Роль полиморфных генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков и гена р53 в патогенезе онкологических заболеваний (06.07.2009)

Автор: Дмитриева Алла Ивановна

Установлено, что частота «функционально активных» генотипов и аллелей CYP1А1 у курящих больных раком легкого более чем в 4 раза превышала таковую у некурящих пациентов при р<0,001 и в 6 раз – у здоровых лиц (рис.10). При этом риск развития рака легкого у курящих носителей вал-аллеля CYP1A1 составил 4,78 (CI95% 1,79-13,84), что оказалось несколько ниже данных, приводящихся в литературе [Hayashi S. e.a., 1992; Bartsch H. e.a., 2000].

Рис. 10. Частота (в %) вал-аллеля CYP1A1, функционально неполноценных генотипов генов GSTT1, GSTM1 и GSTP1 у больных раком легкого в зависимости от причастности к курению; * - достоверность различий по сравнению с показателями у некурящих (р< 0,05).

Изучение распределения полиморфных вариантов генов глутатион-S-трансфераз Т1, М1 и Р1 у больных раком легкого в зависимости от причастности к курению показало, что у курящих больных раком легкого частота нулевого генотипа гена GSTT1 составила 55,3%, что статистически значимо превышало аналогичные показатели у некурящих пациентов и здоровых лиц (29,2 и 18,2% соответственно при р<0,001). При этом следует отметить, что для курящих лиц с 0/0-генотипом GSTT1 риск развития рака легкого составляет 2,99 (CI95% 1,57-5,74) по сравнению с некурящими, имеющими данный генотип GSTT1 (рис. 11).

Частота гомозигот по нулевому аллелю гена глутатион-S-трансферазы M1 у обследованных нами курящих больных раком легкого (72,1%) несколько превышала таковую у больных РЛ Новосибирской области (54,6%) [Ляхович В.В. и соавт., 1997] и статистически значимо отличалась от таковой у некурящих (29,2%) (р=0,000). Для курящих лиц, имевших 0/0-генотип GSTM1, по сравнению с некурящими, риск развития рака лёгкого возрастает в 6,26 раза (CI95% 3,22-12,24).

Рис. 11. Показатели относительного риска (OR) развития рака легкого для курящих носителей Вал-аллеля CYP1A1, нулевых генотипов GSTТ1 и GSTM1 при р<0,05.

Более высокая величина OR для 0/0-генотипа GSTM1 у курящих пациентов может быть объяснена большей чувствительностью носителей нуль-генотипа GSTM1 к патогенным эффектам загрязнителей окружающей среды в области низких концентраций, а также балансом детоксификации/токсификации компонентов табачного дыма в разных метаболических путях, концентрационными различиями в насыщении активностей этих путей [Nyberg F. et al., 1998].

Курение как комплексный фактор риска вовлекает много других существенных механизмов развития заболевания. Увеличение вследствие этого распространенности заболевания чисто статистически может снижать показатели риска, характерные для индивидуальных генетических признаков, так как их распределение среди больных стремится к таковому во всей популяции [Вавилин В.А. и соавт., 2000; Заридзе Д.Г., 2005; Горбунова В.Н., Имянитов Е.Н., 2007; Давыдов М.И., 2008].

Полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) являются главными канцерогенными компонентами табачного дыма. При попадании в организм они сначала активируются ферментами семейства цитохромов, в частности CYP1A1, а затем инактивируются глутатионтрансферазами, в частности GSTМ1 и GSTT1. Логично ожидать, что сочетание «профицитного» генотипа CYP1A1 с «дефицитными» вариантами GST может существенно усиливать риск рака легкого, особенно его ПАУ-ассоциированной разновидности – плоскоклеточной формы. В настоящей работе было установлено значимое увеличение частоты «профицитного» варианта гена CYP1A1 (в 6 раз) и «дефицитных» вариантов GSTT1 (в 2,6 раза), GSTM1 (в 2,7 раза) у курящих больных немелкоклеточным раком легкого (представленного главным образом плоскоклеточной карциномой) по сравнению с некурящими пациентами этой группы. При этом OR плоскоклеточного рака легкого для курящих носителей «профицитного» генотипа CYP1A1 составил 9,09 (CI95% 2,57-38,33), «дефицитного» GSTT1 - 4,39 (CI95% 2,00-9,80), «дефицитного» GSTM1 - 6,37 (CI95% 3,02-13,62) (рис. 12). При изучении полиморфных вариантов генов ФБК в выборке мелкоклеточного рака легкого под влиянием фактора курения статистически значимые различия в распределении генотипов были зарегистрированы только для гена GSTM1, при этом OR оказался примерно на том же уровне, что и для немелкоклеточной формы рака легкого (6,37 и 7,20 соответственно).

