二烯丙基硫醚通過(guò)靶向抑制CYP2E1對(duì)相關(guān)疾病治療的潛在作用

龐 碩，呂 丹,2，張連峰,3*

(1.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)人類(lèi)疾病比較醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100021； 2.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,北京市人類(lèi)重大疾病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型工程技術(shù)研究中心，北京 100021； 3.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)中心, 北京 100730)

CYP2E1是由細(xì)胞色素P-450基因超家族編碼的一種血紅素蛋白，這類(lèi)血紅素蛋白主要參與類(lèi)固醇、脂肪酸、前列腺素和外源性化學(xué)物質(zhì)(包括藥物、致癌物質(zhì)和環(huán)境污染物)的氧化代謝，并且催化許多化學(xué)反應(yīng)，如過(guò)氧化、脫烷基化、單氧化、還原、環(huán)氧化和脫鹵反應(yīng)。生理情況下，CYP2E1主要在人的肝臟中表達(dá)，在肺、小腸、大腦、心臟和血管中也有一定程度的表達(dá)。在細(xì)胞內(nèi)其主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、質(zhì)膜、高爾基體上，在內(nèi)源性以及外源性物質(zhì)的代謝中起重要作用。

CYP2E1參與多種化合物的代謝過(guò)程，包括芳香化合物、N-亞硝基二甲基胺、鹵化烷烴、醇、醛、酮和其他對(duì)人類(lèi)具有毒性的低分子化合物。同時(shí)它還參與對(duì)乙酰氨基酚、異煙肼、氟烷和安氟醚等藥物和鹵代麻醉藥的代謝，并在內(nèi)源性酮體的糖異生過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。由于CYP2E1有較強(qiáng)的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶活性，在代謝這些外源性物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生ROS，引起氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或死亡，造成體內(nèi)重要器官的損傷。同時(shí)CYP2E1在無(wú)外源性物質(zhì)刺激時(shí)，也可以與氧氣和NAPDH作用產(chǎn)生ROS，進(jìn)而導(dǎo)致氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。因此目前認(rèn)為CYP2E1與多種疾病的發(fā)展密切相關(guān)。

二烯丙基硫醚(diallyl sulfide,DAS)是大蒜中的一種有效成分。大蒜切碎并研磨后誘導(dǎo)產(chǎn)生一種空泡的蒜氨酸酶，這種酶能夠迅速將大蒜中最重要的初始硫化物蒜堿轉(zhuǎn)化為蒜素，而這種蒜素極不穩(wěn)定，極易被轉(zhuǎn)化為油溶性硫化合物：二烯丙基二硫醚(diallyl disulfide，DADS)、DAS、二烯丙基三硫化合物(diallyl trisulfide,DATS)。其中DAS具有抗癌活性并作為一種保護(hù)劑得到廣泛研究，進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)DAS可以減輕酒精、藥物等外源性物質(zhì)產(chǎn)生的毒性并選擇性抑制CYP2E1。由于CYP2E1參與多種疾病的病理進(jìn)程，本文簡(jiǎn)要綜述CYP2E1的抑制劑DAS靶向抑制CYP2E1，進(jìn)而治療相關(guān)疾病的潛在作用。

1 CYP2E1與疾病進(jìn)程

CYP2E1除了參與正常生理功能外，在病理?xiàng)l件下，CYP2E1過(guò)表達(dá)，并參與多種疾病的病理進(jìn)程，包括酒精性肝炎、非酒精性肝炎、心血管疾病、帕金森綜合征，HIV等[9-13]。

CYP2E1過(guò)表達(dá)后，主要通過(guò)代謝體內(nèi)外源性物質(zhì)或者與氧氣和NADPH作用產(chǎn)生ROS以及代謝產(chǎn)物，一方面ROS或代謝產(chǎn)物與體內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA產(chǎn)生共價(jià)修飾，使其失去功能，造成人體各部位組織細(xì)胞的凋亡或死亡；另一方面產(chǎn)生氧化應(yīng)激后使體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)等物質(zhì)降低，體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)被打破，造成器官損傷，加快疾病進(jìn)程。目前，普遍認(rèn)為CYP2E1在病理情況下的表達(dá)增高是氧化應(yīng)激造成組織損傷的主要機(jī)制之一。

2 DAS靶向抑制CYP2E1對(duì)相關(guān)疾病治療的潛在作用

既然CYP2E1是氧化應(yīng)激造成組織損傷的主要機(jī)制之一，CYP2E1抑制劑就成為防止氧化應(yīng)激引起組織損傷的藥物研發(fā)的關(guān)注點(diǎn)。3-氨基-1，2，4-三唑(3-amino-1,2,4-triazole, 3-AT)、二氫辣椒堿(dihydrocapsaicin, DDC)和雙硫侖(disulfiram)等CYP2E1抑制劑雖然能夠抑制CYP2E1的活性，但同樣會(huì)抑制體內(nèi)其他P450酶的活性，并且毒性較高。二烯丙基硫醚(diallyl sulfide, DAS)是大蒜中的一種有效成分。較其他抑制劑而言，DAS與其主要代謝產(chǎn)物DASO2毒性較低，特異性較高。因此DAS已經(jīng)廣泛的用于多種疾病的治療研究。

