CYP450基因多態(tài)性研究進(jìn)展

梁 艷,李 彥，白清清 綜述 戚 豫 審校

CYP450基因多態(tài)性研究進(jìn)展

梁 艷1,李 彥1，白清清1綜述 戚 豫2審校

CYP450；基因多態(tài)性；研究進(jìn)展

基因多態(tài)性是指同一人群的同一基因位點(diǎn)上存在多個(gè)等位基因的形態(tài)，且遵循孟德爾定律。細(xì)胞色素P450(CYP450)家族代謝酶的基因多態(tài)性，導(dǎo)致了藥物和機(jī)體之間出現(xiàn)多種表型，這些多個(gè)等位基因中的任何一對的發(fā)生頻率在1%以上，稱為單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)[1]。如果發(fā)生率低于1%，則稱為罕見性狀，由自發(fā)性突變引起[2]?；蚨鄳B(tài)性研究，為臨床醫(yī)學(xué)、遺傳病學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)的發(fā)展開拓了新的領(lǐng)域。

1 研究概況

基因型決定表型[3]，人類基因多態(tài)性在闡明人體對疾病、毒物的易感性與耐受性，疾病臨床表現(xiàn)的多樣性，以及對藥物治療的反應(yīng)性上都起著重要的作用[4]。致病基因的多態(tài)性使同一疾病的不同個(gè)體，在其體內(nèi)生物活性物質(zhì)的功能及效應(yīng)出現(xiàn)差異，即疾病基因多態(tài)性影響藥物代謝的過程及清除率，導(dǎo)致治療反應(yīng)性上懸殊，從而影響治療效果?；蚨鄳B(tài)性的研究對于遺傳病具有雙重意義。首先，基因的有害突變，包括經(jīng)典的點(diǎn)突變和已知的動(dòng)態(tài)突變，都有可能成為生物體發(fā)病的根源，導(dǎo)致遺傳病的發(fā)生和發(fā)展；其次，基因多態(tài)性位點(diǎn)眾多，是很好的遺傳標(biāo)記，可以在遺傳病的研究和臨床診斷中發(fā)揮重要的作用[5]?；蚨鄳B(tài)性還可以用于疾病的分型與治療，即根據(jù)患者疾病多態(tài)性的基因型來解釋疾病的病因和臨床表現(xiàn)。在預(yù)防醫(yī)學(xué)方面，基因多態(tài)性的研究涉及的范圍廣泛，包括基因多態(tài)性與病因未知的疾病關(guān)系的研究，也包括對已知特定環(huán)境因素致病易感基因的篩選[6,7]。

2 CYP450酶及其分類

1958年，在大鼠和豬的肝微粒體中發(fā)現(xiàn)了CYP450酶，因其還原型功能與CO結(jié)合后在450 nm處有最大吸收而得名[8]。CYP450酶是由超家族基因編碼形成的一組血紅素蛋白，是由血紅素(亦稱亞鐵原葉琳)與細(xì)胞色素P450的脫輔基蛋白非共價(jià)結(jié)合而成。隨著科學(xué)研究的深入，發(fā)現(xiàn)CYP450酶參與多種外源性、內(nèi)源性致癌物的代謝，可見它的活性與腫瘤密切相關(guān)[9]。近年來，CYP450基因多態(tài)性與多種疾病相關(guān)性及藥物代謝、相互作用成為了研究的焦點(diǎn)。

CYP450可分為兩類：第一類是線粒體P450，主要存在于腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞的線粒體，參與類固醇激素的生物合成，包括膽固醇側(cè)鏈裂解酶和類固醇-羥化酶(CYP11)，它不屬于藥物代謝酶的范疇；第二類是微粒體P450，主要存在于肝細(xì)胞和腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過信號(hào)序列識(shí)別系統(tǒng)直接插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)。該類P450酶參與藥物、致癌物、類固醇激素和脂肪酸的氧化代謝，是與藥物代謝相關(guān)的最主要的CYP450[10]。P450家族代謝酶的命名是以其酶蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)中氨基酸的同源度作為分類標(biāo)準(zhǔn)的。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，CYP分為18個(gè)家族和44個(gè)亞家族，CYP450以CYP1、CYP2和CYP3為主，各有8～10個(gè)亞家族同工酶，這3種CYP450占肝內(nèi)CYP450總量的70%，介導(dǎo)人體內(nèi)絕大多數(shù)藥物(外源性化合物)的代謝。其中CYP3A占的比例最大，約占肝內(nèi)CYP450總量的30%，其次是CYP2，約20%；而CYP1A2占13%，CYP2E1占7%，CYP2A6占4%，CYP2D6占2%[11]。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這些酶的活性在個(gè)體間存在很大差異，并與性別無關(guān)，有的個(gè)體間差異可以達(dá)到100倍[12]。其中CYP450酶基因多態(tài)性因素是造成P450活性在個(gè)體間差異的主要原因，導(dǎo)致個(gè)體間對于藥物的反應(yīng)各不相同。治療劑量下的藥物在慢代謝者中有可能發(fā)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)，而在快代謝者中則可能無效。

