活性氧代谢通路相关基因多态性对放射性肺炎的预测价值分析∗
∗㊀基金项目:四川省干部保健科研课题(2019⁃513HGB2019056);成都中医药大学附属医院基金资助项目(2017⁃D⁃YY⁃16)
1㊀610000㊀成都中医药大学附属医院肿瘤科2㊀通讯作者,E⁃mail:120151190@qq.com
610000㊀成都㊀成都中医药大学附属医院呼吸科
刘㊀磊,王㊀成,曾㊀珠,刘菊华,唐㊀瑞1,王武军2
㊀㊀ʌ摘㊀要ɔ㊀目的㊀探讨活性氧代谢通路相关基因亚甲基四氢叶酸还原酶(MTHFR)rs1801131㊁rs1801133位点和超氧化
物歧化酶2(SOD2)rs4880位点多态性与放射性肺炎的关系㊂方法㊀通过聚合酶链反应(PCR)⁃荧光探针方法检测317例接受胸部放射的肺癌患者MTHFR基因rs1801131㊁rs1801133位点和SOD2基因rs4880位点单核苷酸多态性(SNP)的基因型,采用Logistic回归模型分析基因多态性与ȡ2级放射性肺炎的相关性㊂结果㊀317例患者均完成放疗计划㊂中位随访时间为16 7个月(3 6 43 0个月),其中67例患者发生ȡ2级放射性肺炎㊂Logi
stic回归模型分析结果显示,MTHFR基因rs1801131位点SNP与放射性肺炎的发生密切相关(P<0 05)㊂结论㊀MTHFR基因rs1801131位点多态性与肺癌患者放射性肺炎的发生风险密切相关㊂
㊀㊀ʌ关键词ɔ㊀肺癌;㊀亚甲基四氢叶酸还原酶;㊀放射性肺炎;㊀超氧化物歧化酶2;㊀活性氧代谢通路
中图分类号:R730 55;R734 2㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:1009⁃0460(2020)03⁃0246⁃05
Analysisofthepredictivevalueofpolymorphismsofgenesrelatedtoactiveoxygenmetabolismpathwayinradiationpneumonitis
㊀㊀LIULei,WANGCheng,ZENGZhu,LIUJuhua,TANGRui,WANGWujun.DepartmentofRespiratoryDisea⁃ses,AffiliatedHospitalofChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine,Chengdu610000,China
Correspondingauthor:WANGWujun,E⁃mail:120151190@qq.com
㊀㊀ʌAbstractɔ㊀Objective㊀Toinvestigatethepredictivevalueofreactiveoxygenspecies(ROS)metabolismpathway⁃related
methylenetetrahydrofolatereductase(MTHFR)geneandsuperoxidedismutase2(SOD2)genepolymorphismonradiationpneumonitis(RP).Methods㊀ThegenotypesofMTHFRrs1801131,rs1801133andSOD2rs4880singlenucleotidepolymorphisms(SNP)weredetectedbypolymerasechainreaction(PCR)andfluorescenceprobein317lungcancerpatientsreceivingchestradiotherapy.Logisticregressionmodelwasusedtoanalyzetherelationshipbetweengenepolymorphismandȡ2graderadiationpneumonitis.Results㊀Threehundredandseventeenpatientscompletedtheradiotherapyp
