谷胱甘肽硫转移酶基因多态性对肿瘤易感性及化疗作用影响的研究进展

郭　卫，李辰旭，魏　强

谷胱甘肽硫转移酶 （glutathione S-transferase，GSTs）是一类具有促进多种亲电子物质、氧化应激产物等与谷胱甘肽的巯基结合而发挥Ⅱ相解毒及抗氧化功能的多基因同工酶家族。谷胱甘肽硫转移酶广泛分布于各种生物体内的一组多功能同工酶，主要存在于肝脏内，微量存在于肾、小肠、睾丸、卵巢等组织中。其底物包括由细胞色素P450酶（CYP450）催化产生的多环芳香族环氧化物、氧化应激产物、α，β-不饱和醛酮、烷基和化学药品等。GSTs也可作为转运蛋白转运难溶于水的亲脂化合物，如血红素、胆酸、染料、类固醇激素和药物，并参与类固醇激素的合成。GSTs能在生物体受到极端环境、化学诱变剂、化学致癌剂、紫外线辐射、重金属、脂质过氧化物等的严重影响时发挥其解毒及抗氧化功能，保护机体免受致癌因素的影响，发挥抗肿瘤和抗诱变的重要作用［1］。编码GSTs的基因有GSTM1、GSTT1、GSTP1和 GSTA1等，这些基因的多态性致GSTs活性改变，影响对底物的代谢和物质转运，与肿瘤易感性、化疗疗效及其不良反应等密切相关。

1　GSTs基因多态性

人类的可溶性溶质GSTs有8种，分别是GST-π、GST-α、GST-μ、GST-θ、GST-δ、GST-ω、GST-σ、GST-κ， 分别由 GSTP、GSTA、GSTM、GSTT、GSTZ、GSTO、GSTS和GSTK表达，除GST-κ位于线粒体外，其他基因分别位于11号、6号、1号、22号、14号、10 号及 4 号染色体上［2］。

最常见具有多态性的基因是GSTM1和GSTT1。在不同国家、地区、种族人群中GSTM1基因纯合子缺失型和GSTT1基因纯合子缺失型均有较大的差异，GSTM1纯合子缺失型中亚洲人的概率为33%～63%、黑种人的概率为27.6%、白种人的概率为46．6%～53．7%；而 GSTT1 基因纯合子缺失型的概率我国人口波动范围在39%～64%之间、白种人为18%左右，黄种人则为 46%左右［3］。 GSTM1、GSTT1缺失基因型是由于同源重组，这种缺失使基因不能编码相应活性的酶蛋白，以致GSTs酶活性降低或丧失，从而影响肝脏解毒功能。

另一常见的多态性是GSTP1基因的单核苷酸（SNP）突变。GSTP1基因位于染色体11ql3，有7个外显子和6个内含子。GSTP1基因的SNP多态性发生在313位的碱基A变成G，突变型表达低活性GSTP1 酶。因而 GSTP1（c．313A＞G）基因型有野生纯合型 A/A、突变型杂合A/G和突变纯合型G/G。GSTP1的突变率约为18．4%，也存在种族差异。由于GSTP1与一些环境致癌剂的体内代谢有关，其基因多态性与各种肿瘤易感性之间的关系越来越多地受到关注［4］。

GSTA1基因位于染色体 6p12．1上，GSTA1在肝脏中的含量最丰富，具有谷胱甘肽过氧化物酶活性，保护细胞免受活性氧化物的伤害。GSTA1基因具有多个SNP多态性，根据其启动子区的4个SNP位点可以分为两种类型：GSTA1*A 和 GSTA1*B［5］。GSTA1*A和GSTA1*B这两种基因型的启动子区的活性是不同的，启动子区A基因型表达的酶活性要明显高于B基因型。

