氟尿嘧啶类药物为细胞周期特异性药物，主要作用在S期，包括5-氟尿嘧啶、卡培他滨、替加氟和替吉奥等，是治疗胃癌^[1]、结直肠癌和乳腺癌等的一线药物。TS酶是氟尿嘧啶类药物的作用靶点，同时转化物可掺入DNA或RNA链中影响合成及修复，但由于该酶的基因编码区高度稳定，故研究者更多关注TYMS基因非编码区存在的变异，且取得一定进展。

1 TS蛋白结构和功能

胸苷酸合成酶(tymidylate systhase, TS)是由2个相同亚单位组成的二聚体蛋白，相对分子质量为72 000，基因位于第18号染色体上(18p11.32)。TS在正常细胞和癌细胞中均有表达，是细胞生长的必需酶。TS是DNA合成途径的关键酶，通过催化脱氧尿嘧啶核苷酸(deoxyuridine monophosphate, dUMP)经甲基化生成脱氧胸腺嘧啶核苷酸(deoxythymidine monophosphate, dTMP)，调节细胞DNA复制和修复过程中所需核苷酸之间的平衡，是dTMP合成过程的限速酶。氟尿嘧啶类前药在体内转化为5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)，然后经酶转化为5-氟尿嘧啶脱氧核苷单磷酸(5-fluoro-2’-deoxyuridine-5’-monophosphate, FdUMP)，与5, 10-甲酰四氢叶酸(CH₂FH₄)及TS形成三联复合物，与dUMP竞争性结合TS，抑制DNA的合成，进而抑制细胞生长和增殖，发挥其抗癌活性。

2 TS蛋白表达

近年来肿瘤细胞内TS蛋白表达水平与氟尿嘧啶类药物治疗敏感性之间的关系已经引起许多国内外学者的关注。1994年，Johnston等^[2]最早报道TS表达是直肠癌Dukes分期之外的另一个新的预后因素，同时能预测以5-FU为基础的化疗方案的敏感性，结果显示，TS蛋白高表达患者的5年生存率和对氟尿嘧啶类药物的化疗有效率低于TS蛋白低表达患者。可能是由于TS蛋白含量增加，一方面使癌细胞生长增殖加快，造成肿瘤复发和扩散，另一方面，TS蛋白高表达致使5-FU代谢产物FdUMP不能充分抑制TS酶的催化活性使得癌细胞对氟尿嘧啶类药物产生抗药性。

3 TYMS基因多态性与氟尿嘧啶类药物预后相关研究 3.1 TYMS 5’-非翻译区(untranslated region, UTR)数目可变串联重复序列(a variable number of 28-bp tandem repeats, VNTR；又称TSER)

5’-UTR位于TYMS基因的启动子区域，紧邻着起始密码子ATG。在5’-UTR的转录启始点上游存在28 bp的VNTR。该序列可以与多种转录调节蛋白相结合，从而刺激和增强启动子的活性，影响基因表达效率。VNTR的串联重复序列次数不定，其重复次数可以为2次(2R)、3次(3R)或者4~5次，有报道最多者甚至可以达到9次^[3]。但是重复次数 > 3的情况较为少见，尤其是在亚洲人群中。

TSER常见基因型为2R/2R、2R/3R和3R/3R。3R/3R基因型对氟尿嘧啶类药物治疗的预后效果均优于2R/2R基因型。其机制为TSER基因多态性影响正常组织和肿瘤组织的TS mRNA和蛋白表达，3R/3R基因型患者的TS mRNA表达高于2R/2R组^[4-5]，高表达TS mRNA使蛋白高表达，对FdUMP有较高的半抑制浓度(50 % inhibiting concentration, IC50)值，使FdUMP不能有效抑制TS，产生抗药性。另一方面TS蛋白含量增加使癌细胞生长增殖加快，造成肿瘤复发和扩散，对5-FU治疗疗效差。

