SNP对放射性肺损伤预测作用的研究进展

2019-02-09胡智慧综述审校

实用肿瘤学杂志 2019年1期

胡智慧综述张静审校

放射治疗是肺癌的重要治疗方式，然而有5%～30%的放射性肺损伤(Radiation-induced lung injury，RILI)发生率，严重影响了放射治疗的实施[1-2]。既往研究证实了RILI与多种因素有关，如KPS状态评分、性别、吸烟状况、慢性肺部疾病、手术以及化疗等[3-7]；另外，治疗计划中的剂量学参数，如接受20 Gy辐射剂量的肺体积(V20)和平均肺剂量(Mean lung dose，MLD)，为RILI发生风险提供指导[8-9]。但仅考虑这些因素不足以评估RILI的发生风险。近年来，越来越多的证据支持放射性肺损伤的遗传易感性假说。

单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism，SNP)主要是指在基因组水平由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性。DNA修复基因中的SNPs通过改变编码蛋白质的氨基酸组成，从而改变蛋白质功能和个体修复受损DNA的能力。本文总结近年放射性肺损伤与SNP关系的多项研究，为SNP预测放射性肺损伤发生提供依据。

1 转化生长因子

转化生长因子β1(Transforming growth factor β1，TGF-β1)是第一个被确认的RILI敏感性基因[10]。TGF-β1及其通路中的蛋白对辐射毒性有显著影响。既往研究显示放疗结束后TGF-β1水平与RILI的发生有关，放疗结束后4周TGF-β1仍高于正常值的患者发生RILI的几率增加，而血浆TGF-β1恢复正常水平的患者常不发生RILI。Yuan等[11]发现TGF-β1通路基因的遗传变异可能与肺、心脏、食管的放射性毒性有关。TGF-β1的rs1800469：C509TCT或TT等位基因携带者的放射性食管炎(P=0.019)及放射性胸壁反应(P=0.009)明显低于TGF-β1等位基因CC的患者。且发现TGF-β1 rs1982073(T869C)CT或CC基因型的患者，在非小细胞肺癌放疗发生3级RILI风险较TT基因型低(HR=0.390，95%CI：0.197～0.774，P=0.007)，尤其是在MLD<20 Gy或V20<30%的患者中。Shen等[12]发表的一篇Meta分析结果表明，TGF-β1的rs192073(T869C)单核苷酸多态性与RILI风险有关，G915C多态性与RILI风险无关。Niu等[13]研究发现，在我国肺癌患者中TGF-β1 rs1146634AG/GG基因型发生≥3级RILI的风险增加(HR=2.264，95%CI：1.126～4.552，P=0.022)。

2 DNA修复相关基因

2.1 XRCC家族

在哺乳动物中已鉴定出四种不同的DNA修复机制：碱基切除修复(Base excision repair，BER)、核苷酸切除修复(Nucleotide excision repair，NER)、DNA错配修复(Mismatch repair，MMR)和单链断裂修复(Single strand break repair，SSBS)[14]。人类X线修复交叉互补基因(X-ray repair complementing defective repair in Chinese hamster cells，XRCC)是碱基切除修复/单链断裂修复系统中重要DNA修复基因，参与电离辐射所致DNA损伤后单链断裂修复。在XRCC家族中，XRCC1、XRCC2、XRCC3、XRCC4、XRCC5在癌症中经常被研究。Kelsey等[15]通过前瞻性研究，观察到XRCC1外显子10rs2548SNP与放射敏感性之间的关联。信使RNA的1316位置G(鸟嘌呤)代替A(腺嘌呤)，导致在399位的氨基酸改变(谷氨酰胺转为精氨酸)。而且发现等位基因为G的患者对放射线辐射更敏感。Yin等[16]观察到，在纠正潜在混杂因素后，XRCC1 Q399R基因型为AA较GG的非小细胞肺癌患者发生放射性肺炎风险降低(HR=0.48，P=0.041)。Yin等[17]发现XRCC1Q399R的基因多态性在≥2级的RILI中起着重要作用(XRCC1：AAvs. GGHR=0.48，95%CI：0.24～0.97，P=0.04)。Tucker等[18]研究显示XRCC1、XRCC3的SNP与发生RILI密切相关，存在不利等位基因的患者在低MLD时即可能发生严重RILI。另有研究证实，不论在高加索人，还是在中国汉族患者中，碱基切除修复基因XRCC1的基因多态性均可预测RILI的风险[16，19-20]。XRCC2和XRCC3基因编码RecA/Rad51相关蛋白家族的成员，参与双链DNA断裂(Double strand breaks，DSBS)的修复。既往研究表明，XRCC2中rs3218536与放疗后的NSCLC患者的总生存率(Overall survival，OS)相关。Yin等[19]同时证实，XRCC4在rs6869366(1394G>T)片段中TT基因型的男性患者和XRCC5 rs3835(2408G>A)片段中AG/AA基因型的女性患者，在非小细胞肺癌放疗后发生严重放射性肺炎的风险增加。使用XRCC家族基因的多态性作为个体化放射治疗不良预后的预测，需要在系统的遗传学研究中进一步验证。

