中国人细胞色素P450IA1基因变异与吸烟相关性肺癌的风险
癌症 1999年第5期第18卷 快速报道
作者：宋南 谭文 唐槐静 林东昕＊
单位：中国医学科学院中国协和医科大学肿瘤研究所病因及癌变研究室(北京，100021)※通讯作者
关键词：肺肿瘤；细胞色素P450IA1；遗传易感性；基因多型性
【摘 要】 目的：探讨多环芳烃类致癌物代谢酶细胞色素P450IA1基因(CYP1A1)多型性与中国人肺癌易感性的关系。方法：应用PCRRFLP方法，分析150例原发性肺癌和391例正常对照者CYP1A1基因的m1、m2和m4位点突变。以比值比(OR)及其95％可信区限(CI)比较不同基因型与肺癌风险的关系，以及与吸烟的交互作用。结果：位于3'-端MspI识别的位点(m1)和位于第7外显子BsrDI识别的位点(m2)具多态性，而位于第7外显子由BsaI识别的位点(m4)未见有变异。m1变异型等位频率在对照组中为0.36，而在肺癌病例组中为0.46。携带至少一个变异基因拷贝者发生肺癌的风险比携带野生基因型者高2倍(OR2.3;95％CI1.9～2.9)。分层分析发现，肺鳞癌患者中m1变异基因型频率更高(0.48)，携带此种基因型者发生肺鳞癌的相对风险(OR)为3.0(95％CI2.2～4.0)。m2变异与m1变异密切关联，符合率达76％。携带至少一个m2变异基因拷贝者的OR为1.9(95％CI1.6～2.4)。此外，CYP1A1m1变异与吸烟有明显的交互作用，携带变异基因型者如果吸烟，发生肺鳞癌的风险(OR28.7;95％CI4.7～1170.2)显著高于只携带变异基因而不吸烟(OR5.5;95％CI0.7～250.1)或只吸烟而不携带变异型基因者(OR10.9;95％CI1.6～463.4)。结论：CYP1A1基因变异是中国人的肺癌遗传易感性因素，它与吸烟协同在肺癌的发生和发展中起重要作用。
中图分类号：R730.2；734.2；文献标识码：A文章编号：1000-467X(1999)05-0495-04
Impact of cytochrome P450IA1 gene mutations on the risk of development of lung cancer in a Chinese population
SONG Nan,TAN Wen,TANG Huai-jing,et al.
Cancer Institute, Chinese Academy of Medical Sciences and Beijing Union Medical College, Beijing 100021，P.R. China
【Abstract】Objective：To investigate the possible role of genetic polymorphisms in cytochrome P450IA1 (CYP1A1),which is involved in the metabolic activation of many tobacco smoking-related carcinogens, in the risk of lung cancer in Chinese population.Methods：Genotype frequencies of m1 (MspI),m2 (Ile→Val) and m4 (Thr→Asn) in CYP1A1 was analyzed by PCR based RFLP in 150 lung cancer cases and 391 controls.Results：The allele frequency of CYP1A1 m1 variant was found to be 0.36 in controls and 0.46 in lung cancer cases. As compared with individuals who were homozygous for the wild type of m1,those carrying variant allele were at a 2.3-fold excess risk of total lung cancer (95％ CI 1.9～2.9) and a 3.0-fold risk of squamous cell carcinoma (95％ CI 2.2～4.0). The CYP1A1 m2 allele was found to be closely linked with the m1 allele,so that m2 variant genotype was associated with a 1.9-fold increased risk of lung cancer (95％ CI 1.6～ 2.4). Furthermore,stratified analysis suggested an interaction between cigarette smoking and CYP1A1 m1 variant genotype. The odds ratios for the m1 variant genotype,cigarette smoking and both factors combined were 5.5,10.9 and 28.7,respectively. No polymorphism was found at the CYP1A1 m4 locus in this study population.Conclusion：Our data suggest that individuals who have CYP1A1 m1 variant allele might be at higher risk for developing lung cancer.
