào)道了第2例5一FU化療后發(fā)生嚴(yán)重毒性的病人,其外周血單個核細(xì)胞中的DPD活性(PMNCDPD)完全缺乏,以致5一FU幾乎全部以原形自尿中排出,對其家系的研究則顯示DPD缺乏癥符合常染色體隱性遺傳方式.此后,有越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道DPD活性部分或完全缺乏是產(chǎn)生5-FU異常毒性的主要原因,并呈現(xiàn)家族遺傳性.DPD缺乏癥者在接受5一FU化療后產(chǎn)生的毒性仍以骨髓抑制和胃腸道反應(yīng)為主,但程度較酶活性正常者嚴(yán)重得多,往往達(dá)wHON級,即使減少5一FU用量也難以避免;而且不受給藥方法和途徑的影響,無論5一FU是單藥還是聯(lián)合治療,靜脈持續(xù)輸注還是快速滴注,全身還是局部用藥,均可能導(dǎo)致嚴(yán)重毒性.另一特點(diǎn)是神經(jīng)毒性相對多見,Milano等發(fā)現(xiàn)11例DPD活性缺乏者中有7例發(fā)生神經(jīng)毒性(63.6),并有2例死亡7.典型者表現(xiàn)為小腦性共濟(jì)失調(diào)和腦病,病人的神經(jīng)癥狀初起時可能較為輕微,但常于數(shù)小時或數(shù)日內(nèi)發(fā)作癲癇或陷入昏迷狀態(tài)8,而也有用藥3個周期后癥狀才加重者.,病人血,尿及腦脊液中的5-FU濃度明顯升高,CT或MRI檢查還可發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)的脫髓鞘改變8J.所幸5FU的神經(jīng)毒性停藥后常自行緩解,近來又有報(bào)道靜脈輸注胸苷可顯著改善神經(jīng)癥狀g.DPD缺乏癥的確診有賴于酶活性的檢測,DPD活性在肝臟和外周血單個核細(xì)胞中最高,在其他組織中也有分布.由于PMNCDPD與肝DPD活性之間存在顯著相關(guān)性,且取材方便,常以前者作為體內(nèi)DPD活性的標(biāo)志1.對健康人群1.和腫瘤病人1.J4的普查均顯示PMNCDPD活性大致呈正態(tài)分布,但個體間差異很大,達(dá)721倍,并發(fā)現(xiàn)DPD活性部分缺乏(約占人群中的35)即可引起嚴(yán)重的5-FU毒性.由于5一FU是最常用的抗癌藥物之一,可以預(yù)測相當(dāng)一部分病人用藥后存在發(fā)生嚴(yán)重毒性的風(fēng)險,因而有必要于化療前先行測定PMNC-DPD活性以決定是否使用該藥或調(diào)整劑量1引.3DPD缺乏癥的分子遺傳學(xué)研究3.1DPYDDPD的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)人類DPYD基因定位于lp22,全長約950kb,其中編碼基因約3kb,含23個外顯子1引.編碼的DPD酶也已被純化,由兩個相同亞單位構(gòu)成的同二聚體,每個亞單位分子量為111kDa,由1025個氨基酸組成,并含有若干個氧化還原輔基的結(jié)合位點(diǎn),包括FAD,FMN,以及氨基端和羧基端各2個4Fe一4s簇.酶動力學(xué)研究顯示DPD通過非經(jīng)典性的兩位點(diǎn)”pingpong”機(jī)制發(fā)揮作用:即以兩個不同位點(diǎn)分別與底物NADPH/NADP和嘧啶(尿嘧啶,胸腺嘧啶和5一FU)結(jié)合,NADPH作為供氫體還原FAD后,電子經(jīng)4Fe一4s簇傳遞至FMN,繼而嘧啶被還原1”.此外,DPD還是一種進(jìn)化上相對保守的酶,將牛DPD酶的氨基酸序列與豬和人比較,分別顯示了93和92的同源性;而對5種哺乳動物(包括人,豬,牛,大鼠和小鼠)和兩種無脊椎動物的DPDeDNA進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),該酶重要功能域的編碼基因也具有高度的一致性1.DPD的分子拓?fù)鋵W(xué)模式見圖2L州.國外醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分冊2003年第z6卷第3期?161?簍豪妻量一NADPll5IU/尿唾啶圈2DPD的分子拓?fù)鋵W(xué)模式:顯示單個亞單位上FAD,FMN,4個4Fe-4S簇(一),以及底物NADPH和5一FU/尿嘧啶的結(jié)合位點(diǎn)3.2DPD缺乏癥的分子遺傳學(xué)基礎(chǔ)DPYD基因突變?nèi)祟怐PYD基因的克隆和測序?yàn)殛U明DPD缺乏癥的分子遺傳學(xué)提供了基礎(chǔ),迄今已發(fā)現(xiàn)近2O種基因突變與這一藥物遺傳病有關(guān),現(xiàn)分類介紹如下:3.2.1剪切位點(diǎn)突變1996年,Wei等對一個DPD缺乏癥家系的DPYD基因測序后發(fā)現(xiàn),第14內(nèi)含子5端剪切識別位點(diǎn)處的特定序列GT突變?yōu)锳T(IVS14+1GA),以致在前mRNA剪接過程中不能識別該位點(diǎn)而丟失上游的第14外顯子(165bp),產(chǎn)生的DPD酶也因缺少其編碼的55個氨基酸(581635)而喪失了活性1.IVS14+1GA是該藥物