黃鳳樓,刁孟元,俞云峰,張 斌

腫瘤的多藥耐藥(multidrug resistance,Mdr)一直是腫瘤治療中最棘手的問題之一。其與一種名叫 P-糖蛋白(P-glycop rotein,P-gp)的蛋白質(zhì)密切相關(guān),P-gp共含有 1280個氨基酸組成,相對分子質(zhì)量為 170,所以又稱為 P170,是 ABC(ATP-binding cassette)家庭成員之一,能依賴 ATP將其底物泵出細(xì)胞外,對細(xì)胞起到保護(hù)作用[1]。表達(dá)于腫瘤細(xì)胞表面的 P-gp可將多種抗腫瘤藥物泵出細(xì)胞外,是腫瘤細(xì)胞同時對多種抗腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥性的原因之一,因此將編碼 P-gp的基因命名為 Mdr基因,即多藥耐藥基因。在人類,編碼P-gp的基因是 Mdr1基因,它位于第 7號染色體,約 200 kb[1]。P-gp不僅表達(dá)于腫瘤細(xì)胞表面,也表達(dá)于正常組織,如肝臟、胃腸道、腎臟以及血腦屏障等細(xì)胞表面,執(zhí)行不同的生理功能。近年的研究發(fā)現(xiàn),Mdr1基因的多態(tài)性可以直接影響P-gp的表達(dá),除抗腫瘤藥物外,還影響多種藥物的代謝動力學(xué)。Mdr1基因的多態(tài)性以及 P-gp與多種疾病的發(fā)病機(jī)制存在聯(lián)系,有較重要的臨床意義。本文擬就 Mdr1基因的C3435T多態(tài)性的臨床意義做一簡要綜述。

1 Md r1基因多態(tài)性概要

首先對 Md r1基因多態(tài)性及其意義進(jìn)行全面研究的是德國學(xué)者 Hoffmeyer等,他們檢測了 188名患者 Mdr1基因的多態(tài)性,發(fā)現(xiàn)了 15個單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位點,并發(fā)現(xiàn)位于第 26個外顯子的 C3435T能顯著影響十二指腸P-gp的表達(dá),十二指腸 P-gp的表達(dá)水平在 3種基因型的個體中從高至低依次為 CC＞TC＞TT。且十二指腸 P-gp表達(dá)水平與地高辛在胃腸道的吸收密切相關(guān),TT基因型的個體口服地高辛之后往往有較高的生物利用度[2]。到目前為止,科學(xué)家總共在 Mdr1基因的 27個 SNP位點上發(fā)現(xiàn)了 28個突變[3],其中以 C3435T的研究倍受矚目。但是C3435T影響P-gp表達(dá)的確切機(jī)制還不太清楚,因為C 3435T本身是一個無意義的突變,并不影響P-gp的氨基酸序列[1]。

針對 Mdr1基因多態(tài)性,特別是隨著 C3435T在人群的分布頻率的調(diào)查在世界各地的廣泛開展,發(fā)現(xiàn)各個地區(qū)、各個民族 Md r1基因 C3435T的分布頻率是不同的[1]。CC基因型在熱帶地區(qū)如肯尼亞、蘇丹的分布頻率較高,而在其他地區(qū)分布較低。Schaeffeler等[4]認(rèn)為:這可能是由于該地區(qū)感染性疾病較為流行,CC基因型的患者P-gp表達(dá)水平較高,對人體抵抗病原體的侵害是有利的。

2 Md r1基因多態(tài)性的臨床意義

2.1 Mdr1基因多態(tài)性與藥物代謝動力學(xué) 很多藥物都是P-gp的作用底物,這些藥物在腸道的吸收、腎臟的排泄以及各組織間的分配都與 P-gp密切相關(guān)。小腸 P-pg表達(dá)于上皮細(xì)胞刷狀緣,直接影響藥物從消化道進(jìn)入血液,是影響藥物代謝動力學(xué)的因素之一。目前這方面研究較多的藥物是環(huán)孢素和FK 506,這兩種藥都是器官移植患者長期服用的免疫抑制劑。但兩者使用范圍都相對狹窄,血藥濃度過高,易造成肝腎損害,過低又達(dá)不到免疫抑制的效果?；贖offmeyer的研究結(jié)果,從單個SNP位點的角度而言,C3435T突變中,CC基因型的個體腸道 P-gp表達(dá)較高,不利于藥物的吸收,所以藥物生物利用度相對較低,TT基因型個體則與之相反。部分研究也證明了該觀點[5-7],但是目前這方面還存在很大爭論。也有研究發(fā)現(xiàn),C3435T與以上兩種藥物代謝的動力學(xué)無關(guān)[8-11]。這可能歸結(jié)于以下原因:(1)藥物代謝為多因素作用的結(jié)果,腸道 P-gp對口服吸收的影響只是其中的一個環(huán)節(jié),在調(diào)查過程中很難控制其他因素的影響。(2)很多調(diào)查研究都是集中在 Mdr1基因的單一 SNP位點上,如廣泛研究的 C3435T、G2677T/A,而將多個 SNP位點作為一個連鎖單元進(jìn)行研究的報道相對較少[12]。最近的一項研究對Md r1基因的 3個 SNP位點 C1236T、G 2677T/A和 C3435T組成的連鎖單元進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)器官移植患者口服 FK506的濃度與其組成的連鎖單元有關(guān)[13],但是這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能闡明Mdr1基因多態(tài)性與藥物代謝動力學(xué)的關(guān)系及其機(jī)制,因為Md r1基因的各 SNP位點之間以及其他基因的 SNP位點之間又存在廣泛而復(fù)雜的連鎖[14]。(3)很多研究都是直接觀察不同基因型個體 P-gp表達(dá)的強(qiáng)弱,而缺乏在 RNA水平上就其轉(zhuǎn)錄、剪切、翻譯等進(jìn)行的研究,對 Mdr1基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯分子機(jī)制缺乏深入的了解[15]。