2.2 多功能DNA修复酶1(Multifunctional DNA repair enzyme1，APEX1)

RILI是一种辐射引起的无菌炎症反应，其中涉及DNA修复和炎症。APEX1是识别和切割放疗所致受损DNA片段中嘌呤/嘧啶(AP)位点的主要酶，作用于辐射导致DNA损伤反应的早期阶段；另外作为重要的氧化还原调节剂，APEX1能够在活性还原状态下维持多个细胞转录因子，如核因子-κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)，通过氧化还原介导激活NF-κB驱动的白介素8(IL-8)的表达，从而在炎症反应中起作用[21-22]。APEX1的氧化还原和AP核酸内切酶活性分别位于N-末端127和C-末端157个氨基酸，rs1130409是APEX1第5外显子的非同义SNP，位于AP内切酶结构域内。天冬氨酸和谷氨酸的交换影响APEX1的线圈结构，因此rs1130409(D148E)突变体相比野生型的修复活性低。辐射产生的DNA片段可以作为引起非感染性炎性反应的损伤相关因子之一，DNA修复活性减少的APEX1突变体可增加RILI敏感性[23]。有研究报道APEX1中rs1130409(D148E)为以高加索人为主的混合群体中一个RILI易感位点[16](GGvs. TTHR=3.61，95%CI：1.64～7.93，P=0.001)。Li等[20]研究证实在汉族肺癌患者中，APEX1的rs1130409 GT基因型在RILI患者中明显高于对照组(68.8%vs. 41.8%，P=0.025，OR=5.98)。携带G等位基因的肺癌患者比野生型TT基因型患者发生RILI风险高出5.83倍(OR=5.83，95%CI：1.27～26.90，P=0.024)。上述结论表明APEX1的单核苷酸多态性可能是RILI的一项危险因素。

2.3 共济失调毛细血管扩张突变基因(Ataxia-telangiectasia mutated gene，ATM)

ATM是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是由电离辐射或细胞毒性药物诱导的DSBS招募和激活的重要DDR激酶和肿瘤抑制因子。在修复双链DNA断裂、控制细胞周期检查点和放射敏感性方面起着至关重要的作用。ATM在肿瘤中经常发生突变[23]，体内和体外研究均证明ATM基因杂合性低表达的突变体具有高放射敏感性。部分单中心研究表明ATMrs189037(G>A)可作为监测非小细胞肺癌放疗后放射性肺损伤的风险的基因[24-26]。此外，进一步的研究表明，rs189037可能通过降低转录活性和干扰核蛋白结合在体外和体内影响ATM表达[25]。此外分析显示，携带ATM rs228590 TT/CT或rs189037 A/GG基因型或rs228590T/rs189037G/rs1801516G(G-T-G)单倍型的肺癌患者在接受放射治疗时具有较低的放射性肺损伤发生风险[26-27]。Zhang等[28]研究发现我国患者中ATM rs189037(G>A)和rs373759(G>A)为发生RILI的独立不良因素。因此，ATM作为独立生物标记物用于预测胸部放疗患者的RILI。

