尼古丁乙酰胆碱受体(nAChR)和CYP2A6基因多态性与中国南方男性人群肺癌易感性的关联研究

尼古丁乙酰胆碱受体（nAChR）和CYP2A6基因多态性与中国南方男性人群肺癌易感性的关联研究

研究背景和目的：肺癌是世界上发病率及死亡率增长最快的恶性肿瘤,并且继续在上升,在中国和在大多数工业化国家中,肺癌已居各类恶性肿瘤死因的第一位。肺癌的产生是环境-遗传因素共同作用所致,但具体的发病机制还没有彻底明晰,但流行病学数据显示在环境危险因素中,吸烟与肺癌发生发的风险关系最密切,吸烟者罹患肺癌的风险是非吸烟者的20倍,肺癌患者中80%以上与烟草依赖或成瘾行为有关。

与此同时,另外一种现象值得我们注意,就是吸烟者中却仅有10%～15%会发生肺癌。这表明个体对肺癌的易感性存在差异,而导致这种差异的原因来源于遗传的多态性。

对于研究复杂性疾病的遗传易感性比如肺癌,全基因组关联研究(Genome-wide association studies, GWAS)是一种有效的手段,为研究者打开了一扇通往研究复杂疾病的大门。GWAS是在研究的目标人群中设病例组和对照组,使用单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism, SNP)作为两组关联分析的遗传标记,对照分析两组间的全基因组差别,进而有希望发现影响疾病发生的遗传特征。

如果病例组较对照组相比,病例组中出现了某个SNP位点的等位基因或基因型出现的频率显著改变,则认为SNP位点可能与疾病的发病风险相关,最后,研究者通过基因定位和连锁不平衡分析确定疾病可能的易感基因。目前在全世界范围内进行的GWAS已经为肺癌筛选出一批遗传易感性相关的常见基因变异,例如尼古丁乙酰胆碱受体和CYP2A6功能相关的基因变异位点,这些位点的遗传多态性

可增加或降低个体罹患肺癌的风险。

以上研究结果提示通过检测与罹患肺癌风险相关的遗传学分子标志,有助于进行肺癌病因学研究及筛选肺癌高危人群。单核苷酸多态性(SNP)是指基因组DNA中由于某个单个核苷酸发生转换、颠倒、插入或缺失等变异所引起的DNA序列多态性。

SNP在人类基因组中具有数量众多、分布广泛和稳定遗传等特点,SNP可能发生在基因的编码序列上,亦可发生在非编码序列上。根据SNP在基因中的不同位置,可分为基因调控区单核苷酸多态性(Regulatory SNP,rSNP)和基因编码区单核苷酸多态性(Coding SNP, cSNP)。

根据基因编码区SNP是否改变编码的氨基酸序列,cSNP又可分为同义cSNP (Synonymous cSNP)和非同义cSNP (Non-synonymous cSNP)。同义cSNP指碱基序列的改变并不引起蛋白质的氨基酸序列变化；非同义cSNP的变异可以改变编码的氨基酸残基的种类,进而引起蛋白质结构和功能的变化。

另外,rSNP则可以通过影响与转录因子或miRNA的结合,引起基因表达水平的改变或mRNA的稳定性及翻译过程的变化,进而影响细胞正常功能。总的来说,这些潜在功能性SNPs通常会被优选用来探讨与疾病发生发展及预后的关系,进而为包括肺癌在内的恶性肿瘤的防治及临床治疗策略提供科学依据。

SNP与肺癌易感性关系的研究是目前肺癌研究领域的一个热点,并且在世界多个地区进行的GWAS已经寻找到一些影响肺癌发病风险的易感基因位点和染色体区域。例如,尼古丁基因家族成员CHRNA3、CHRNB4、CHRNB2 (cholinergic receptor, nicotinic, α3,β4 and β2)可编码烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors, nAChRs),与个体的吸烟行为有关。

