二氫嘧啶脫氫酶基因在乳腺癌中的研究進(jìn)展

黃勇綜述，馬勇杰審校

（天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，乳腺癌防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津300060）

乳腺癌是女性發(fā)病率最高的惡性腫瘤，且發(fā)病率呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響女性身心健康[1]。乳腺癌的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，多種因子參與這一調(diào)控進(jìn)程，對(duì)相關(guān)調(diào)控因素的研究具有重要意義。研究表明二氫嘧啶脫氫酶基因（DPYD）參與上述調(diào)解過(guò)程。二氫嘧啶脫氫酶也是氟尿嘧啶類(lèi)藥物在體內(nèi)代謝分解的限速酶，二氫嘧啶脫氫酶基因異常影響乳腺癌患者化療副反應(yīng)的發(fā)生、化療效果以及患者預(yù)后等方面，本文對(duì)二氫嘧啶脫氫酶基因在乳腺癌中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 DPYD基因的生物學(xué)特征

1.1 DPYD基因結(jié)構(gòu) 人類(lèi)DPYD位于染色體1p21-1p22區(qū)域，全長(zhǎng)約950 kb，包含23個(gè)外顯子，編碼1 025個(gè)氨基酸[2]。DPYD編碼的二氫嘧啶脫氫酶（DPD）是一個(gè)二聚體蛋白酶，單體DPD蛋白主要含有一個(gè)尿嘧啶結(jié)合結(jié)構(gòu)域、一個(gè)FMN結(jié)合結(jié)構(gòu)域、一個(gè)NADPH結(jié)合結(jié)構(gòu)域、一個(gè)FAD結(jié)合結(jié)構(gòu)域和兩個(gè)硫鐵簇結(jié)構(gòu)域[3]。在人DPYD基因區(qū)域含有一個(gè)染色體脆性位點(diǎn)FRA1E[4]，并且DPYD基因存在廣泛的多態(tài)性，DPYD基因多態(tài)性以及FRA1E區(qū)域基因結(jié)構(gòu)異常，可導(dǎo)致DPD蛋白功能的改變。

1.2 DPYD基因參與代謝的功能 DPD酶在體內(nèi)主要參與嘧啶核苷酸的代謝，DPD酶參與催化嘧啶核苷酸分解代謝的起始過(guò)程，在這個(gè)催化反應(yīng)中，嘧啶核苷酸被還原生成二氫嘧啶，隨后，二氫嘧啶經(jīng)二氫嘧啶酶水解為β-脲基丙酸或β-脲基異丁酸，在β-脲基丙酸酶的作用下最終水解為二氧化碳、氨、β-丙酸或者β-氨基異丁酸。在上述經(jīng)典的嘧啶核苷酸三步分解代謝進(jìn)程中，DPD是起始和限速酶，缺乏這種酶會(huì)導(dǎo)致胸腺嘧啶和尿嘧啶的積累。

