致癌物NNKⅠ,Ⅱ相代谢酶CYP2A13,UGT2B17和Ⅲ相ABC转运体基因多态与肺癌的协同关联及FOXA2介导的共调控机制

We (Cancer Res 2003; Cancer 2009; Pharmacogenet Genomics 2007) and other researchers have previously reported the association of genetic polymorphisms in tobacco specific carcinogen NNK metabolism and disposition pathways and risk of lung cancer. Our preliminary data further revealed that two functional SNPs, CYP2A13-Arg257Cys and ABCB1 promoter 5′f/-1353 G>A are associated with cancer risk in a gene-gene interaction mode, and FOXA2, one of key transcription factors in lung development related, mediates the transcriptional expression of CYP2A13, UGT2B17 and ABCC1. In this proposal, we will first conduct lung cancer case-control study in two populations (North and South Han) of large sample to uncover the coordinated association between functional variants in phase Ⅰ, phase Ⅱ and phase Ⅲ metabolic pathways for NNK and lung cancer risk. We also will verify the coordinate genetic association through analyzing the correlation between genotypes and NNK metabolic phenotype in cell line based or human sample (urine) based toxicological kinetics assay (HPLC and GC-MS/MS). We will mechanically analyze the transcriptional activation of CYP2A13、UGT2B17 and ABCC1 by FOXA2 in cell line or lung cancer tissues. We will finally thereby develop a gene-gene interaction based association model for NNK metabolism related functional variants and lung cancer. This study will broaden our knowledge on NNK etiology in lung cancer and potentially benefit the population as well as individual prevention for smoking related lung cancer.

我们和其他研究者已报道烟草特异致癌物NNKⅠ相氧化酶CYP2A13、Ⅱ相结合酶UGT2B17和Ⅲ相ABC转运体的基因多态与肺癌易感关联，且在中国人群经历了正向自然选择。前期工作进一步提示CYP2A13-Arg257Cys和ABCB1基因启动子功能SNP对肺癌有协同性保护作用，且CYP2A13、UGT2B17和ABCC1在肺癌细胞的表达是由肺脏发育相关转录因子FOXA2介导的。本项目拟首先通过两个群体大样本量的病例对照研究，揭示NNK代谢途径多基因变异与肺癌的协同关联；并通过基于细胞和群体的NNK代谢物测定及基因型相关性分析，进行毒物代谢动力学验证；还将以基于细胞和组织的功能实验，研究FOXA2对NNK代谢相关基因表达的共调控机制。本项目有望建立NNK代谢途径多基因变异与肺癌易感的协同性关联模型，阐明其多基因作用的共表达调控机理，从而拓深NNK肺癌病因学认识，助益于肺癌的人群预防和个体干预。

呼吸道和肺脏表达的外源化合物代谢酶和转运体，介导了呼吸来源致癌物和肺癌化疗药物的生物转化和解毒处置，其编码基因的功能变异，是化学环境暴露相关肿瘤的遗传易感性和化疗药物反应性种群和个体差异的重要遗传学基础。在本项目工作中，我们以吸烟相关肺癌发生和铂类化疗致肺癌病人毒副作用为相应模型开展了系列研究，研究了烟草最强致癌物NNK的代谢酶与转运体基因在肺组织的转录表达机制、它们的功能多态性与肺癌易感性的关联，还研究了铂类药物转运体基因多态性与肺癌铂类一线药物化疗毒副作用和预后的关联。我们取得如下主要的科学发现：（1）在两个独立现患肺癌病人群体（669及566例）和一个共同对照群体（749例）中，以病例对照的关联研究发现了NNKⅠ相氧化酶CYP2A13的编码区变异Arg257Cys (rs8192789)和Ⅲ相转运体ABCB1调控区变异与肺癌遗传易感性的协同关联；（2）以基因细胞和组织的表达调控分析，发现了转录因子FOXA2对Ⅰ相氧化酶CYP2A13、Ⅱ相结合酶UGT2B17和Ⅲ相转运体ABCB1的协同性转录表达调控作用，并且FOXA2和GATA6在ABCB1启动子区存在物理和功能的相互作用并且它们可协同调控ABCB1在肺癌细胞中的转录激活，ABCB1调控区变异影响GATA6介导的表达调控；（3）以基因表达和大样本量的晚期肺癌铂类化疗遗传药理学研究，发现铜离子和铂类转运蛋白SLC31A1基因的3′URT变异影响microRNA介导的在肺组织细胞的表达，并且和血小板减少等血液毒副作用风险增高和生存期降低关联。以上和本课题直接相关的研究工作发现，已发表在美国实验生物学联合会杂志（FASEB J 2015），或投稿领域专业杂志修回（Oncotarget,in revision）。以上工作揭示了肺脏发育相关转录因子FOXA2协同调控多个外源化合物代谢转运体基因在呼吸系统和肺脏的转录表达，并且它们编码基因的功能变异与肺癌发生的易感性呈现基因交互的协同性关联，从而深入了对外源化合物代谢处置系统的表达和疾病相关功能的认识。