Рис. 12. Показатели относительного риска (OR) развития немелкоклеточного рака легкого для курящих носителей Вал-аллеля CYP1A1, нулевых генотипов GSTТ1 и GSTM1, GSTP1del105 при р<0,05.

Таким образом, курение в сочетании с «профицитным» CYP1A1 и «дефицитными» генотипами генов GSTT1, GSTM1 является более значимым для развития плоскоклеточного рака легкого, чем для мелкоклеточной формы опухоли. При этом наибольшую рисковую значимость представляют иле/вал-генотип CYP1A1 и нулевой генотип GSTM1.

Глутатионзависимая токсификация показана для дигалоалкенов, гидрохинонов и изотиоцианатов, предшественников органических тиоцианатов и нитрозогуанидинов [Monks T.J. et al.,1990]. В противном случае, когда исходный ксенобиотик обладает высокой реакционной способностью, дефект гена и/или низкая активность белка являются факторами риска. Конъюгацией с глутатионом достигается детоксификация компонентов табачного дыма – эпоксидов полиароматических углеводородов, которые являются субстратами преимущественно GSTM1 [Ketterer B. et al., 1999; Кулинский В.И., 1999], и монозамещенных галоалкенов, являющихся субстратами GSTT1 [Pemble S. et al., 1994; Белицкий Г.А., 2006], и мы наблюдаем возрастание рисковой значимости нуль-генотипов.

Полученные результаты позволяют отнести изученные нами полиморфные гены к числу кандидатных генов рака легкого с умеренными эффектами. Следует отметить, что в настоящее время в изучении природы комплексных заболеваний придается большое значение генам с умеренными эффектами [Seillier-Moiseiwitsch F. et al., 1997; Вавилин В.А. и соавт., 2002]. Вероятно, роль генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в развитии рака легкого сходна с той, которую они играют в развитии бронхиальной астмы. Согласно данным эпидемиологических исследований, онкозаболевания лишь в 5% случаев обусловлены наследственными генетическими факторами, а в 95% - взаимодействием внешних канцерогенных воздействий с генетическими факторами, в результате которого формируется «приобретенная восприимчивость» [Perera F., 1997]. Такие особенности биологии суперсемейств ферментов биотрансформации ксенобиотиков, как множественность форм, перекрывающаяся субстратная специфичность и индуцибельность, позволяют существенно восполнить дефекты индивидуального фермента в метаболизме ксенобиотиков активностью других. Поэтому в условиях нормального состояния окружающей среды риск развития заболевания, обусловленный данными ферментами, может быть минимальным. Ухудшение состояния окружающей среды, сопряженное с дисбалансом токсификации/детоксификации ксенобиотиков, возрастанием вероятности активирования онкогенов или инактивирования генов-супрессоров опухоли, увеличивает этиопатогенетическую значимость этой ферментативной системы и может иметь важные последствия для эпидемиологии РЛ в силу широкой распространенности полиморфизма генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков в популяции европеоидов (40-60 и 10-20% носителей гомозиготной делеции GSTM1 и GSTT1, соответственно [Zong S. et al., 1993; Deakin M. et al., 1996; Garte S. et al., 2001]).

Внешними факторами, для которых установлено, что они обладают канцерогенными свойствами, являются выхлопные газы дизелей и табачный дым. Многие компоненты этих сложных химических смесей претерпевают метаболизм in vivo по пути усиления токсичности. Нельзя исключить в этой связи, что эти экзогенные факторы и другие промышленные, сельскохозяйственные яды играют важную роль в этиологии и патогенезе рака легкого. Именно у индивидуумов с наследственно ослабленным генотипом инактивация ксенобиотиков, в том числе табачных канцерогенов, промышленных и сельскохозяйственных ядов, должна происходить особенно медленно и соответственно условия неблагоприятного действия вредных метаболитов на организм особенно реальны. Это возможно за счет участия глутатион-S-трансфераз в транспортной функции [Oakley A.J. et al., 1999; Кулинский В.И., 1999], в метаболизме эндогенных интермедиатов воспаления [Wang W., Ballatori N., 1998; ЖолдаковаЗ.И., Харчевникова Н.В., 2002; Пальцев М.А., 2004], участия в сигнальной трансдукции [Stoilov I. et al., 1997; Галицкий В.А., 2003].