lan.Themedianfollow⁃uptimewas16.7months(3.6⁃43.0months),in
which63patientshadȡ2graderadiationpneumonitis.LogisticregressionanalysisshowedthatSNPatrs1801131ofMTHFRgenewascloselyrelatedtotheoccurrenceofradiationpneumonia(P<0.05).Conclusion㊀TheMTHFRrs1801131polymorphisminROSme⁃tabolismpathwaywouldbecloselyassociatedwithradiationpneumonitis.㊀㊀ʌKeyWordsɔ㊀Lungcancer;㊀Methylenetetrahydrofolatereductase(MTHFR);㊀Radiationpneumonitis;㊀Superoxidedis⁃
mutase2;㊀ROSmetabolismpathway
㊀㊀肺癌是我国发生率和死亡率最高的肿瘤,80%
以上为非小细胞肺癌(NSCLC)㊂肺癌起病隐匿,早期缺乏典型的临床表现,大多数患者确诊时已达中晚期,采取手术联合放化疗的综合方案[1⁃2]㊂
近年来,随着放疗技术的深入发展,尤其是三维适形放疗和调强放疗延长了肺癌患者的生存,但是放疗对肺部正常组织造成损伤仍然是影响患者预后和生活质量的主要因素[3]㊂联合化疗更是在某种
意义上增加了放射性肺损伤的发生几率[4]㊂因此,及早预测放射性肺损伤,并对肺癌患者进行风险分层和个体化具有重要的临床价值㊂放射性肺炎是肺损伤的早中期阶段,即放射线进入机体后,产生以活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)为代表的自由基,直接或间接损伤肺组织靶细胞的生物学效应[5]㊂在循证医学模式下,所有的肺癌患者是按体的最佳数据给予放射[6]㊂但是不同患者对相同剂量放射线的敏感性和耐受性亦表现出明显的个体差异㊂鉴于活性氧代谢通路与放疗敏感性㊁放射性损伤存在密切关系,因此本研究以成都地区汉族人为研究对象,旨在从基因学角度探讨活性氧代谢通路相关基因包括亚甲基四氢叶酸还原酶(methylenetetrahydmfolatereductase,MTH⁃FR)和超氧化物歧化酶(superoxidedismutase2,SOD2)基因单核苷酸多态性(singlenucleotidepoly⁃morphisms,SNPs)对放射性肺炎的预测价值,从而为丰富放射性肺损伤的基因预测模型提供实验室证据㊂
1㊀资料与方法
1.1㊀一般资料㊀前瞻性收集2015年7月 2018年3月间在成都中医药大学附属医院呼吸科就
诊的NSCLC患者317例,中位年龄为53岁(18 81岁),其中男性189例,女性128例㊂患者均经病理组织学确诊并自愿接受胸部放疗㊂收集患者疾病史㊁体格检查详细资料㊁临床症状及体征等㊂纳入标准:(1)汉族;(2)初诊为肺癌;(3)不可手术或拒绝手术并自愿接受胸部放疗;(4)预计生存时间>6个月;(5)Karnofsky评分>70分;(6)既往未接受过任何抗肿瘤;(7)患者签署知情同意书㊂排除标准:(1)不符合上述纳入标准者;(2)既往有接触放射性物质者;(3)受试前6个月有胸部手术史者;(4)合并严重肺气肿㊁消化道炎症㊁肺心病㊁肺功能不全㊁心肌梗死㊁糖尿病等;(5)失访者㊂1.2㊀方案㊀患者均采用调强适形放疗(IMRT)㊂接受6⁃MVX射线(varian600C/D高能直线加速器,USA),并根据Pinnacle38.0m计划系统制定方案㊂参考前期影像学检查结果,划定肿瘤靶区体积(GTV)㊁临床靶区体积(CTV)和计划靶区体积(PTV)㊂采用5野⁃9野共照射面技术,处方剂量PTV为55 