CYP基因多态性与抗癫痫药物代谢相关性的研究进展

齐明山综述， 张 庆审校

癫痫(epilepsy，EP)是一种常见的神经系统疾患，已成为重要的公共卫生问题［1］。目前癫痫治疗仍以抗癫痫药物(antiepileptic drugs，AEDs)控制发作为主，通过规范的诊疗，大多数患者可以控制发作。但在癫痫的临床治疗过程中，作者发现AEDs的代谢存在较大的个体差异，即使患者发作类型相同，应用相同剂量的同种AEDs治疗，其血药浓度与疗效也相差甚远，有的患者用到最大耐受剂量时，仍不能控制发作，而有的患者应用常规剂量，就会出现严重的药物副作用。单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNPs)是指同一物种不同个体基因组DNA等位基因序列存在差别的现象。诸多研究表明［2～5］:细胞色素 P450(cytochrome P450，CYP)基因SNPs是影响多种AEDs代谢的重要因素，特别是CYP2C9与CYP2C19基因突变后会引起多种AEDs血药浓度升高，如苯妥英(phenytoin，PHT)、苯巴比妥(phenobarbital，PB)、丙戊酸(valproic acid，VPA)等，说明 CYP基因 SNPs影响多种AEDs的代谢，是导致AEDs个体代谢差异的重要原因。基于不同个体的特定基因型选择合适的药物剂量，以求达到临床个体化治疗的目的。本文将从与AEDs代谢相关的CYP基因SNPs及其对AEDs代谢的影响等几个方面做一综述。

1 与AEDs代谢相关的CYP基因SNPs

CYP是一类亚铁血红蛋白-硫醇盐蛋白的超家族，主要存在于肝细胞微粒体与线粒体内膜上，是一种末端加氧酶，参与生物体内多种药物代谢。因其还原态与CO结合后，在450nm处具有高光吸收峰而得名。根据氨基酸序列的同一性将其分为17个家族和许多亚家族，每个亚家族中各有8～10个同工酶。Inger等［6］报道20世纪70年代首次出现有关CYP基因SNPs与药物代谢的研究，90年代初发现CYP2C9及CYP2C19基因突变后对其底物的代谢能力下降。CYP2C9与CYP2C19都属于CYP超家族，PHT、PB、VPA等一线AEDs主要通过这两种酶代谢［7］，是目前研究最多的两种同工酶。

1.1 CYP2C9及其基因SNPs CYP2C9由490个氨基酸残基组成，是一种分子量为53kD的膜结合血红蛋白，能羟化代谢许多不同性质的药物，约占肝微粒体CYP酶总量的20%。其基因位于染色体区10q24.2上，全长约为55kb，由9个外显子和8个内含子构成［8］。其基因存在明显的多态性，并有显著的种族差异性。现已发现50多个SNPs，但仅有两种突变基因型，即CYP2C9*2和CYP2C9*3对药物代谢有显著影响［9］。CYP2C9*2等位基因变异是3号外显子第430位处的碱基突变(C＞T)，导致发生Arg144-Cys144氨基置换，使其编码的酶对底物亲和力降低，从而改变该酶的底物特异性及对底物的催化活性;CYP2C9*3等位基因变异是7号外显子第1075位处的碱基突变(A＞C)，相应氨基酸发生Ilu359-Leu359氨基置换，改变该酶对底物的催化活性，对治疗窗窄的药物如PHT等药物的代谢表现尤为明显。CYP2C9等位基因频率在不同种族人群中存在很大差异。Kirchheiner等［9］研究还表明CYP2C9有一个位点或两个位点突变者，在高加索人中占35%，在美国黑人占13%，而在亚洲人群中仅占3.5%。Negar等［10］报道高加索人中 CYP2C9*2 与CYP2C9*3基因分布频率分别为10%～13%和5%～9%;东亚人群中没有发现CYP2C9*2突变，而CYP2C9*3等位基因在中国人、韩国人和日本人群中的分布频率分别为:3.3%［11］、1.1%［12］和 2.2%［13］。

1.2 CYP2C19及其基因SNPs CYP2C19主要存在于肝微粒体中，位于内质网膜上由490个氨基酸组成，其基因定位于10q24.1-q24.3，全部序列包括9个外显子和8个内含子。CYP2C19基因也存在明显的SNPs，其中常见且对药物代谢影响最明显的是CYP2C9*2、CYP2C9*3。CYP2C9*2等位基因变异是指5号外显子第681位处的碱基发生突变(G＞A)，形成了一个异常剪接点，使外显子5’C端的前40bp的碱基发生缺失，蛋白的合成终止，结果生成了一个缺乏血红素结合位点的无功能酶。CYP2C9*3等位基因变异是4号外显子第636位处的碱基发生突变(G＞A)，产生了一个提前的终止密码，蛋白合成过早终止，使酶失活。CYP2C19基因SNPs也存在明显的种族差异性，其突变率在东亚人群中较高，而在高加索人群中较低。Michael等［14］研究表明CYP2C9*2突变率在中国人、韩国人和日本人群中的分布频率分别为:40.2%、40.3%、33.7%，在非洲人中占31.2%，而高加索人中突变率仅有24.3%;CYP2C9*3突变率在中国人、韩国人和日本人群中的分布频率分别为6.1%、11.2%、14.7%，在高加索人中突变率仅为0.2%，而在非洲人群中未发现该位点的突变。