Wang等^[6]对TSER基因多态性与氟尿嘧啶类/铂类药物治疗结果相关性的9篇文献进行系统性分析，结果表明，TSER与用药后肿瘤缓解率并不存在相关性，而3R/3R的总生存期(overall survival, OS)长于2R/2R及2R/3R(HR=1.29, 95% CI：1.02~1.64)。由于各研究纳入标准和化疗方案不同，可能对结果产生影响，且此系统性分析发表在2012年，之后的各项研究仍存在不一致的结果，新的数据可能改变其结论。此后有2个中国研究团队针对此位点关于生存期的研究表明，TSER 3R/3R基因型患者对5-FU化疗后OS优于2R/2R基因型^[7-8]，与meta分析研究结果一致，且发现3R基因型无瘤生存期(disease-free survival, DFS)期更长^[7]。但2019年，Su等^[9]研究表明，TSER是DFS的独立预测因素而与OS无关。对于高加索人群，研究结果显示，TSER与用药后患者DFS和OS均无系统性差异^[10]。此外关于其他指标Su等^[9]也进行相关研究表明，3R/3R比2R/2R或2R/3R的用药后肿瘤复发率低(HR=0.445, 95% CI: 0.255~0.775, P= 0.004)。2017年，Castro-Rojas等^[11]研究表明，2R等位基因的肿瘤缓解率更高(OR=3.45, 95% CI：1.00~11.99, P=0.05)，与meta分析结论不一致。2018年，Han等^[8]研究表明，TSER 2R/3R和2R/2R比3R/3R用药后死亡风险更高(HR=1.604, 95% CI：1.068~2.410, P= 0.021)。

氟尿嘧啶类药物在发挥疗效的同时，其不良反应也值得关注。其不良反应可能成为限制药物使用的关键性因素。2006年，Ichikawa等^[12]对69例日本结直癌患者进行基因多态性与氟尿嘧啶类药物毒性的关系研究表明，TSER 2R/2R增加中性粒细胞减少症、腹泻和严重毒性的发生率(均P < 0.01)。多元素回归分析发现，TSER (2R/2R vs 2R/3R、3R/3R)是3~4级中性粒细胞减少症的独立因素(OR=19.2, 95% CI：2.2~334.4, P= 0.016)。之后多项研究也得到类似的结果^{[11, 13]}。但同时另有研究并未发现此基因多态性与毒性之间存在相关性^{[10, 14]}。

TS蛋白和mRNA高表达降低氟尿嘧啶类药物疗效，且多项研究表明，TYMS 5’-UTR串联重复序列多态性3R基因可能在很大程度上提高氟尿嘧啶类药物治疗的生存期并减小药物不良反应，但TSER基因多态性与药物预后指标的关系仍存在争议，提示多个基因位点可影响TS的表达^[11-15]。

3.2 TYMS 3’-UTR 6 bp ins/del (1494del6)

2000年，Ulrich等^[16]通过检索表达序列标签库首次发现，TS mRNA的3’-UTR的1494处存在6 bp核苷酸片段的缺失和插入(1494 6 bp ins/del)。根据缺失和插入的具体情况可以将TS基因分为+6 bp/+6 bp、+6 bp/-6 bp和-6 bp/-6 bp这3种类型。虽然针对TYMS 3’-非翻译区的6 bp核苷酸片段缺失或插入多态性与5-FU疗效之间的关系已有不少研究报道^[17-23]，但结果并不一致，尚且没有定论。

胃肠癌氟尿嘧啶类药物化疗时TYMS 3’-UTR-6 bp/-6 bp基因型OS更长^[17-19]，缓解率更高^[19]。有学者认为机制可能是-6 bp/-6 bp基因型可使肿瘤组织中TS mRNA的稳定性减弱，从而导致TS蛋白表达降低^[16]，造成5-FU的疗效优于+6 bp/+6 bp。但2013年，Arrazubi等^[20]却得出不同的结论：+6 bp/+6 bp DFS期更长。此外，为了阐明TYMS基因多态性对毒性的影响，Loganayagam等^[21]研究发现，-6 bp/-6 bp基因型增加患者使用氟尿嘧啶类药物后严重毒性发生风险率（腹泻、中性粒细胞减少和黏膜炎风险），而2015年García-González等^[22]研究表示，TYMS 3’-UTR的+6 bp基因型会导致手足综合征(hand-foot syndromes, HFS)的高发生率。此外还有研究表示，TYMS 1494 6 bp ins/del基因多态性与氟尿嘧啶类药物疗效及不良反应均无相关性^[23]。

关于TYMS 1494 6 bp ins/del基因多态性与结直肠癌患者氟尿嘧啶类药物化疗疗效及不良反应的关系研究，样本量多数在60~200例，样本量过小会导致偏差较大，这可能是各研究结果不一致的主要原因。且近几年研究较少，今后应该增大样本量明确此基因位点的重要性，为胃肠癌患者氟尿嘧啶类药物个体化治疗检测提供理论依据。