2.1 酒精性肝病

酗酒造成的酒精性肝病(alcoholic liver disease, ALD)目前仍然沒(méi)有有效的治療措施。酒精在體內(nèi)的代謝途徑主要有兩種類(lèi)型，體內(nèi)乙醇濃度較低時(shí)，乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH)、醛脫氫酶、過(guò)氧化氫酶和CYP2E1共同參與，對(duì)酒精進(jìn)行正常代謝。而當(dāng)體內(nèi)乙醇過(guò)高或者在長(zhǎng)期飲酒的人體內(nèi)，CYP2E1表達(dá)增高并成為乙醇代謝的主要途徑，產(chǎn)生乙醛、ROS、羥基自由基。乙醛在其他生物大分子(主要為蛋白質(zhì))上形成穩(wěn)定的共價(jià)修飾，使蛋白功能受損。同時(shí)ROS、羥基自由基能夠促進(jìn)脂質(zhì)降解和兩種中間體丙二醛與4-羥基-2-壬醛的產(chǎn)生，丙二醛和4-羥基-2-壬醛同乙醛一樣，能夠與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、DNA等大分子形成穩(wěn)定的共價(jià)修飾。這些反應(yīng)隨后導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷，導(dǎo)致酒精性脂肪肝、酒精性纖維化、脂肪性肝炎、肝硬化和肝細(xì)胞癌等疾病的發(fā)生。

細(xì)胞以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，DAS可通過(guò)以CYP2E1為靶點(diǎn)治療CYP2E1表達(dá)上調(diào)所導(dǎo)致的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。有文獻(xiàn)報(bào)道，先用 DAS預(yù)處理細(xì)胞，然后乙醇孵育，觀察其對(duì)氧化應(yīng)激及細(xì)胞毒性的影響。乙醇可上調(diào)CYP2E1的表達(dá)和ROS的產(chǎn)生，但是DAS可抑制或阻斷乙醇介導(dǎo)的ROS和半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3(caspase-3)的活化，DAS還能抑制乙醇誘導(dǎo)的DNA片段化和細(xì)胞毒性。這表明DAS可能通過(guò)抑制CYP2E1介導(dǎo)的乙醇代謝和氧化應(yīng)激來(lái)抑制乙醇代謝過(guò)程中產(chǎn)生的肝損傷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，大鼠灌胃DAS一個(gè)月后，DAS降低CYP2E1 mRNA水平以及CYP2E1蛋白在肝臟中的分布，提示DAS參與CYP2E1轉(zhuǎn)錄及其定位。此外，乙醇攝入還參與CYP2E1依賴(lài)的脂肪酸代謝和脂質(zhì)過(guò)氧化的過(guò)程。以DAS喂養(yǎng)小鼠，部分恢復(fù)了乙醇引起的肝臟脂肪酸組成和組分的異常變化[23]。

2.2 非酒精性脂肪肝病

隨著肥胖癥和相關(guān)代謝紊亂的發(fā)病率越來(lái)越高，非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver diseases, NAFLD)成為慢性肝病最常見(jiàn)的病因之一，大約10%～20%的單純性脂肪肝可發(fā)展成非酒精性脂肪肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)。部分NASH可以進(jìn)一步發(fā)展為肝硬化和肝細(xì)胞癌。氧化應(yīng)激、線(xiàn)粒體功能障礙、脂毒性和細(xì)胞因子等不同因素參與了脂肪肝向NAFLD轉(zhuǎn)化。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)棕櫚酸和油酸等脂類(lèi)能夠增加人HepaRG肝癌細(xì)胞的CYP2E1 mRNA或蛋白水平，高脂飲食可提高大鼠肝臟CYP2E1的表達(dá)和活性，在小鼠，敲除CYP2E1基因可改善動(dòng)物的血脂，抑制與高脂肪飲食相關(guān)的肥胖。以上研究揭示，脂類(lèi)促進(jìn)CYP2E1的表達(dá)是觸發(fā)氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或死亡，并造成肝損傷的主要機(jī)制，而抑制其活性可以改善脂代謝。

