您所在位置: 首页 > 期刊 > 过刊浏览 > 大学学报> 《广东药学院学报》> 2010年10月28卷5期>综述> 文章详情

ABCG2基因单核苷酸多态性研究进展

首席医学网      2010年12月06日 16:34:08 Monday  
 
  加入收藏夹   官方投稿信息

作者:肖宇山*,胡丽莉    作者单位:(广东药学院 生命科学与生物制药学院,广东 广州 510006)

【摘要】  ABCG2 是一种ATP结合转运蛋白,在人的正常细胞和肿瘤组织中均有表达,具有抑制消化道吸收某些外源性物质,参与形成血脑、胎血屏障等生理功能。同时ABCG2也是新的药物排出泵,是肿瘤多药耐药的重要机制之一。ABCG2基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)可能影响ABCG2蛋白的表达与功能,与疾病的易感性及药动学等相关。ABCG2单核苷酸多态性的研究成为新的研究热点,本文就近年来国内外关于ABCG2基因SNP的研究进行综述。

【关键词】  ABCG2基因;单核苷酸多态性

  AbstractABCG2 protein is one of the ATP-binding transporters expressed in human normal cells and tumor tissues,ABCG2 can inhibit the gastrointestinal absorption of which can be exogenous substances,involved in many physiological functions such as the formation of the blood-brain and placental-blood barrier. ABCG2 is a new drug efflux pump as well. It is one cause of multidrug resistance. ABCG2 gene single nucleotide polymorphism may affect the expression and function of ABCG2 protein. ABCG2 gene SNP is associated with disease susceptibility and pharmacokinetics. Single nucleotide polymorphism of ABCG2 is becoming a new hotspot. Domestic and international research on the ABCG2 gene SNP is reviewed in this paper.

  Key words:ABCG2 gene;single nucleotide polymorphism

  1998 年Doyle等[1]首先在乳腺癌细胞株MCF-7/AdrVp 中检测到一种跨膜转运蛋白,称为乳腺癌耐药蛋白(breast cancer resistance protein,BCRP),系统发育分析该基因为ABC转运蛋白超家族(ATP-binding cassette transporter superfamily,ABC transporter superfamily)G亚家族第2成员,命名为ABCG2。ABCG2定位于细胞膜,在正常组织中分布广泛,主要分布于具有分泌和排泄功能的组织如胎盘合体滋养层、小肠和结肠上皮、肝脏小管膜、胆小管膜、乳腺小叶及血管内皮细胞中。人类ABCG2基因位于4q22~23,编码655个氨基酸残基。ABCG2全长66 kb,由16个外显子和15个内含子组成,外显子为60~332 bp不等。ABCG2在人体内承担着一定的生理功能,如维持细胞稳态、血脑屏障、胎血屏障等,同时与疾病的易感性及药动学等相关。

  单核苷酸多态(single nucleotide polymorphisms,SNP)是指基因组水平上由单个核苷酸变异引起的DNA序列多态性,它是人类遗传变异中最常见的一种,占所有已知多态性的90%以上。作为“第三代DNA遗传标记”的单核苷酸多态性标记具有位点丰富、具代表性、遗传稳定性和分析自动化的等特点,是研究药物基因组学的分子基础。研究单核苷酸多态性有助于解释个体的表型差异、不同群体和个体对疾病,特别是对复杂疾病的易感性以及对各种药物的耐受性和对环境因素反应的差异。单核苷酸多态性可应用于分子遗传标记,分子标记诊断,在流行病学调查中的高危人群筛查,以及进行患病危险程度评价。

  近年来,一些研究资料显示,ABCG2基因单核苷酸多态性可能与ABCG2的表达水平和功能有着不可忽视的作用,此外ABCG2基因单核苷酸多态性与耐药性也有着重大关联。因此,ABCG2基因的单核苷酸多态性的研究引起了研究者的极大关注,本文从ABCG2基因单核苷酸多态性的分布、对蛋白表达和功能的影响以及与肿瘤等疾病相关性的研究进展进行综述。

