Mdr1基因的 C3435T多态性及其临床意义

黄凤楼,刁孟元,俞云峰,张 斌

肿瘤的多药耐药(multidrug resistance,Mdr)一直是肿瘤治疗中最棘手的问题之一。其与一种名叫 P-糖蛋白(P-glycop rotein,P-gp)的蛋白质密切相关,P-gp共含有 1280个氨基酸组成,相对分子质量为 170,所以又称为 P170,是 ABC(ATP-binding cassette)家庭成员之一,能依赖 ATP将其底物泵出细胞外,对细胞起到保护作用[1]。表达于肿瘤细胞表面的 P-gp可将多种抗肿瘤药物泵出细胞外,是肿瘤细胞同时对多种抗肿瘤药物产生耐药性的原因之一,因此将编码 P-gp的基因命名为 Mdr基因,即多药耐药基因。在人类,编码P-gp的基因是 Mdr1基因,它位于第 7号染色体,约 200 kb[1]。P-gp不仅表达于肿瘤细胞表面,也表达于正常组织,如肝脏、胃肠道、肾脏以及血脑屏障等细胞表面,执行不同的生理功能。近年的研究发现,Mdr1基因的多态性可以直接影响P-gp的表达,除抗肿瘤药物外,还影响多种药物的代谢动力学。Mdr1基因的多态性以及 P-gp与多种疾病的发病机制存在联系,有较重要的临床意义。本文拟就 Mdr1基因的C3435T多态性的临床意义做一简要综述。

1 Md r1基因多态性概要

首先对 Md r1基因多态性及其意义进行全面研究的是德国学者 Hoffmeyer等,他们检测了 188名患者 Mdr1基因的多态性,发现了 15个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位点,并发现位于第 26个外显子的 C3435T能显著影响十二指肠P-gp的表达,十二指肠 P-gp的表达水平在 3种基因型的个体中从高至低依次为 CC＞TC＞TT。且十二指肠 P-gp表达水平与地高辛在胃肠道的吸收密切相关,TT基因型的个体口服地高辛之后往往有较高的生物利用度[2]。到目前为止,科学家总共在 Mdr1基因的 27个 SNP位点上发现了 28个突变[3],其中以 C3435T的研究倍受瞩目。但是C3435T影响P-gp表达的确切机制还不太清楚,因为C 3435T本身是一个无意义的突变,并不影响P-gp的氨基酸序列[1]。

针对 Mdr1基因多态性,特别是随着 C3435T在人群的分布频率的调查在世界各地的广泛开展,发现各个地区、各个民族 Md r1基因 C3435T的分布频率是不同的[1]。CC基因型在热带地区如肯尼亚、苏丹的分布频率较高,而在其他地区分布较低。Schaeffeler等[4]认为:这可能是由于该地区感染性疾病较为流行,CC基因型的患者P-gp表达水平较高,对人体抵抗病原体的侵害是有利的。

2 Md r1基因多态性的临床意义

2.1 Mdr1基因多态性与药物代谢动力学 很多药物都是P-gp的作用底物,这些药物在肠道的吸收、肾脏的排泄以及各组织间的分配都与 P-gp密切相关。小肠 P-pg表达于上皮细胞刷状缘,直接影响药物从消化道进入血液,是影响药物代谢动力学的因素之一。目前这方面研究较多的药物是环孢素和FK 506,这两种药都是器官移植患者长期服用的免疫抑制剂。但两者使用范围都相对狭窄,血药浓度过高,易造成肝肾损害,过低又达不到免疫抑制的效果。基于Hoffmeyer的研究结果,从单个SNP位点的角度而言,C3435T突变中,CC基因型的个体肠道 P-gp表达较高,不利于药物的吸收,所以药物生物利用度相对较低,TT基因型个体则与之相反。部分研究也证明了该观点[5-7],但是目前这方面还存在很大争论。也有研究发现,C3435T与以上两种药物代谢的动力学无关[8-11]。这可能归结于以下原因:(1)药物代谢为多因素作用的结果,肠道 P-gp对口服吸收的影响只是其中的一个环节,在调查过程中很难控制其他因素的影响。(2)很多调查研究都是集中在 Mdr1基因的单一 SNP位点上,如广泛研究的 C3435T、G2677T/A,而将多个 SNP位点作为一个连锁单元进行研究的报道相对较少[12]。最近的一项研究对Md r1基因的 3个 SNP位点 C1236T、G 2677T/A和 C3435T组成的连锁单元进行了分析,发现器官移植患者口服 FK506的浓度与其组成的连锁单元有关[13],但是这远远不能阐明Mdr1基因多态性与药物代谢动力学的关系及其机制,因为Md r1基因的各 SNP位点之间以及其他基因的 SNP位点之间又存在广泛而复杂的连锁[14]。(3)很多研究都是直接观察不同基因型个体 P-gp表达的强弱,而缺乏在 RNA水平上就其转录、剪切、翻译等进行的研究,对 Mdr1基因的转录和翻译分子机制缺乏深入的了解[15]。