2.4 切除修复交叉互补基因(Resection and repair of cross complementation gene，ERCC)家族

ERCC家族基因主要包括ERCC1、ERCC2(也称为XPD)、ERCC3(也称为XPB)、ERCC4(也称为XPF)和ERCC5(也称为XPG)，它们参与DNA修复和DNA重组。ERCC1对于维持基因组的完整性和稳定性、消除拷贝错误、防止基因突变和肿瘤发生以及影响整个BER修复活性的水平至关重要。以往关于ERCC1、ERCC2的基因多态性与铂类化疗敏感性的研究较多。Du等[29]观察到ERCC1 rs11615(T354C)SNP中CT/TT与CC相比，对≥2级RILI的发展有显著影响(HR=0.517，95%CI：0.285～0.939，P=0.030)。这是首次证明ERCC1 T354C的CT/TT基因型与汉族肺癌患者放射治疗后的低RILI风险显著相关。不仅如此，上述研究发现V20<20%的CT/TT基因型携带者的RILI风险较CC基因型低，但如果V20>20%，则未显示RILI的发生风险与ERCC1 T354C的基因型相关。这项研究表明，当有限体积的肺暴露于高剂量的辐射时，遗传因素可能在RILI敏感性中扮演更重要的角色。关于ERCC2，它是最重要的DNA修复蛋白之一，在细胞中具有双重功能：通过活化激酶进行核苷酸切除修复和细胞周期调控；通过识别和修复广泛的结构无关的损伤和氧化损伤，在NER途径中起着重要作用。多项研究表明[30-31]，ERCC2在修复电离辐射引起的DNA损伤中也起作用。既往研究证实ERCC2 rs13181的基因多态性与肺癌患者放疗所致放射性食管炎发生风险显著相关。但对于其与RILI相关性未见报道[32-33]。因此，对于ERCC家族基因中的SNP与RILI的关系，需要更多相关研究。

3 应激反应相关基因

3.1 亚甲基四氢叶酸还原酶(Methylenetetrahydrofolate reductase，MTHFR)

MTHFR在许多重要的代谢途径(包括叶酸代谢、胸腺嘧啶合成、同型半胱氨酸加工和巯基和甲基供体的合成)之间起着重要作用。MTHFR是催化细胞代谢的关键酶，催化5，10-亚甲基四氢叶酸不可逆转化为5-甲基四氢叶酸；后者用于蛋氨酸合成(DNA甲基化的关键前体)，而前者是胸腺嘧啶合成的关键构建块。由胸苷酸合成酶催化，从而可能在DNA修复中发挥重要作用。MTHFR rs1801131(1298A>C)SNP导致密码子中的谷氨酸丙氨酸取代，其位于该基因的COOH末端调控域中，并导致纯合子变异基因型的酶功能降低30%～40%。Mak等[34]证实，AC/CC基因型患者与野生型AA基因型患者相比，发生2级以上和3级以上RILI的风险较低。

3.2 热休克蛋白

热休克蛋白(Heat shock proteins，HSPs)可通过药物或电离辐射等多种应激源刺激表达，保护机体免受这些应激源的损伤。HSP27蛋白在人体广泛表达。HSP27在暴露于氧化应激、细胞毒性药物、热休克和凋亡时增强细胞的抵抗能力[35-37]。此外，HSP27作为分子伴侣，可以和体内其他肽类蛋白结合，通过增加谷胱甘肽和降低氧化反应的毒性来增强细胞的抗氧化能力[38]。热休克蛋白β1(Heat shock protein beta-1，HSPβ1)基因对血浆HSP27水平有调节作用，HSPβ1可调节细胞的放射敏感性。Pang等[39]表明，HSPβ1 rs2868371(C>G)CC基因型与CG/GG基因型相比，具有较高的发生3级RILI风险(P=0.02)。

4 血管内皮生长因子

血管生成不仅是正常组织中重要的生理过程，也是肿瘤发生、发展和转移的必要步骤[40-42]。肿瘤细胞和肿瘤基质细胞分泌的促血管生成物质可促进肿瘤血运重建。放射治疗产生的活性氧导致正常肺组织血管内皮细胞损伤，导致早期炎症和高血管通透性[43-44]。随后，白细胞迁移到炎症部位，发生一系列炎症反应，并导致周围正常组织的辐射毒性增加。血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)对RILI的发生具有双重作用：高VEGF水平刺激内皮细胞的生长，维持血管内皮的完整性，增强抗RILI的能力；另一方面，VEGF可能增加炎症因子的合成。NF-κB通过损伤内皮细胞分泌细胞因子，导致RILI[45]。Yin等[46]对VEGF单核苷酸多态性进行分析，观察到195例NSCLC患者rs2010963(G>C)CC和rs3025039(C>T)TT基因型与RILI的高风险相关。