哈尔滨医科大学附属肿瘤医院内科
蔡 莉 臧家兰 曹鸿艳综述 隋广杰审校
摘要 肿瘤对各种化疗药物的敏感性存在明显的个体差异，与药物代谢相关基因的单个核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism，SNPs)是其产生的主要原因。通过cDNA生物芯片(array)等新技术，对抗癌药的敏感性和耐药性迅速做出诊断，对不同个体分析对药物的不同反应性，选择有效的化疗计划，避免化疗的毒副作用，为患者提供最恰当的治疗，是肿瘤个体化治疗的主要目的，全文综述了个体化治疗的研究开发、现状、问题点以及今后的研究方向。
关键词 个体化治疗；单个核苷酸多态性；cDNA生物芯片；基因表达分析
The advance of research on individual anticancer therapyCai Li, Zang Jialan, Cao Hongyan, Sui Guangjie. Internal medicine department,the affiliated antitumor hospital, Harbin Medical University, Harbin China 150040
Abstract It is indicated that there exists a significant individual difference of drug sensitivity intumor treatment. SNPs in genes related to drugs metabolism are important factors in determining thevariation of individual responses to therapeutic drugs. Novel technologies such as cDNA array will beapplicable in the rapid detection of drug resistance and predictive diagnosis of cancer in the nearfuture .It would be possible to apply microarray analysis to the selection of an effective and less toxicchemotherapy, which is the main purpose of individual chemotherapy protocol, furthermore, we triedto predict the chemosensitivity of each patient on the basis of the expression of genes selected in thisway. These kinds of appropriate drug for an appropriate patient. In this review, the presentdevelopment and circumstances and questions and direction of farther research were discussed.
Keywords individualized drug therapy; single nucleotide polymorphism; cDNA array; geneexpression analysis
近年来，临床医学共用的关键词是"循证医学(Evidence based medicine，EBM)"，EBM是以患者作为集团，以提高临床治疗效果或治疗水平为目的，经过多次Ⅲ期双盲对比试验结果，而确立标准化治疗方案。EBM 重视临床统计学有意义的数据，以此对疾病相似的患者进行相同方案的治疗，从生物学角度看，EBM是大而广、复杂网络的交汇点，即共通性部分，但既然重视来自患者集团中获得的统计数据，自然就会乎视个体差异，即使同一疾病，同一病期，因背景不同(环境因素、遗传因素)，病情经过理应不同，此外，在治疗方面以可以观察到的效果或毒副作用来划分集团，其概率也是有限的。然而，所谓个体化治疗(individualized drug therapy)是以每个患者的信息为基础决定治疗方针，从基因组成或表达变化的差异来把握治疗效果或毒副作用等应答的个性，对每个患者进行最适宜药物疗法的治疗。个体化治疗由于与英语中tailored药物治疗、tailor 为基础的药物治疗、individualized药物治疗，personalized药物治疗，意义上基本相同而被广泛使用，但存在语感上的差异，与英语中以个体差异为基础的药物治疗相比，个体化治疗在考虑个体差异的基础上，还包含有在诊疗中反映患者自身期望之意。
