6. 张伟-肿瘤化疗药物个体化治疗的药物基因组学基础

TS 3/3
TS 3/2 TS 2/2
9.42
5.53 2.6
91%
85% 50%
8.5 months
8.3 months 18.2months
27%
32% 63%
3/3型由于TS高表达，导致5-FU对肿瘤细胞杀伤力降低进而耐药，同时 对正常细胞的杀伤也降低，毒性降低。同时意味着，3/2和2/2低表达 TS患者毒性反应增强。
2个基因突变对生存率的分别影响及联合影响。
铂类与XPD、XRCC1基因
Favourable genotypes ：
XPD-751 (Lys/Lys) ERCC1-118 (C/C) GSTP1-105 (Val/Val)
TS-3’UTR (+6BP/+6BP)
有益基因型的组合生存期更长，预后更好。
TPMT*2、*3、*4、*18 变异者应用顺铂时面临耳毒性高 风险；携带>1个以上TPMT风险 等位基因的患者应减低顺铂的剂 量或调整用药方案。尤其是对儿 童而言。
小结1
1. 2. 3. 4. ERCC1 8092A等位基因是铂类耐药指标，生存期仅为CC基因型的 50%； XPD基因751Gln和312Asn突变者发生疾病进展的风险分别增高612倍和5倍，是铂类耐药的分子标志物； XRCC1基因399Gln也导致铂类治疗总体生存时间降低一半以上， 复发风险增加3-4倍，预示疾病进展高风险； 携带一个以上TPMT*2、*3、*4、*18突变是耳毒性指标，患者应减 低顺铂的剂量或改变用药方案。
MRD值存在较大个体差异：有的患者在2-3周化疗诱导缓解后骨髓中 的白血病细胞由接近100%迅速降低到0.01%，而有的患者在治疗4-6 周后仍然毫无反应。
依托泊苷与IL15
371 patients in St Jude cohort 227 patients in COG cohort 基因组DNA GWAS
铂类与XPD、XRCC1基因
采用全血DNA，XPD基因Asn突变纯合子平均生存时间大大降低为6.6个月，对于3 期肺癌而言更为显著，6.3个月，疾病进展风险增加5倍。
XRCC1基因399位精氨酸到谷氨酰胺变异也导致总体生存时间大大降低，疾病进展 风险增加3-4倍。
铂类与XPD、XRCC1基因
把XPD的Asn和XRCC1的Gln定义为风险基因，两者联合变异进一步加大死亡风险。
氟尿嘧啶类
5-FU、替加氟和卡培他滨属于嘧啶类似物，常用于结直肠癌和前列腺 癌等的化疗； 作用机制： 5-FU的主要活性代谢产物5-氟去氧尿嘧啶可与胸苷酸合 成酶（TS）、叶酸辅因子结合形成稳定的三元复合物，进而抑制TS 正常活性，进而抑制DNA合成； TS通过催化脱氧尿苷-5’-单磷酸转变成2’-脱氧胸苷-5’-单磷酸 （dUMP----dTMP），该步骤是DNA复制的关键步骤； 5-FU不论单用还是联合化疗，有效率总是介于10%-50%之间，且伴 随疗效、毒副反应、生存预后巨大的个体差异。
氟尿嘧啶类与TS
胸苷酸合成酶（TS）基因5’调节区存在28bp的可变串联重复序列基因 多态性，研究表明3次串联重复的TS活性较2次串联重复的TS活性高出 约2.6倍，mRNA水平高3.6倍；而肿瘤组织内的TS表达是影响5-FU化 疗反应性及患者生存率的决定因素。
TS平均表达量 化疗无反应率 平均生存时间 3度毒性发生率
复序列3R/3R基因型患者显著耐药，4年生存率仅为野生型1/3； 氟尿嘧啶类的代谢酶DPD导致活性降低或丧失的突变是导致严重毒
性的分子标志物，纯合子需禁止使用氟嘧啶类药物。
J Clin Oncol 2001;19:1779-1786 British Journal of Cancer (2004) 91, 344 – 354 The Pharmacogenomics Journal (2001) 1, 65–70 Br J Clin Pharmacol. 2007 Aug;64(2):237-40
顺铂与TPMT
顺铂耳毒性：顺铂是目前所知的耳毒 性最强的药物之一，10-25%的成人接受
顺铂化疗将导致严重、双侧、永久性的
听力损伤；儿童约60%可导致耳毒性， 严重影响听力，甚至语言和认知的发育； 顺铂耳毒性可导致化疗剂量减低、疗程 提前终止等后果，进而影响肿瘤化疗后 的生存率；TPMT参与顺铂及其 毒性代谢产物的解毒过程。
小结 3
CDA基因208AA突变型纯合子（*3/*3）引起CDA活性降低，吉西他 滨代谢减慢，是导致严重毒副反应的指标； CDA基因Lys27Gln（*2）是引起酶活性升高的突变，*2/*2是使用吉 西他滨治疗预后不良的指标。
J Clin Oncol 2006;25:32-42. J Clin Oncol 2007;25:32-42 Clin Cancer Res 2008;14:1797-1803.