Key words： Lung neoplasm;Cytochrome P450IA1;Cancer susceptibility;Genetic polymorphisms
近年来肺癌发生率呈显著上升趋势，已成为危害最严重的恶性病之一。吸烟是肺癌公认的主要病因，但并非所有的吸烟者都发生肺癌，提示可能存在个体遗传易感性因素。由于肺癌的早期诊断和有效治疗极其困难，积极预防可能是降低其发生率和死亡率的战略性措施。因此，探讨发生肺癌的个体易感因素，对实现对象明确的预防具有重要意义。
越来越多的研究表明，致癌物代谢酶基因多态是决定个体癌症遗传易感性的重要基础〔1〕。细胞色素P4501A1(CYP1A1)代谢激活香烟中多环芳烃类(PAH)致癌物，使之形成亲电子产物与DNA结合。因此，CYP1A1可能在肺癌的发生过程中起重要作用。目前在CYP1A1基因中已发现四个多态性位点。其中m1位于3'-端非编码区，为T→C突变〔2〕；m2是第七外显子中的A→G突变，该突变使酶蛋白催化活性区的血红素结合部位的氨基酸Ile462变为Val462〔3〕；m3是位于第七内含子的T→C突变，为非洲人所特有〔4〕；m4与m2相邻为C→A突变，结果使酶催化活性区的氨基酸Thr461变为Asn461〔5〕。m1和m2位点突变在亚洲人群中较常见，已有研究表明这两个位点突变与肺癌尤其是肺鳞癌风险增高显著相关〔2,6,7〕。
关于中国人的CYP1A1基因多态及其与肺癌风险关系的报道不多，而且结果不一致〔8～11〕。已报道的几个研究样本量较小或仅限于女性，其结果难以评价。因此，我们进行了一个较大样本的肺癌病例-对照研究，分析CYP1A1基因等位频率分布的差异及其与吸烟交互作用对肺癌风险的影响。
1 材料与方法
1.1 研究对象及其相关资料
150例经组织病理学确诊的原发性肺癌病例为1997年8月至1998年6月在中国医学科学院肿瘤医院进行手术治疗的患者，其中包括83例鳞癌、49腺癌和18例其他类型的肺癌。391例正常对照来自北京、山东、甘肃、广东和四川等地的普查为健康的人群，按性别和年龄(±5岁)与病例频数配对。病例和对照的年龄、性别和吸烟史资料见表1。病例组和对照组在年龄和性别构成上均衡，结果具有可比性。
表1 研究对象的年龄、性别构成和吸烟状况
|
项 目 |
病例组,(n=150) |
对照组,(n=391) |
|
男性,n(％) |
124(82.7) |
331(84.7) |
|
女性,n(％) |
26(17.3) |
60(15.3) |
|
年龄(岁), |
58.5±8.4 |
58.5±6.7 |
|
不吸烟,n(％) |
35(23.3) |
155(39.6) |
|
吸烟，n(％) |
115(76.7) |
236(60.4) |
1.2 CYP1A1基因分型
研究对象的基因组DNA分离自外周血淋巴细胞或肺组织外科手术标本。按文献〔5,12〕报告的基本方法，以PCRRFLP分析m1、m2和m4位点的基因变异。分析m1位点变异扩增一340bpDNA片断，所用引物为5'CAGTGAAGAGGTGTAGCCGCT/5'TAGGAGTCTTGTCTCATGCCT。m2和m4相邻，故扩增一段同时包含这二个位点的DNA，引物为5'TTCCACCCGTTGCAGCAGGATAGCC/5'CTGTCTCCCTCTGGTTACAGGAAGC。PCR产物分别经限制性核酸内切酶(购自NewEnglandBio-Labs)MspI(m1位点)、BsrDI(m2位点)和BsaI(m4位点)酶切。酶切产物在1.5％琼脂糖凝胶电泳分析基因型。
1.3 数据统计分析
以χ2检验比较病例和对照、不同组织学类型的肺癌以及不同吸烟状况之间CYP1A1基因型分布的差异。以比值比(OR)及其95％可信区限(CI)表示相对风险度。统计分析用EPI软件。2 结果