65Gy/30 35次/6 7周,单次剂量为1.8 2.1Gy㊂95%PTV体积接受ȡ其处方剂量㊂正常器官限量:脊髓最大剂量<45Gy;肺V20<30%(同步化疗V20<28%),V30<20%,V5平均肺剂量<15Gy;食管V50<50%;心脏V30<40%㊂65例患者仅接受放疗,252例接受放疗+化疗,其中116例行同步放化疗,化疗方案为EP方案(顺铂+依托泊苷)或PC方案(紫杉醇+卡铂)㊂放疗期间行2周期化疗;136例患者行序贯化疗,化疗方案主要采取以铂类药物为基础的双药联合方案,包括长春瑞滨㊁紫杉醇㊁多西他赛等㊂1.3㊀主要仪器和试剂㊀Eppendorf5427R台式高速冷冻离心机购自德国Eppend
orf公司;CFX⁃96⁃C1000real⁃timePCR㊁iMake多功能酶标仪㊁SDS⁃PAGE电泳仪和电转膜仪购自美国Bio⁃Rad公司;CX41倒置光学显微镜购自日本OLYMPUS公司;Amersham电泳仪购自瑞典Bioscience公司;LAS⁃4000min凝胶成像数码分析系统购自日本FujiFilm公司㊂全基因组DNA提取试剂盒㊁MTHFR基因和SOD2基因检测试剂盒(PCR⁃荧光探针法)购自美国Invitrogen公司㊂
1.4㊀基因分型㊀(1)样本采集:采集所有受试者放疗前清晨空腹时的外周静脉血5ml,其中1ml置于含有依地酸二钠(EDTA⁃Na)抗凝剂的采血管中,用于检测生化指标;其余血液样本于-70ħ低温保存,进行DNA提取㊂(2)基因多态性检测:采用基因组DNA小量抽提试剂盒提取DNA,具体提取方法参照说明书进行㊂采用TaqMan法检测MTHFR基因和SOD2功能性位点的基因型,配制5μl反应体系:0 5μlDNA模板+2.5μlTaqManPCRmasterMix+0.25μl引物+0.125μl探针+1.25μlddH2O㊂反应条件:50ħ2min,95ħ10min,95ħ10s,60ħ1min,40个循环㊂本研究检测317份DNA样本,成功率为100%,重复检测的一致性为100%㊂MTHFRrs1801131上游引物:5 ⁃CTCCCTACTTGTAAACTTGT⁃3 ,下游引物:5 ⁃ATAGGGTTCATTCCCATACG⁃3 ;MTHFRrs1801133上游引物:5 ⁃GAAAAGCTGCGTGATGATG⁃3 ,下游引物:5 ⁃ACCTGAAGCACTTGAAGGAG⁃3 ;SOD2rs4880上游引
物:5 ⁃CTGGGAGACAGATGAGTAGAGG⁃3 ,下游引物:5 ⁃TGGCAGTGGGTGAGGACA⁃3 ㊂MTHFRrs1801131探针:AAGAACGAAGACTTCAAAGACACTT[G/T]CTTCACTGGTCAGCTCCTCCCCCCA;MTHFRrs1801133探针:GAAAAGCTGCGTGATGATGAAATCG[G/A]CTCCCGCAGACACCTTCTCCTTCAA;SOD2rs4880探针:CTGCCTGGAGCCCAGATACCCCAAA[A/
G]CCGGAGCCAGCTGCCTGCTGGTGC㊂1.5㊀随访和毒副反应评价㊀结束后前3个月,每个月复查1次;3 12个月,每3个月复查1次;1年后,每6个月复查1次㊂复查项目包括体检㊁血常规㊁肝功能㊁胸部CT检查等㊂根据RTOG标准评价放射性肺炎,分为1 5级㊂
1.6㊀统计学分析㊀采用SPSS17.0版软件进行处理㊂率的比较采用卡方检验,采用Logistic回归模型分析放射性肺炎和SNPs的关系㊂以P<0 05为差异具有统计学意义㊂
2㊀结㊀果
