心血管药物代谢酶及其遗传药理学研究进展Δ

周霞瑾，张俊贞，齐惠珍，王明霞（河北医科大学第四医院药剂科，石家庄 050011）

心血管系统疾病已成为危害人类健康的常见病和多发病，成为导致人类死亡的主要疾病。心血管药物是临床常用的药物，但不同患者服用相同的药物后，药效及不良反应常存在极大的差异，表现在药物代谢过程和药物或其代谢物与相应受体结合两方面。遗传药理学（Pharmacogenetics）是研究遗传因素对药物反应影响的一门学科，它是药理学与遗传学相结合发展起来的边缘学科。近年来，随着对药物相关基因如细胞色素P450（CYP）代谢酶、药物转体和药物受体等进行的深入研究，探寻药物相关基因与药动学的关联性，揭开了人体之间存在巨大差异的真正原因，为个体化治疗开辟了新的途径。本文就近年来国内、外遗传药理学和药物基因组学在心血管药物代谢酶研究的一些最新进展作一回顾，综述了参与心血管药物体内过程的代谢酶的多态性，为心血管药物的临床应用提供参考。

参于心血管药物代谢的酶主要包括CYP3A4、CYP2D6、CYP2C9等Ⅰ相代谢酶和药物转运体，这些酶的基因多态性是引起心血管药物药效个体差异的主要原因之一。

1 Ⅰ相代谢酶——CYP酶系

CYP是人体中重要的代谢酶之一，主要存在于肝脏。迄今已发现了该酶家族的160余个成员，呈高度的多态性。CYP参与许多药物如类固醇、胆汁酸、脂肪酸、前列腺素、生物胺类和维A酸等在体内的氧化、超氧化和还原代谢。最新报道人类约有60种不同的CYP基因（57种功能基因和58种假基因[1]）。这些酶都是膜结合蛋白，定位在内质网或线粒体内膜上。此外，在人类60种CYP基因中有15种参与了外来物质的代谢过程，包括药物、致癌物、食品添加剂、污染物质、杀虫剂或者环境中的化学物质。同时，CYP参与的生物转化过程也能将一些称为“药物前体”的化合物转化成有药理学活性或毒性的代谢物[2]。

各种CYP在肝脏内的含量各不相同，人类肝脏中参与药物代谢的CYP大约占总CYP含量的77%，其中CYP3A约占总CYP含量的30%、CYP2C约20%、CYP1A2约13%、CYP2E1约7%、CYP2A6约4%、CYP2D6约2%、CYP2B6＜1%。尽管许多酶参与药物代谢，但在人类参与药物代谢的酶则主要为CYP亚家族的CYP3A、CYP2D和CYP2C[3，4]。因此，目前遗传药理学的研究主要集中在上述这些酶。

1.1 CYP3A亚家族

市场上约50%的药物由CYP3A代谢。这些酶常与药品不良反应和药物相互作用密切相关，其原因为许多药物或食物都是CYP3A的抑制剂，与CYP3A酶底物合用时，就可能因代谢酶的抑制作用而发生不良反应。研究者们在CYP3A4的5′-端侧翼区、内含子区和编码区都发现了一些有功能意义的基因变异，但是大多数的单核苷酸多态性（SNP）发生频率很低。其中位于第10内含子的CYP3A4*18B在亚洲人中具有较高的突变频率，能够增强CYP3A4酶活性，并且对一些药物的代谢产生影响[5]。有研究[6，7]认为氯吡格雷抗血小板强度与肝脏细胞CYP3A4活性相关，CYP3A4的突变ⅣS10+G＞A能够降低患者对氯吡格雷的反应，与氯吡格雷抵抗有关。Suh等[8]报道，在冠状动脉成形术6个月内，用氯吡格雷治疗时，CYP3A5*3的携带者出现动脉粥样硬化事件的几率更大。最近有报道[2]，CYP3A5和CYP3A7的多态性影响药物代谢，但关于CYP3A的多态性对心血管药物代谢的影响还有待进一步研究证实。

