尼古丁代謝相關(guān)細(xì)胞色素P450家族及其與帕金森病發(fā)病關(guān)系的研究進(jìn)展

張豪,李先紅,姚允怡

(1青海省人民醫(yī)院，西寧810000；2蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院;3 蘇州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院)

帕金森病(PD)是神經(jīng)系統(tǒng)第二大常見退行性疾病，其主要表現(xiàn)為靜止性震顫、運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直、姿勢步態(tài)障礙等，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1]，目前治療手段僅限于改善癥狀，并不能減緩或阻止疾病的進(jìn)展。流行病學(xué)調(diào)查[2]證實(shí),PD吸煙者運(yùn)動(dòng)癥狀較PD非吸煙者輕。有研究發(fā)現(xiàn)，CYP2A6、CYP2B6、CYP450基因多態(tài)性影響尼古丁攝入量。細(xì)胞色素P450(CYP450)超家族中，最先發(fā)現(xiàn)CYP2D6弱代謝者可增加PD的發(fā)病危險(xiǎn)[3]，更多CYP450亞家族成員，如CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6、CYP2B6、CYP2D和CYP2E1等對(duì)PD有保護(hù)作用。香煙的主要成分尼古丁，通過CYP2A6[4]代謝，但吸煙者腦組織中CYP2B[5]、CYP2D[6]、CYP2E1[7]水平與非吸煙者相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。研究[2～7]發(fā)現(xiàn),尼古丁與PD、尼古丁與CYP450、CYP450與PD均有一定程度的關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)將常見尼古丁代謝相關(guān)CYP450及尼古丁、CYP450、PD發(fā)病之間關(guān)系的進(jìn)展情況綜述如下。

1 尼古丁代謝相關(guān)CYP450

尼古丁，香煙的主要成分，有兩種立體異構(gòu)體，其中一種異構(gòu)體可與尼古丁受體即煙堿型乙酰膽堿受體(nAChRs)結(jié)合，另一種異構(gòu)體，是nAChRs的弱激動(dòng)劑。CYP450是一種混合功能氧化酶和單加氧酶,在肝臟中參與大約75%的內(nèi)源性、外源性藥物及毒性物質(zhì)的代謝。在靈長類、嚙齒動(dòng)物的大腦中參與影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的內(nèi)源性物質(zhì)(類固醇、膽固醇、膽汁酸)、外源性物質(zhì)(食物)、毒物(農(nóng)藥、尼古丁)的代謝[8]。與尼古丁代謝相關(guān)的CYP450家族成員主要有CYP2A6、CYP2B、CYP2D、CYP2E1。

1.1 CYP2A6 CYP2A6酶主要在肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中表達(dá)，是CYP450家族中的重要一員，參與香豆素、替加氟、尼古丁等藥物代謝。尼古丁主要代謝產(chǎn)物為可替寧(70%～80%)，CYP2A6參與其中90%的代謝[4]。編碼CYP2A6酶的基因高度多態(tài)性影響尼古丁攝入、代謝及相關(guān)疾病的發(fā)生及進(jìn)展[3]。在日本人群和美國人群的對(duì)照研究[9]中發(fā)現(xiàn)，不攜帶CYP2A6基因或無活性CYP2A6變異等位基因的吸煙者與攜帶此基因者相比，每天吸煙量更低。CYP2A6基因多態(tài)性影響尼古丁代謝，CYP2A6*1A(51A)或*9單倍體攜帶者尼古丁代謝速度明顯低于正常單倍體(*1B、*1D、*1H和*14)代謝者，顯著高于零等位基因(*12、 *2 和 *4)二倍體攜帶者。CYP2A6基因型一致時(shí)，尼古丁代謝與性別、吸煙存在一定的相關(guān)性[10]。最近研究[11]發(fā)現(xiàn)，CYP2A6弱代謝基因(CYP*7/*4、*7/*7、*9/*4、*9/*7)患者與正?；蚧颊呦啾龋峁哦〉拇x總產(chǎn)物有差異。

1.2 CYP2B CYP2B主要在肝、腎、肺、腎、小腸中表達(dá)，也先后被證實(shí)在人類、猴、大鼠的大腦各個(gè)區(qū)域均有表達(dá)[5]。CYP2B是3種最重要的外源性毒物(如農(nóng)藥)代謝酶之一，還參與大約7%的常用藥物、內(nèi)源性激素和食物成分的代謝，其中部分CYP2B的代謝底物，如安非他酮、美沙酮、異丙酚、尼古丁等主要作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