个体化治疗与EBM两者是相辅相承、互为补充的，是提高肿瘤治疗效果的新的探索，伴随分子生物学技术的发展，人类基因组结构、功能的逐渐阐明，个体化治疗将是21 世纪肿瘤治疗中新的主题。本文拟对个体化治疗的起源，内容及目前研究现状做一综述。
(图 蔡莉教授)
一、 个体化治疗与遗传药理学
遗传药理学(pharmacogenetics)是阐明药物应答相关基因信息的科学，以遗传为对象研究机体对药物反应产生个体差异的原因。遗传药理学为个体化治疗提供理论依据，是个体化治疗的基础，反之，个体化治疗是遗传药理学的实践应用。遗传药理学的发展经历了萌芽期和快速发展期。
(一) 遗传药理学萌芽期
人们很早就知道药物的代谢因人而异，最初明确遗传性和药物副作用关系的是在1950 年Beutler 等关于葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase，G-6-PD)缺乏症和几种药物导致溶血性贫血的研究，结果表明，药物在体内代谢可因遗传所决定的酶的活性不同而异。双胞胎的有关研究可以了解生物学性状(即对药物的反应性等)在多大程度上被遗传左右，Vessel等的研究已明确遗传力对药物投予后在血中浓度的影响极强，且基因相同的同卵双生儿间的血药浓度一致率比双卵双生儿间显著。
与药物异化作用有关的蛋白质，可因遗传不同而影响血药浓度，氧化是药物异化时最重要的途径，P450 蛋白参与许多药物的氧化。Evans 等报道：对降压药胍喹定(debrisoquine)，抗心律失常药司巴丁(sparteine)氧化能力弱的个体是由于P450 基因多态性所致。之后，Dayer 等进一步证实了各种各样药物的血中浓度与P450基因的多态性有关。至此，遗传药理学完善了其理论基础，为其快速发展提供了条件。
(二) 遗传药理学快速发展期
最近个体化治疗等概念被高度评价的背景是迅速发展的人类基因组研究和以单个核苷酸多态性(single nucleotide polymerphism，SNPs)为中心的多方面数据的积累，即个体遗传性的差异，不仅可用酶活性和药物浓度的不同(表现型)表示，而且可用基因组的多态性信息(基因型)表示#+詬?咎，由于其分析迅速、详细、信息量大，所以遗传药理学从研究水平转向临床水平，即应用性的可能性变大。捕捉基因型而非表现型的优点，除了基因型终生不变和结果稳定外，尚可应用于强有力的孟德尔遗传法则。
二、 遗传药理学研究内容
遗传药理学的研究内容包括基因多态性分析和基因表达信息分析，即提取药物应答相关的候选基因(群)，明确其核苷酸序列、变化及其功能意义，并通过临床研究证明多态性与药物应答的相关性。目前主要采用SNPs分析和CDNA生物芯片分析技术。
(一) SNPs 分析
众所周知，在30亿碱基对构成的人类基因组中99.9%是共有的，仅有0.1%有变异，而SNPs约占85%，约为300 万碱基对，若对于药物敏感性来说，1000个碱基对中就可能存在一个SNPs。SNPs在基因组上是以数百碱基对为1 个单位而存在，且均一分布，是作为药效相关基因，疾病相关基因等个体化遗传背景最为适合的标志物。
人类是比想像还要复杂得多的生物，总蛋白数推测有数十万种，而相对应的基因数却比预想的少，因此，几个相同的基因可编码1 种蛋白，这样，就有相当数量的细胞在进行信息交换，必须考虑在转录调节、转录后调节、翻译调节、翻译后调节，以至蛋白表达过程中复杂的偶发事件。个体化治疗实现的关键是从这些复杂，多方面天文数字的信息中，如何确定核心信息即如何确定决定药物应答的主要因素。目前，正在尝试利用对SNPs 解析预测药物敏感性、毒副作用，通过表达监控详细把握治疗时药物应答性变化，选择相应的对症治疗措施，以抗癌药为例，CPT-11(irinotecan)是肺癌治疗中必不可少的药物，被羧酸酯酶(carboxylesterase)转换成SN-38 后，经UPP-葡萄糖醛酸转移酶1A1(UDP-glucaronosyltransferase，UGT1A1)作用与葡萄糖醛酸结合而失活，故推测羧酸酯酶和UGT1A1的活性与CPT-11 的敏感性有关[1]。