DPD也是氟尿嘧啶類(lèi)藥物體內(nèi)分解代謝的起始和限速酶，在人體內(nèi)80%以上的氟尿嘧啶類(lèi)藥物在肝臟中被DPD酶代謝失活[5]。氟尿嘧啶類(lèi)藥物，包括：5-FU（5-氟尿嘧啶）、替加氟、替吉奧、卡培他濱等，廣泛用于乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌、頭頸癌等實(shí)體腫瘤的化學(xué)治療[6-7]。5-FU是尿嘧啶5位C原子上的氫原子被氟原子取代得到的嘧啶衍生物，5-FU進(jìn)入細(xì)胞后，被催化修飾為FdUMP、FdUTP和FUTP，從而發(fā)揮其抗癌效應(yīng)，F(xiàn)dUMP能結(jié)合到胸腺嘧啶合成酶（TS）上抑制其酶活性，阻礙胸腺嘧啶核苷酸的從頭合成，造成細(xì)胞核酸代謝紊亂；FdUTP和FUTP可以摻入到DNA或RNA分子中，阻礙DNA和RNA的合成過(guò)程，抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)[8]。替加氟、替吉奧的有效成分也是5-FU，這些藥物的代謝過(guò)程與5-FU的代謝途徑類(lèi)似。卡培他濱是5-FU的衍生物，該藥可經(jīng)胃腸吸收而不發(fā)生分解，是一種口服的氟尿嘧啶類(lèi)藥物，在進(jìn)展期腫瘤的臨床治療中應(yīng)用廣泛。卡培他濱可在肝臟內(nèi)經(jīng)羧酸酯酶和胞嘧啶脫氨酶的連續(xù)作用下轉(zhuǎn)化為脫氧氟尿苷（5-DFUR），5-DFUR經(jīng)胸苷酸磷酸化酶（TP）催化代謝可轉(zhuǎn)化為5-FU，進(jìn)而參與DNA和RNA的代謝過(guò)程[9-10]。

2 DPYD基因與乳腺癌組織病理學(xué)的關(guān)系

2.1 DPYD基因蛋白表達(dá)水平與組織病理學(xué)的關(guān)系 研究表明，在不同組織中，DPYD基因的蛋白表達(dá)水平差異明顯。Fukui等[11]對(duì)頭頸、胃、結(jié)直腸、乳腺、肺、胰腺等多種器官的癌和癌旁中DPD蛋白的表達(dá)水平進(jìn)行了大樣本檢測(cè)，結(jié)果顯示，DPD蛋白在肺癌中表達(dá)最高，在結(jié)腸癌中表達(dá)最低，在包括乳腺癌的大部分癌組織中，蛋白表達(dá)高于癌旁組織，僅在結(jié)腸癌中表達(dá)低于癌旁組織。Horiguchi和Tamesa等[12-13]的研究也支持上述結(jié)論，發(fā)現(xiàn)DPD蛋白在乳腺癌組織中的表達(dá)高于癌旁，且DPD蛋白的表達(dá)水平與HER-2（human epidermal growth factor receptor-2）表達(dá)相關(guān)。Gross等[14]發(fā)現(xiàn)，在三陰性乳腺癌（TNBC）中，DPD蛋白表達(dá)與腫瘤級(jí)別呈負(fù)相關(guān)（P=0.003），隨著腫瘤級(jí)別增高，DPD蛋白表達(dá)降低。然而，Yu等[15]對(duì)197例5-FU化療的浸潤(rùn)性乳腺癌患者的研究中，并沒(méi)有檢測(cè)到DPD蛋白與臨床病理學(xué)參數(shù)的相關(guān)性。Kurebayashi等[16]對(duì)52例乳腺癌進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)DPD蛋白表達(dá)水平與 ER（estrogen receptor） 和 PR（progesterone receptor）的表達(dá)負(fù)相關(guān)。Kosaka等[18]對(duì)520例乳腺癌病人的癌和癌旁中DPD酶活性水平檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌中DPD酶活性高于癌旁組織（P＜0．001）[17]。Anan 等的研究結(jié)果也支持上述結(jié)論?？梢?jiàn)，在乳腺癌組織中，DPD蛋白的表達(dá)水平與DPD酶活性高于癌旁組織。

2．2 DPYD基因mRNA表達(dá)水平與組織病理學(xué)的關(guān)系 在乳腺組織中，DPYD基因mRNA的表達(dá)水平與DPD蛋白的表達(dá)并不一致。一項(xiàng)對(duì)48例乳腺癌患者的研究發(fā)現(xiàn)，癌組織中DPYD基因mRNA水平顯著低于癌旁組織（P＜0．001），基因mRNA水平與DPD酶活性沒(méi)有相關(guān)性[19]。Li等[20]的研究結(jié)果顯示，DPYD基因的mRNA水平在乳腺癌和乳腺正常腺體中沒(méi)有差異，mRNA表達(dá)水平與患者年齡負(fù)相關(guān)。另外一個(gè)對(duì)217例乳腺癌病人的研究發(fā)現(xiàn)，DPYD基因mRNA表達(dá)水平與癌細(xì)胞核分裂級(jí)別相關(guān)，與ER、PR的表達(dá)也有相關(guān)性[21]。Tsunoda等[22]檢測(cè)了220例浸潤(rùn)性乳腺癌患者的DPYD基因表達(dá)水平，結(jié)果顯示，mRNA表達(dá)水平與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)（P=0．024）。