  1ABCG2基因的SNPs及其分布

  目前已发现ABCG2基因有40多个SNPs,其中最为常见的3个ABCG2基因SNPs分别是C421A、G34A以及C376T。C421A是由ABCG2第5个外显子的421位点碱基改变引起的,这个SNP导致其编码的多肽141位谷氨酰胺变为赖氨酸(Q141K);G34A位于ABCG2基因第2外显子上,引起12位的缬氨酸变为甲硫氨酸 (V12M),野生型和变异型氨基酸均不带电荷,呈疏水性,位于ABCG2 N端细胞内区域;ABCG2基因里的另一个单核苷酸多态是C376T(Q126stop),造成终止密码子代替126位的谷氨酰胺。表1为已报道的ABCG2基因编码区SNPs。表1ABCG2基因编码区单核苷酸多态研究者们已经对东亚人群、高加索人群以及非洲人群的ABCG2 SNPs做了相关的研究,发现ABCG2 SNPs的分布在不同人群中有显著的差异(表2)。C421A在所检测的人群中均可检测得到,A等位基因的发生频率在中国人群中高达29.0%~34.2%,日本人群为30.4%~35.5%,高加索人群为8.7%~11.9%,非洲人群中最为罕见,只有09%~53%;G34A多态性也分布于多种人群中,在瑞典人群中发生率仅为1.7%,而在越南人群中发生率高达36.0%,ABCG2基因的另一常见SNP(C376T),仅在东亚人群可检测发现,发生频率为0.4%~1.9%。

  2ABCG2基因SNPs对ABCG2蛋白表达及功能的影响

  多项研究报道ABCG2基因单核苷酸多态性影响ABCG2蛋白的表达水平。Imai等[10]对124名日本健康志愿者的血样作DNA分析,显示C421A导致ABCG2表达水平下降;Furukawa等[11]用野生型和C421A重组Flp-In-293细胞研究ABCG2表达水平,结果显示C421A表达水平约为野生型的50%,但是mRNA水平相同;Kobayashi等[8]也得出了相似的结果,并进一步证实ABCG2蛋白水平的差异由转录后调节而非ABCG2 mRNA水平变化所引起。Poonkuzhali等[12]研究发现,具有G34A单核苷酸多态性的西班牙人ABCG2 mRNA的水平明显降低。Tamura等[13]在研究中创建了7个ABCG2 SNPs(V12M、Q141K、F208S、S248P、F431L、S441N、F489L)重组Flp-in-293细胞,其中F208S、S441N的表达水平下降最为明显;Poonkuzhali等[12]对ABCG2启动子和内含子1单核苷酸多态性进行研究,结果显示15622C>T携带者ABCG2表达水平较低,12283T>C、16702C>T与肝脏ABCG2高表达相关,1143G>A与小肠的低表达相关,15994C>T启动子SNP显著提高BCRP的表达水平。ABCG2基因C376T SNP虽然发生频率较低,但由于376T等位基因不表达ABCG2,因此C376T对ABCG2功能有重要影响。

  ABCG2单核苷酸多态性还可能与ABCG2蛋白的转运活性、膜定位、底物活性等功能有关。Kondo等[14]用含有7个SNPs(V12M、Q141K、A149P、R163K、Q166E、P269S、S441N)和野生型的cDNA质粒转染LLC-PK1细胞,发现S441N对ABCG2蛋白的膜定位有影响,S441N表现为ABCG2定位于细胞内,其余六个SNPs及野生型ABCG2均

  定位于顶膜。用重组腺病毒感染HEK293细胞确定ABCG2表达水平和转运活性,发现这7个SNPs对脱氢表雄酮、甲氨蝶呤、多环芳烃等转运活性与野生无异;Tamura等[13]研究证明F208S、S441N可能会影响蛋白的稳定性,并且F208S、S248P、F431L、S441N、F489L多态对SN-38、二羟蒽二酮、阿霉素、柔红霉素和依托泊苷的转运活性明显低于野生型;Lee等[3]在韩国人群ABCG2基因多态研究中发现,携带P269S多态者与野生型相比ABCG2蛋白对底物的活性下降了35%~40%,同时还证明ABCG2蛋白对底物活性下降与ATP酶抑制没有关系;Mizuarai等[6]发现导入421A的SF9细胞ATP活性比野生型下降1.3倍。表2ABCG2单核苷酸多态性位点在不同人群的分布

  3ABCG2基因SNPs与药动学

  ABCG2表达于胎盘、心脏、结肠、小肠、肾、肝等器官,影响着许多药物的体内药动学过程。ABCG2 基因SNPs通过影响ABCG2的表达水平、底物的转运效率、蛋白活性等,对许多药物在体内的药动学发挥着作用。Urquhart等[15]在研究C421A对吉非替尼(gefitinib)的药动学的影响中,发现421A多态是导致ABCG2蛋白活性减弱的原因,同时421A可能会增加药物毒性反应的风险,导致携带此多态的患者腹泻。Zhang等[4]研究发现,421A等位基因导致ABCG2蛋白表达下降会影响普伐他汀(pravastatin)的清除和吸收;同时还发现携带421A等位基因的中国健康男性血液中罗苏伐他汀(rosuvastatin)浓度比ABCG2野生型高约80%。Keskitalo等[16]用32位健康人,其中5个421AA,4个421CA,23个421CC基因型,分别注射单剂量40毫克氟伐他汀(fluvastatin),普伐他汀和辛伐他汀(simvastatin),洗脱期为1周。结果显示421CC、421CA基因型携带者血液中氟伐他汀浓度较421AA基因型携带者分别高出72%和97%,421CC基因型携带者血液辛伐他汀浓度比421AA基因型高111%,证明ABCG2基因C421A SNP显着影响氟伐他汀和辛伐他汀内酯的药动学,且对普伐他汀或辛伐他汀酸有显著影响。