王维治等［15］研究表明男性CYP2C9*2等位基因突变的频率比女性高，而女性CYP2C9*3等位基因突变的频率高于男性。若此结论成立，在应用AEDs时还应考虑性别对药物代谢的影响。但此结论是否准确，证据尚不充足，仍需进一步研究。

2 CYP基因SNPs与AEDs代谢的关系

2.1 CYP基因SNPs对PHT代谢的影响 PHT是临床上常用的AEDs之一，主要通过CYP氧化作用形成p-羟化-PHT，然后与葡萄糖醛酸结合，最后经肾脏排泄［3］。一般情况下，CYP2C9在PHT代谢清除过程中发挥90%的作用，而CYP2C19发挥作用较小［2］。PHT治疗血药浓度范围为10～20μg/m l，而其最小中毒浓度约为 25μg/m l，治疗窗较窄。Yukawa等研究［3］发现服用较大剂量PHT时，CYP2C9易达到饱和，此时CYP2C19对其代谢发挥重要作用;该研究还表明与携带野生基因型患者相比，携带CYP2C9*1/*2基因型的患者Vmax平均值下降10.2%，而携带CYP2C9*1/*3和弱代谢型基因型的患者Km值分别增加27%和54%。携带CYP2C9*3弱代谢基因型患者的PHT血药浓度显著高于野生型患者，提示弱代谢型患者应减少给药剂量，避免药物毒性［16］。PHT的副作用常出现在首次用药时［17］，所以，首次给癫痫患者服用PHT时，我们就应检测其基因型，根据基因型调整PHT用量，尽可能的降低和避免药物不良反应。

2.2 CYP基因SNPs与PB代谢的关系 PB是一种经典的、应用广泛的AEDs，是发展中国家治疗癫痫的主要用药之一。Yukawa等［3］研究表明PB主要通过CYP的芳香羟化作用形成p-羟化-PB，在健康志愿者中应用CYP2C19阻滞剂，可使PB的最大血药浓度增加24%，但Shuji等［4］发现与正常基因型的癫痫患者相比，CYP2C9*1/*3基因型PB的清除率下降48%，而CYP2C19基因SNPs未发现相关性。Sand等［2］研究证实不同种族之间代谢型频率的差异性对药物的疗效和不良反应有明显的影响。PB不仅是CYP2C9同工酶的底物，也是该酶的诱导剂［18］，PB不仅会降低自身血浆水平和药物疗效，还会诱导肝微粒体中催化VPA的CYP2C9酶活性，形成具有非常强的肝毒性的VPA中间代谢产物4=烯丙戊酸钠，后者可同时抑制氧化代谢过程中多种特异性酶，在AEDs多药疗法中引起显著的不良反应，在联合应用AEDs时应该特别注意。

2.3 CYP基因SNPs与VPA代谢的关系 VPA是临床上最常应用的传统AEDs之一。Chen等［19］研究表明VPA主要有3种代谢途径:其中约50%通过尿苷二酸转移酶(UDPGT)途径、约40%通过线粒体 β-氧化途径、仅10%通过CYP2C9、CYP2C19和 CYP2A6 代谢。但 Weber等［20］研究显示CYP2C9、CYP2C19为VPA代谢过程生物转化的关键代谢酶［21］。研究显示携带CYP2C9*2与CYP2C9*3基因型的患者实际VPA血药浓度明显高于携带野生型基因者［22］。VPA代谢存在明显的个体差异且存在潜在的肝毒性、致畸作用及妇女生育异常及多囊卵巢综合征等副作用。我们应根据不同基因型选择合适的VPA剂量，尽可能的减少不良反应。VPA在体内的代谢过程有多种代谢酶参与，血药浓度也会受到多种基因SNPs的影响，联合分析多个SNPs位点可能更容易发掘出基因SNPs与药物代谢之间的联系。

2.4 CYP基因SNPs与新型AEDs代谢的关系 噻加宾(tiagabine，TGB)通过CYP3A4家族代谢;唑尼沙胺(zonisamide，ZNS)通过CYP3A4代谢及CYP2C19代谢。拉莫三嗪(lamotrigine，LTG)主要通过葡萄糖醛酸途径代谢，而不是通过CYP代谢。其它新型AEDs与CYP2C9*2与CYP2C9*3基因型的关系未见相关报道，还需作进一步研究。

综上，CYP2C9与 CYP2C19基因 SNPs，特别是 CYP2C9*3及CYP2C9*2基因型是导致多种AEDs代谢个体差异的重要因素。通过基因型分析，我们可以推测不同个体CYP2C9及CYP2C19酶活性，尽可能的减少和避免药物不良反应，以达到临床个体化治疗的目的。

［1］王文志，吴建中，王德生，等.中国五省农村人群癫痫流行病学抽样调查［J］.中华医学杂志，2002，82(7):449-452.