遺傳病最常見的突變,兩項(xiàng)對DPD缺乏癥病人的基因型分析顯示其發(fā)生率分別為64(14/22)和43(6/14)Is們;晚近有人對1357名正常高加索人進(jìn)行了DPYD基因型分析以檢測這一突變,發(fā)現(xiàn)其等位基因頻率為0.91,使用HardyWeinburg平衡,估計(jì)IVSI4+1GA雜合子頻率高達(dá)1.8%,而純合子頻率約為0.012,因此提出在5一FU化療前除測定DPD活性外,尚應(yīng)注意有無IVS14+1GA突變u.3.2.2錯義突變現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)十余種DPYD錯義突變可能引起DPD缺乏癥,其中有些突變引起的氨基酸改變位于DPD的重要功能域內(nèi),如V335I發(fā)生于NADPH的結(jié)合位點(diǎn)內(nèi),又如D949V和V995F靠近羧基端的4Fe一4s3簇,C29R,M166V毗鄰氨基端的4Fe一4s簇,可干擾FAD向FMN的電子傳遞,并直接影響DPD活性;還有些突變$534N,V732I,R235w等雖不在功能域內(nèi),但所處位置屬DPD的進(jìn)化保守序列,以致破壞酶結(jié)構(gòu)和功能的完整性,產(chǎn)生DPD缺乏表型其他突變Vreken等于1997年先后報(bào)道了295298delTCAT和1897delC兩個移碼突變,結(jié)果均使終止密碼提前出現(xiàn)于5一FU/尿嘧啶結(jié)合位點(diǎn)的編碼區(qū)之前,產(chǎn)生截短且無活性的蛋白產(chǎn)物L(fēng)2黯;Kouwaki等則在1例因DPD活性極度缺乏引起嚴(yán)重5一FU毒性的病人中,發(fā)現(xiàn)DPDcDNA第1156位的堿基G顛換為T,導(dǎo)致無義突變,產(chǎn)生僅含385個氨基酸殘基的無活性蛋白產(chǎn)物2們;晚近,更有人發(fā)現(xiàn)13號內(nèi)含子突變C39T與$534N位于同一個等位基因上,其共同作用可能干擾DPYD基因表達(dá)并影響DPD酶活性乜引.由于將近20種DPYD基因突變與DPD缺乏癥有關(guān),現(xiàn)已對其進(jìn)行了系統(tǒng)的命名2,但不斷有新的突變被發(fā)現(xiàn),下表將其一并列出.表與DPD缺乏癥有關(guān)的DPYD基因突變注:EX一外顯子;IVS一內(nèi)含子?162?國外醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分冊2003年第26卷第3期3.3遺傳方式關(guān)于DPD缺乏癥的遺傳方式目前存在爭議,在Diasio等1988年報(bào)道的DPD缺乏癥家系中,先證者的DPD活性完全缺乏,而其兩個子女均為部分缺乏,故認(rèn)為這一藥物遺傳病呈常染色體隱性遺傳方式4;但此后進(jìn)行的基因型分析卻發(fā)現(xiàn),先證者為DPYD2A和DPYD13的復(fù)合雜合子基因型,她的兩個子女則分別攜帶等位基因DPYD2A和DPYD13,強(qiáng)烈提示呈常染色體共顯性遺傳方式2.目前的意見也傾向于后者,有研究證實(shí)DPYD2A等位基因雜合子突變即可引起DPD活性顯著降低,而純合子突變則表現(xiàn)為活性完全缺乏2.但仍有人持不同看法,Ridge等通過對226名高加索人的DPYD基因型分析發(fā)現(xiàn),DPYD5A和DPYD.6在人群中的等位基因頻率分別為28和5.8,單個雜合子突變與DPD活性無關(guān);但其中有3例DPD活性部分缺乏者,2例為DPYD5A和DPYD6的復(fù)合雜合子基因型,另1例為DPYD5A雜合子和DPYD6純合子基因型,說明系多個突變的積累共同導(dǎo)致了DPD缺乏表型D4.對于DPD缺乏癥遺傳方式意見的分歧,究竟系研究方法的差異所致,還是確有多種遺傳方式并存,有待進(jìn)一步研究證實(shí).3.4基因型和表型盡管已明確DPD缺乏癥的分子基礎(chǔ)為DPYD基因突變,但也有研究表明不同個體中,相同的DPYD突變對DPD酶活性和5-FU毒性的影響可能不同.如錯義突變DPYD9A可引起DPD活性降低及嚴(yán)重5-FU毒性,應(yīng)用大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)也證實(shí)這一突變可導(dǎo)致翻譯產(chǎn)生的DPD酶活性完全缺乏2鵲;而CollieDuguid等的研究卻表明DPYD9A在人群中的發(fā)生率高達(dá)33.8,屬單核苷酸多態(tài)性,且與DPD活性無關(guān),并報(bào)道2例DPYD9A純合子突變基因型的個體表現(xiàn)為正常的PMNCDPD活性.同一作者還報(bào)道23例DPD活性缺乏者中僅4例存在DPYD基因突變(17),因而認(rèn)為DPD缺乏癥的基因型和表型之間缺乏相關(guān)性2.VanKuilenburg等則發(fā)現(xiàn)在5一FU治療后發(fā)生嚴(yán)重毒性的病人中,PMNCDPD活性缺乏者僅占59,而后者中又只有57具有DPYD突變的基因型,這一結(jié)論更增加了DPD缺乏癥基因型和表型問關(guān)系的復(fù)雜性.