Ⅱ相毒物代谢酶基因、致癌物代谢

　　作者: 430071武汉大学中南医院 张友才 邓长生 朱尤庆

　　关键词：肠肿瘤；毒物代谢酶；遗传易感性；基因多态性

　　引言　

　　据生物转化反应的类型，毒物代谢酶相应分为Ⅰ相代谢酶和Ⅱ相代谢酶。Ⅰ相代谢酶主要有细胞色素Ｐ450(ＣＹＰ)超家族；Ⅱ相代谢酶主要有谷胱甘肽Ｓ 转移酶(ＧＳＴ)、Ｎ 乙酰化转移酶(ＮＡＴ)、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(ＵＧＴ)、环氧化物水解酶(ＥＨ)等。体内的致癌物一般先由Ⅰ相代谢酶氧化、还原、水解等作用，改变毒物的功能基团，使其降解或转变为亲电子极团而具致癌作用；Ⅱ相代谢酶则催化毒物或Ⅰ相代谢酶的代谢产物与其极性基团结合，增加其水溶性，利于排出体外，或被活化为亲电子致突变剂或致癌剂。毒物代谢酶对致癌物的代谢反应及其多态性在大肠癌(ＣＲＣ)的发生、发展过程中起重要作用。

　　1　ＣＲＣ的致癌物及其代谢与ＣＲＣ发生密切相关的外源性致癌物主要有：杂环芳香胺(ＨＣＡ)类、多环芳烃(ＰＡＨ)类及亚硝基混合物(ＮＯＣ)等。
　　1.1　ＨＣＡ类致癌物ＨＣＡ类致癌物主要来自食物蛋白质、氨基酸、肌酸酐等经高热变性、分解产物。该类致癌物及其代谢产物在体内形成ＨＣＡ ＤＮＡ加成物、致突变剂，引起染色体错位、姐妹染色体交换、癌相关基因微卫星不稳定性和(或)多态性(如ｐ53、APC、ras等基因)、β连锁突变等，导致CRC形成。人体内约1%～4%的HCA以未分解形式随尿排出体外，而绝大多数HCA类致癌物在肝内经CYP1A2氧化、水解形成Ｎ 羟基HCA，随血流入结肠，在结肠上皮内既可由NAT2乙酰化形成氧化芳香胺(ＤＮＡ加成物)，还可经胞液硫基转化酶催化形成酯化氮羟基ＨＣＡ，后者能自发水解为芳香氮离子，与DNA形成加成物。Ｎ 羟基HCA随胆汁或经葡萄糖醛基化作用，排入肠道则被降解。HCA类致癌物的另一代谢途径则与前列腺Ｈ合成物、过氧化物酶、环氧化酶2(COX-2)有关。
　　1.2 ＰＡＨ类致癌物
　　ＰＡＨ类致癌物主要来源于未充分燃烧的矿物燃料、高温食物、香烟的烟雾、工作接触的苯、煤焦油等。该类物质中有高致癌活性的苯并芘[B(a)P]、双甲基苯并蒽，中度致癌活性的双苯蒽、甲基苯蒽，而蒽、苯蒽、[B(e)P]等几无致癌作用。PAH类致癌物代谢途径有两条：①经加赖单氧酶CYP催化形成环氧化物，然后由mEH水解成双羟基酮、苯酚，再经UGT、硫基转移酶催化，与葡萄糖醛酸、硫酸结合而降解；PAH环氧化物还可由GST催化降解。其代谢中间产物如双羟基环氧化衍生物(苯并芘7，8 双羟基酮9，10 环氧化物)为强DNA加成物。②通过氧自由基作用形成苯并芘3，6 苯并芘酮，苯并芘1，6酮、苯并芘6，12酮(均为致突变剂)。
　　1.3　NOC类致癌物NOC包括内源性NOC和外源性NOC两类。外源性NOC主要有亚硝基胺、亚硝基酰胺，后者能自发分解为羟化物而具致癌作用。外源性NOC经CYP (CYP 1A2、CYP 2A3、CYP 2E1、CYP 2D6等)aC羟基化作用形成醛、Ｎ 亚硝基单羟基胺，后者降解为羟基偶氮离子，最终形成羟基碳离子和分子氮(前DNA加成物)，引起DNA硷基烷基化(多见于腺嘌吟N 1、N 3、N 7；鸟嘌吟N 3、N7、O6；胞嘧啶N 3、O 2；胸腺嘧啶N 3、O 4、N 2等部位)和氧原子磷酸化。NOC类致癌物可引起胃、食管、膀胱等器官肿瘤。但目前尚无流行病学研究支持外源性NOC类致癌物与CRC有关联。