Наряду с анализом вариантных генотипов ферментов биотрансформации ксенобиотиков, мы исследовали Арг/Про-полиморфизм белка-онкосупрессора р53 у больных раком легкого в зависимости от причастности к курению. Показано, что в группе курящих больных отмечалась наибольшая частота встречаемости Про-аллеля (31,6%) по сравнению с некурящими (18,5%). Риск развития рака легкого у курящих носителей Про-аллеля составил 2,04 (CI95% 1,21-3,44) по сравнению с некурящими.

С целью определения роли генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков и гена белка-онкосупрессора р53 в механизмах возникновения рака легкого под воздействием фактора курения мы проанализировали распределение полиморфных генотипов CYP1A1, GSTT1, GSTM1, GSTP1 у курящих и некурящих больных раком легкого, имеющих про-аллель р53. Показано, что у курящих пациентов, несущих про-аллель р53, частота «функционально активного» генотипа CYP1A1 и нулевого генотипа GSTM1 более чем в 2 раза превышает аналогичные показатели у некурящих больных. При этом относительный риск развития рака легкого у курящих носителей про-аллеля р53 и вал-аллеля CYP1A1 составил 3,67 (CI95% 1,16-12,36); нулевого генотипа GSTM1 – 11,03 (CI95% 3,56-35,44).

При анализе выборки курящих больных раком легкого в зависимости от статуса р53 было установлено, что для пациентов, имеющих про-аллель р53, характерно четыреххкратное увеличение Иле/Вал-генотипа CYP1A1 по сравнению с аналогичным показателем у курящих больных с арг/арг-генотипом р53. Риск развития рака легкого при этом у курящих носителей про-аллеля р53 в сочетании с Иле/Вал-генотипом CYP1A1 составил 7,42.

Частота патологических генотипов GSTT1, GSTM1 и GSTP1 у курящих носителей про-аллеля р53 превышала таковую у пациентов с арг-аллелм р53 на 32, 37 и 44% соответственно (р<0,05). OR рака легкого для курящих носителей функционально неполноценного генотипа GSTT1 с про-аллеля р53 составил – 1,87, для GSTM1 – 3,16, для GSTP1 -2,06.

Полученные нами в ходе исследования данные подтверждают общие представления об участии генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков и гена белка-онкосупрессора в патогенезе рака легкого под воздействием внешнего фактора курения.

Таким образом, основываясь на полученных данных, можно сделать заключение, что курение на фоне нарушения работы I и II фаз биотрансформации ксенобиотиков способствует возникновению рака легкого, принимая опосредованное участие в р53-зависимом канцерогенезе. Патогенетическую роль при этом играют ферменты CYP1A1 и GSTM1, что не противоречит данным литературы [Улыбина Ю.М. и соавт., 2005].

По итогам настоящего исследования была зарегистрирована корреляционная сопряженность у больных раком легкого Вал- аллеля CYP1A1 с нулевым генотипом GSTT1, GSTM1, GSTP1, Про-генотипом p53 (r=-0,37; 0,45 и -0,47 и -0,33 соответственно при р<0,05), а также патологических генотипов CYP1A1, GSTT1, GSTM1 с курением (r=-0,24; 0,22 и -0,38 соответственно при р<0,05),

Таким образом, в то время как тестирование изолированных генотипов генов ФБК представляется малоперспективным в связи с незначительной выраженностью эффекта, комбинация неблагоприятных вариантов данных генов может обсуждаться как значимый фактор увеличения онкологического риска для рака легкого.

Показано, что частота комбинаций морфологически и функционально полноценных аллелей исследованных генов у здоровых доноров более чем в 5 раз превышала этот показатель у больных раком предстательной железы ((2=25,20; р=0,000), при этом относительный риск (OR) развития рака предстательной железы оказался равным 0,15, что указывает на защитную роль данного генотипа. К благоприятному сочетанию следует отнести также комбинацию CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM10/GSTP1/GSTP1, которая выявлялась в 27,3 % случаев у здоровых лиц и у 10,3% больных раком предстательной железы ((2=13,21; р=0,000; OR=0,31).