造成基因型與表型不一致的原因很多.首先.DPD缺乏癥可能表現(xiàn)為多種遺傳方式.并有其他DPYD突變目前尚未發(fā)現(xiàn).其次,DPD活性的調(diào)節(jié)機(jī)制十分復(fù)雜,Harris等發(fā)現(xiàn)DPD活性呈24小時周期性變化,約在凌晨1時達(dá)高峰,13時左右降至谷底,其最大值約為最小值的2倍;5-FU血漿濃度也隨DPD活性周期性變化,但趨勢恰恰相反,24小時內(nèi)變化可達(dá)4.8倍3.,其他因素諸如泛素一蛋白酶體途徑的翻譯后調(diào)節(jié)1.,5-FU的反饋?zhàn)饔?婦等,均使準(zhǔn)確測量DPD活性的難度增加.第三,盡管PMNCDPD與肝DPD活性之間存在明顯的線性相關(guān),但相關(guān)性較弱1,僅憑測定PMNCDPD活性可能不足以準(zhǔn)確反映體內(nèi)5-FU的清除,而晚近進(jìn)行的一項(xiàng)NONMEM分析也表明,除PMNCDPD活性外,尚有其他因素影響5-FU代謝,如高齡,血清堿性磷酸酶水平和用藥時間等.而VanKuilenburg等更指出該方法本身即存在缺陷,5-FU化療引起的粒細(xì)胞減少及粒一單核細(xì)胞集落刺激因子均可促使骨髓釋放粒細(xì)胞,并在PMNC的分離過程中造成污染,由于前者的DPD活性約為后者的一半,可導(dǎo)致測得值偏低口.4前景與展望作為一種與5-FU代謝有關(guān)的藥物遺傳病,DPD缺乏癥已引起相當(dāng)重視.目前的研究焦點(diǎn)主要集中在該藥物遺傳病基因型和表型的相互關(guān)系上,近年興起的基因微陣列(microarray)和基因芯片技術(shù)有可能成為解決這一問題的重要途徑.此外還需發(fā)展更為準(zhǔn)確,簡便,快捷地測定DPD活性的方法以指導(dǎo)臨床化療,從而避免嚴(yán)重5一FU毒性的發(fā)生.參考文獻(xiàn)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.國外醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)分冊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信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑與腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究進(jìn)展申景嶺張小玲綜述傅松濱審校(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)遺傳學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)教研室,黑龍江哈爾濱150086)摘要:TGFp信號途徑在發(fā)育和生長過程中的重要作用,與腫瘤發(fā)生的發(fā)展有密切關(guān)系.在TGFp信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中任何一個環(huán)節(jié)的變化,都會導(dǎo)致信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常.Smad蛋白異常表達(dá)使TGF一/3誘導(dǎo)凋亡的能力提高.TGF在G期中發(fā)揮它調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的作用.TGFp和腫瘤的轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系.TGF一/3/Smads途徑能夠誘導(dǎo)生長抑制和凋亡反應(yīng),這一途徑細(xì)胞間的組分失活將會導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生.在腫瘤發(fā)生的始動階段腫瘤細(xì)胞中TGFp受體的瞬時下調(diào)或Smad蛋白的功能失活,導(dǎo)致細(xì)胞對TGF-/3誘導(dǎo)的生長抑制和凋亡信號失調(diào).結(jié)果細(xì)胞生長失去控制,誘發(fā)細(xì)胞突變,促進(jìn)腫瘤的惡化.后期TGF一/3/Smads信號恢復(fù),TGFp信號增強(qiáng)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤和轉(zhuǎn)移.研究TGFp信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤發(fā)生發(fā)展的相關(guān)性,對腫瘤轉(zhuǎn)移的防治,腫瘤治療的預(yù)后有重要意義.關(guān)鍵詞:TGF;smads;腫瘤;轉(zhuǎn)移中圖分類號:R329.28文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10011048(2003)03016304轉(zhuǎn)化生長因子家族包括TG