細(xì)胞色素P450在急性肺損傷中作用的研究進(jìn)展

何桂媛，李文新，萬曉蓉，曾凡軍

(三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌 443003)

急性肺損傷(ALI)是由各種直接和(或)間接致傷因素導(dǎo)致肺部組織結(jié)構(gòu)和功能的損傷，引起急性低氧性呼吸功能不全[1]。主要由重癥肺炎、膿毒血癥、肺挫傷、有毒氣體吸入等原因引起，目前尚無特效的治療藥物和方法，病死率較高，故尋找一種可靠的治療方法迫在眉睫[2,3]。細(xì)胞色素P450(CYP)是一類亞鐵血紅素，屬于硫醇鹽蛋白的超家族，主要存在于肝細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)。CYP催化體內(nèi)多種物質(zhì)，與疾病發(fā)生、機(jī)體耐藥性的產(chǎn)生以及腫瘤易感性有密切聯(lián)系[4]。當(dāng)機(jī)體遭受炎癥、感染、應(yīng)激等時(shí)，肝臟內(nèi)CYP的表達(dá)和酶活性會(huì)受到影響。有研究表明，CYP1A1基因敲除小鼠更易發(fā)生ALI，通過介導(dǎo)CYP1A2的表達(dá)可能對(duì)ALI起重要調(diào)節(jié)作用[5]，CYP或許為治療ALI的潛在靶點(diǎn)?，F(xiàn)就CYP在ALI中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 CYP簡介

CYP最早是由Klingenberg等在小鼠和豬的肝臟微粒體中發(fā)現(xiàn)的，因還原型CYP與一氧化碳復(fù)合物在450 nm處可見一吸收峰，故命名為細(xì)胞色素P450[6]。它參與內(nèi)源性物質(zhì)和外源性物質(zhì)的代謝，其中內(nèi)源性物質(zhì)包括脂肪酸、類固醇、前列腺素和膽汁酸，而外源性物質(zhì)則包括藥物、環(huán)境致癌物以及食品添加劑[7]。人類編碼的CYP基因分屬于18個(gè)基因家族的44個(gè)亞家族，其中涉及體內(nèi)大多數(shù)藥物代謝的主要為前3個(gè)基因家族(CYP1、CYP2、CYP3)中的7個(gè)重要的亞型。CYP家族具有相似的三維結(jié)構(gòu)及氧化活性中心，主要由4個(gè)β折疊、13個(gè)α螺旋組成。其中核心區(qū)域由6個(gè)(D、E、I、J、K和L)α螺旋組成。螺旋I包含高度保守的蘇氨酸，N端有酸性氨基酸殘基，位于活性中心吡咯環(huán)B的上方，參與催化作用。螺旋K含保守的E-X-X-R，可能起穩(wěn)定核心結(jié)構(gòu)的作用，位于血紅素近側(cè)。螺旋L構(gòu)成血紅素結(jié)合區(qū)的一個(gè)部分，有兩套結(jié)構(gòu)保守的β折疊，一套為β折疊1，包含5個(gè)股;另一套為β折疊2，包含2個(gè)股。這些折疊有助于形成疏水性的底物進(jìn)入通道，催化相關(guān)反應(yīng)[8]。CYP位于電子傳遞系統(tǒng)的中心，主要催化烷基的羥基化和環(huán)氧化，羥基的氧化，氨部位上的羥基化和氧化，硫部位上的氧化以及氧化性脫氨、脫氫和脫鹵素等反應(yīng)[9]。研究發(fā)現(xiàn)，CYP可以通過氧化還原反應(yīng)緩解高氧導(dǎo)致的肺損傷。同時(shí)，CYP也可以減少Rho/ROCK活化，改善肺損傷的血管滲透性改變。除此之外，其還可減少ROS的產(chǎn)生從而抑制肺部炎癥瀑布反應(yīng)，減少肺損傷的發(fā)生[10,11]。