2.3 心血管疾病

除了肝臟外，CYP在肝外組織中也有表達(dá)，包括心臟和血管。越來(lái)越多的證據(jù)表明，這些酶在許多心血管疾病的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。擴(kuò)張型心肌病、糖尿病誘發(fā)的心肌功能紊亂的動(dòng)物模型和患者體內(nèi)均可觀察到CYP2E1表達(dá)上調(diào)。將遺傳型擴(kuò)心病模型cTnTR141 W小鼠和用阿霉素誘導(dǎo)型擴(kuò)心病小鼠的CYP2E1基因敲低后發(fā)現(xiàn)擴(kuò)心病導(dǎo)致的左心室擴(kuò)張、室壁變薄、間質(zhì)纖維化、肌原纖維聚集、線(xiàn)粒體腫脹并伴隨脊丟失等問(wèn)題得到了顯著的改善，并且實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CYP2E1基因敲除小鼠體內(nèi)細(xì)胞凋亡與ROS、氧化應(yīng)激對(duì)比正常小鼠也有顯著的降低。在乙醇刺激產(chǎn)生的心肌病小鼠模型中，給予DAS治療后，觀察其對(duì)乙醇刺激的酒精性心肌病的影響以及凋亡應(yīng)激信號(hào)的變化。發(fā)現(xiàn)DAS還可預(yù)防或改善乙醇引起的心肌收縮功能障礙、細(xì)胞內(nèi)鈣離子的改變、自由基產(chǎn)生和凋亡蛋白的產(chǎn)生等，表明DAS作為一種潛在的CYP2E1抑制劑在心肌病方面具有潛在的作用。

糖尿病患者和動(dòng)物模型常伴隨有心肌收縮功能紊亂等并發(fā)癥，體內(nèi)CYP2E1表達(dá)升高，進(jìn)而引起氧化應(yīng)激、ROS的增加，內(nèi)皮功能障礙等。最近文獻(xiàn)報(bào)道，在胰島素抵抗模型中出現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)Ca2+功能受損、線(xiàn)粒體超微結(jié)構(gòu)損傷、O2 -生成升高、自噬和有絲分裂抑制，NLRP3(pyrin domain-containing 3)炎癥小體和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)水平升高等現(xiàn)象，造成心肌收縮功能紊亂并且細(xì)胞大量凋亡。CYP2E1的選擇性抑制劑DAS(100 mg/(kg·d))治療4周后，模型小鼠心肌收縮功能以及線(xiàn)粒體損傷等問(wèn)題有顯著的改善。這提示通過(guò)阻斷CYP2E1的作用，可減少糖尿病心肌收縮功能紊亂等相關(guān)并發(fā)癥，有望改善糖尿病患者的生活質(zhì)量。

2.4 艾滋病

人類(lèi)免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)的由env基因編碼的結(jié)構(gòu)蛋白包膜糖蛋白GP120(envelope glycoprotein 120, GP 120)是病毒在宿主體內(nèi)生存所必需的。越來(lái)越多的證據(jù)表明，這些病毒蛋白誘導(dǎo)產(chǎn)生各種自由基，隨后導(dǎo)致HIV陽(yáng)性人群的慢性氧化應(yīng)激，而CYP2E1表達(dá)升高是產(chǎn)生ROS的主要途徑。

HIV-1病毒蛋白可能是通過(guò)誘導(dǎo)CYP2E1產(chǎn)生ROS和反應(yīng)性代謝物的增加，進(jìn)而增加病毒的復(fù)制。研究發(fā)現(xiàn)，GP 120對(duì)CYP2E1有明顯的誘導(dǎo)作用，DAS通過(guò)抑制GP 120誘導(dǎo)的ROS作用，對(duì)誘導(dǎo)損傷的細(xì)胞凋亡起到保護(hù)作用。同時(shí)DAS還可降低HIV感染者的病毒載量[34-35]，進(jìn)而對(duì)于HIV患者發(fā)病有一定的抑制作用。

2.5 帕金森綜合征

帕金森病(Parkinson’s disease, PD)是繼阿爾茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD)之后第二常見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病, 帕金森病主要臨床表現(xiàn)包括:震顫、運(yùn)動(dòng)緩慢和肌肉僵硬。PD病理表現(xiàn)為黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元的逐漸喪失，導(dǎo)致基底神經(jīng)節(jié)繼發(fā)性功能障礙[36]。

研究發(fā)現(xiàn)，CYP2E1蛋白在黑質(zhì)神經(jīng)元(neurons of the substantia nigra)表達(dá)，而膠質(zhì)細(xì)胞不表達(dá)CYP2E1。PD患者腦組織內(nèi)CYP2E1甲基化程度降低，CYP2E1表達(dá)(mRNA水平)升高，提示CYP2E1表觀遺傳學(xué)調(diào)控可能在PD易感性中發(fā)揮相關(guān)作用[13]。此外，早前的一份報(bào)告顯示，在瑞典人群中，CYP2E1的單核苷酸多態(tài)性與PD的發(fā)生具有顯著的相關(guān)性，進(jìn)一步提示了CYP2E1在PD中假定的作用。因此，一種新的選擇性CYP2E1抑制劑，如DAS，將有助于檢測(cè)CYP2E1在PD發(fā)展中的作用，以及作為PD患者潛在的藥物候選[30]。

3 結(jié)語(yǔ)

CYP2E1是體內(nèi)主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上能夠代謝內(nèi)源性或外源性物質(zhì)的細(xì)胞色素P450酶，參與多種內(nèi)源性和外源性物質(zhì)的氧化代謝。在病理狀況下CYP2E1的表達(dá)水平升高，并產(chǎn)生ROS和氧化應(yīng)激，進(jìn)而造成組織損傷。因此在多種疾病的進(jìn)程中，DAS通過(guò)靶向抑制CYP2E1具有潛在的治療作用。