2　GSTs基因多态性与肿瘤易感性

疾病的发生通常由环境和遗传因素相互作用所致。外源性化合物例如药物或毒物等在体内先被Ⅰ相代谢酶代谢，形成了亲电子中间产物或氧化产物，这些亲电子中间产物或氧化产物在 Ⅱ 相代谢酶的作用下，通过结合反应使之转变为无毒亲水物质并经肝肾代谢排出体外。编码Ⅰ、Ⅱ相代谢酶的某个基因位点如果存在多态性，则增加导致酶的活性及其对底物亲和性改变的可能性，使解毒过程失活，毒物代谢受阻，疾病易感性增加。

2.1结直肠癌GSTM1和GSTT1缺失基因型个体酶的活性缺乏，GSTs的解毒功能丧失，增加个体患癌的危险性，并且GSTM1基因缺失结直肠癌患者生存期较短，死亡风险较高［6］。研究发现与正常对照组相比，结直肠癌患者GSTM1基因纯合子缺失的频率明显增高，70%以上的结肠近端肿瘤基因缺失的频率更高，提示结肠肿瘤的位置与GSTM1基因多态性存在相关性（OR＝1．78）［7，8］。 尽管近年来针对中国人群GSTM1、GSTT1基因多态性与结直肠癌易感性的Meta分析认为GSTM1纯合缺失是结直肠癌发生的危险因素，且GSTM1与GSTT1同时纯合缺失可能协同促进结直肠癌的发生［13，14］。但对不同人种的报道仍有矛盾：巴基斯坦、哈萨克斯坦和俄罗斯人群的GSTM1和GSTT1的缺失与结直肠癌的易感性有关［9，10］，而印度、土耳其人群的 GSTM1 和GSTT1 的缺失与结直肠癌的易感性无关［11，12］。

2.2食管癌河南林县是中国食管癌的高发地，GSTM1基因缺失型人群更易发生食管鳞状上皮不典型增生［13］，认为GSTM1的多态性与食管癌的易感性有关［14］。 Meta 分析结果表明［15］，GSTM1 缺失型基因增加亚洲人群食管癌的发病风险有关 （OR＝1．49），是亚洲人群罹患食管癌的危险因素。另一基因GSTP1在食管癌中意义不明确，有报道GSTP1与食管癌的发生有关［16，17］，GSTP1 GG 基因型是宁夏地区汉族食管癌的危险因素［18］，但也有研究认为GSTP1与食管癌的易感性无关［19］。研究结果之间的差异性说明单个基因多态性对食管癌的影响有限。鉴于GSTT1基因多态性单独与食管癌相关性较差，而与GSTM1基因联合突变能进一步提高食管癌的易感性［20］，表明食管癌也是多基因相关疾病，涉及基因－基因以及基因－环境的交互作用，因此需综合考虑。

2.3肺癌自1986年Seidegard首次报道［21］GSTM1基因多态性与肺癌易感性的关联以来，国内外有大量的相似研究。2014年之前的Meta分析发现GSTM1缺失基因型增加中国人群肺癌的发病风险（OR＝1．45，95%CI：1．30～1．62）［22，23］。 但 近 年 的Meta分析认为GSTM1缺失基因型与肺癌无关［24］。造成这种结果不一致的原因可能与人群不同、种族不同、研究设计（包括病例组和对照组的人群来源、匹配等）不同以及样本量的大小有关。

2.4宫颈癌在人乳头瘤病毒感染高危型人群中，GSTM1基因缺失会导致其患宫颈癌的风险明显增加。有研究对50例宫颈癌患者进行基因型检测，发现宫颈鳞癌的发生与GSTM1基因缺失密切相关，GSTM1基因的缺失会使宫颈癌患病的概率增加［25］。虽然宫颈癌与单独的GSTT1基因多态性之间无关联，但如果考虑环境因素，GSTP1（rs1695）105Val等位基因会增加被动吸烟妇女宫颈癌患病的风险［26］。