日本群体药代动力学研究发现，CDA*3突变携带者吉西他滨的AUC显著升高，而 清除率显著降低
吉西他滨与CDA
意大利人群CDA Lys27Gln（*2）多态性与吉西他滨疗效和不良反应
CDA Lys27Gln 中位生存时 疾病进展 间（月） 时间 17 8.4 3-4度嗜中性 粒细胞减 少症 48% 3-4度血小板 减少症 33.3% 平均酶活性
Lys/Lys
10424.7 pmol/h/mg pro 17745.5 pmol/h/mg pro
Lys/Gln Gln/Gln P
13.6 4.1 0.002
5.0 3.3 0.006
10.3% 22.2% 0.006
6.9% 11.1% 0.03
CDA Lys27Gln是引起酶活性升高的突变，导致生存期降低，疾病进展时间 缩短，同时不良反应发生率也少。 CDA Gln27Gln是使用吉西他滨治疗预后不良的指标。
ERCC1是DNA剪切修复最主要的酶，已知ERCC1的mRNA表达增 加与非小细胞肺癌、胃癌、卵巢癌、宫颈癌、结直肠癌的铂类耐药 显著相关。
铂类与ERCC1基因
肺癌患者基因组DNA的ERCC1基因型与平均生存期的关系
ERCC1 C8092A
全体病人 III期病人 C/C CA或AA C/C CA或AA
氟尿嘧啶类与TS
注：降期治疗（Downstaging）—通过化疗等 治疗手段，减轻肿瘤负荷，降低分期，有时也 为方便手术。降期YES=有疗效。 该图说明TS3/3高表达的患者约78%降期治疗失 败，而2/2和2/3TS低表达的患者仅39%降期治 疗失败，约61%获得满意的降期治疗。TS低表 达患者获得满意降期治疗的可能性是高表达 3/3患者的3.76倍。
Level 1：1个大型药物临床研究且经过第2-3次独立样本 验证，或剂量有guideline，或FDA药品说明书有标签；
Level 2：1个至少100例以上样本的高质量PGX研究， 或几个结果一致的中小型样本独立研究；或SCI正面引 用50次以上； Level 3：相对小样本（n<100）的独立研究，或几个结 论有争议的独立研究。
酶活性严重降低，导致药物在体内蓄积，引起严重粘膜炎、粒细胞减少症、神 经系统症状甚至死亡。
野生型纯合子剂量不变；突变杂合 子（a+d或a+i）降低剂量为50%； 突变型纯合子（2i或2d或i+d）严格 禁止使用氟嘧啶类药物。
毒性与DPYD活性成反比
小结 2
氟尿嘧啶类的靶点胸苷酸合成酶（TS） 5’调节区28bp可变串联重
平均生存期
22.3月 13.4月 38.7月 15.4月
P
0.006 0.004
A等位基因携带者推测可能与 ERCC1的mRNA稳定性高于 CC等位基因携带者有关，导 致DNA损伤修复增强，对铂类 耐药。
铂类与ERCC2基因
XPD基因（又名ERCC2）编码的解旋酶是DNA损伤修复系统通路 的又一重要环节。
外周血DNA测序结果发现为208位AA 突变型纯合子（*3/*3），其等位基因 发生率为4.3%，纯合子发生率不到 0.2%，引起CDA活性降低，吉西他滨 代谢减慢而引起严重毒副反应。
吉西他滨与CDA
CDA *1/*1 *1/*3 *3/*3 P AUC(hr· _g/mL) 9.96 12.83 52.86 6.66E-13 CL/m2(L/hr/m2) 100.3 77.9 18.92 7.77E-04 Median CDA Activity (units) 6.26 2.99 0.74 9.35E-05
结直肠癌患者生存期与基因组DNA的XPD基因多态性的关系