本研究肺癌病例组的吸烟人数比例显著高于对照组(76.7％比60.4％)，吸烟者发生肺癌的相对风险度是不吸烟者的2倍(OR2.2;95％CI1.4～3.4)。在所分析的三个CYP1A1基因多态性位点中，我们只发现m1和m2有多态性，即存在纯合子野生型，杂合型和纯合子变异型。而m4位点只有一种基因型。MspI识别的CYP1A1基因型与肺癌风险的关系归纳于表2。在正常对照者中变异型等位基因频率为0.36，肺癌病例组为0.46。将杂合型和纯合子变异基因型合并计算基因变异与肺癌风险度的关系，发现携带至少一个突变基因拷贝的个体发生肺癌的风险是携带野生型基因型个体的2.3倍(95％CI1.9～2.9)。根据不同组织病理学类型的肺癌进行分析，发现m1位点突变主要与肺鳞癌风险度增加有关(OR3.0;95％CI2.2～4.0)。BsrDI识别的m2位点基因型与m1基因型密切关联(符合率76％)，其变异型等位基因频率在对照和病例中分别为0.26和0.35(表3)。与携带野生型基因型者比较，携带至少一个突变基因拷贝者发生肺癌的风险高1.9倍(95％CI1.6～2.4)。该位点基因型在不同组织学类型的肺癌中的分布无显著性差异。
表2 CYP1A1基因m1位点多型性与肺癌风险
|
项目 |
m1位点基因型,n(％) |
|
n |
wt/wt |
wt/mt |
mt/mt |
OR(95％CI)＊ |
|
对照 |
391 |
162(41.5) |
173(44.2) |
56(14.3) |
1.0(参照) |
|
病例 |
150 |
35(23.3) |
93(62.0) |
22(14.7) |
2.3(1.9～2.4) |
|
鳞癌 |
83 |
16(19.3) |
55(66.3) |
12(14.4) |
3.0(2.2～4.0) |
|
腺癌 |
49 |
15(30.6) |
27(55.1) |
4(14.2) |
1.6(1.2～2.3) |
|
其它 |
18 |
4(22.2) |
11(61.1) |
3(16.7) |
1.1(0.3～4.1) |
＊OR以wt/mt和mt/mt基因型频率合并后计算，经年龄、性别和吸烟史校正。
表3 CYP1A1基因m2位点多型性与肺癌风险
|
项目 |
m2位点基因型,n(％) |
|
n |
wt/wt |
wt/mt |
mt/mt |
OR(95％CI)＊ |
|
对照 |
391 |
200(51.2) |
178(45.5) |
13(3.3) |
1.0(参照) |
|
病例 |
150 |
53(35.3) |
90(60.0) |
7(4.7) |
1.9(1.6～2.4) |
|
鳞癌 |
83 |
29(34.9) |
51(61.4) |
3(3.6) |
2.1(1.5～2.5) |
|
腺癌 |
49 |
19(38.8) |
28(57.1) |
2(4.1) |
1.7(1.2～2.3) |
|
其它 |
18 |
5(27.8) |
11(61.1) |
2(11.1) |
0.5(0.4～4.9) |
＊OR以wt2/mt2和mt2/mt2基因型频率合并后计算，经年龄、性别和吸烟史校正。 我们以携带野生型基因型而又不吸烟者为参照，分析了变异基因型与吸烟之间的交互作用对肺癌风险的影响。结果(表4)显示，对于肺鳞癌，m1位点变异或吸烟单一因素的OR值分别为5.5(95％CI0.7～250.1)和10.9(95％CI1.6～463.2)，但携带变异基因者如果吸烟，OR值则高达28.7(95％CI4.7～1170.2)。m2位点变异与吸烟也有类似的交互作用(表5)。然而，CYP1A1基因变异与吸烟交互作用对肺腺癌风险则无明显的影响(数据未显示)。
表4 CYP1A1m1位点基因型和吸烟交互作用与肺鳞癌风险
|
变量A |
变量B |
病例 |
对照 |
OR(95％CI) |
|
变异基因型 |
吸烟状况 |
|
|
|
|
否 |
不吸烟 |
1 |
68 |
1.0(参照) |
|
是 |
不吸烟 |
7 |
87 |
5.5(0.7～250.1) |
|
否 |
吸烟 |
15 |
94 |
10.9(1.6～463.2) |
|
是 |
吸烟 |
60 |
142 |
28.7(4.7～1170.2) |
表5 CYP1A1m2位点基因型和吸烟交互作用与肺鳞癌风险
|
变量A |
变量B |
病例 |
对照 |
OR(95％CI) |
|
变异基因型 |
吸烟状况 |
|
|
|
|
否 |
不吸烟 |
4 |
73 |
1.0(参照) |
|
是 |
不吸烟 |
4 |
82 |
0.9(0.2～4.4) |
|
否 |
吸烟 |
25 |
118 |
3.9(1.2～13.7) |