过去研究认为nAChRs仅存在于神经系统,但是最近研究已证实,nAChRs也分布在肺支气管上皮细胞上,而且在肺癌的产生过程中发挥重要作用。烟碱型乙酰胆碱受体属于配体门控离子通道超家族,可被乙酰胆碱、胆碱和尼古丁激活,参与尼古丁和烟草亚硝胺的调节,而尼古丁和烟草亚硝胺正是吸烟相关肺癌的主要致癌物。

此外,尼古丁与细胞表面的nAChRs受体蛋白结合,通过多种途径影响肿瘤的进展,如细胞增殖、侵袭和间质血管的生成,同时还能保护肿瘤细胞逃避程序性死亡,发挥抑制肿瘤细胞凋亡的作用。CHRNA3基因编码的乙酰胆碱α3亚基蛋白能结合烟草专有的致癌物NNK,导致癌基因的激活,从而促进肿瘤细胞的增殖,增加机体罹患肺癌风险。

此外,别的致癌物质如亚硝胺作用于nAChRs蛋白后,能促进肿瘤血管和肿瘤细胞生长,与肿瘤发生、发展有关。来自冰岛、法国、美国和英国的独立GWAS

结果亦证实遗传易感性与肺癌的发病风险关系密切。

四组研究人员通过对肺癌患者和健康人群的病例-对照分析,均验证了染色体15q24-25区域编码：nAChR:基因家族的多个SNPs位点多态性对肺癌发病风险的影响作用。然而,在韩国、日本及中国人群中的研究却未能重复该实验结果,其原因可能是因为这些多态性位点的最小等位基因频率(Minor Allele Frequency,MAF)分布在亚洲人群中较低。

以上的研究结果提示肺癌的易感基因位点的分布存在着种族和地域的不同。因此,在我国人群中进行基因多态性与肺癌发病关联的研究是非常有必要的,我们可以从中寻找出中国人群的肺癌易感位点,为我国肺癌高危人群的筛查以及个体化预防和治疗奠定数据基础和理论依据。

位于染色体1q21区域的CHRNB2 (cholinergic receptor nicotinicβ2)基因、位于15q25.1区域的CHRNA3基因和CHRNB4基因(cholinergic receptor nicotinic α3 and β4)及位于20q13.2区域的基因CHRNA4(cholinergic receptor nicotinic α4。以上基因编码的烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)可能会影响个体吸烟行为和烟草成瘾性,也涉及烟草致癌物的信号转导通路的调控,可以抑制细胞凋亡、促进肿瘤增殖,与肺癌的发生关系密切。

尽管在欧美及亚洲人群中均有该基因家族的变异位点与肺癌的发病风险关联的报道,但产生该关联的机制是直接作用于癌变的分子通路还是通过影响吸烟行为间接作用于癌变的分子通路,亦或是二者的协同作用所致,目前尚无定论。尼古丁受体基因家族的位点发生突变,结果可能增加个体的吸烟量,故研究人员认为,基因多态性影响吸烟行为,从而提高机体肺癌产生的风险。

例如日本研究结果发现1q21区域的rs4845652 T等位基因携带者有较低的尼古丁依赖性(nicotine dependence,Nd),同时证明了CHRNA4、CHRNB2基因与基因的相互作用影响Nd,比如那些同时携带有CHRNA4rs1044397 GG或GA基因型和CHRNB2 CC基因型的吸烟者Nd较高。另外冰岛的GWAS研究结果发现染色体

15q24-25区域上rs1051730位点的遗传变异与烟草成瘾行为有关,可导致个体的吸烟量及罹患肺癌的风险增加。

然而,欧美学者进行的GWAS却得出了不同的结论,其研究结果表明染色体15q25区域rs1051730和rs8034191位点的多态性变化与吸烟量及Nd无关。CYP2A6基因位于人类19号染色体长臂的19q12-19q13.2区域,超过6000个碱基对,包含9个外显子,编码494个氨基酸,其编码香豆素7-羟化酶,在生理过程药物代谢及毒物代谢中发挥着重要的作用,特别是在外源性化学物质的代谢中,参