XPD751 Lys/Lys Lys/Gln Gln/Gln 中位生存时间（月） 18个月生存率 肿瘤无进展发 生率 17.4 12.8 3.3 43% 30% 10% 肿瘤进展发生 率 14% 8% 50%
86% 92% 50%
XPD基因751位多态性影响结直肠患者总体 生存率，谷氨酰胺Gln变异者发生疾病进展 的风险增高6-12倍，对于患者化疗反应和 生存期有不良影响，是化疗耐药的分子标 志物。可能的原因是Gln编码的XPD蛋白修 复DNA的能力更强，导致耐药。
CDA基因多态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ对吉西他滨的疗效和血液学毒性有重要影 响。
吉西他滨与CDA
病例报告：
男性、45岁、胰腺癌患者； 使用吉西他滨为主的化疗方案一周期；
出现极严重毒副反应，包括4度粒细胞减少症、血小板减 少、口腔粘膜炎、3度皮疹、发热性中性粒细胞减少症，
且危及生命。
吉西他滨与CDA
左上图是吉西他滨原药的浓度在 一例急性毒性反应病人中显著升 高5.4倍，半衰期延长为3.7倍， 清除率降低为19%；左下图显示 代谢产物dFdU浓度显著降低了 60%。
此图表明降期治疗满 意的患者生存期显著 高于不能达成降期治 疗的患者，4年生存 率为90% vs 30%，说 明TS3/3高表达患者 生存率显著降低。
该曲线与上述曲线基 本一致，说明TS3/2 基因型是降期疗效的 主要决定因素，也是 患者无病生存期的主 要决定因素。
5-氟尿嘧啶类与DPD
二氢嘧啶脱氢酶（ DPD）对于5-氟尿嘧啶、卡培他滨和替加氟的体内代谢解 毒至关重要，由DPD代谢成无活性代谢产物而完成解毒；DPD基因突变导致
抗肿瘤药物的个体化治疗
• 靶向药物 > 化疗药物
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Recommend & Information
铂 类
顺铂、卡铂及奥沙利铂等铂类药物是最常用的肿瘤化疗药物，铂类 通过引起DNA交联和氧化损伤杀伤肿瘤细胞； 多种原因可造成铂类耐药，例如药物蓄积不足、代谢加快、DNA损 伤修复增强、铂类-DNA加合物耐受增强等；
依托泊苷
依托泊苷是一种细胞周期特异性抗肿瘤药物，作用于DNA拓扑异构酶 Ⅱ，形成药物-酶-DNA稳定的三联复合物，阻碍拓扑异构酶Ⅱ催化的 DNA修复； 依托泊苷常用于白血病、非小细胞肺癌、胃癌、卵巢癌、前列腺癌等 的化疗； 最小残留病变(MRD)是评价药物治疗后疾病负荷减低的一种连续监测 手段，是早期治疗的一种直接评价指标，而且最终疗效密切相关。
吉西他滨
吉西他滨是一种核苷类似物，常单用或与铂类合用于非小 细胞肺癌、胰腺癌等多种实体瘤； 吉西他滨的活性代谢产物吉西他滨三磷酸盐可整合到延伸 的DNA双链中阻止DNA合成； 主要由肝脏中丰富的胞苷脱氨酶（CDA）代谢转化为无活 性产物dFdU并从尿液排出体外；其主要毒性反应是血液 学毒性，如骨髓抑制，不常见却难以预料。
肿瘤化疗药物个体化治疗的 药物基因组学基础
张
伟
中南大学临床药理研究所 中南大学湘雅医学检验所 国家卫计委个体化医学培训基地 中国药理学会药物基因组学专业委员会
具体案例
铂类 5-氟尿嘧啶类 吉西他滨 依托泊苷 甲氨喋呤 培美曲塞 他莫西芬 伊利替康 巯基嘌呤类
证据来源或挑选依据
Nature GeNetics 2009; 41; 12 | december J Clin Oncol 22:2594-2601. Cancer Res 2001;61:8654-8658. Clin Cancer Res 2004;10:4939-4943 Clin Cancer Res 2001. 7, 2984–2997