膀胱癌是全球常见的泌尿系统恶性肿瘤,其中90%以上为移行上皮细胞癌。在我国泌尿系统肿瘤中,无论是发病率还是死亡率,膀胱癌均占据首位。膀胱癌的发生和发展是一个多基因、多因素参与的多阶段的过程,是环境因素和遗传因素共同作用的结果。流行病学调查显示,吸烟和职业暴露是膀胱癌最常见的环境因素,但同时也发现,尽管很多人接触相同的危险因素,最终发展为膀胱癌的仅占少数,提示个体易感性存在差异。随着人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的完成,已确认人类基因存在的遗传变异(Genetic variation)对基因的结构和功能将产生影响,进而导致基因生物学功能改变。其中,单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphisms, SNPs)是遗传变异中最常见的一种类型。在疾病的分子流行病学和分子遗传学研究中,SNPs已被广泛用作基因定位的分子标记,通过比较正常人和患病者的SNPs来定位和识别特定疾病的相关基因。SNPs能够通过改变基因结构影响修复酶的功能,进而导致肿瘤发生的风险增加。研究表明,DNA修复基因、凋亡通路相关基因和叶酸代谢通路基因与膀胱癌的发生发展密切相关,其中功能性SNPs单一或联合作用与膀胱癌发生的风险有关,且可能存在基因-基因和基因-环境交互作用。同时,最近在欧美人群膀胱癌的全基因组关联研究(Genome-wide Association Study, GWAS)中确认了膀胱癌的易感区域,但该易感区域与中国人群膀胱癌易感性的关系尚未见报道。随着人们对人类基因组、遗传学的认识和高通量分型技术的不断发展,肿瘤易感性的关联研究主要经历了三种重要的SNPs候选策略,即基于候选基因(Candidate gene)、候选生物学通路(Candidate biological pathway)和GWAS。本研究旨在通过以上三种策略,结合分子流行病学和分子生物学的研究方法:(1)探讨候选基因MDM2和XPF基因遗传变异与膀胱癌遗传易感性及其机制的研究;(2)评价DNA损伤修复通路、凋亡通路和叶酸代谢通路中关键基因的功能性多态变异与膀胱癌易感性的关系;(3)在中国人群中验证基于欧美人群膀胱癌GWAS发现的易感位点与中国人群膀胱癌遗传易感性关系。本研究对于进一步揭示膀胱癌发生发展的生物学机制具有重要理论依据,并通过寻找膀胱癌易感性生物标志物,为今后膀胱癌高危人群和易感人群筛查以及实施个体化预防、干预和治疗提供重要线索。第一部分基于候选基因的膀胱癌遗传易感性及其机制的研究第一节MDM2基因遗传变异与膀胱癌遗传易感性及其机制的研究目前已证实,在50%以上的人类肿瘤组织中均检测到p53抑癌基因的突变。p53介导的DNA损伤反应通路中关键基因的遗传变异将影响个体罹患肿瘤的易感性。MDM2是上述通路中的重要的调控因子,与DNA损伤修复、细胞周期调控、增殖以及凋亡有着密切的联系。因此,MDM2基因的遗传变异可能与膀胱癌的发生和发展有关。为了验证候选基因MDM2的SNPs对膀胱癌易感性的影响,我们运用基于单倍型(Haplotype)构建标签SNPs(tagging SNPs, tagSNPs)的方法,首先在100例对照人群中筛选出13个常见SNPs,并通过病例-对照研究方法在234例膀胱癌新发病例和253例正常对照中进行了研究,分析各SNPs基因型与膀胱癌发生风险之间的关系。在此基础上,采用双荧光素酶报告基因实验、电泳迁移变动实验(Electrophoretic mobility shift assay, EMSA)和实时定量PCR等分子生物学方法,探讨MDM2基因启动子区SNPs对该基因转录调控的影响。结果发现,位于MDM2启动子区的1797C>G多态与膀胱癌的发病风险有关。