1.2 CYP同工酶2D6

CYP2D6仅占肝脏总CYP的1%～2%，但经其催化代谢的药物却多达80余种。CYP2D6代谢约25%的药物，这些药物中许多为心血管药物。目前认为该酶的基因编码具有高度多态性，其多态性影响酶的活性。不同个体的CYP2D6活性最大可相差1 000倍，因此人群可被分为CYP2D6的强代谢型（EM）和弱代谢型（PM）。CYP2D6*10在中国人群中发生频率极高，51.6%的中国人具有CYP2D6*10的突变，该突变导致酶蛋白表达活性降低且不稳定。美托洛尔是临床常用的降压药，其α-羟化代谢过程由CYP2D6介导。具有CYP2D6*10/*10基因型的受试者血浆中美托洛尔的浓度显著高于其他基因型的个体。具有CYP2D6的PM正常人或高血压患者的美托洛尔平均药-时曲线下面积（AUC）和消除半衰期（tl/2ke）分别为EM个体的6倍和3倍。PM个体给药后24 h仍能维持较高的血药浓度，而在EM个体中却不能测出[9]。卡维地洛是临床常用的α、β受体阻滞药，R-卡维地洛在CYP2D6的PM个体内的清除率远低于CYP2D6的EM个体。CYP2D6的基因多态性对相关药物的代谢会产生不可忽视的影响，在相同或不同的种族间，CYP2D6的PM个体清除药物的能力要弱于EM个体，药物作用及毒副反应明显增加。

基于以上研究，个体的代谢类型对于临床个体化用药具有重要指导意义。个体的代谢类型可以通过2种方式确定：一种为表型方式，即通过应用治疗指数宽的特定底物作为探针药物，给受试者口服之后收集一定时间的尿液（或血液），测定尿（或血液）中原型药物/代谢物浓度比值，依据一定的分界点（Antimode）将人群分为PM和EM表型（Phenotype）；另一种为基因分型（Geno-typing）方式，即应用脱氧核糖核酸（DNA）的等位基因聚合酶链式反应（PCR）限制性片段长度多态性分析（Re-striction fragment length polymorphism，RFLP）及基因测序（Genesequencing）技术分型。表型分析易受患者状态和合并用药干扰；基因分型可快速、准确地筛查出药物代谢酶活性异常的患者，为临床合理用药提供指导，被越来越多地用于药物代谢研究。

1.3 CYP2C亚家族

大多数CYP2C亚家族的药物代谢酶高度相似，无论在分子水平或功能水平，分离不同的单体都很困难。CYP2C家族成员中其底物也有明确的重叠。CYP2C同工酶在肝脏含量很高，是影响药物相互作用的主要因素之一，CYP2C也表现出基因变异。CYP2C9的基因多态性易引发CYP2C9的底物出现不良反应。在等位基因变异中CYP2C9*2和CYP2C9*3已经表现出与慢代谢者的基因型相关。华法林是一种广泛用于临床的口服抗凝药，有2种对映体，S-对映体的抗凝活性要比R-对映体强3～5倍。S型在体内的代谢由CYP2C9和CYP1A2催化。CYP2C9*2型和CYP2C9*3型均能显著降低华法林口服清除率，这2种突变型的代谢能力比野生型约低30%。高菲等[10]发现携带CYP2C9*3基因型和CYP2C9-65 C等位基因的患者华法林维持剂量减少35%；具有CYP2C9*2、CYP2C9*3和CYP2C9-65 C等位基因的个体容易出血，而对于快代谢患者却达不到治疗效果。因此，对携带CYP2C9突变等位基因的个体需减量给药。日均口服华法林剂量的调整可根据不同基因型的总清除率和国际标准比（INR）来调整，但两者差异较大。根据总清除率，CYP2C9*1/*2、CYP2C9*2/*2、CYP2C9*1/*3、CYP2C9*2/*3、CYP2C9*3/*3携带者所需剂量分别为野生型的80%、32%、56%、23%、9%；而根据INR调整的剂量分别为87%、82%、68%、57%、33%。根据不同患者的药动学参数或基因型对华法林剂量进行调整都是可行的，虽然有时二者的剂量差别较大，但趋势是一致的，差异的存在可能与样本量有关。这也说明药物代谢酶的多态性对药物的药动学参数有影响。国际上，华法林的临床应用已普及个体化用药，即治疗前先测定患者的CYP2C9基因型，从而为患者制定最佳初始剂量。对于治疗指数宽或经多途径代谢的药物如普萘洛尔，CYP2C9的基因多态性不影响其治疗效果。因此从药物暴露和药物相互作用方面讲，应该优先选择经多途径代谢的药物，而不是单一酶代谢的药物。

CYP2C家族中其他成员，CYP2C19参与普萘洛尔和华法林的代谢，郭志强等[11]发现甘肃汉族人群CYP2C19有6种基因型，同时其代谢表型也存在多态性，CYP2C19基因型及等位基因频率与北京地区汉族人群基本一致。CYP2C19的基因多态性对心血管药物代谢的影响尚需深入研究。CYP2C8在治疗糖尿病药物（如格列喹酮）的代谢中起着重要作用，从而对心血管系统产生间接作用。