關(guān)于DPYD基因多態(tài)性與乳腺癌病理組織學(xué)改變的研究，僅有1篇文獻(xiàn)報(bào)道，發(fā)現(xiàn)基因拷貝數(shù)多樣性與病理組織學(xué)級(jí)別（P=0．006）和 BRCA1 的拷貝數(shù)多樣性（P=0．007）相關(guān)[14]?？傊?，在乳腺癌和癌旁組織中，DPYD基因的蛋白與mRNA表達(dá)水平存在明顯差異，DPYD基因與癌癥的發(fā)生以及病理組織學(xué)改變密切相關(guān)。

3 DPYD基因與乳腺癌患者化療毒副反應(yīng)的關(guān)系

已有明確的研究表明：氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副作用與DPD酶缺陷相關(guān)。氟尿嘧啶類(lèi)藥物用藥后，約有15%～30%的病人會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的毒副作用，約50%～80%的DPD酶缺陷的患者發(fā)生Ⅲ級(jí)及Ⅲ級(jí)以上的氟尿嘧啶藥物毒副反應(yīng)[23]。美國(guó)食品藥品監(jiān)督局（Food and Drug Administration,FDA）和歐洲藥品管理局（European Medicines Agency，EMA）在氟尿嘧啶和卡培他濱的藥物禁忌中有明確性的說(shuō)明，DPD酶缺陷的患者應(yīng)慎重用藥。

關(guān)于DPD酶活性缺陷在乳腺癌中的報(bào)道也較為常見(jiàn)。Yu等[24]采用腫瘤細(xì)胞藥敏法檢測(cè)了54例乳腺癌患者DPD蛋白活性，研究結(jié)果顯示，癌組織中DPD蛋白活性與毒副反應(yīng)負(fù)相關(guān)。Beuzeboc和Mokrim等[25-26]報(bào)道DPD酶活性缺陷的乳腺癌病人，氟尿嘧啶類(lèi)藥物用藥后出現(xiàn)嚴(yán)重的毒副反應(yīng)。理論上來(lái)講，通過(guò)檢測(cè)DPD酶活性，對(duì)臨床氟尿嘧啶類(lèi)藥物進(jìn)行毒副反應(yīng)的預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義。但是，DPD活性的檢測(cè)在臨床上的施行存在較多問(wèn)題。截至目前，文獻(xiàn)已報(bào)道多種DPD酶活性檢測(cè)的方法，如：PBMC中DPD酶活性檢測(cè)法，血漿和尿液中尿嘧啶水平檢驗(yàn)法，血漿和尿液中二氫尿嘧啶與尿嘧啶比率法（UH2/U），血漿和尿液中二氫胸腺嘧啶與胸腺嘧啶比率法，尿嘧啶C13標(biāo)記呼吸測(cè)試法，氟尿嘧啶用藥病人血漿氟尿嘧啶和二氫氟尿嘧啶檢測(cè)法等[27]。但是，人體內(nèi)DPD酶活性具有時(shí)間特異性，而且DPD酶活性最高的肝臟組織，在臨床檢測(cè)中不易取材[28]，使得上述DPD酶活性測(cè)定方法，存在檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定、重復(fù)性差、價(jià)格昂貴、檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題。至今，僅有少數(shù)中心能夠開(kāi)展DPD酶活性的檢測(cè)[23,29]。