此外，对5-Fu的二氢嘧啶脱氢酶(dihydropyrimidine dehydrogenase，DPD)[2]、代谢酶CYP2C、3A4、2C8也进行许多研究。因CYP与类固醇、各种激素代谢有关，所以CYP的SNPs可能与乳癌，前列腺癌等激素依赖性癌的进展有关。已知P-糖蛋白基因MDR1(多药耐药，multidrug resistance)与多种药物代谢相关，Schaeffeler 等[3]认为MDR1基因的多态性存在人种间差异，且显示代谢能力的差异，在投予MDR1相关型抗癌药时(adriamycin，etoposide， docetax- el，paclitaxel等)，就不能无视个体间的影响。在治疗神经胶质瘤时DNA修复酶06-甲胍基-DNA甲基转移酶(methylguanine methyl transferase，MGMT)启动子区域的甲基化，与烷化剂的敏感性有关[4]，非小细胞肺癌(non-small-cell lung cancer，NSCLC)有约30%发生甲基化，在今后个体化治疗方面，MGMT可能成为与疗效相关的另一因子。
至今在临床上被确认为重要抗癌剂应答相关基因指标仍很少。以硫唑嘌呤甲基转移酶(thiopurinemethyl transferase，TPMT)基因的SNPs 解析为基础，在小儿急性白血病治疗中进行给药设定时，TPMT基因缺失者(疏基嘌呤和硫唑嘌呤)减量90%，可避免因血液毒性所致的化疗延期，结果生存期明显延长。这是以SNPs 分析指导肿瘤个体化治疗的成功范例，但由单一因子决定药物的反应性是困难的，临床多采用联合方案，如何以多个决定因子有效地调控药物反应性，将成为临床医务工作者面临的又一课题。
(二) cDNA生物芯片技术
既往基因表达分析技术多采用Northern-blot 法、差异展示法、RT-PCR法，但分析基因的数量有限，不能捕捉肿瘤发生过程中多基因变化的全貌。cDNA 生物芯片技术能一次性分析数百乃至数万的基因，具有微小化，快速化的优点，作为分析SNPs 的一种新方法正在受到青睐。其原理为利用核酸间杂交，把多个基因序列(cDNA)制成斑点排列在芯片上，从需要比较的2 种以上样品中(细胞株或临床标本)提取出总RNA，精制成mRNA，利用逆转录酶反应制成cDNA，将其用荧光标记后，与芯片的cDNA进行杂交，最后通过图像分析仪进行解析。从cDNA生物芯片技术分析获取的信息，一种是关于转录水平(mRNA)基因表达量的变化，另一种是关于基因碱基序列的变化。通过该技术可半定量检测分析已知的，未知的基因，制作每个细胞，组织的基因表达全貌数据，根据比较判断目的基因的表达是过剩，还是受抑。例如：利用固定有已知的的癌相关基因群(癌基因或抑癌基因)，细胞周期相关基因群，以及凋亡相关基因群的生物芯片，比较正常细胞(组织)与癌细胞(组织)的基因表达全貌，可以握每个癌细胞中特异的异常基因表达情况。积累各种癌细胞的基因表达全貌数据，通过与正常细胞的比较，把握癌的发生、类型、病态、制定出对化疗药的适应症、毒性相关基因群的特异性、经时性表达模型，从具体病例癌组织中制作出基因表达全貌，与已知基因表达全貌进行比较，选择出个体化治疗方案。此外，通过对不同细胞经药物处理或未处理的基因表达全貌分析与药物敏感性数据的相关性比较，尝试以细胞基因表达模型中预测最敏感的化疗药物，同时预测毒副作用，为个体化治疗提供理论依据。
临床经常遇到形态学特征相同，但在进展方式、治疗效果、预后等方面却存在很大差异的病例。近年来，利用肿瘤基因表达模型的差异对肿瘤进行了新的分类，并报告了些种分类与抗瘤效果及预后的相关性。Alizadeh等应用cDNA 生物芯片技术解析了迷漫型大B细胞淋巴瘤，根据基因表达全貌重新分为2 个亚组，发现两组5 年生存率存在明显差异[6]。Bhattacharjee等也利用cDNA生物芯片技术，正在对139例肺腺癌标本进行检测，同时筛选与预后相关的基因群。将来，依据该技术解析的结果，不仅对预后差的病例需要进行强有力地化疗，还有必要摸索因基因表达全貌的不同而选择以不同靶向性为基础的个体化治疗。