其中携带1797GG基因型者罹患膀胱的风险是携带1797CC基因型者的2.45倍(OR = 2.45, 95%CI = 1.02-5.72)。在此基础上,通过报告基因转染和EMSA实验进一步证实,1797C>G多态由C置换为G可影响核因子C/EBPα与MDM2基因启动子结合的亲和性(Affinity),增强了MDM2基因的转录活性。另外,在膀胱癌组织中发现,携带1797G等位基因者MDM2的mRNA和蛋白表达水平显著增高(P < 0.01)。上述结果提示,MDM2基因启动子区1797C>G多态变异与膀胱癌遗传易感性有关,其中1797GG基因型可能是中国人群罹患膀胱癌的危险基因型。第二节XPF基因遗传变异与膀胱癌遗传易感性及其机制的研究已知DNA修复在维持基因组稳定性过程中起着重要的作用。不同个体DNA修复能力(DNA repair capacity, DRC)的差异是由DNA修复通路中关键性基因变异所决定。核苷酸切除修复(Nucleotide excision repair, NER)是DNA修复通路中与烟草所致损伤修复最为密切的途径,其中,XPF(ERCC4)基因作为NER修复途径中的关键基因,产物不仅具有酶活性,而且还可作为ERCC1的“脚手架”(Scaffold)蛋白,共同参与核苷酸切除修复。本研究从HapMap、dbSNPs数据库和文献中筛选出3个tagSNPs,利用两阶段病例-对照研究,包括第一阶段的234例膀胱癌和254例正常对照以及第二阶段的130例病例和150例对照,分析XPF基因tagSNPs与膀胱癌易感性的关系。利用分子生物学手段,探讨XPF基因多态位点的功能学意义。同时,对第二阶段79例浅表性膀胱癌病例进行了36个月的随访,进一步揭示XPF基因的功能性SNPs对膀胱癌预后的影响。两阶段病例-对照研究结果显示,位于第一内含子的tagSNPs rs744154与膀胱癌的发生风险降低有关,连锁不平衡(Linkage disequilibrium, LD)和系统进化分析(Phylogenetic analysis)发现,rs744154(C>G)与XPF基因启动子区-357A>C (rs6498486)多态呈完全连锁(D’= 1.00, r~2 = 1.00)和序列保守。功能学研究显示,XPF -357C等位基因可通过破坏转录因子的结合位点,使XPF基因转录活性降低。同时,在膀胱癌组织中,携带-357C等位基因者XPF的mRNA和蛋白表达水平均降低,与离体的功能性研究结果一致。进一步的随访研究表明,携带-357C等位基因者较携带-357G等位基因者其膀胱癌复发时间更短。上述结果证明,XPF基因启动子区-357A>C多态变异通过影响XPF基因的转录调控,从而影响了膀胱癌的遗传易感性和预后。本研究将宏观和微观、离体和在体研究有机结合,较好地实现预防医学、基础医学和临床医学的交叉和融合,为今后探讨候选基因与疾病易感性及其机制提供了一个较好的范例。第二部分基于候选生物学通路的膀胱癌遗传易感性的关联性研究第一节DNA损伤修复通路基因XRCC1、APE1和ADPRT功能性多态与膀胱癌易感性的关系机体内存在多种DNA损伤修复机制,主要包括碱基切除修复(Base excision repair, BER)、核苷酸切除修复(Nucleotide excision repair, NER)、错配修复(Mismatch repair, MMR)等。其中,BER主要修复由活性氧、烷化剂等引起的DNA损伤及脱氨、自发水解等引起的DNA单链断裂。在BER通路中,XRCC1、APE1和ADPRT起着关键性的作用。有研究表明,这些关键基因如果发生变异,会引起肿瘤发生风险的改变。我们推测,XRCC1、APE1和ADPRT基因的SNPs单一或联合作用与膀胱癌遗传易感性有关。