外源物代谢有关基因的多态性问题：昨天、今天和明天

www.cnkang.com 2007-3-22 11:02:00 中华康网

　　随着分子生物学的概念及其技术向生命科学各学科的渗透，进入90年代以来，生物医学各分支相继出现了摳鎏寤瘮的研究新趋势，即更多地以个体为对象，从个体基因及基因组水平上的某些特征为出发点，探索某些疾病或环境化学损伤，包括职业化学暴露因素易感性、病程发展以及治疗预后等方面的个体差异。

　　外源化学物质(xenobiotics)是除了病原体之外危害人体健康的又一重要因素。除了外源物质的暴露剂量和暴露时间等外界参数外，体内代谢能力的不同直接影响有害效应的发生和强度，活化代谢能力的加强和解毒代谢能力的减弱都可能造成有害效应的增强。进入90年代以来，人体外源化学物质代谢有关基因，特别是各种代谢酶的表现型和基因型上的多态性已成为毒理学以至整个预防医学领域的一个新研究热点，1998年7月召开的第8届国际毒理学大会还为这个研究方向设了一个专题会议。对个体外源化学物代谢酶基因多态性的分析在国际上目前已开始用于临床，欧洲一些大医院已将主要代谢酶基因多态性分析列入临床化验项目。

　　昨天：表现型多态性和基因型多态性

　　表现型多态性主要是指基因产物表达多态性，对于外源化学物质代谢酶来说，包括酶蛋白质合成量、活力及体内稳定状态的不同。

　　自从人类有医疗实践以来，积累了大量的药物疗效和副作用个体差异的临床观察资料，这些资料大多是属于描述性的。第二次世界大战以后，异烟肼开始大量用于肺结核的治疗，随后在服用人群中发现相当数量的外周神经系统副作用病例。1957年Bonicke等报道认为症状与异烟肼体内代谢能力差异有关，1959年Knight等证实上述差异的实质是个体N-乙酰化能力的不同，由此开始了人类对于药物代谢能力人群多态性系统研究。1988年Seidegard等在反式-环氧二苯乙烷(谷胱甘肽S-转移酶M1特异底物)与还原型谷胱甘肽轭合能力个体差异和肺癌危险关系研究的基础上，进一步从mRNA和DNA水平上进行探讨，发现由于个体hGSTM1基因的纯合子缺损，导致体内有关mRNA以及酶蛋白的完全缺失才是根本机制，从而将有关研究从表现型水平推向基因型水平。

　　今天：研究的深度和广度上都已进入撝甘跀发展

　　目前本研究领域可以说是进入了撝甘て跀，在研究的深度和广度上都处于蓬勃发展中。每个月都有新的多态性形态发现，一方面，一些原先认为是摰ヌ詳的基因被证明是摱嗵詳的；另一方面，原先已被证明摱嗵詳的基因不断有新的多态性形态及其临床意义的报道。在此主要就研究最多的三大类外源物质代谢酶类基因超家族(superfamily)，即细胞色素P450(CYPs)家族、谷胱甘肽S-转移酶(GSTs)家族和N-乙酰基转移酶(NATs)家族分别加以介绍：

　　催化Ⅰ相反应的CYPs超家族目前已知有74个家族(family)，其中至少14个家族与人类有关，家族1、2、3主要催化外源化学物质代谢，其它家族(4、5、7、8、11、17、19、21、24、27、51)则参与生物体内源物质，如脂肪酸、胆固醇、甾体激素等的代谢，其中家族4有可能还承担部分外源化学物质的代谢催化。不同家族基因都有一定程度的组织表达专一性，与外源化学物质代谢有关的细胞色素P450大多主要在肝脏内表达，代谢反应主要在肝脏里进行。也有一些与外源物质代谢有关的P450则在肝外组织中表达，如CYP2F和CYP4B亚家族主要在肺和肾内表达。已知有20种CYPs具有多态性形态［1］，其中对CYP1A1、CYP2D6和CYP2E1的研究最为广泛。研究表明：膀胱癌患者中CYP2D6强代谢基因型(CYP2D6．1A)个体较多［2］；对于具有CYP2D6高活性基因型且吸烟的个体来说，随着其每日吸烟量的增多，患肺癌的危险也随之增高［3］。CYP1A1与乳房癌发生的关系研究较多，但结论很不一致［4，5］。还有一些研究表明不同的CYP2E1基因型在膀胱癌患者和对照中的比率并无显著差异［6］，而且CYP2E1c2等位体与酒精导致的一些肝病也无关［7］。

　　4种细胞质GSTs家族A、M、T、P中，GSTM1和GSTT1多态性认定较早，多态性形态包括基因缺损以及由于GSTM1基因编码区一个碱基置换(G534-C)导致氨基酸序列Lys173-Asn改变形成变异体［8］。新近还在西亚人群中发现的GSTM1基因多重拷贝数形态。GSTT1和M1基因型多态性状况在不同人种集团和地域居民人群间表现很大差异。我们发现上海市区正常人群GSTT1纯合缺损率为49.3%，远远高于高加索人种(10%～22%，平均17%左右)和美国黑人的水平(24%)，与华裔新加坡人群报道值(58.3%)也不同；上海人群GSTM1纯合缺损为48.9%，与华裔新加坡人(63.1%)有显著差异。两基因4种综合缺损状态的比例为：24.2∶24.7∶25.1∶26.0，接近1∶1∶1∶1，说明两基因的缺失既不表现正关联，也非负关联，而是互为完全独立事件。以上情况与华裔新加坡人的情况也有显著差异。据此，我们认为华人作为地球上最大的种族集团，其内部各亚人群之间在基因水平上的遗传差异必须引起注意［9，10］。