2.2 Mdr1基因多態(tài)性與潰瘍性結(jié)腸炎 潰瘍性結(jié)腸炎確切的發(fā)病機(jī)制目前還不清楚,有研究顯示 Mdr1基因與其發(fā)病機(jī)制有一定聯(lián)系。其理論基礎(chǔ)就是 Hoffmeyer的研究結(jié)果,即 C3435T為 CC的個體,胃腸道 P-gp表達(dá)水平較高,有利于腸道抵御致病因子特別是細(xì)菌的侵襲,發(fā)生腸道炎癥性疾病如潰瘍性結(jié)腸炎的概率相對較小。該理論也得到了一定的實驗支持,Panwala等[16]發(fā)現(xiàn),敲除 Md r1基因的小鼠,由于腸道 P-gp表達(dá)缺陷,失去了抵御致病因子侵襲的重要屏障,會出現(xiàn)和潰瘍性結(jié)腸炎癥狀相似的腸道炎癥,且口服抗生素可以緩解此種炎癥的發(fā)展。臨床調(diào)查也發(fā)現(xiàn),同一民族,潰瘍性結(jié)腸炎患者TT的分布頻率較健康人群高[17-18]。但令人疑惑的是,也有臨床調(diào)查發(fā)現(xiàn)C3435T與潰湯性結(jié)腸炎的發(fā)病存在密切聯(lián)系[19-22]。此外,還有調(diào)查發(fā)現(xiàn)G 2677T/A與潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)病也存在一定聯(lián)系[23]。

2.3 Mdr1基因多態(tài)性與Parkinson病 有觀點認(rèn)為,Parkinson病的發(fā)病機(jī)制可能與中樞神經(jīng)系統(tǒng)長期受到有害物質(zhì)的侵襲有關(guān)。P-gp在血腦屏障廣泛表達(dá),其生理作用主要是阻止有害物質(zhì)對中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成的損害,基于這一生理功能,很容易將Parkinson病的發(fā)病機(jī)制與Mdr1基因以及 P-gp聯(lián)系起來,即血腦屏障P-gp表達(dá)較高的個體,能在一定程度上抵御外界毒性因素對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的毒害作用,降低Parkinson病的發(fā)病風(fēng)險。調(diào)查顯示,長期暴露在殺蟲劑中,且C3435T為 TT或 CT的群體,Parkinson病的發(fā)病率明顯較CC基因型高[24]。也有調(diào)查發(fā)現(xiàn),Parkinson病發(fā)病年齡較早的群體與發(fā)病年齡較晚的群體相比,TT的分布頻率較高,也說明 TT基因型個體血腦屏障P-gp表達(dá)水平較低,對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)能力較弱,因而Parkinson病的發(fā)病風(fēng)險高[25]。

此外,還有研究證實,位于腦組織神經(jīng)元表面的 P-gp可以將 β-淀粉樣泵出細(xì)胞外,提示 Mdr1基因以及 P-gp可能與老年性癡呆的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[26]。

2.4 Md r1基因多態(tài)性與 HIV感染 Mdr1基因多態(tài)性與HIV感染的研究主要集中在HIV的感染風(fēng)險與治療兩方面。由于多種抗HIV藥物都是P-gp的作用底物,Mdr1基因多態(tài)性以及 P-gp表達(dá)的強(qiáng)弱都與抗H IV藥物的藥物代謝動力學(xué)有關(guān),特別是 P-gp在 CD+4T淋巴細(xì)胞中仍然表達(dá),在一定程度上能阻止藥物進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮抗逆轉(zhuǎn)錄作用,更容易導(dǎo)致 HIV治療失敗。白細(xì)胞高度表達(dá) P-gp的H IV感染者,更容易對抗HIV藥物產(chǎn)生耐藥性[27]。研究表明,TT基因型的HIV感染者白細(xì)胞表面P-gp相對較少[28]。但是目前這一方面的研究同樣存在爭議,也有研究發(fā)現(xiàn) C3435T與 HIV抗逆轉(zhuǎn)錄治療效果以及疾病的轉(zhuǎn)歸無關(guān)[29,30],目前還無法解釋這些差異。