2.1㊀情况㊀317例患者均完成放疗计划㊂截止至2018年6月,中位随访时间为16.7个月(3.6 43.0个月),其中63例(19.9%)患者放疗开始后3 11个月发生2级以上放射性肺炎㊂
2.2㊀肺癌临床病理特征与放射性肺炎的关系㊀放射性肺炎组和非放射性肺炎组患者同步放化疗㊁放疗剂量㊁双肺平均放疗剂量㊁V20之间差异具有统计学意义(P<0 05)㊂两组其余临床资料基本一致,差异无统计学意义(P>0 05)㊂见表1㊂
2.3㊀SNP与放射性肺炎的关系㊀结合DNA测序技术和基因芯片技术确定了317例患者MTHFR基因rs1801131和rs1801133位点SNPs和SOD2基因rs4880位点SNP㊂MTHFRrs1801131位点:TT型198例(62.46%),其中42例(21.21%)放射性肺炎,GG+GT型119例(37.54%),8例(6.72%)放射性肺炎;MTHFRrs1801133位点:AA型122例(38.49%),其中21例(17.21%)放射性肺炎,GG+GA型195例(61.51%),30例(15.38%)放射性肺炎;SOD2rs4880位点:AA型234例(73.82%),其中39例(16.67%)放射性肺炎;GG+AG型83例(26.18%),10例(12.05%)放射性肺炎㊂对3个突变位点的SNPs基因型分布频率进卡方检验,均符合Hardy⁃Weinberg遗传平衡(P>0 05)㊂经Logistic回归模型分析,MTHFR基因的rs1801131位点与放射性肺炎密切相关(P<0 05)㊂校正化疗㊁放疗剂量㊁双肺平均放疗剂量及V20之后,rs1801131位点是放射性肺炎的独立影响因素(P<0 05)㊂未见MTHFR基因rs1801133位点以及SOD2基因rs4880位点SNPs与放射性肺炎的关系(P>0 05)㊂见表2㊂
表1㊀放射性肺炎与肺癌临床病理特征的关系
临床病理参数
肺炎组
(n=63)非肺炎组
(n=254)P性别0.484㊀女23105
㊀男40149
吸烟0.134㊀无1272
㊀有51182
Karnofsky评分0 056㊀<8026139
㊀ȡ8037115
临床分期0.524㊀Ⅰ Ⅱ24108
㊀Ⅲ Ⅳ39146
化疗0.172㊀是54198
㊀否956
化疗类型0 01㊀同步3878
㊀序贯16120
放疗剂量(Gy)0.002㊀<6018129
㊀ȡ6045125
双肺剂量(Gy)0.001㊀<17.720151
㊀ȡ17.743103
V20(%)0.001㊀<17.321154
㊀ȡ17.342100
3㊀讨㊀论
我国肺癌高发,大部分肺癌患者因出现久咳㊁咳血㊁胸痛等临床症状而就诊时已至中晚期,只能采取以放化疗为主的综合方案[7⁃8]㊂但是不同患者即使临床特征类似㊁放射剂量和放疗方案相同,其发生放射性肺损伤的风险也不甚相同[9]㊂近年来,随着三维适形放疗和调强放疗技术的发展,虽然肺癌患者局部控制率和生存率均获得一定程度的改善,因放化疗造成的肿瘤周围正常组织损伤风险已经大大降低,但是放射性肺炎仍然是影响患者预后和生活质量的危险因素之一㊂临床上制定放疗方案的原则是在确保正常组织辐射耐受的前提下,尽可能提高对肿瘤组织的辐射剂量[9]㊂但是目前,在循证医学模式下,所有的肺癌患者仍
表2㊀Logistic回归模型分析基因多态性与放射性肺炎的关系
基因型n
单因素分析多因素分析
HR95%CIPHR95%CIP
MTHFR㊀rs1801131
㊀TT421.000-1.000-
㊀GG+GT80.2630.116 0.7150.0040.3660.128 0.8660.025MTHFRrs1801133
㊀AA211.000-1.000-
㊀GG+GA301.2520.743 2.3440.6201.3510.715 2.6400.565SOD2rs4880
㊀AA391.000-1.000-