为了验证上述假说,本研究针对XRCC1 -77T>C、Arg194Trp、Arg280His、Arg399Gln、APE1 -656T>G、Asp148Glu、ADPRT -442G>A和Val762Ala共8个功能性SNPs,采用病例-对照研究方法,以聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)的技术检测234例新发膀胱癌患者和253例年龄(±5岁)、性别相匹配的对照,探讨XRCC1、APE1和ADPRT基因多态变异与膀胱癌易感性的关系。单位点分析发现携带XRCC1 194Trp/Trp和280Arg/His基因型的个体罹患膀胱癌的风险明显增加,OR值分别为3.90(95%CI = 1.69-8.98)和2.53(95%CI = 1.67-3.83),而携带APE1 -656GG基因型的个体可降低罹患膀胱癌的风险(OR =0.57, 95%CI = 0.33-0.98)。联合分析发现,携带9-13个危险等位基因(即XRCC1 -77T、194Trp、280His、399Arg、APE1 -656T、148Asp、ADPRT -442A和762Ala)者罹患膀胱癌的风险是携带3-8个危险等位基因者的2.25倍(OR = 2.25, 95%CI = 1.48-3.40)。分层分析发现该风险增加在非吸烟和非饮酒的男性中更为显著。本研究从DNA损伤修复通路中的关键基因入手,证实了XRCC1、APE1和ADPRT基因功能性多态单一或联合可改变罹患膀胱癌的风险。第二节凋亡通路基因FAS、FASL和CASP8功能性多态与膀胱癌易感性的关系活化诱导的细胞凋亡(Activation-induced cell death, AICD)是活化的T细胞受到抗原的再次刺激而引起的T细胞凋亡,对于生物体的发育、免疫和稳态的维持至关重要。大多数个体中均存在死亡受体的凋亡通路,其相关调控基因的遗传变异可影响个体的免疫状态从而影响罹患肿瘤的危险性。我们推测,FAS、FASL和CASP8作为死亡受体通路中的关键基因如果发生变异,可能与膀胱癌的易感性有关。为验证上述假说,我们在连续性的病例-对照研究中,分析FAS、FASL和CASP8基因4个功能性SNPs,即FAS -1377G>A、-670A>G、FASL -844T>C和CASP8 -652 6N ins/del,与膀胱癌发生风险的关系,并探讨分析可能存在的基因-基因和基因-环境交互作用。结果表明,携带FASL -844CC基因型的个体罹患膀胱癌的风险增加了51%(OR = 1.51, 95% = 1.03-2.23),单倍型分析发现携带2-4个FAS危险等位基因(即-1377A和-670A)的个体罹患膀胱癌的风险是携带0-5个危险等位基因者的2.14倍(OR = 2.14, 95% = 1.10-4.16)。联合分析发现,携带4-6个FAS和FASL危险等位基因(即FAS -1377A、-670A和FASL -844C)的个体罹患膀胱癌的风险较携带1-3个危险等位基因者增加了58%(OR = 1.58, 95% = 1.07-2.34)。同时发现,与携带CASP8 -652 6N ins/ins基因型者相比,携带ins/del和del/del基因型的个体罹患膀胱癌的风险分别降低了28%(OR = 0.72, 95%CI = 0.53-0.99)和63%(OR = 0.37, 95%CI = 0.18-0.77)。进一步的基因-环境交互作用分析发现,CASP8 -652 6N ins/del基因型与吸烟之间存在着相加交互作用(P < 0.05)。本研究证明了凋亡通路中多个关键基因遗传变异与膀胱癌的发病风险存在关联,并存在明显的基因-基因和基因-环境交互作用,提示其可能参与膀胱癌的发生发展,该研究结果也进一步验证了凋亡通路相关基因SNPs的功能学意义。