2.2 Mdr1基因多态性与溃疡性结肠炎 溃疡性结肠炎确切的发病机制目前还不清楚,有研究显示 Mdr1基因与其发病机制有一定联系。其理论基础就是 Hoffmeyer的研究结果,即 C3435T为 CC的个体,胃肠道 P-gp表达水平较高,有利于肠道抵御致病因子特别是细菌的侵袭,发生肠道炎症性疾病如溃疡性结肠炎的概率相对较小。该理论也得到了一定的实验支持,Panwala等[16]发现,敲除 Md r1基因的小鼠,由于肠道 P-gp表达缺陷,失去了抵御致病因子侵袭的重要屏障,会出现和溃疡性结肠炎症状相似的肠道炎症,且口服抗生素可以缓解此种炎症的发展。临床调查也发现,同一民族,溃疡性结肠炎患者TT的分布频率较健康人群高[17-18]。但令人疑惑的是,也有临床调查发现C3435T与溃汤性结肠炎的发病存在密切联系[19-22]。此外,还有调查发现G 2677T/A与溃疡性结肠炎的发病也存在一定联系[23]。

2.3 Mdr1基因多态性与Parkinson病 有观点认为,Parkinson病的发病机制可能与中枢神经系统长期受到有害物质的侵袭有关。P-gp在血脑屏障广泛表达,其生理作用主要是阻止有害物质对中枢神经系统造成的损害,基于这一生理功能,很容易将Parkinson病的发病机制与Mdr1基因以及 P-gp联系起来,即血脑屏障P-gp表达较高的个体,能在一定程度上抵御外界毒性因素对中枢神经系统的毒害作用,降低Parkinson病的发病风险。调查显示,长期暴露在杀虫剂中,且C3435T为 TT或 CT的群体,Parkinson病的发病率明显较CC基因型高[24]。也有调查发现,Parkinson病发病年龄较早的群体与发病年龄较晚的群体相比,TT的分布频率较高,也说明 TT基因型个体血脑屏障P-gp表达水平较低,对中枢神经系统的保护能力较弱,因而Parkinson病的发病风险高[25]。

此外,还有研究证实,位于脑组织神经元表面的 P-gp可以将 β-淀粉样泵出细胞外,提示 Mdr1基因以及 P-gp可能与老年性痴呆的发病机制有关[26]。

2.4 Md r1基因多态性与 HIV感染 Mdr1基因多态性与HIV感染的研究主要集中在HIV的感染风险与治疗两方面。由于多种抗HIV药物都是P-gp的作用底物,Mdr1基因多态性以及 P-gp表达的强弱都与抗H IV药物的药物代谢动力学有关,特别是 P-gp在 CD+4T淋巴细胞中仍然表达,在一定程度上能阻止药物进入细胞发挥抗逆转录作用,更容易导致 HIV治疗失败。白细胞高度表达 P-gp的H IV感染者,更容易对抗HIV药物产生耐药性[27]。研究表明,TT基因型的HIV感染者白细胞表面P-gp相对较少[28]。但是目前这一方面的研究同样存在争议,也有研究发现 C3435T与 HIV抗逆转录治疗效果以及疾病的转归无关[29,30],目前还无法解释这些差异。

同时在H IV的感染风险上,P-gp及 Mdr1基因仍然起着一定的作用。这可以概括为:P-gp高度表达的个体对HIV有一定的抵抗力,在同样的暴露风险下,感染H IV的概率相对较小,但是一旦被感染,抗H IV药物很难进入细胞发挥作用,治疗也相对棘手[31]。

3 展望

近年来,对 Mdr1基因 C3435T及其意义的研究虽然取得了不少突破,但是总的看来还存在很多急待解决的问题。比如,对单个SNP位点的研究较多,而对多个 SNP位点组成的连锁单元研究较少;以目前的研究水平,还无法完全解释各个实验室之间研究结果的矛盾。同时,对 Mdr1基因转录与翻译的机制还缺乏认识,对C 3435T突变效应的分子机制也缺乏深入的研究。最近的一项研究显示,虽然 C3435T属于无义突变,该突变也不引起P-gp氨基酸序列的改变,但是可以影响其结构,进而影响其活性,这为进一步深入了解Md r1基因转录与翻译的机制提供了思路[32]。相信随着分子生物学技术的发展,这些问题都将得到解决,对 Mdr1基因多态性的相关研究也将更加深入。

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(本文编辑:彭润松)