研究[12]結(jié)果顯示，CYP2B6基因具有高度多態(tài)性，點(diǎn)突變可影響酶的活性，進(jìn)而改變相關(guān)中間產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化方向。安非他酮經(jīng)CYP2B6代謝廣泛用于戒煙，因此戒煙效果可能與CYP2B6多態(tài)性相關(guān)。Lee等[13]研究顯示，CYP2B6*4攜帶者尼古丁代謝速率明顯加快，而CYP2B6*5、CYP2B6*6對(duì)尼古丁代謝無影響。另一項(xiàng)研究[14]表明，攜帶CYP2B6*6基因且CYP2A6基因型為弱代謝的患者，尼古丁代謝能力增強(qiáng)。

CYP2B6在人類大腦中的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞中均表達(dá)，在尾狀核、殼核和小腦中表達(dá)最高。與非吸煙組比較，吸煙組海馬的錐體細(xì)胞、紋狀體的神經(jīng)元、小腦的肯普野細(xì)胞中CYP2B6表達(dá)增高。在給予尼古丁慢性治療的實(shí)驗(yàn)[15]中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，大鼠尼古丁組CYP2B6含量在7個(gè)被檢測腦區(qū)中有5個(gè)區(qū)域中增高；Garcia等[5]研究表明，大鼠腦內(nèi)CYP2B的活性降低可提高腦內(nèi)尼古丁水平，增強(qiáng)尼古丁介導(dǎo)食物主動(dòng)及被動(dòng)獲取行為，與在人類CYP2B6慢代謝者中觀察到的吸煙相關(guān)行為(如食物主動(dòng)及被動(dòng)獲取)一致。Ferguson等[7]研究顯示，與對(duì)照組相比，乙醇誘導(dǎo)CYP2B6在尾狀核、殼核和小腦高表達(dá)(1.5～3.2倍，P<0.05)；聯(lián)合乙醇、尼古丁給藥時(shí)，CYP2B6在尾狀核、殼核、丘腦和小腦表達(dá)降低，提示尼古丁對(duì)腦內(nèi)CYP2B6水平有影響。

1.3 CYP2D、CYP2E1 在不吸煙者中，CYP2B6和CYP2D6表達(dá)于小腦神經(jīng)元的分子層和顆粒層內(nèi)，在小腦浦肯野細(xì)胞中無表達(dá)；在吸煙者中，CYP2B6和CYP2D6在小腦浦肯野細(xì)胞中高表達(dá)[16]。

慢性尼古丁治療(給予大鼠長時(shí)間低劑量尼古丁攝入)可誘導(dǎo)大鼠大腦CYP2D6酶表達(dá)升高，在小腦、紋狀體和海馬中升高明顯，CYP2D mRNA水平無改變，提示給予尼古丁的大鼠體內(nèi)，CYP2D介導(dǎo)的中樞系統(tǒng)藥物、毒素和內(nèi)源性神經(jīng)遞質(zhì)的代謝增強(qiáng)，從而使PD進(jìn)展減慢[17]。研究者分別給予美洲猴乙醇、尼古丁、乙醇+尼古丁，在分組實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，美洲猴腦內(nèi)CYP2D、CYP2E1蛋白水平與尼古丁、乙醇均呈劑量依賴性，而在肝臟中CYP2D、CYP2E1 mRNA和蛋白含量不受影響[6,7]。在8個(gè)腦區(qū)(腦干、小腦、尾狀核、殼核、黑質(zhì)、額葉、海馬、丘腦)中，單獨(dú)給予尼古丁或乙醇，對(duì)腦內(nèi)CYP2D蛋白水平分布無影響；聯(lián)合用藥組與尼古丁組相比，CYP2D蛋白水平在尾狀核和小腦表達(dá)升高，提示乙醇聯(lián)合尼古丁對(duì)CYP2D6水平有影響[6]。有研究[7]表明，與對(duì)照組相比，尼古丁誘導(dǎo)CYP2E1在額葉皮層和豆?fàn)詈烁弑磉_(dá)，乙醇對(duì)CYP2E1表達(dá)無影響；給予二者聯(lián)合用藥時(shí)，CYP2E1在額葉皮層和豆?fàn)詈吮磉_(dá)增加，提示尼古丁可增強(qiáng)CYP2E1酶活性。