  ABCG2转运蛋白的底物包括一些药物,因此ABCG2基因SNPs可能会影响携带人群对某些药物的耐药性。Cusatis等[17]体外试验显示421A携带者在细胞表面的蛋白表达降低,健康志愿者的体内试验结果显示携带34GG/421CA的个体柳氮磺吡啶(sulfasalazine)的药时曲线下面积(AUC)比携带34GG/421CC 的个体的大2.4倍,表明ABCG2单核苷酸多态影响体内药物处置,引起ABCG2在肠道表达的个体差异,遗传性变异可能是药物个体间差异的决定因素。Morisaki等[18]发现,421A对二羟蒽二酮(mitoxantrone)、托泊替康(topotecan)或SN-38耐药性有一定降低。Imai等[10]研究表明421A细胞对二羟蒽二酮、盐酸托泊替康比野生型敏感2~3倍,421A表现为低耐药性;与前面的报道不同,De jong等[2]对84个欧洲患者血样DNA测序,结果发现ABCG2基因C421A对盐酸伊立替康药动学无影响。

  4ABCG2基因SNPs与疾病的关系

  截至目前,已有成千上万个SNPs在人类基因组中被发现并且被证实可以通过改变相应蛋白质的表达和活性,从而影响人体对疾病或肿瘤的易感性,影响不同类型肿瘤的临床生物学行为。Korenaga等[5]利用DNA探针分析法,分析200个肾细胞癌(RCC)患者和200个健康者的DNA样本,对比患者与健康者的ABCG2基因C421A SNP,结果显示421CC基因型在患者中频率明显高于健康者,表明421A等位基因是肾细胞癌的易感因素。Hahn等[19]人在前列腺癌患者中作生存分析发现ABCG2 421CC基因型携带者15个月生存率较421A等位基因携带者显著降低。王潇潇等[20]研究了ABCG2基因的单核苷酸多态性与弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)的关系,以156例DLBCL患者作为实验组,376例健康人群作为对照组,统计分析BCRP基因G34A和C421A位点的SNPs分布频率。结果发现实验组421位点CA、AA、CA+AA基因型频率分别为51.3%、10.2%、61.5%;对照组CA、AA、CA+AA基因型频率分别为43.1%、8.8%、51.9%,ABCG2基因421位点基因型CA、AA对比于野生的基因型CC,患弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)的风险增加,即A为相对不良因素,这种风险在年轻的病人表现更显著。此外,王潇潇等还发现ABCG2基因G34A和C421A SNPs联合影响DLBCL的预后:G34A位点AA基因型与GG/AG基因型相比生存较差,421位点的CC基因型与较差的生存显著相关。对比于携带34位点(GG+GA)421位点(AA+CA)的基因型,那些带有34AA421CC显示出非常差的生存。胡丽莉等[21]对ABCG2基因SNPs与弥漫性大B细胞淋巴瘤(DLBCL)易感及预后的研究结果与王潇潇等的结果一致,同时胡丽莉等对ABCG2基因SNPs与肝细胞肝癌(HCC)的预后分析显示携带ABCG2 34AA基因型的患者比携带G等位基因的患者总生存差,携带BCRP 421CC基因型的HCC患者,其死亡危险度是含有A等位基因患者的2.85倍。