同時在H IV的感染風(fēng)險上,P-gp及 Mdr1基因仍然起著一定的作用。這可以概括為:P-gp高度表達(dá)的個體對HIV有一定的抵抗力,在同樣的暴露風(fēng)險下,感染H IV的概率相對較小,但是一旦被感染,抗H IV藥物很難進(jìn)入細(xì)胞發(fā)揮作用,治療也相對棘手[31]。

3 展望

近年來,對 Mdr1基因 C3435T及其意義的研究雖然取得了不少突破,但是總的看來還存在很多急待解決的問題。比如,對單個SNP位點的研究較多,而對多個 SNP位點組成的連鎖單元研究較少;以目前的研究水平,還無法完全解釋各個實驗室之間研究結(jié)果的矛盾。同時,對 Mdr1基因轉(zhuǎn)錄與翻譯的機(jī)制還缺乏認(rèn)識,對C 3435T突變效應(yīng)的分子機(jī)制也缺乏深入的研究。最近的一項研究顯示,雖然 C3435T屬于無義突變,該突變也不引起P-gp氨基酸序列的改變,但是可以影響其結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響其活性,這為進(jìn)一步深入了解Md r1基因轉(zhuǎn)錄與翻譯的機(jī)制提供了思路[32]。相信隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,這些問題都將得到解決,對 Mdr1基因多態(tài)性的相關(guān)研究也將更加深入。

[1] Sakaeda T,Nakamura T,Okumura K.Mdr1 genotype-related pharmacokinetics and phamarcodynamics[J].Biol Pharm Bull,2002,25(11):1391-1400.

[2] Hoffmeyer S,Burk O,von Richter C,et al.Functional polymorphisms of the human multidrug-resistance gene:multi sequence variations and correlation of one allele with P-glycoprotein expression and activity in vivo[J].Proc Natl Acad Sci USA,2000,97:3473-3478.

[3] Sakaeda T.MDR 1 genotype-related pharmacokinetics:fact or fiction[J].Drug Metab Pharmacokinet,2005,20(6):391-414.

[4] Schaeffeler E,Eichelbaum M,Brinkmann U,et al.Frequency of C 3435T polymorphism of MDR 1 gene in African people[J].Lancet,2001,358(9279):383-384.

[5] Bonhomme FL,Devocelle A,Saliba F,et al.MDR-1C 3435Tpolymorphism influences cyclosporine:a dose requirement in livertransplant recipients[J].Transplantation,2004,78(1):21-25.

[6] Goh BC,Lee SC,Wang LZ,etal.Explaining interindividual vari-ability of docetaxel pharmacokinetics and pharmacodynamics in Asians through phenotyping and genotyping strategies[J].JClin Oncol,2002,20(17):3683-3690.

[7] Zhang X,Liu ZH,Zheng JM,et al.Influence of CYP3A 5 and MDR1 polymorphisms on tacrolimus concentration in the early stage after renal transplantation[J].Clin Transplant,2005,19(5):638-643.

[8] Tada H,Tsuchiya N,Satoh S,et al.Impact of CYP3A 5 and MDR 1(ABCB1)C3435T polymorphisms on the pharmacokinetics of tacrolimus in renal transplant recipients[J].Transplant Proc,2005,37(4):1730-1732.

[9] Wang Y,Wang C,Li J,et al.Effectof genetic polymorphismsof CYP3A 5 and MDR 1 on cyc losporine concentration during the early stage after renal transplantation in Chinese patients treated with diltiazem[J].Eur JClin Pharmacol,2009,65(3):239-247.

[10]ZhangWX,Chen GL,ZhangW,et al.MDR1 genotype do not influence the absorption of a signle oraldose of 100mg talinolol in healthy Chinesemales[J].Clin Chim Acta,2005,359(1-2):46-52.

[11]Dragonas C,Wagner JT,Heppner HJ,et al.The association of ABCB1 polymorphisms and elevated serum digitoxin concentrations in geriatric patients[J].Eur JClin Pharmacol,2008,64(4):367-372.

[12]Nakamura T,Sakaeda T,Horinouchi M,et al.Effectof themutation(C 3435T)atexon 26 of theMDR1 gene on expression levelof MDR1 messenger ribonucleic acid in duodenal enterocytes of healthy Japanese subjects[J].Clin Pharmacol Ther,2002,71(4):297-303.