　　2　Ⅱ相毒物代谢酶生物学特征及与ＣＲＣ关联
　　2.1　GST
　　GST几乎在所有的细胞和组织中都有表达，以生殖腺、肝脏、结肠中表达较高。目前已知人GST超家族中至少有μ(GST M)、α(GST A)、π(GST P)、δ(GSTT)四个亚家族。GST有多种生物学功能。GST基因多态时，酶活性下降，可增加因暴露于某些致癌物的个体发生肿瘤的危险性；GST的极性基团还能与多种化疗药物结合，促进其降解，使肿瘤对化疗药物失敏感，化疗失败；GST对致癌物一般起降解作用，卤代烃如二氯甲烷却可被GST T1活化为致突变物，可引起小鼠肝、肺肿瘤。
　　国内尚未见GST基因多态与CRC遗传易感性关联的报道。Yashioka等报道，具GST M1和GSTＰ1野生基因型的个体，患CRC的危险性显著降低，而其它基因型或联合基因型与CRC的遗传易感性无关。但也有持异议者。Gertig等报道，GST M1、GST T1空白基因型均不能增加CRC的危险性，患者的发病年龄、肿瘤的发生部位等均无显著差异，且GST M1或GST T1空白基因型的吸烟、不吸烟个体比较，其患CRC的危险性也无差异，认为GST M1、GST T1空白基因型与CRC之间缺乏关联。
　　小剂量非甾醇类抗炎药(NSAID)对CRC有预防作用。var Lieshout等最近研究发现NSAID可提高小鼠胃肠道GST T1蛋白含量，GST T1的活性增强，后者对肠道致癌物的解毒功能增强，从而预防肿瘤的发生。部分CRC患者对化疗失敏感也可能与GST (特别是GST P1)有关。Ban等将GST P1的ＤＮＡ转染入培养的人结肠癌细胞株Ｍ7609内，后者能高表达ＧＳＴＰ1蛋白，但该结肠癌细胞株对阿霉素、顺帕、苯丙酸氮芥等抗癌药的敏感性下降。
　　2.2　ＵＧＴ人ＵＧＴ主要存在肝细胞内质网中，在肝外组织也有少量表达。ＵＧＴ有ＵＧＴ1、ＵＧＴ2两种基因型，含20余种基因亚型，ＵＧＴ对许多疏水性物质如酚基复合物、活性氧、胆红素及其代谢物、芳香胺的Ｎ 氧化代谢物等都有催化降解作用，是机体基因重要的保护酶。惜目前有关ＵＧＴ基因多态和ＣＲＣ关联的研究报道甚少。
　　2.3　ＮＡＴＮＡＴ广泛存在于肝、肺、结肠等器官的胞液中，血细胞中也有表达。ＮＡＴ基因含编码ＮＡＴ蛋白的ＮＡＴ1、ＮＡＴ2基因(均含快、慢代谢两种表型)型和无功能的ＮＡＴＰ3基因。ＮＡＴ基因在编码区，非编码区的点突变，引起酶活性降低，对致癌物的解毒功能下降。近期研究表明，ＮＡＴ1快代谢型与ＣＲＣ遗传易感性有关。Ｂｅｌｌ等报道，ＮＡＴ1等位基因10(快代谢型)在ＣＲＣ患者中分布频率升高，其纯合基因型为4.0%，杂合基因型为40.0%，对照组分别为2.7%，26.8%，差异有显著性，含ＮＡＴ1等位基因10的个体患ＣＲＣ的危险性升高了1.8倍；ＣＲＣ患者中，快代谢型与慢代谢型基因的频率分布有显著性差异(Ｐ=0.009)，而且临床分期越晚，ＮＡＴ1等位基因10的频率越高，ＮＡＴ2快代谢型不增加ＣＲＣ的危险性，但同时发现ＮＡＴ2快代谢型的ＣＲＣ患者中，ＮＡＴ1等位基因10频率升高(Ｐ=0.007)。但也有学者认为ＮＡＴ1和(或ＮＡＴ2)基因多态与ＣＲＣ遗传易感性无关联。
　　2.4　ＥＨ参与外源性致癌物代谢的ＥＨ主要为微粒体ＥＨ(ｍＥＨ)，主要存在于内质网中，在各种组织和器官都有表达。ＥＨ基因中第3号外显子113个密码子酪氨酸→组氨酸突变，引起酶活性下降40%，第4号外显子139位密码子组氨酸→精氨酸突变，酶活性升高25%。ｄｅＫｏｋ等报道，ｍＥＨ参与ＣＲＣ致癌物代谢，ｍＥＨ基因多态的个体体内ＰＡＨ ＤＮＡ加成物含量升高，认为ｍＥＨ基因多态性与ＣＲＣ密切相关。但同时认为该相关性目前尚缺乏流行病学研究支持。
　　2.5　基因联合作用细胞癌变过程十分复杂，同一致癌物在体内可有多种代谢途径、多种代谢酶参与代谢。因此，研究毒物代谢酶基因多态与某肿瘤易感性关系或毒物代谢酶多态对某致癌物影响时，需考虑毒物代谢酶的联合作用。Ｇｒｚｙｂｏｗｓｋａ等报道，尽管在健康妇女体内ＣＹＰ1Ａ1、ＣＹＰ2Ｄ6、ＧＳＴＭ1、ＧＳＴＰ1等各基因多态的频率差异无统计学意义，但ＧＳＴＭ1空白基因型 ＧＳＴ1Ａ1Ｉｌｅ Ｖａｌ和ＧＳＴＰ1 ＡＡ基因型 ＣＹＰ1ＡＩＩｌｅ Ｖａｌ联合基因型的个体体内ＰＡＨｓ ＤＮＡ加成物含量最高，而ＧＳＴＰ1 ＡＧ和ＧＧ ＣＹＰ1Ａ1Ｉｌｅ Ｖａｌ联合基因型的个体，其含量最低。

　　展望毒物代谢酶基因多态与肿瘤遗传易感性关联研究，有助于揭示肿瘤的分子流行病学、发病机制及病因预防，如建议具有高度ＣＹＰ1Ａ1诱导性表型的个体戒烟或调离接触多环芳烃的工作，ＮＡＴ1快代谢型的个体少食过熟肉食等有重要意义。