第三节叶酸代谢通路基因MTHFR和MS功能性多态与膀胱癌易感性的关系叶酸摄入不足或者叶酸代谢通路上酶的活性改变均可导致DNA低甲基化或DNA的合成不足,使罹患肿瘤的风险增加。已有研究报道,叶酸代谢通路基因中MTHFR和MS基因遗传变异与多种肿瘤易感性有关,但尚未见与中国人群膀胱易感性的相关研究。我们在239例新发膀胱癌病例和250例正常对照中,分析了MTHFR 677C>T、1298A>C和MS 2756A>G共3个功能性SNPs与膀胱癌易感性的关系,发现携带MTHFR 677TT基因型者罹患膀胱癌的风险是携带677CC基因型者的2.06倍(OR = 2.06, 95%CI = 1.16-3.64)。MTHFR单倍型分析发现TA单倍型能显著增加膀胱癌的风险(OR = 1.38, 95%CI = 1.05-1.81)。进一步的MTHFR和MS基因联合分析发现,携带4-6个危险等位基因者(即MTFHR 667T、1298A和MS 2756G)患膀胱癌的风险是携带0-3个危险等位基因者的1.62倍(OR = 1.62, 95%CI = 1.03-2.53),而且此风险在较大年龄者(≥55岁)中更显著。目前有关MTHFR基因SNPs与膀胱癌易感性的研究多集中于欧美人群,亚洲人群较少,我们在对7个已报道的研究进行Meta分析发现,MTHFR基因SNPs与欧美人群膀胱癌易感性无明显关联。本研究选择叶酸代谢通路的相关基因,分析SNPs单一和联合对膀胱癌易感性的影响,发现MTHFR 677C>T能增加罹患膀胱癌的风险,在欧美人群研究中的meta分析结果与本研究的发现不同,可能是由于不同种族人群遗传背景和生活环境等因素所致。本研究的结果需要进一步在大样本和不同种族人群中验证。第三部分基于全基因组关联研究的膀胱癌遗传易感性的验证研究最近,Kiemeney等领导的研究小组在欧美人群中开展了膀胱癌全基因组关联研究(GWAS),发现位于染色体8q24区域的rs9642880和3q28区域的rs710521两个多态位点与膀胱癌的发病风险有关。随后,Wu等开展的第二个膀胱癌GWAS又发现了位于PSCA基因第1外显子的rs2294008与膀胱癌的风险存在关联。因此,我们假设位于染色体8q24区域的rs9642880、3q28区域的rs710521和PSCA基因的rs2294008位点与中国人群膀胱癌遗传易感性有关,以验证欧美人群的GWAS结果。本研究中,我们针对第一个GWAS中筛选出的两个多态位点(rs9642880和rs710521),采用两阶段病例-对照研究,运用PCR-RFLP基因分型方法并测序鉴定,分析两多态位点与中国汉族人群膀胱癌发生风险的关联性。利用QuantiGene和免疫组化方法检测携带rs9642880不同基因型患者癌组织中MYC基因mRNA和蛋白的表达水平。为了验证第二个GWAS的结果,我们选择了581例新发膀胱癌病例和580例性别和年龄相匹配的对照,使用Taqman基因分型方法分析PSCA rs2294008多态变异与中国汉族人群膀胱癌易感性的关系。结果显示,位于MYC基因远端的rs9642880能够增加膀胱癌的发病风险,其中携带rs9642880 GT/TT基因型者罹患膀胱癌的风险较携带GG基因型者增加了65%(OR = 1.65, 95%CI = 1.25-2.17),而且此效应在年轻的男性和进展状况呈低危险膀胱癌患者中更为显著。同时发现,携带rs9642880 GT或TT基因型者的膀胱癌组织中MYC基因mRNA和蛋白表达水平明显高于携带CC基因型者。而位于染色体3q28区域的rs710521多态位点则未发现与膀胱癌易感性明显关联。对于PSCA基因的rs2294008位点,经研究发现,携带rs2294008 CT/TT基因型个体罹患膀胱癌的风险是携带rs2294008 CC基因型者的1.38倍(OR=1.38,95%CI=1.09-1.75),与膀胱癌易感性明显关联。