2 CYP在高氧致ALI中的作用

氧療在嬰兒早產(chǎn)、呼吸衰竭、重癥肺炎等疾病中已成為挽救生命的重要治療手段，其可以保證大腦、心臟和腎臟等重要組織有足夠的供氧，在臨床上廣泛應(yīng)用。然而持續(xù)的高氧暴露則可引起新生兒支氣管發(fā)育不良(BPD)及成人ALI發(fā)生[12]。

2.1 CYP1在高氧致ALI中的作用 CYP1基因家族包含CYP1A、CYP1B兩個(gè)亞家族。芳香烴受體(AhR)是一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，其通過與多環(huán)芳烴類物質(zhì)結(jié)合激活CYP1的基因轉(zhuǎn)錄。Bhakta等[13]在高氧誘導(dǎo)三種人肺細(xì)胞系的研究中發(fā)現(xiàn)，依賴AhR的方式轉(zhuǎn)錄誘導(dǎo)Ⅰ相(CYP1A1)和Ⅱ相[NAD(P)H醌氧化還原酶1(NQO1)]解毒酶的表達(dá)，從而產(chǎn)生抗氧化的保護(hù)作用。Lingappan等[14]將8周齡雌雄性57BL/6J小鼠、CYP1A1-/-小鼠、CYP1A2-/-小鼠分別暴露于高氧環(huán)境72 h后，發(fā)現(xiàn)CYP1A1-/-和CYP1A2-/-組小鼠的嗜中性粒細(xì)胞、TNF-α mRNA水平以及肺干濕性比例明顯高于57BL/6J組。與此同時(shí)，Lingappan等進(jìn)一步對(duì)性別分組發(fā)現(xiàn)，CYP1A基因缺失的雌性小鼠則更易發(fā)生ALI。既往研究表明，雌性小鼠雌二醇和孕酮均增加小鼠肝癌Hepa1c1c7細(xì)胞中CYP1A1的活性和表達(dá)，其原因可能是由于CYP1A1/A2甲基化17-β雌二醇產(chǎn)生2-甲氧基雌二醇，而2-甲氧基雌二醇具有明顯的抗炎作用[15,16]。該現(xiàn)象說明CYP1A基因家族在高氧肺損傷的調(diào)節(jié)中起重要作用，且其在雌性小鼠中更有優(yōu)勢(shì)。Dinu等[17]將人支氣管上皮細(xì)胞系BEAS-2B高氧處理后，結(jié)果顯示高氧條件下可以誘導(dǎo)細(xì)胞中CYP1B1蛋白表達(dá)水平顯著下降；而敲除CYP1B1 mRNA表達(dá)則能保護(hù)細(xì)胞免受高氧損傷。以上證實(shí)，CYP1B1有可能是預(yù)防和(或)治療嬰兒BPD的新靶點(diǎn)。因此CYP通過促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)來誘導(dǎo)高氧肺損傷的發(fā)生，而CYP抑制劑則可減少高氧肺損傷的發(fā)生、發(fā)展。