|
是 |
吸烟 |
50 |
118 |
7.7(2.5～26.3) |
3 讨论
本研究结果表明，CYP1A1基因的m1和m2位点变异与中国人的肺癌，尤其是肺鳞癌的风险增加显著相关。香烟中含有近50种致癌物，其中大部分必须经过体内酶系统的代谢激活，形成亲电子产物后，才具有致癌活性。CYP1A1是代谢激活香烟中PAH和芳香胺类致癌物的主要的酶，在吸烟相关性肺癌形成过程中可能起重要作用。在不同组织学类型的肺癌中，鳞癌的发生可能与香烟中的多环芳烃类致癌物关系密切，而腺癌可能与香烟特有亚硝胺如NNK有关〔13〕。尚无资料表明CYP1A1参与NNK的代谢。与此相一致，本研究发现CYP1A1基因变异主要增加肺鳞癌的风险。而且，在肺鳞癌中，变异型CYP1A1基因与吸烟的交互作用非常显著，即变异型基因者如果吸烟，发生肺鳞癌的风险大大增高(表4和表5)。但对肺腺癌而言，则没有发现CYP1A1变异基因与吸烟之间的交互作用。这些结果明确提示，CYP1A1基因变异是中国人的吸烟相关性肺癌尤其是肺鳞癌的遗传易感性因素。
CYP1A1基因多态与肺癌易感性的关系已有不少研究。然而，现有文献报道的研究结果不甚一致。在日本人中进行的研究大都表明，CYP1A1基因的m1和m2变异与肺癌尤其是肺鳞癌的风险增高显著相关〔2,3,14〕，但在白色人种中的有些研究却认为两者不相关〔15,16〕。研究结果不一致的主要原因可能是研究对象的人种差异所致〔17〕，因为CYP1A1等位频率在不同的人种中有很大的差异。据报道，亚洲人(主要是日本人)CYP1A1基因的m1和m2位点的变异等位频率为0.37和0.22，而高加索人种中这两个位点的变异等位频率为0.12和0.09〔17〕。等位频率低严重影响小样本研究的统计分析力度，使得在白人中的一些研究难以给予评价。本研究分析了391例来自全国5个省市的正常对照者，发现CYP1A1基因m1和m2变异等位频率为0.36和0.26，显著高于白色人种，而与日本人非常接近。
有关中国人的CYP1A1基因型与吸烟相关肺癌风险的研究不多，结果也不一致。瞿永华等〔9〕及Persson等〔11〕报道CYP1A1基因m1和m2多型性与肺癌易感性无关。但瞿永华等研究的对象全部是非吸烟女性，Persson等报道的肺癌病例样本量小而且女性占40％，肺腺癌占50％。中国女性肺癌主要是腺癌，似乎与吸烟无密切关系〔18〕，因此，与CYP1A1基因可能也没有密切关系。胡毅玲〔8〕等报道m1和m2位点纯合子变异基因型与肺癌风险高相关，但杂合型却与肺癌风险降低相关。此种矛盾的结果似乎不大合乎逻辑，正如他们指出，倘若纯合子突变基因是危险因素，那么理论上杂合子的风险应介于野生型和纯合突变型之间。样本量小可能导致结果偏差。皮静波等〔10〕报道m2位点纯合突变的个体肺癌危险性高，总体上与本研究结果一致，但他们没有对杂合型与肺癌风险进行分析。
CYP1A1的m1和m2位点突变究竟是改变CYP1A1基因表达还是改变酶蛋白质活性，结论尚不一致。m1位于3'-端非编码区，有可能是通过与该基因调节区的连锁而发挥作用。在日本人中，
m1变异型个体的CYP1A1诱导性显著高于野生型〔19〕。在高加索人种中，Petersen〔20〕研究了一个家系三代15人的CYP1A1基因型及其诱导性，发现杂合子变异型比野生型的诱导性高。Landi等〔21〕发现m1突变型者外周血淋巴细胞的CYP1A1活性经诱导后显著高于野生型，但mRNA水平没有差别。位于酶活性中心编码区(m2位点)的Ile462→Val462突变可能改变CYP1A1活性。最近，Kiyohara〔19〕分析了不同CYP1A1基因型的日本人外周血淋巴细胞CYP1A1活性，发现Val/Val基因型者活性水平显著高于Ile/Val和Ile/Ile基因型者。Crofts等〔22〕也表明，Ile462→Val462突变不但增高酶活性，而且增高诱导性。因此，CYP1A1基因变异可能导致CYP1A1酶活性水平增高，使肺组织中有更多的致癌物被代谢激活而损伤DNA，最后引起细胞癌变。Mooney等〔23〕报道，m2突变型吸烟者外周血淋巴细胞中PAH-DNA加合物含量比野生型者高2倍。致癌物DNA加合物形成可导致基因突变，而人类癌症的形成与控制细胞生长的基因突变有关。