2 尼古丁、CYP450與PD發(fā)病的關(guān)系

2.1 尼古丁與PD發(fā)病的關(guān)系 吸煙有害健康，包括增加肺癌和心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，但多項(xiàng)國內(nèi)外的回顧性及前瞻性研究表明，吸煙者患PD風(fēng)險(xiǎn)低，而香煙的主要成分尼古丁被證實(shí)對(duì)PD有一定的預(yù)防和治療作用。Ritz等[18]大數(shù)據(jù)薈萃分析表明，吸煙量、煙草類型與PD發(fā)病呈一定的相關(guān)性，與性別和教育無關(guān)。Chen等[19]研究證實(shí)，每日吸煙量相同，煙齡越長(大于30年)患PD的風(fēng)險(xiǎn)越低；在煙齡相同時(shí)，每日吸煙量與患PD風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)。另一項(xiàng)研究[20]發(fā)現(xiàn)，尼古丁或尼古丁激動(dòng)劑有助于改善由左旋多巴誘導(dǎo)的異動(dòng)癥。尼古丁及其代謝產(chǎn)物可替寧對(duì)神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制尚不清楚，但目前可能的發(fā)病機(jī)制有：①尼古丁通過nAChR作用影響多巴胺能活性，調(diào)節(jié)終末端多巴胺釋放[21]，減輕黑質(zhì)紋狀體的損害;②尼古丁通過激活細(xì)胞膜上的nAChRs，抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)和未折疊蛋白反應(yīng)，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[22];③α7 nAChRs在黑質(zhì)紋狀體的多巴胺能神經(jīng)元表達(dá)，尼古丁可激活刺激抗炎的信號(hào)通路促進(jìn)神經(jīng)元存活，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞因子產(chǎn)生，如TNF-α、IFN-γ和IL-6[23],從而調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥;④尼古丁可能通過nAChR降低多巴胺能神經(jīng)元中不穩(wěn)定鐵含量，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[24]。

2.2 CYP450與PD發(fā)病的關(guān)系 CYP1A2酶是咖啡因主要代謝酶，研究表明,咖啡可能參與多巴胺傳遞，對(duì)多巴胺能神經(jīng)元有保護(hù)作用，飲用咖啡年限與PD發(fā)病年齡的顯著增加有關(guān)[25]。Smith等[3]首次發(fā)現(xiàn)，CYP2D6弱代謝者PD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加。Haduch等[26]發(fā)現(xiàn)，在大鼠的腦線粒體中CYP2D影響酪胺經(jīng)羥基化形成多巴胺的過程，而另一篇薈萃分析[27]中指出CYP2D6* 4增加PD的易感性。Mann等[28]在甲基一苯基吡啶離子(MPP+)誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)和聯(lián)合給予SH-SY5Y細(xì)胞CYP2D6、CYP3A4抑制劑，細(xì)胞存活率明顯降低。CYP2E1及CYP2E1 mRNA在腦組織中，尤其黑質(zhì)中表達(dá)，但在Viaggi等[29]的試驗(yàn)中，CYP2E1與PD未被證實(shí)有相關(guān)性。

2.3 尼古丁、CYP450與PD發(fā)病的關(guān)系 Singh等[30]在尼古丁、CYP450及PD的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氫吡啶(MPTP)增加多巴胺能神經(jīng)元變性、MPP+水平，降低紋狀體多巴胺含量，降低CYP2D22和nAChR表達(dá)；在給予尼古丁處理的動(dòng)物中，CYP2D22和nAChR表達(dá)水平恢復(fù)。給予PD鼠尼古丁和CYP2D22抑制劑酮康唑處理后發(fā)現(xiàn)，CYP2D22表達(dá)、多巴胺含量和黑質(zhì)酪氨酸羥化酶活性降低，表明在MPTP誘導(dǎo)的PD大鼠模型中，CYP2D22在大鼠紋狀體中表達(dá)，其可能通過尼古丁的介導(dǎo)影響神經(jīng)功能。

綜上所述，與尼古丁代謝相關(guān)的CYP450家族成員主要有CYP2A6、CYP2B、CYP2D、CYP2E1。尼古丁可通過CYP450對(duì)受損的多巴胺能神經(jīng)元起保護(hù)作用，為PD的治療提供了一個(gè)新的研究思路，但其具體機(jī)制及證據(jù)尚不充足，有待大量基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究。另外，采取某種方法使尼古丁通過CYP450途徑代謝，而減少通過nAChR途徑代謝，可能可以降低尼古丁成癮性、癌癥發(fā)生和動(dòng)脈粥樣硬化形成的風(fēng)險(xiǎn)。