β-萘酚黃酮(BNF)作為CYP1A酶誘導(dǎo)劑，可以調(diào)控CYP1A的表達(dá)進(jìn)而介導(dǎo)高氧肺損傷。Maturu等[18]給予早產(chǎn)小鼠高氧干預(yù)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)BNF組進(jìn)行BNF腹腔注射，發(fā)現(xiàn)BNF組小鼠肝臟CYP1A1/1A2表達(dá)增加，且肺組織CYP1A1和NQO1的mRNA及蛋白表達(dá)明顯升高，BNF組小鼠肺損傷程度明顯低于對(duì)照組。以上足以證明，BNF可以通過誘導(dǎo)CYP1A來防止肺血管和肺組織異常發(fā)育生長，在干預(yù)高氧肺損傷中扮演重要角色。另一方面，奧美拉唑作為AhR配體，可激活A(yù)hR增加CYP1A1抗氧化基因表達(dá)，被認(rèn)為是治療高氧肺損傷的有效藥物[19]。研究發(fā)現(xiàn)，在出生前和產(chǎn)后聯(lián)合使用奧美拉唑可以減輕早產(chǎn)家兔的高氧肺損傷，同時(shí)對(duì)于嚙齒動(dòng)物，其用藥劑量最高可達(dá)到50 mg/(kg·d)，而目前臨床上嬰兒使用奧美拉唑的劑量通常為1～2 mg/(kg·d)[20]。關(guān)于奧美拉唑最佳治療劑量尚未明確，還需要大量實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 CYP2在高氧致ALI中的作用 CYP2是CYP基因中最大的一個(gè)家族，共包含13個(gè)亞家族，廣泛參與體內(nèi)的代謝過程。對(duì)CYP2亞家族進(jìn)行研究較多的包括CYP2B、CYP2C、CYP2J[21]。機(jī)體抗氧化能力主要依賴于抗氧化劑和抗蛋白酶的產(chǎn)生。CYP2B6是一種高度可變和多態(tài)的CYP酶，在某些內(nèi)源性代謝物、異生素和有害化合物的降解中起著至關(guān)重要的作用，從而減少細(xì)胞氧化損傷的發(fā)生[22]。CYP2B6基因(rs3745274)第4外顯子第516位核苷酸(G516T)上的胸腺嘧啶可錯(cuò)義突變?yōu)轼B嘌呤(G→T)，導(dǎo)致谷氨酰胺至組氨酸取代172位氨基酸位置，來改變底物結(jié)合影響代謝活性。因此，T等位基因(TT)的純合子個(gè)體比野生型G等位基因(GG)純合子具有更低的偶聯(lián)活性，而雜合子(GT)具有中等活性[23]。Zachaki等[24]對(duì)132例早產(chǎn)新生兒進(jìn)行基因檢測，發(fā)現(xiàn)CYP2B6 TT基因型較GT基因型更易患支氣管肺發(fā)育不全(BDP)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，T等位基因型患兒偶聯(lián)活性降低導(dǎo)致底物代謝減慢，抗氧化酶活性同樣下降。這表明CYP2B6可作為治療高氧肺損傷引起支氣管發(fā)育不良的潛在靶點(diǎn)。

3 CYP在膿毒血癥致ALI中的作用

膿毒血癥主要由存在于革蘭陰性桿菌外膜上的內(nèi)毒素(LPS)引起，LPS可刺激單核-巨噬細(xì)胞釋放大量炎性因子。肺是膿毒血癥最易受累的靶器官，表現(xiàn)為ALI或ARDS[25]。膿毒血癥導(dǎo)致ALI主要有兩個(gè)主要特征：肺血管通透性增加和嚴(yán)重的肺部炎癥。研究發(fā)現(xiàn)CYP2J2可減少Rho/ROCK活化，并降低血管內(nèi)皮鈣黏蛋白和肌球蛋白輕鏈磷酸化，改變細(xì)胞的骨架結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致血管滲透性的可逆變化。因此，CYP2J2過表達(dá)會(huì)減弱LPS誘導(dǎo)的ALI的鼠模型中的微血管通透性，緩解ALI癥狀[26]。環(huán)氧二十碳三烯酸(EETs)是多不飽和脂肪酸的CYP依賴性衍生物，具有抗高血壓、促纖維蛋白溶解和抗炎作用。最近還有研究發(fā)現(xiàn)，CYP2J2及其代謝物EETs可以通過抗炎和抗血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡作用保護(hù)肺缺血/再灌注損傷[27]?？梢?，CYP可抑制炎癥反應(yīng)、抑制微毛細(xì)血管的通透性、減輕膿毒血癥致ALI的發(fā)展。