Анализ сочетания генотипов у больных раком предстательной железы выявил статистически значимое увеличение частоты следующих неблагоприятных комбинаций: CYP1A1Иле/ВалGSTT1+/GSTM10/GSTP1/GSTP1 ((2=3,66; р=0,05; OR=5,41), CYP1A1Иле/Иле/GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105 ((2=24,82; р=0,000; OR=34,81), CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1del105/del105 ((2=5,07; р=0,024; OR=6,36), CYP1A1Иле/Вал/GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105 ((2=9,76; р=0,001), CYP1A1Иле/Иле/ GSTT10/GSTM10/GSTP1del105/del105 ((2=6,25; р=0,012) по сравнению с аналогичными показателями у здоровых жителей г.Томска.

Следует отметить, что риск развития рака предстательной железы моделируют как вариации цитохрома Р-450, так и глутатионтрансфераз. При этом наибольшую рисковую значимость имеет сочетание функционально неполноценных генотипов GST всех трех исследованных изоформ, а также комбинация, характеризующаяся гомозиготной делецией GSTP1 на фоне нормальных генотипов GSTT1, GSTM1.

Для оценки суммарного вклада полиморфных вариантов генов глутатион-S-трансфераз в механизмы прогрессии рака предстательной железы были проанализированы комбинации вариантных генотипов глутатион-S-трансфераз в зависимости от стадии злокачественного процесса. Были рассмотрены сочетания функционально полноценных (CYP1A1Иле/Иле; GSTT1+; GSTM1+; GSTP1) и неполноценных (CYP1A1Иле/Вал; GSTT10; GSTM10; GSTP1/del105; del105/del105) генов. Результаты исследования показали, что доля протекторных генотипов (CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1/GSTP1; CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/ GSTM10/GSTP1/GSTP1, CYP1A1Иле/Вал/GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105) у больных раком предстательной железы последовательно снижалась, начиная со второй стадии заболевания, и не обнаруживалась на четвертой стадии процесса.

Частота комбинаций, предрасполагающих к развитию рака предстательной железы (CYP1A1Иле/ВалGSTT1+/GSTM10/GSTP1/GSTP1, CYP1A1Иле/Иле/ GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105, CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1del105/ del105), напротив, увеличивалась, начиная со II стадии заболевания и достигала своих максимальных значений на IV стадии процесса, и значимо отличалась от соответствующих показателей у здоровых лиц. В то же время статистически значимых различий в распределении комбинационных генотипов у больных раком простаты с разными стадиями заболевания выявлено не было.

При изучении комбинаций полиморфных генов CYP1A1, GSTT1, GSTM1 и GSTP1 было установлено, что сочетания CYP1A1Иле/Иле/GSTT10/GSTM1+/ GSTP1/GSTP1 и CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM10/GSTP1/GSTP1 также значительно чаще встречаются среди здоровых лиц, чем у больных раком желудка (р<0,05; OR<0,5), что позволяет отнести данные комбинации к протекторным.

В ходе исследования были выявлены неблагоприятные сочетания генов цитохрома Р-450, глутатион-S-трансфераз Т1, М1, Р1, которые способствуют развитию рака желудка: CYP1A1Иле/Вал/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1/del105. Данная комбинация встречается в 7,8% случаев у больных раком желудка и в 0,9% в группе здоровых лиц ((2=8,96; р=0,002), при этом риск развития злокачественного новообразования данной локализации при носительстве такого сочетания увеличивается в 9,6 раза. Другая предрасполагающая комбинация (CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM10/ GSTP1/del105) выявлялась в 3 раза чаще в группе больных по сравнению с группой контроля ((2=13,11; р=0,000; OR=3,85).

Исходя из полученных нами данных, можно предположить, что рисковую значимость для рака желудка формируют гены GSTP1 и CYP1A1.

При анализе сочетаний генотипов по генам CYP1A1, GSTT1, GSTM1 и GSTP1 было выявлено, что сочетание только нормальных аллелей по всем четырем генам значительно чаще встречается у здоровых жителей г. Томска (27,3%), чем у больных раком кишечника (7,6%) ((2=10,19; р=0,001), что позволяет судить об этом сочетании как о факторе устойчивости. Подобным эффектом обладает также комбинация CYP1A1Иле/Иле/GSTT10/GSTM1+/GSTP1/GSTP1 ((2=5,15; р=0,023; OR=0,00).