　　GSTT1及M1某些多态性形态与一些癌症易感的高危险有联系。我们对上海地区白血病人群进行的研究表明［11］：GSTT1和GSTM1基因综合纯合缺损有可能是上海地区成年人患白血病的一个遗传危险因子(OR=2.61,P＜0.05)；此关系对35～60岁组成员成立(OR=3.13,P＜0.05)，对60岁以上组差异没有显著性(P＞0.05)。

　　近年来，GSTP1基因的人群多态性开始引起注意。这个基因长约3kb，包括6个内含子和7个外显子，位于染色体11q13，编码210个氨基酸的酶蛋白肽链［12］。目前已发现GSTP1基因第105位和114位氨基酸编码序列具有人群多态性，不同的GSTP1等位变异体影响细胞的解毒特性，这可能部分解释了GSTP1-Val105纯合子和肿瘤易感性升高之间的关系。GSTP1在人肺、肾和前列腺中表达，在肝中不表达或表达水平很低［13］。GSTP1-1在肿瘤细胞中的表达水平较正常组织中高，它可能与人类肿瘤对抗癌药的耐受性有关。研究表明GSTP1在不同种族群体中呈多态性，群体间两个位点的基因频率有显著差异。Harris等对这两个基因位点在土著澳大利亚人、欧裔澳大利亚人、印度人以及华人中的分布研究表明：这两个位点频率在土著澳大利亚人和华人相互很接近，欧洲人和印度人相互也很接近，但两大组之间差异有显著性。由于GSTP1基因遗传多态性的发现较GSTT1和GSTM1晚，有关基因多态性与癌症易感性关系的工作还不多，目前已有的个别报道的样本数也偏小。

　　人N-乙酰基转移酶(NATs)家族中有两个成员NAT1和NAT2，两个基因高度同源(DNA水平上87%)，与一个相关的假基因NATP一起集中在人第8号染色体一个小区段内。长期以来人们的研究兴趣主要集中在NAT2基因［14］，自从确定NAT1也是一个摱嗵詳酶以来，至少有17种不同的多态性形态得到确认，其中NAT1．10与多种癌症的危险性的研究较为集中。研究表明NAT1．10提高了患膀胱癌和直肠癌的危险［15］。烃类暴露引起的膜性肾小球肾炎患者中NAT1快乙酰化基因型个体显著多于对照［16］。NAT2也得到了广泛的研究。研究表明：在有职业性芳香胺接触史的膀胱癌患者中基因型为NAT2慢乙酰化基因型者所占比例较高［17］。NAT1在人的膀胱粘膜、肠道和胎盘中高度表达［18］，有报道说胎盘中NAT1与NAT2间存在连锁不平衡(linkage disequilibrium)，NAT1．10与NAT2．4综合基因型出现的频率比期望值要高3.5倍［19］。

　　近年来，除了上述的三大超基因家族外，其他一些与外源化学物质代谢有关的基因多态性研究也有报道。Ah受体(芳香烃受体；文献中也有称二受体或TCDD受体)的人群多态性开始受到关注。它和某些重要环境化学物(如二)受体-配基特异结合与某些外源物质代谢酶(CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1、GSTYa、醛脱氢酶 ALDH-3等)的诱导过程有关，是研究基因与环境化学因子相互作用的一个良好模型［20］。

　　明天：药物基因组学

　　整个人类基因组约30亿碱基对，包括约10万个不同的基因，其中有5 000个左右疾病相关基因。1990年开始运行的撊死嗷蜃榧苹當(Human Genome Project)继物理图、遗传图之后，直接测序工作进展也十分快，原计划2005年完成的全序列测定至少可以提前两年，于2003年完成。根据最新公布的计划，到2001年，人类基因组中重要的三分之一区段的序列将以撏旯的形式提供给科学界，另外还有相当部分以摬莞鍞形式提供，两者相加，可覆盖人类基因组90%序列。随着测序工作临近完成，人类基因组研究的重点已由摻峁够蜃檠转向摴δ芑蜃檠，即以阐明基因组的整体功能及其调控为重点。人类环境化学物质代谢有关基因多态性的研究属于撘┪镆糯(Pharmacogenetics)的领域范畴，本身是一门相对年轻的学科，人类结构基因组学的成果为这方面研究向更高层次发展提供了基础，同时目前研究中积累的大量基因多态性形态与功能变化的资料又可以为结构基因组学的研究提供参考。我们正在迎来撘┪锘蜃檠(Pharmacogenomics)的新阶段，临床医学和环境医学开始出现摳鎏寤瘮趋势，即开始应用人类基因和基因组研究的成果，从患者个体遗传背景差异来进行诊断、处方以及其他治疗方案的确定。不同人群和个体在一系列基因结构上众多多态形态的存在直接影响对某些疾病易感性、病程发展、特定药物和其他治疗方案的有效性、毒副作用以及愈后效应方面的巨大差异。

　　作者单位：中国科学院上海昆虫研究所中德毒理学实验室(DCLT)　200025

　　参考文献

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