4 CYP在其他原因致ALI中的作用

大腦創(chuàng)傷除了對(duì)原發(fā)部位造成損傷外，還會(huì)導(dǎo)致多器官功能障礙綜合征。在應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)胞因子和活化的嗜中性粒細(xì)胞浸潤入肺，導(dǎo)致ALI。人白三烯B4(LTB4)是花生四烯酸的代謝產(chǎn)物，普遍認(rèn)為其參加炎癥反應(yīng)[28]。當(dāng)遭受大腦創(chuàng)傷時(shí)，機(jī)體產(chǎn)生大量的LTB4，并將嗜中性粒細(xì)胞募集到肺內(nèi)，誘發(fā)炎癥瀑布反應(yīng)損傷肺組織。Kalsotra等[29]研究發(fā)現(xiàn)，CYP4Fs在腦創(chuàng)傷致肺部損傷大鼠中可誘導(dǎo)LTB4降解，這表明CYP4Fs可改善創(chuàng)傷致肺部損傷。

慢性酗酒是引起酒精性肝病、胰腺炎、肺損傷等疾病的主要原因。雖然攝入的乙醇主要經(jīng)肝臟代謝，但大劑量乙醇也可通過支氣管循環(huán)到達(dá)氣道以氧化和(或)非氧化途徑進(jìn)行代謝，而在慢性酗酒時(shí)主要通過CYP2E1代謝酶途徑[30]。CYP2E1催化乙醇在乙醇脫氫酶作用下產(chǎn)生乙醛，且乙醇還能激發(fā)氧化反應(yīng)增加ROS產(chǎn)生。大量的ROS引起氧化應(yīng)激，從而引起氧化-抗氧化失衡。研究表明，長期飲酒者肺組織處于氧化應(yīng)激狀態(tài)下，被認(rèn)為是導(dǎo)致肺炎和肺損傷的主要危險(xiǎn)因素。Kaphalia等[31]研究發(fā)現(xiàn)，抑制CYP2E1代謝酶的反應(yīng)，可以減少ROS產(chǎn)生，甚至可緩解或者逆轉(zhuǎn)肺組織的氧化應(yīng)激反應(yīng)，最終緩解酗酒導(dǎo)致的肺損傷。

瀝青是不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘傺苌锝M成的復(fù)雜混合物，在涂料、塑料、橡膠等工業(yè)以及鋪筑路面等中?？梢姟r青在高溫下產(chǎn)生瀝青煙霧，煙霧中含有大量的機(jī)化合物，包括多環(huán)芳烴(PAHs)[32]。人類長時(shí)間接觸瀝青煙霧中的PAHs可能會(huì)導(dǎo)致肺部損傷。研究發(fā)現(xiàn)，短期瀝青煙霧暴露不會(huì)誘發(fā)ALI，但急性瀝青煙霧暴露顯著增加了肺中CYP1A1活性及蛋白質(zhì)水平，且降低了CYP2B1活性及蛋白水平。CYP1A1表達(dá)增加與CYP2B1表達(dá)降低會(huì)改變PAHs的代謝，可能導(dǎo)致潛在的肺部損傷[33]。長期接觸瀝青煙霧是否會(huì)導(dǎo)致ALI，以及CYP具體的作用機(jī)制還需大規(guī)模的研究證實(shí)。

臨床上對(duì)ALI的治療主要以氧療、改善通氣、抗炎、抑制細(xì)胞凋亡為主，治療效果欠佳，且長時(shí)間氧療會(huì)進(jìn)一步加重高氧肺損傷。目前，已有臨床試驗(yàn)證實(shí)了奧美拉唑(CYP1A1外源性物質(zhì))治療早產(chǎn)兒BDP的安全性，但其有效性還有待證實(shí)。CYP在體內(nèi)外ALI實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中具有顯著的作用，進(jìn)一步深入研究CYP在ALI中的作用是有必要的。是否存在靶控基因能夠調(diào)控CYP的表達(dá)，從而組成新的信號(hào)途徑對(duì)ALI發(fā)揮作用有待研究。已有相關(guān)研究表明CYP1A1的第7外顯子的Ile462Val多態(tài)位點(diǎn)與肺癌易感性相關(guān)[34]，CYP1A1多態(tài)性是否也能影響其他肺部疾病，如ALI的發(fā)生發(fā)展有待研究。隨著CYP在ALI作用及機(jī)制的不斷明確，CYP將為ALI的治療提供新的理論依據(jù)和治療手段。