  Kim等[22]在预测伊马替尼治疗慢性髓性白血病效果的研究中,229个慢性髓性白血病患者基因分型结果显示,ABCG2(G34A)GG基因型与伊马替尼治疗晚期不良反应显著相关。Woodward等[23]对14783人研究发现C421A与血尿酸水平显著相关,421A使尿酸的转运速率下降53.0%,从而导致血尿酸水平升高,影响痛风的发生,其中在男性中表现更为明显。与上述的研究报道不同,在ABCG2基因SNPs与疾病和肿瘤关系的研究中也存在一些阴性及相反的结果:胡丽莉等[21]构建了包括206个肝细胞肝癌(HCC)患者和265个健康人的病例—对照实验组,用于研究ABCG2基因SNPs与肝细胞肝癌(HCC)易感性。结果发现ABCG2基因C421A和G34A各基因型频率在对照组与HCC病例组差异不显著,证明ABCG2基因C421A和G34A与HCC易感性无关。Gardner等[24]研究发现C421A SNP与前列腺癌的发病率无关联;但ABCG2野生型的前列腺癌生存率明显要比携带421A的患者高,通过转染HEK细胞的研究也证明421A导致PhIP转运下降。Müller等[25]对以色列正常人群和急性骨髓性白血病(AML)患者的研究发现,ABCG2 C421A与AML的易感性和预后均无关; stergaard等[26]在克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)丹麦病例对照研究使用373例CD,541例UC,796例健康人结果显示ABCG2基因SNP与CD和UC无关联。Campa等和Andersen等的研究发现ABCG2 C421A与CRC的易感性无关[27-28]。

  5结语

  目前对ABCG2基因SNPs的研究结果出现了不一致的现象,例如大部分研究显示ABCG2单核苷酸多态不影响mRNA的表达水平,但也有一些研究证明mRNA水平受到ABCG2单核苷酸多态性影响;在与疾病相关的研究报道中也有类似的现象,例如C421A与前列腺癌的生存率的两个研究结果相反;此外一些ABCG2基因SNPs与肿瘤等疾病易感性的研究显示,ABCG2基因的某些SNPs在不同肿瘤及疾病中发挥着不尽相同的影响。总而言之,有关ABCG2单核苷酸多态性的研究尚属初级阶段,其SNPs对ABCG2功能的影响、药动学以及肿瘤等疾病的影响机制我们依然知之甚少。但是ABCG2单核苷酸多态性的有关研究报告已经显示,ABCG2单核苷酸多态性对疾病预防、诊断和患者药物的筛选的重要性是不可忽视的。ABCG2的药物基因组学研究刚刚起步,需要对其深入研究以了解SNPs对ABCG2功能、药动学以及肿瘤等疾病的影响。

【参考文献】
   [1] DOYLE L A,YANG Wei-dong,ABRUZZO L V,et al. A multidrug resistance transporter from human MCF-7 breast cancer cells[J].Proc Natl Sci USA,1998,95(26):15665-15670.

  [2] DE JONG F A,MARSH S,MATHIJSSEN R H,et al. Ethnic differences in allele frequency and assessment of influence on irinotecan disposition[J].Clin Cancer Res,2004,10(17):5889-5894.

  [3] LEE S S,JEONG H E,YI J M,et al. Identification and functional assessment of BCRP polymorphisms in a Korean population[J].Drug Metab Dispos,2007,35(4):623-632.

  [4] ZHANG Wei,YU Bang-ning,HE Yi-jing,et al. Role of BCRP 421C>A polymorphism on rosuvastatin pharmaco-kinetics in healthy Chinese males[J].Clin Chim Acta,2006,373(1-2):99-103.

  [5] KORENAGA Y,NAITO K,OKAYAMA N, et al. Association of the BCRP C421A polymorphism with nonpapillary renal cell carcinoma[J]. Int J Cancer,2005,117(3):431-434.

  [6] MIZUARAI S,AOZASA N,KOTANI H. Single nucleotide polymorphisms result in impaired membrane localization and reduced atpase activity in multidrug transporter ABCG2[J]. Int J Cancer,2004,109(2):238-246.

  [7] COLOMBO S,SORANZO N,ROTGER M,et al. Influence of ABCB1,ABCC1,ABCC2,and ABCG2 haplotypes on the cellular exposure of nelfinavir in vivo[J]. Pharmacogenet Genomics,2005,15(9):599-608.

  [8] KOBAYASHI D,IEIRI I,HIROTA T, et al.Functional assessment of ABCG2 (BCRP) gene polymorphisms to protein expression in human placenta[J]. Drug Metab Dispos,2005,33(1):94-101.

  [9] BCKSTRM G,TAIPALENSUU J,MELHUS H, et al. Genetic variation in the ATP-binding cassette transporter gene ABCG2 (BCRP) in a Swedish population[J].Eur J Pharm Sci,2003,18(5):359-364.

  [10] IMAI Y,NAKANE M,KAGE K,et al. C421A Polymor-phism in the human breast cancer resistance protein gene is associated with low expression of Q141K protein and low-level drug resistance[J].Molecular Cancer Therapeutics,2002,1(8):611-616.

  [11] FURUKAWA T,WAKABAYASHI K,TAMURA A,et al. Major SNP (Q141K) variant of human ABC transporter ABCG2 undergoes lysosomal and proteasomal degradations[J].Pharm Res,2009,26(2):469-479.