3　GSTs基因多态性与化疗药物

3.1关于化疗疗效GSTM1基因缺失型个体的GST活性降低，能有效保持化疗药物的浓度发挥抗癌作用，对紫杉醇和铂类的影响尤其显著［27］。对卵巢癌的研究中发现［28］，在以紫杉醇和顺铂为基础的化疗过程中，与GSTM1野生型患者相比，GSTM1或GSTT1基因缺失型尤其是GSTM1基因缺失型的患者的进展间期和平均生存时间都显著延长。采用铂类药物化疗的非小细胞卵巢癌患者，GSTM1基因缺失型频率在化疗有效组和化疗无效组间存在统计学意义上的差异（65.43%vs 42%，P＝0.0025）。 对GSTP1也有相似的研究结果［29］：GSTP1基因突变纯合型的乳腺癌患者在无病生存期上较其他基因型显著提高。 另外，GSTP1（rs1695）105Val等位基因增加乳腺癌易感性的同时提高对环磷酰胺化疗的应答，AG/GG基因型的化疗疗效优于AA基因型，携带G基因患者的化疗有效率高于携带A基因［30］。Meta 分析结果显示［31］，GSTP1 313 GG 基因型和AG基因型的患者化疗有效率明显高于AA基因型患者，即变异基因型G携带者的化疗有效率明显高于野生型AA基因型患者。由此说明GSTP1基因多态性在预测化疗疗效方面的重要作用［32］。

3.2关于化疗不良反应GSTs酶活性降低在有效维持化疗药疗效的同时也使不良反应得以持续，因而基因多态性与化疗药物不良反应的研究也备受关注。采用铂类药物和紫杉醇为化疗方案的肺癌患者，外周神经不良反应的易感性与多种代谢酶的基因多态性有关，包括 GSTs［33］。 携带 GSTP1 313G 等位基因的个体在乳腺癌化疗和泌尿系肿瘤化疗中发生中性粒细胞减少、白细胞减少以及骨髓抑制的风险性增加［34］。在采用CHOP及其为基础方案化疗的非霍奇金淋巴瘤患者中，GSTP1基因多态性与血小板减少有关，GSTP1（rs1695）AG/GG基因型比AA基因型易发生Ⅲ～Ⅳ级血小板减少，提出治疗中需严密观察G等位基因携带者血小板的下降情况，以便及时预防和处理出血［35］。在以蒽环类联合紫杉类方案化疗的乳腺癌患者中也有类似的结果［36］，GSTP1（rs1695）AG/GG 基因型的患者较AA基因型的患者易发生Ⅲ～Ⅳ级中性粒细胞减少，但GSTM1和 GSTT1基因多态性与蒽环联合紫杉类方案化疗血液不良反应均未见相关。

3.3关于化疗耐药肿瘤耐药性涉及药物摄入下调、药物外排增加、药物作用的靶点分子改变、药物灭活酶如谷胱甘肽硫转移酶（glutathione S-transferase，GST）表达增加、药物代谢障碍、DNA 修复机制障碍、DNA多聚酶活性改变、凋亡抑制变化等多种机制。肿瘤的恶性程度和肿瘤细胞对化疗药物的耐受性增强与 GST-π（GSTP）的高表达相关［37］。高GST-π水平的肺癌细胞系比低水平者更易对顺铂产生耐药［38］。 Meta 分析显示［39］，在非小细胞肺癌组织中GST-π基因的表达水平是癌旁正常肺组织的30.86倍，化疗过程中该基因是产生耐药的重要影响因素。肿瘤细胞的耐药性与GST的酶活性水平密切相关，所以，GST抑制剂能通过改变肿瘤细胞对肿瘤药物的敏感性，从而达到调节其耐药性的目的［40］。非选择性的GSH抑制剂依他尼酸（EA）和选择性的GSTP抑制剂TLK199是两个最具代表性的GST抑制剂，能有效改善肿瘤耐药，提高化疗疗效。

综上所述，国内外对GSTs基因多态性与疾病易感性（尤其是肿瘤易感性）、化疗疗效及不良反应的关系积累了一些资料，这些研究对探索肿瘤发生机制，采取有效干预措施等具有指导意义。同时，GSTs基因多态性与化疗疗效及不良反应关系的研究对指导临床合理用药也具有现实意义。