［2］Sand G，Mandaville G，Ruchi B，etal.Genetic profile of patientswith epilepsy on first-line antiepileptic drugs and potential directions for personalized treatment［J］.Pharmacogenomics，2010，11(7):927-941.

［3］Yukawa E，Mamiya K.Effect of CYP2C19 genetic polymorphism on pharmaco-kinetics of phenytoin and phenobarbital in Japanese epileptic patients using non-linear mixed effectsmodel approach［J］.Clin Pharm Ther，2006，31:275-282.

［4］ShujiG，Takayuki S，Tsukasa M，etal.Population Estimation of the Effects of Cytochrome P450 2C9 and 2C19 Polymorphisms on Phenobarbital Clearance in Japanese［J］.Ther Drug Monit，2007，29(1):118-121.

［5］黄 越，杨静芳，齐晓涟，等.CYP2C19和CYP2C9基因型与苯妥英血药浓度关系的研究［J］.中华医学杂志，2004，84(20):1686-1689.

［6］Johansson I，Ingelman-Sundberg Mnger J，Magnus IS.Genetic polymorphism and toxicology with emphasis on cytochrome P450［J］.Toxicological Sciences，2011，120(1):1-13.

［7］Wolfgang L，Ulrich K，Fritz Z，etal.The clinical impact of pharmacogenetics on the treatment of epilepsy［J］.Epilepsia，2009，50(1):1-23.

［8］Goldstein JA，Morais SMF.Biochemistry and molecular biology of the human CYP2C subfamily［J］.Pharmacogenetics，1994，4:285-299.

［9］Kirchheiner J，Brockmeller J.Clinical consequences of cytochrome P4502C9 polymorphisms［J］.Clin Pharmacol Ther，2005，77(1):1-16.

［10］Negar A，Soha N，Fatemeh H，etal.Investigation of allele and genotype frequencies of CYP2C9，CYP2C19 and VKORC1 in Iran［J］.Pharmacological Reports，2010，62:740-746.

［11］Hong X，Zhang S，Mao G，etal.CYP2C9*3 allelic variant is associated with metabolism of irbesartan in Chinese population［J］.Eur J Clin Pharmacol，2005，61(9):627-634.

［12］Bae JW，Kim HK，Kim JH，etal.Allele and genotype frequencies of CYP2C9 in a Korean population［J］.Br JClin Pharmacol，2005，60(4):418-422.

［13］Nakai K，Habano W，Nakai K，etal.Ethnic differences in CYP2C9*2(Arg144Cys)and CYP2 C9*3(Ile359Leu)genotypes in Japanese and Israeli populations［J］.Life Sci，2005，78(1):107-111.

［14］Michael M，Mark F，Carmen D，etal.Genetic variation inmetabolizing enzyme and transporter genes:comprehensive assessment in 3 major East Asian subpopulationswith comparison to caucasians and Africans［J］.Journal of Clinical Pharmacology，2010，50:929-940.

［15］丁 晖，黄 越，王维治，等.中国人CYP2C19和CYP2C9等位基因多态性分析［J］.哈尔滨医药，2002，22(4):1-3.

［16］黄 越，杨静芳，齐晓涟，等.CYP2C19和CYP2C9基因型与苯妥英血药浓度关系的研究［J］.中华医学杂志，2004，84(20):1686-1689.

［17］Shimamoto JI，IeiriA，Urae M，etal.Lack of differences in diclofenac(a substrate for CYP2C9)pharmacokinetics in healthy volunteers with respect to the single CYP2C9*3 allele［J］.Eur JClin Pharmacol，2000，56:65-68.

［18］Jessica F，Manoranjenni C.Psychotropic drug interactions with valproate［J］.Clin Neuropharmacol，2005，28(2):96-101.

［19］Chen L C，Chou M H，Lin M F，etal.Lack of pharmacokinetic interaction between valproic acid and a traditional Chinese medicine，Paeoniae radix，in healthy volunteers［J］.JClin Pharm Ther，2000，25:453-459.

［20］WeberWW.The legacy of pharmacogenetics and potential applications［J］.Mutat Res，2001，479(1 ～ 2):1-18.

［21］Perucca E.Pharmacological and therapeutic properties of valproate:A summary after 35 years of clinical experience［J］.CNS Drugs，2002，16:695-714.

［22］Ho PC，Abbott FS，Zanger UM，etal.Influence of CYP2C9 genotypes on the formation of a hepatotoxicmetabolite of valproic acid in human liver micro-somes［J］.Pharmacogenomics J，2003，3(6):335-342.