3.3 TYMS 5’UTR 3RG/3RC (rs2853542)

TYMS 5’UTR 3RG/3RC (rs2853542)位于5’-UTR VNTR 3R基因型第2个重复序列上，具体位置为chr18:657685 (GRCh38.p12)。体内外实验皆证明，3G等位基因mRNA转录及翻译活性更高^[24]。2013年，Wang等^[25]对11项关于TYMS基因多态性与胃肠癌患者5-FU治疗疗效的研究进行系统性分析，其中6项研究（726例患者）的临床指标为OS，3项研究（315例患者）的临床指标为无进展生存期(progress-free survival, PFS)，患者均为高加索人。结果显示，3RG等位点有缩短OS期的趋势；3G等位点缩短PFS期，暗示此位点与疾病进展有关。

为了研究多个基因的相互作用，根据功能，研究者将TYMS 5’-UTR 3RG/3RC与TSER划分为低表达组(2R/2R、2R/3RC和3RC/3RC)和高表达组(2R/3RG、3RG/3RC和3RG/3RG)，低表达组OS及PFS优于高表达组^[26]，与荟萃分析结果一致^[25]。

以上研究均表明，TYMS 5’UTR 3RG/3RC与消化道肿瘤患者生存期和疾病进展有关。今后可以重点研究此基因位点与TSER基因协同作用的机制及对不良反应的影响，结合各结局指标，判断氟尿嘧啶类药物的实用人群，争取达到最大疗效及最小毒性，将研究结果反馈到临床，为患者个体化治疗作贡献。以上研究及研究结论归纳于表 1^{[6-15, 17-23, 25-26]}。

3.4 其他位点多态性

2011年，Thomas等^[27]测定TYMS rs2853542及2个内含子单核苷酸多态性[c.205+117G > C (rs2853533)和c.280-499G > A (rs2847153)]，仍未发现与氟尿嘧啶类药物化疗后肿瘤缓解率及毒性存在相关性。2013年，Loganayagam等^[21]检测TYMS 7个基因多态性位点rs59755869、rs596909、rs11540152、rs11540153、rs59755869、rs34489327和rs34743033发现，除rs34489327即TYMS 1494 6 bp ins/del基因外，其他位点与氟尿嘧啶类药物化疗所致毒性并无相关性。2017年，Pellicer等^[28]首次发现，在西班牙结直肠癌患者中TYMS rs2853741位点与卡培他滨所致毒性相关。2019年，Lin等^[29]对342例使用卡培他滨的乳腺癌患者进行22个基因位点的检测，logistic回归分析结果显示，TYMS rs2853741的CT基因型患HFS的风险更高(OR=2.25, 95% CI：1.31~3.87, P=0.012)，而TYMS rs2606241的GT基因型虽证实与卡培他滨HFS相关，但并不清楚此基因型是保护或风险因素。

在鉴定TYMS研究最多的3个位点外，还需要从大数据中挖掘出其他对消化道肿瘤患者氟尿嘧啶类药物治疗结果有影响的基因位点，为临床患者个体化检测提供理论依据。

4 结语

氟尿嘧啶类药物作为消化道肿瘤治疗的一线用药，个体间疗效及不良反应存在较大差异，基因多态性是造成这种差异的一个主要原因。TYMS作为氟尿嘧啶类药物个体化治疗最早被关注的基因之一，已取得较多研究成果。其酶活性高表达患者生存率及化疗有效率低，而基因多态性能造成酶活性的不同。TYMS基因多态性研究集中在TSER、3’-UTR 6 bp ins/del和5’-UTR 3RG/3RC。如上所述，TSER与消化道肿瘤氟尿嘧啶类药物治疗患者的生存期相关。3’-UTR 6 bp ins/del基因位点多态性可能影响其疗效和不良反应，但目前研究还无法给出明确的答案，需要进一步探索。5’-UTR 3RG/3RC位点与生存期和疾病进展有关联，但现有研究并不足以说明此位点与毒性之间是否存在联系，且此位点影响TSER基因多态性对氟尿嘧啶类药物化疗结果的作用。目前部分研究结论不一，样本量小，还需要在更大数据研究中验证或支持这些观点。

本研究回顾过去已发表的关于TYMS基因多态性与氟尿嘧啶类药物治疗消化道肿瘤患者的预后相关指标的联系，指出已有论点及有争议的研究结果，为之后的研究提供明确的方向。希望在将来，可以通过患者TYMS基因型的检测来预测氟尿嘧啶类药物治疗疗效和不良反应，从而制定消化道肿瘤患者个体化用药方案，得到最大疗效及最小不良反应的临床结果。