[13]Fredericks S,Moreton M,Reboux S,et al.Multidrug resistance gene-1(MDR-1)haplotypes have a minor influence on tacrolimus dose requirements[J].Transplantation,2006,82(5):705-708.

[14]Kim RB,Leake BF,Choo EF,et al.Identification of functionally variant MDR 1 alleles among European Americans and African Americans[J].Clin Pharmacol Ther,2001,70(2):189-199.

[15]Woodahl EL,Ho RJ.The role of MDR 1 genetic polymorphisms in interindividual variability in P-glycoprotein expression and function[J].Curr Drug Metab,2004,5(1):11-19.

[16]Panwala CM,Jones JC,Viney JL.A novelmodel of inflammatory bowel disease:m ice deficient for themultipledrug resistance gene,Mdr1,spontaneously develop colitis[J].J Immunol,1998,161:5733-5744.

[17]Schwab M,Schaeffeler E,Marx C,etal.Association between the C3435TMdr1 gene polymorphism and susceptibility for ulcerative colitis[J].Gastroenterology,2003,124:26-33.

[18]Farnood A,Naderi N,Moghaddam SJ,et al.The frequency of C3435TMDR 1 gene polymorphism in Iranian patients with ulcerative colitis[J].Int JColorectal Dis,2007,22(9):999-1003.[19]Ostergaard M,Ernst A,Labouriau R,et al.Cyclooxygenase-2,multidrug resistance 1,and breast cancer resistance protein gene polymorphisms and inflammatory bowel disease in theDanish population[J].Scand JGastroenterol,2009,44(1):65-73.

[20]Oostenbrug LE,Dijkstra G,Nolte IM,et al.Absence of association between themultidrug resistance(MDR 1)geneand inflammatory bowel disease[J].Scand J Gastroenterol,2006,41(10):1174-1182.

[21]Annese V,Valvano MR,Palmieri O,et al.Multidrug resistance gene in inflammatory boweldisease:ameta-analysis[J].World J Gastroenterol,2006,12(23):3636-3644.

[22]Onnie CM,Fisher SA,Pattni R,etal.Associationsofallelic variantsof themultidrug resistance gene(ABCB1 or MDR 1)and inflammatory bowel disease and their effects on disease behavior:a case-control andmeta-analysis study[J].Inflamm Bowel Dis,2006,12(4):263-271.

[23]Brant SR,Panhuysen CI,Nicolae D,et al.MDR 1 Ala893 polymorphism is associated with inflammatory bowel disease[J].Am J Hum Genet,2003,73(6):1282-1292.

[24]Drozdzik M,Bialecka M,Mysliwiec K,et al.Polymorphism in the P-glycoprotein drug transporter MDR 1 gene:a possible link between environmetaland genetic factors in Parkinson′s disease[J].Pharmacogenetics,2003,13(5):259-263.

[25]Furuno T,Landi MT,Ceroni M,et al.Expression polymorphism of the blood-brain barrier component P-glycoprotein(MDR1)in relation to Parkinson′s disease[J].Pharmacogenetics,2002,12(10):529-534.

[26]Kuhnke D,Jedlitschky G,Grube M,et al.MDR 1-P-glycoprotein(ABCB 1)mediates transport of Alzheimer′s amyloid-beta peptides—implications for themechanismsof beta clearanceat theblood-brain barrier[J].Brain Pathol,2007,17(4):347-353.

[27]Hendrickson SL,Jacobson LP,Nelson GW,et al.Hostgenetic influenceson highly active antiretroviral therapy efficacy and AIDS-free survival[J].JAcquir Immune Defic Syndr,2008,48(3):263-271.[28]Fellay J,Marzolini C,Meaden ER,et al.Response to antiretroviral treatment in HIV-1-infected individualswith allelic variants of themultidrug resistance transporter 1:a pharmacogenetics study[J].Lancet,2002,359:30-36.

[29]Verstuyft C,Marcellin F,Morand-Joubert L,et al.Absence of association between MDR1 genetic polymorphisms,indinavir pharmacokinetics and response to highly active antiretroviral therapy[J].AIDS,2005,19(18):2127-2731.

[30]Kedmi M,Maayan S,Cohen SB,et al.MDR 1 and CYP3A4 polymorphisms are associated with HIV seropositivity in Israeli patients but do notinfluence the course of HIV disease[J].AIDSPatient Care STDS,2007,21(9):653-658.

[31]Lee CG,Ramachandra M,Jeaning KT,et al.Effectof ABC transporters on HIV-linfection:inhibition of virus production by the Mdr1 transporter[J].FAESB,2000,14:516-522.

[32]Komar AA.Silent SNPs:impact on gene function and phenotype[J].Pharmacogenom ics,2007,8(8):1075-1080.

(本文編輯:彭潤松)