Kawajiri等〔24〕发现，携带变异型CYP1A1者肺癌组织中Kiras突变率显著高于野生型者。在吸烟相关性肺癌中，最常见的p53突变是157密码子的G→T颠换。此种突变与香烟中的苯并芘[B(a)P]有关，B(a)P在肺中经CYP1A1激活后可选择性地与p53密码子157、248和237的鸟嘌呤碱基结合引起突变〔25〕。若干研究〔26,27〕发现，CYP1A1变异型个体的肺癌组织中p53突变频率高于野生型个体。这些研究结果为CYP1A1基因多态性与肺癌易感性关系的机理提供了重要的生物学基础。基金项目：本课题受国家杰出青年科学基金(39825122)和北京市自然科学基金(7982033)资助
〔参考文献〕
〔1〕 Raunio H,Husgafvel-Pursiainen K,Anttila S,et al. Diagnosis of polymorphisms in carcinogen activating and inactivating enzymes and cancer susceptibility-a review〔J〕. Gene, 1995,159：113～ 121.
〔2〕 Kawajiri K,Nakachi K,Imai K,et al. Identification of genetically high risk individuals to lung cancer by DNA polymorphisms of the cytochrome P450IA1 gene〔J〕. FEBS Lett,1990,263：131～ 133.
〔3〕 Hayashi S,Watanabe J,Nakachi K,et al. Genetic linkage of lung cancer-associated MspⅠ polymorphisms with amino acid replacement in the heme binding region of the human cytochrome P450Ⅰ A1 gene〔J〕. J Biochem,1991,110：407～ 411.
〔4〕 Taioli E,Ford J,Trachman J,et al. Lung cancer risk and CYP1A1 genotype in African Americans〔J〕. Carcinogenesis,1998,19：813～ 817.
〔5〕 Cascorbi I,Brockmoller J,Roots I. A C4887A polymorphism in exon 7 of human CYP1A：population frequency,mutation linkages,and impact on lung cancer susceptibility〔J〕. Cancer Res, 1996, 56：4965～ 4969.
〔6〕 Sugimura H,Wakai K,Genka K,et al. Association of Ile462Val (Exon 7) polymorphism of cytochrome P450Ⅰ A1 with lung cancer in the Asian population：further evidence from a case-control study in Okinawa〔J〕. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,1998,7：413～ 417.
〔7〕 Drakoulis N,Cascorbi J,Brockmoller J,et al. Polymorphisms in the human CYP1A1 gene as susceptibility factors for lung cancer：exon-7 mutation (4889 A to G), and a T to C mutation in the 3'-flanking region. Clin Investig,1994,72：240～ 248.
〔8〕 胡毅玲,张 桥.细胞素P450Ⅰ A1基因多态性与肺癌遗传易感性的研究〔J〕.中华医学遗传学杂志,1999,16：26～28.