  [12] POONKUZHALI B,LAMBA J,STROM S,et al. Association of breast cancer resistance protein/ABCG2 phenotypes and novel promoter and intron 1 single nucleotide polymorphisms[J].Drug Metab Dispos,2008,36(4):780-795.

  [13] TAMURA A,WAKABAYASHI K,ONISHI Y,et al. Re-evaluation and functional classification of nonsynonymous single nucleotide polymorphisms of the human ATP-binding cassette transporter ABCG2[J].Cancer Sci, 2007,98(2):231-239.

  [14] KONDO C,SUZUKI H,ITODA M,et al.Functional analysis of SNPs variants of BCRP/ABCG2[J].Pharm Res,2004,21(10):1895-1903.

  [15] URQUHART BL,WARE JA,TIRONA RG, et al. Breast cancer resistance protein(ABCG2)and drug disposition:intestinal expression,polymorphisms and sulfa salazine as an in vivo probe[J].Pharmacogenet Genomics,2008,18(5):439-448.

  [16] KESKITALO J E,PASANEN M K,NEUVONEN P J, et al. Different effects of the ABCG2 c.421C>A SNP on the pharmacokinetics of fluvastatin,pravastatin and simvastatin[J]. Pharmacogenomics,2009,10(10):1617-1624.

  [17] CUSATIS G,GREGORC V,LI Jing,et al. Pharmaco-genetics of ABCG2 and adverse reactions to Gefitinib journal of the national cancer institute[J].J Natl Cancer Inst,2006,98(23):1739-1742.

  [18] MORISAKI K,ROBEY R W,OZVEGY-LACZKA C, et al. Single nucleotide polymorphisms modify the transporter activity of ABCG2[J].Cancer Chemoth Pharm,2005,56(2):161-172.

  [19] HAHN N M,MARSH S,FISHER W,et al. Hoosier oncology group randomized phase II study of docetaxel,vinorelbine,and estramustine in combination in hormone-refractory prostate cancer with pharmacogenetic survival analysis[J].Clin Cancer Res,2006,12(20):6094-6099.

  [20] 王潇潇. BCRP基因的单核苷酸多态性研究:弥漫大B细胞性淋巴瘤的易感性发生存分析[D]. 广州:中山大学,2007.

  [21] 胡丽莉. MDRl及BCRP基因多态与肿瘤易感及预后的关系[D]. 广州:中山大学,2007.

  [22] KIM D H,SRIHARSHA L,XU W,et al. Clinical relevance of a pharmacogenetic approach using multiple candidate genes to predict response and resistance to imatinib therapy in chronic myeloid leukemia[J].Clin Cancer Res,2009,15(14):4750-4758.

  [23] WOODWARD O M,KTTGEN A,CORESH J,et al. Identification of a urate transporter,ABCG2,with a common functional polymorphism causing gout[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2009,106(25):10338-10342.

  [24] GARDNER E R,AHLERS C M,SHUKLA S,et al. Association of the ABCG2 C421A polymorphism with prostate cancer risk and survival[J]. BJU Int,2008,102(11):1694-1699.

  [25] MLLER P,ASHER N,HELED M,et al. Polymorphisms in transporter and phase II metabolism genes as potential modifiers of the predisposition to and treatment outcome of de novoacute myeloid leukemia in Israeli ethnic groups[J].Leuk Res,2008,32(6):919-929.

  [26] STERGAARD M,ERNST A,LABOURIAU R,et al. Cyclooxygenase-2,multidrug resistance 1,and breast cancer resistance protein gene polymorphisms and inflammatory bowel disease in the Danish population[J].Scand J Gastroenterol,2009,44(1):65-73.

  [27] CAMPA D,PARDINI B,NACCARATI A,et al. A gene-wide investigation on polymorphisms in the ABCG2/BCRP transporter and susceptibility to colorectal cancer[J].Mutat Res,2008,645(1-2):56-60.

  [28] ANDERSEN V,OSTERGAARD M,CHRISTENSEN J,et al. Polymorphisms in the xenpbiotic transporter Multidrug Resistance 1(MDR1 ) and interaction with meat intake in relation to risk of colorectal cancer in a Danish prospective case-cohort study[J].BMC Cancer,2009,211(9):407.

  (责任编辑:王昌栋)

  订阅登记:

请您在下面输入常用的Email地址、职业以便我们定期通过邮箱发送给您最新的相关医学信息,感谢您浏览首席医学网!

邮箱:    专业:    职称:      

医学期刊医学会议医学专区医学护理