3 CYP450的活性與藥物療效及不良反應(yīng)個(gè)體差異的關(guān)系

3.1 與藥動(dòng)學(xué)相關(guān)的幾種蛋白 藥物代謝是藥物在體內(nèi)消除的主要環(huán)節(jié)。藥動(dòng)學(xué)相關(guān)蛋白的基因多態(tài)性研究一般包括藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(P-糖蛋白)、藥物代謝酶參與Ⅰ相代謝的CYP450超家族、乙醇脫氫酶(ADH)、乙醛脫氫酶(ALDH)、二氫嘧啶脫氫酶(DPD)、環(huán)氧化酶、多巴胺β羥化酶(DBH)、超氧化物歧化酶(SOD)等[13]，以及參與Ⅱ相代謝的N-乙酞基轉(zhuǎn)移酶(NATI/2)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST-AM/T/P)等、血漿藥物結(jié)合蛋白(α-酸性球蛋白ORM)。藥效學(xué)相關(guān)蛋白的基因多態(tài)性研究主要集中在藥物作用的靶蛋白，包括藥物受體、藥物靶點(diǎn)，以及信號(hào)傳導(dǎo)通路、細(xì)胞周期調(diào)控等蛋白。

3.2 藥物療效和不良反應(yīng)的個(gè)體差異 在臨床治療中，藥物療效和不良反應(yīng)的個(gè)體差異是治療過程中普遍存在的現(xiàn)象。藥物代謝酶、轉(zhuǎn)運(yùn)體、受體和作用靶點(diǎn)的基因多態(tài)性是引起藥物個(gè)體差異的重要因素[14]，而決定藥物代謝酶(外源性化合物代謝酶)的基因多態(tài)性可導(dǎo)致藥物的藥理學(xué)作用增強(qiáng)或延長，發(fā)生或加重不良反應(yīng)，不能活化前體藥物生成活性產(chǎn)物產(chǎn)生作用或療效不佳等[15]。

隨著藥理學(xué)、生物化學(xué)遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等多學(xué)科的交叉發(fā)展，CYP450在藥物相互作用中的誘導(dǎo)和抑制現(xiàn)象得到了廣泛而深入的認(rèn)識(shí)。多項(xiàng)體內(nèi)、外研究表明，CYP450的活性可因某種藥物、環(huán)境甚至食物成分等的影響而發(fā)生改變(某些物質(zhì)可以使CYP450的活性增加，即發(fā)生酶誘導(dǎo)，同樣某些物質(zhì)也可以降低CYP450的活性，即發(fā)生酶抑制)。引起酶誘導(dǎo)和抑制的物質(zhì)分別被稱為誘導(dǎo)藥和抑制藥[16]。通常，CYP450的誘導(dǎo)是由于誘導(dǎo)劑引起相應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄激活或增加，有時(shí)也由一些轉(zhuǎn)錄后機(jī)制引起；而抑制則是因?yàn)橐种苿┱紦?jù)了酶分子的某些部位，從而影響酶代謝其他藥物的活性。CYP450的誘導(dǎo)和抑制現(xiàn)象是藥物間相互作用(drug-drug interactions, DDIs)最主要的原因之一。1990年報(bào)道了第一個(gè)因CYP450的抑制而產(chǎn)生藥物相互作用，導(dǎo)致了致死性DDIs事件，之后CYP450的抑制和誘導(dǎo)研究在各地區(qū)多領(lǐng)域迅速展開，大大推動(dòng)了研究藥物間相互作用的進(jìn)程，對于臨床合理用藥，提高藥物治療效果和降低藥物的不良反應(yīng)具有重要的意義。

3.3 基因遺傳變異形式與其代謝能力表型的關(guān)系 CYP450酶基因遺傳變異形式表現(xiàn)為：等位基因的點(diǎn)突變、缺失和插入突變，以及融合突變等。等位基因編碼的代謝酶，因基因型不同其代謝能力表型也有所不同：野生型基因表現(xiàn)為快代謝型(extensivemetabolis, EM)；絕大多數(shù)突變型等位基因(堿基的突變、插入或缺失)造成酶代謝能力降低，表現(xiàn)為慢代謝型(poormetabolism, PM)；極少數(shù)突變型基因多重拷貝而造成酶的過量表達(dá)(代謝能力升高)，表現(xiàn)為超快代謝型(ulrtarapdimetbaolism, UM)[17]。這3種表型造成了不同個(gè)體間對于藥物代謝反應(yīng)的差異。

根據(jù)個(gè)體藥物代謝酶的基因多態(tài)性制定針對個(gè)體的治療方案具有十分重要的臨床意義。在藥物代謝酶中最為重要的是CYP450家族代謝酶，它主要存在于生物體的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)(人體中主要存在于肝臟)，是混合功能氧化酶系統(tǒng)中的一種，在外源和內(nèi)源性化合物的代謝中起到關(guān)鍵作用，尤其是在體內(nèi)藥物代謝過程中起到重要作用。

4 CYP450酶遺傳變異的臨床意義

造成藥物代謝酶活性差異的遺傳性變異通常為單基因形性狀，而對于藥物代謝和效應(yīng)的影響決定于它們在藥物活化或滅活中的地位。個(gè)體存在藥物代謝酶的基因多態(tài)性，但基因多態(tài)性并不是決定該藥物代謝和效應(yīng)差異的主要因素。藥物的總效應(yīng)是由多種基因編碼的多種蛋白、多途徑影響的綜合結(jié)果，因此臨床在評(píng)價(jià)藥物對個(gè)體產(chǎn)生的總效應(yīng)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素。CYP450酶遺傳變異的臨床意義見表1。

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(2013-08-26收稿 2013-12-20修回)

(責(zé)任編輯 尤偉杰)

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武警醫(yī)學(xué)編輯部

2014年5月

武警總醫(yī)院苗圃基金(WZ2011046)

梁 艷，碩士，副主任藥師，E-mail: ly.w.j@163.com

1.100039北京，武警總醫(yī)院藥劑科；2.100034，北京大學(xué)第一醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室

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