Наличие в генотипе человека комбинации CYP1A1Иле/Иле/ GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105 значительно (в 23 раза CI95%2,67-516,71) увеличивает риск развития рака кишечника. К предрасполагающим сочетаниям следует отнести также сочетания CYP1A1Иле/Вал/GSTT10/ GSTM10/GSTP1/GSTP1 ((2=6,55; р=0,010) и CYP1A1Иле/Вал/GSTT1+/ GSTM10/GSTP1/del105 ((2=28,01; р=0,000), которые встречались только у больных раком кишечника и не обнаруживались у здоровых лиц. Наличие функционально неполноценных генотипов всех трех генов глутатионтрансфераз при нормальном функционировании цитохрома Р-450, а также увеличение активности фермента в результате мутации гена СYP1A1 в сочетании со снижением активности GST за счет делеции хотя бы в двух из трех исследованных генов можно расценивать как фактор предрасположенности к раку кишечника.

К интактным, относительно рака толстой кишки, генотипам были отнесены все остальные сочетания, поскольку статистически значимых различий доли носителей данных генотипов в группе больных раком кишечника и у здоровых лиц выявлено не было.

Таким образом, резюмируя полученные данные о распределении комбинаций генотипов, можно утверждать, что к протекторным комбинациям следует отнести сочетание нормальных генотипов всех исследованных генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков (обеспечивают устойчивость к раку легкого, раку простаты, раку кишечника), сочетание делеционного варианта гена GSTM1 и нормальных генотипов остальных генов (CYP1A1, GSTT1, GSTP1) (препятствует развитию рака легкого, рака простаты и рака желудка). Развитию злокачественной трансформации при раке желудка и кишечника препятствует наличие у индивидуума комбинации CYP1A1Иле/Иле/GSTT10/GSTM1+/GSTP1/GSTP1. Протекторными комбинациями только для рака легкого, по нашим данным, являются: CYP1A1Иле/Вал/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1/GSTP1, CYP1A1Иле/Иле/ GSTT1+/GSTM1+/ GSTP1/del105.

Для формирования рака легкого была выявлена специфичная предрасполагающая комбинация, характеризующаяся наличием патологических генотипов всех четырех способных образовывать полиморфные варианты генов (р=0,000), для других злокачественных новообразований (РПЖ, РЖ, РТК) данная комбинация являлась интактной.

Для рака предстательной железы были выявлены три таких неблагоприятных сочетания: CYP1A1Иле/ВалGSTT1+/GSTM10/GSTP1/ GSTP1 (наличие в генотипе данной комбинации увеличивает риск развития заболевания более чем в 5 раз), CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1del105/del105, СYP1A1Иле/Иле/GSTT10/ GSTM10/GSTP1del105/del105. Гомозиготная делеция гена GSTP1 как при нормальных, так и делеционных генотипах GSTT1 и GSTM1 значительно увеличивает риск развития РПЖ.

Рисковыми специфичными для развития рака желудка, по нашим данным, являются комбинации, характеризующиеся нарушением работы ферментов биотрансформации ксенобиотиков как первой, так и второй фаз: CYP1A1Иле/Вал/GSTT1+/GSTM1+/GSTP1/del105 и CYP1A1Иле/Иле/GSTT1+/ GSTM10/GSTP1/del105.

Для рака толстой кишки специфичных сочетаний вариантных генотипов ферментов биотрансформации ксенобиотиков выявлено не было.

Общими для формирования нескольких злокачественных новообразований оказались комбинации: CYP1A1Иле/Иле/GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105 (РЛ, РПЖ, РТК) и CYP1A1Иле/Вал/GSTT1+/GSTM10/GSTP1/del105 (РЛ и РТК), CYP1A1Иле/Вал/GSTT10/GSTM10/GSTP1/del105 (РЛ и РПЖ), которые практически не выявлялись у здоровых людей. Данный факт свидетельствует в пользу положения об общих аспектах участия ферментов первой и второй фаз биотрансформации ксенобиотиков в канцерогенезе.

Следует отметить также наличие значительного количества (9 из 24) интактных комбинаций, которые не вовлечены в патогенез ни рака легкого, ни рака предстательной железы, ни рака толстой кишки, ни рака желудка.

Мы полагаем, что такого рода сочетания генотипов свидетельствуют о преобладании эффекта делеционного варианта гена в патогенезе специфичной для данной патологии комбинации, не исключая при этом модулирующего эффекта остальных генов. Это доказывает тот факт, что для большинства больных онкологическими заболеваниями наиболее неблагоприятной является комбинация функционально неполноценных вариантов всех исследованных нами генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков, способных образовывать полиморфные варианты, т.е. высокая активность различных цитохромов (фаза 1) в сочетании с низкой или нормальной активностью ферментов фазы 2 – наиболее неблагоприятные предвестники будущих мультифакториальных заболеваний.


загрузка...