㊀GG+AG100.8750.431 1.8970.7531.0570.418 2.3720.859
然是按体的最佳数据给予放射,因此探索放
射性肺损伤的影响因素和遗传易感因素,对于个体
化具有十分重要的临床价值㊂
近些年,随着分子生物学的发展,尤其是基因
组计划和后基因组计划研究工作的深入开展,为探
讨各种疾病发生发展的遗传学机制提供了新的思
路和方法㊂通过对相关基因多态性的研究,有可能
为我们从基因水平上认识放射性肺炎的发病机制
提供新的依据㊂目前,关于放射性损伤确切的作用
reactive oxygen species是什么意思
机制虽然尚未有定论,但是由靶原子本身的原子被
电离或激发产生直接生物学效应,或由电离辐射诱
导产生活性氧自由基从而引发一系列间接生物学
效应被普遍认为是放射性损伤的病理发生过程[10]㊂临床上一般是采用低LET射线,因此活性氧诱发的
间接效应占主导地位㊂本研究旨在探讨影响活性
氧代谢的相关基因MTHFR和SOD2基因与放射性
肺炎的关系㊂结果显示MTHFR基因rs1801131位
点的突变与放射性肺炎的发生密切相关㊂rs1801131位点位于MTHFR基因外显子区域,其基因突变导致谷氨酸被丙氨酸替代,从而抑制了二氢叶酸还原酶的活性,进而阻断了二氢叶酸的代谢,导致有毒的代谢产物积累以及嘌呤㊁嘧啶无法正常合成,最终抑制DNA的复制和修复[11]㊂另外,国外学者通过动物实验也证实,放射线可降低体内MTHFR酶活性,同时上调胸苷酸合成酶活性,从而提示叶酸代谢在细胞辐射敏感性方面具有重要作用[12]㊂除此以外,SOD2是定位于细胞线粒体内的含锰超氧化物歧化酶,也属于活性氧代谢酶系,SOD2启动子上游9位点T/C突变导致丙氨酸替代缬氨酸,从而改变靶序列构想,促使细胞线粒体内的氧自由基被大量清除,抑制细胞氧化损伤[13]㊂理论上SOD2基因SNPs也是影响放射性损伤的重要因素,而且以往国内也有研究显示,SOD2基因多态性与鼻咽癌的发生密切相关[14],但是本研究结果并未发现其SNPs与放射易感性有关㊂这可能由于基因的表达具有种族和地域性差别,因此若要进一步证实MTHFR基因和SOD2基因单核苷酸多态性与放射性肺炎的关系,则需要收集更大的样本量,对于患者的生活环境进行细致的分类以得到更为准确的结果㊂
另外,本研究还分析了其他放射性肺炎的预测指标,包括基于患者(年龄㊁性别㊁吸烟㊁Karnofsky评分等)㊁肿瘤(TNM分期)以及(化疗㊁放射剂量学等)的相关危险因素㊂本研究并未得出年龄㊁性别㊁吸烟情况㊁Karnofsky评分以及TNM分期与放射性肺炎发生的关系,这与
很多研究结果并不一致[15⁃16]㊂主要是由于大多数临床研究,纳入的样本量较少,造成统计结果存在偏差,也间接说明,患者及肿瘤因素对于放射性肺炎的预测效能较低㊂另外,化疗和增加放射剂量都可以在一定程度上增加放射性肺损伤的风险已经得到临床证实[17],本研究结果也与以往大多数研究基本一致㊂
综上所述,虽然患者一般临床病理特征和方案在放射性肺损伤预测方面存在一定的价值,但是遗传因素在放疗易感性方面的作用更是不容忽视㊂尤其是放射性肺炎是一个涉及多阶段㊁多因素㊁复杂的动态过程,需综合考虑索放射组学㊁生物组学及临床相关危险参数的影响,从而准确评估肺癌患者发生放射性肺损伤的风险等级,以实现个体化㊂MTHFR基因rs1801131位点单核苷酸多态性是发生放射性肺炎的危险因素,TT基因型患者发生放射性肺炎的风险明显升高,因此可联合剂量
学筛选放射性肺炎的高危患者,适当调整放射剂量,并密切监测肺损伤情况㊂
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收稿日期:2019-04-15;㊀修回日期:2019-08-22

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