基因組DNA中遺傳變異的存在，導(dǎo)致一些抗腫瘤藥物的代謝途徑以及靶基因的功能受到影響，進(jìn)而影響藥物療效和患者預(yù)后[30]。Relling等[23]研究證實(shí)TPMT基因的不同基因型可導(dǎo)致酶活性產(chǎn)生巨大差異，酶活性的檢測(cè)可作為6-巰基嘌呤用藥劑量調(diào)整的指導(dǎo)性檢測(cè)，F(xiàn)DA推薦在嘌呤類(lèi)藥物使用之前進(jìn)行TPMT基因的檢測(cè)，并規(guī)定了6-巰基嘌呤藥物的推薦劑量，為藥物的安全使用提供了依據(jù)?？梢?jiàn)，利用藥物基因組學(xué)原理來(lái)檢測(cè)藥物代謝相關(guān)基因的多態(tài)性，具有潛在的改善臨床治療效果、減少藥物毒性和降低醫(yī)療費(fèi)用的能力，對(duì)個(gè)體化治療進(jìn)程的推進(jìn)有重要意義[31]。1996年Wei等[32]首次發(fā)現(xiàn)DPYD基因14號(hào)外顯子中一個(gè)核苷酸發(fā)生的G到A的突變，導(dǎo)致DPD活性降低，認(rèn)為該突變是5-FU產(chǎn)生毒副反應(yīng)的根本原因。此后，越來(lái)越多的多態(tài)性位點(diǎn)被報(bào)道與DPD酶缺陷相關(guān)，DPYD基因的多態(tài)性與氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副反應(yīng)關(guān)系的研究也成為DPYD基因研究的熱點(diǎn)之一。Milano等[33]對(duì)243例卡培他濱治療的進(jìn)展期乳腺癌患者的DPYD基因多態(tài)性進(jìn)行檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)分析顯示DPYD基因的rs3918290,c．2846A＞T 和 c．1679T＞G 與高級(jí)別的毒副作用相關(guān)。Kfimos等[34]報(bào)道1例卡培他濱用藥毒性致死的乳腺癌患者，他們認(rèn)為c．1850C＞T和c．2194G＞A聯(lián)合突變與毒副作用相關(guān)。但是，Giorgio等[35]檢測(cè)了1例5-FU聯(lián)合紫杉醇治療的乳腺癌病人的DPYD基因多態(tài)性和UH2/U比率，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)引起病人嚴(yán)重毒副反應(yīng)的突變，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)UH2/U比率的異常，認(rèn)為DPYD基因多態(tài)性和UH2/U比率預(yù)測(cè)乳腺癌病人氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副作用具有局限性。值得注意的是，關(guān)于DPYD基因多態(tài)性與癌癥病人氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副反應(yīng)的大樣本研究和Meta分析結(jié)果表明，DPYD基因的多態(tài)性與癌癥病人氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副作用相關(guān)。已有確鑿的證據(jù)證實(shí)：DPYD 基因 rs3918290、c．2846A＞T、rs56038477、c．1236G＞A/HapB3與氟尿嘧啶類(lèi)藥物導(dǎo)致的毒副作用相關(guān)[23]。不過(guò)，上述研究人群集中于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，并且DPYD基因存在廣泛的多態(tài)性，DPYD基因的其他位點(diǎn)與藥物毒副反應(yīng)的關(guān)系，有待進(jìn)一步的研究。