〔9〕 瞿永华,石于波,钟礼杰，等.非吸烟女性肺癌患者CYP1A1和GSTM1基因型〔J〕.肿瘤, 1998,18：80～83.
〔10〕 皮静波,孙贵范,吕秀强，等.细胞色素P50Ⅰ1A1高诱导基因型与肺癌易感性关系的研究〔J〕.中华结核和呼吸杂志,1996,19：33～36.
〔11〕 Persson I,Johansson I,Lou YC,et al. Genetic polymorphism of xenobiotic metabolizing enzymes among Chinese lung cancer patients〔J〕. Int J Cancer,1999,81：325～ 329.
〔12〕 Wu MT,Huang SL,Ho CK,et al. Cytochrome P450Ⅰ A1 MspI polymorphism and urinary 1 hydroxypyrene concentrations in cokeoven workers〔J〕. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,1998,7：823～ 829.
〔13〕 Wynder EL,Hoffmann D. Smoking and lung cancer：scientific challenges and opportunities〔J〕. Cancer Res.,1994,54(20)：5284～ 5295.
〔14〕 Nakachi K,Imai K,Hayashi S,et al. Genetic susceptibility to squamous cell carcinoma of the lung in relation to cigarette smoking dose〔J〕. Cancer Res,1991,51：5177～ 5180.
〔15〕 Shields PG,Caporaso NE,Falk RT,et al. Lung cancer,race,and a CYP1A1 genetic polymorphism〔J〕. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,1993,2：481～ 485.
〔16〕 Hirvonen A,Husgafvel-Pursioinen K，Karjalainen A,et al. Point-mutational MspⅠ and Ile-Val polymorphisms closely linked in the CYP1A1 gene：lack of association with susceptibility to lung cancer in a Finnish study population〔J〕. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,1992,1：485～489.
〔17〕 Garte S. The role of ethnicity in cancer susceptibility gene polymorphisms：the example of CYP1A1〔J〕. Carcinogenesis,1998,19：1329～ 1332.
〔18〕 Gao YT,Blot WJ,Zheng W,et al. Lung cancer among Chinese women〔J〕. Int J Cancer,1987,40(5)：604～609.
〔19〕 Kiyohara C,Nakanishi Y,Inutsuka S,et al. The relationship between CYP1A1 aryl hydrocarbon hydroxylase activity and lung cancer in a Japanese population〔J〕. Pharmacogenetics,1998,8：315～323.
〔20〕 Petersen DD,McKinney CE,Ikeya K,et al. Human CYP1A1 gene：cosegregation of the enzyme inducibility phenotype and an RFLP〔J〕. Am J Hum Genet,1991,48：720～ 725.
〔21〕 Landi MT,Bertazzi PA,Shields PG,et al. Association between CYP1A1 genotype,mRNA expression and enzymatic activity in humans〔J〕. Pharmacogenetics, 1994,4：242～ 246.
〔22〕 Crofts F,Taioli E,Trachman J,et al. Functional significance of different human CYP1A1 genotypes〔J〕. Carcinogenesis,1994,15：2961～ 2963.
〔23〕 Mooney LA,Bell DA,Santella RM,et al. Contribution of genetic and nutritional factors to DNA damage in heavy smokers〔J〕. Carcinogenesis,1997,18：503～ 509.
〔24〕 Kawajiri K,Eguchi H ,Nakachi K,et al. Association of CYP1A1 germ line polymorphisms with mutations of the p53 gene in lung cancer〔J〕. Cancer Res,1996,56：72～ 76.
〔25〕 Hollstein M,Sidransky D,Vogelstein B,et al. p53 mutations in human cancers〔J〕. Science,1991,253：49～ 53.
〔26〕 Przygodzki RM,Bennett WP,Guinee DG Jr,et al. p53 mutation spectrum in relation to GSTM1,CYP1A1 and CYP2E1 in surgically treated patients with non-small cell lung cancer〔J〕. Pharmacogenetics,1998,8：503～ 511.
〔27〕 Denissenko MF,Pao A,Tang MS,et al. Preferential formation of benzo(a)pyrene adducts at lung cancer mutational hotspots in p53〔J〕. Science,1996,274：430～ 432.
收稿日期：1999-07-26
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