4 DPYD基因與乳腺癌化療敏感性以及預(yù)后的關(guān)系

4．1 DPYD基因蛋白表達(dá)水平與化療敏感性以及預(yù)后的關(guān)系 DPYD基因在乳腺癌病人預(yù)后的評(píng)估價(jià)值方面，研究結(jié)果存在爭(zhēng)論。Horiguchi等[12]對(duì)191例浸潤(rùn)性乳腺癌組織中DPD蛋白水平研究顯示，DPD蛋白高表達(dá)病人預(yù)后差（P＜0．05），DPD蛋白是獨(dú)立的預(yù)后因子。Yu等[24]對(duì)81例5-FU治療的乳腺癌病人進(jìn)行DPD蛋白表達(dá)水平檢測(cè)，對(duì)其中54人采用腫瘤細(xì)胞藥敏法檢測(cè)DPD蛋白活性，研究結(jié)果顯示，癌組織中DPD蛋白低表達(dá)提示5-FU治療效果好。Honda等[36]對(duì)25例卡培他濱治療的進(jìn)展期乳腺癌的研究，檢測(cè)了TP和DPD蛋白的表達(dá)水平，結(jié)果顯示，聯(lián)合DPD和TP具有評(píng)估病人化療效果的能力（P ＜0．01）。Tamesa等[13]研究也顯示，單獨(dú)依賴(lài)DPD蛋白表達(dá)水平評(píng)估乳腺癌病人預(yù)后的能力有限，聯(lián)合Pypnase（嘧啶核苷磷酸化酶）和DPD能夠評(píng)估乳腺癌病人預(yù)后。然而，Hakamada等[37]對(duì)122例5-FU化療的乳腺癌病人研究，統(tǒng)計(jì)癌組織中DPD活性與病人預(yù)后的關(guān)系，結(jié)果顯示，DPD活性并不能評(píng)估病人預(yù)后。對(duì)三陰性乳腺癌的研究結(jié)果顯示，DPD蛋白表達(dá)水平與標(biāo)準(zhǔn)輔助化療病人的預(yù)后不相關(guān)，與5-FU化療病人的預(yù)后也沒(méi)有相關(guān)性[14]。Qenntm和Miyashita等[15,38]對(duì)乳腺癌的研究結(jié)果也得到相同的結(jié)論。上述關(guān)于DPD蛋白對(duì)病人預(yù)后的研究，樣本量相對(duì)較少，研究結(jié)果并不一致，甚至得到截然相反的結(jié)論，DPD蛋白對(duì)病人預(yù)后的評(píng)估能力有待進(jìn)一步研究。

4.2 DPYD基因mRNA表達(dá)水平與化療敏感性以及預(yù)后的關(guān)系 Kakimoto等[39]對(duì)40例乳腺癌患者TS和DPD的mRNA水平進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)其中22例病人使用腫瘤細(xì)胞藥敏檢測(cè)法，檢測(cè)藥物的敏感性，結(jié)果顯示，上述兩個(gè)基因均高表達(dá)的患者藥物敏感性低于兩個(gè)基因都低表達(dá)的患者（P=0.048）。Kusama等[19]對(duì)48例乳腺癌mRNA水平檢測(cè)研究顯示，DPD mRNA水平與5-FU的敏感性并不相關(guān)。Zhao等[40]檢測(cè)了42例5-FU聯(lián)合紫杉醇化療的乳腺癌病人癌組織中的mRNA表達(dá)，認(rèn)為T(mén)P高表達(dá)的病人無(wú)進(jìn)展生存時(shí)間延長(zhǎng)，DPYD基因的mRNA表達(dá)水平與預(yù)后不相關(guān)。Aki和Tsunoda等[21-22]研究結(jié)果也得到相似的結(jié)論，基因的mRNA表達(dá)水平與預(yù)后不相關(guān)。一項(xiàng)對(duì)35例行CMF（cyclophosphamide,methotrexate和5-fluorouracil）化療的乳腺癌病人的研究，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，DPYD基因mRNA表達(dá)與預(yù)后也沒(méi)有相關(guān)性[41]。

4.3 DPYD基因多態(tài)性與化療敏感性以及預(yù)后的關(guān)系 關(guān)于DPYD基因多態(tài)性與乳腺癌患者預(yù)后的研究鮮有報(bào)道，Tecza等[42]對(duì) 324 例行 FAC（5-fluorouracil,doxorubicin and cyclophosphamide）化療方案乳腺癌病人的藥物代謝相關(guān)基因的單核苷酸多態(tài)性與病人預(yù)后進(jìn)行探究，生存分析顯示，DPYD基因的rs1801159位點(diǎn)與病人預(yù)后并不相關(guān)。但是，Gross等[14]對(duì)三陰性乳腺癌的研究顯示，在標(biāo)準(zhǔn)化療的TNBC中，DPYD基因拷貝數(shù)異常提示病人預(yù)后較好（P=0.023）。DPD蛋白參與氟尿嘧啶類(lèi)藥物的代謝，DPYD基因的多態(tài)性在一定程度上影響DPD蛋白的功能。癌組織中DPD蛋白活性增高，氟尿嘧啶類(lèi)藥物會(huì)被迅速代謝失活，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞耐藥。而且，一項(xiàng)對(duì)211例胰腺癌的研究表明，DPYD基因的rs1760217多態(tài)性與病人預(yù)后顯著相關(guān)；對(duì)568例卡培他濱治療的結(jié)直腸癌患者的大樣本的研究發(fā)現(xiàn)，DPYD基因的單體型與病人預(yù)后相關(guān)[43-44]。

總之，DPD蛋白與DPYD基因mRNA表達(dá)水平對(duì)乳腺癌病人預(yù)后的評(píng)估能力存在較大爭(zhēng)論，DPYD基因的多態(tài)性作為乳腺癌病人預(yù)后評(píng)估指標(biāo)的研究較少，基因多態(tài)性對(duì)乳腺癌病人以及氟尿嘧啶化療的乳腺癌病人預(yù)后的評(píng)估能力值得進(jìn)一步研究。

5 展望

氟尿嘧啶類(lèi)藥物廣泛用于癌癥的輔助治療，DPD酶是氟尿嘧啶類(lèi)藥物體內(nèi)代謝失活的起始和限速酶，DPYD基因是重要的藥物代謝基因。DPYD基因的蛋白mRNA表達(dá)水平在乳腺癌和癌旁組織中存在顯著差異，與癌癥的發(fā)生以及病理組織學(xué)改變密切相關(guān)。但是，DPYD基因的蛋白和mRNA表達(dá)水平對(duì)病人化療效果以及病人預(yù)后的評(píng)估價(jià)值存在爭(zhēng)議。DPD酶缺陷導(dǎo)致患者氟尿嘧啶類(lèi)藥物用藥后毒副反應(yīng)發(fā)生率顯著增高，由于DPD酶活性檢測(cè)方法的局限性，藥物毒副作用預(yù)測(cè)的方法需要進(jìn)一步探究。

藥物代謝相關(guān)基因的多態(tài)性通過(guò)影響藥物體內(nèi)代謝速率進(jìn)而影響藥效和藥物毒副作用，開(kāi)展藥物代謝相關(guān)基因的多態(tài)性的研究，可為臨床最佳治療方案、安全使用劑量、藥物治療效果進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。初步的研究顯示，DPYD基因的多態(tài)性可評(píng)估氟尿嘧啶類(lèi)藥物毒副反應(yīng)、藥物治療效果以及病人預(yù)后的潛能，目前關(guān)于DPYD基因多態(tài)性的研究還不夠透徹，相信開(kāi)展針對(duì)乳腺癌病人DPYD多態(tài)性的探究，特別是在氟尿嘧啶類(lèi)藥物治療的乳腺癌患者中，DPYD基因的多態(tài)性對(duì)藥物毒副反應(yīng)、化療療效、患者預(yù)后的評(píng)估價(jià)值的探究，有望為乳腺癌的治療提供新策略，對(duì)乳腺癌患者個(gè)體化治療過(guò)程的推進(jìn)具有重要意義。

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