1.4 其他CYP

其他CYP，如CYP1A1、CYP2A6和CYP2B6，也参与心血管药物的代谢。有报道CYP2A6的基因变异降低酶的活性，并且改变尼古丁和香豆素的代谢。

2 Ⅱ相代谢酶

Ⅱ相代谢酶包括谷胱甘肽转移酶、葡糖基转移酶、N-乙酰转移酶、甲基转移酶、尿苷二磷酸（UDP）葡萄糖醛酸基转移酶和磺基转移酶等，这些酶不是心血管药物代谢的关键酶，其多态性与心血管药物代谢的个体差异是否相关还有待进一步研究。

3 Ⅲ相代谢酶——药物转运体

根据药物的转运方式，药物转运体可分为外排转运体和摄取转运体2种主要类型，外排转运体为三磷酸腺苷结合盒转运体（ATP binding cassette transporters，ABC）家族，包括多药耐药基因1（MDR1）、多药耐药相关蛋白基因（MRP）、乳腺癌耐药相关蛋白基因（BCRP）等亚类，通过其底物激活ATP水解获得能量，以主动转运的形式将底物从细胞内泵出而转运药物。摄取转运体是溶质载体超家族（Solute carrier family，SLC），主要包括有机阴离子转运多肽（OATP）、有机阳离子转运多肽（OATI）等，通过离子浓度梯度或电化学梯度决定双向转运的方向[12]。药物摄取和外排转运体的联合作用是药物吸收和消除过程中的关键性因素。ABCB1蛋白，又称MDR1，是转运体ABC-B亚家族的成员。P糖蛋白（P-gp）是MDR1基因编码的细胞膜上能量依赖性转运蛋白。P-gp在消化道、肾、脑、肝和其他器官有表达。P-gp运载各种药物通过肾、消化道的细胞膜，因此在药物的分配和消除过程中起主要作用，并且通过外排机制造成癌细胞对细胞毒药物的耐药。基因突变使得P-gp的表达异常或功能缺陷。有研究证实当带有突变基因的纯合子个体口服单剂量的地高辛时，其血浆地高辛的浓度是正常个体的4倍，德国人中有24%的个体带有此基因的纯合子。另外还有许多治疗窗窄的药物也由P-gp转运，包括化疗药、环孢素、维拉帕米等。因此带有MDR1突变基因的个体在给予以上药物时应调整剂量以减少细胞毒性反应。

很多药物已证实为MDR1的底物、诱导剂或抑制剂。有些药物如环孢素，既是P-gp的底物又是抑制剂。有些药物仅是抑制剂（如硝苯地平）或底物（如地高辛）。CYP3A和P-gp具有许多共同的底物和调节剂（如共同抑制剂维拉帕米），因此CYP3A家族和转运体常认为联合发挥作用。临床上，他们对药动学的作用可以互补，但有时也增加了其共同底物的不良反应。钙通道阻滞药米贝拉地尔（Mibefradil），同时是CYP3A和P-gp的底物和抑制剂，因其严重的不良反应使其曾刚上市就遭撤市的命运。Taubert等[13]研究发现氯吡格雷为肠道转运体P-gp的底物，并证实在已发现的MDR1基因50个SNPs中，外显子21的G2677T/A、外显子26的C3435T和外显子12的C1236T基因多态性对氯吡格雷的体内过程具有重要的功能意义。Michelson等[14]进一步研究表明MDR1 C3435T基因编码的P-gp影响氯吡格雷在肠道内的泵出，使基因型为变异等位基因（TT）突变型纯合子个体的氯吡格雷血药浓度（cmax和AUC）明显降低。文献报道[15]，携带MDR1 C3435T TT的个体，与野生型基因患者比较，1年内的心血管事件发生率相对较高，且携带2个TT患者的死亡、急性心梗死等心血管事件发生率显著增高（15.5%vs.10.7%；校正后危险比（HR）：1.72；95%置信区间（CI）：1.2～2.47）。

基因的多态性和药物暴露的变化导致P-gp表达的变化。尤其是MDR1基因3435C/T的多态性可以降低肠的P-gp的表达和相应的地高辛暴露。另外，3435C/T变异可能与女性脂类对14肽生长抑素的反应相关[16]。2005年，Thompson等[17]虽未发现这一相关性，但却发现，肠P-gp的表达和地高辛暴露的降低与另一个MDR1等位基因2677G/T/A的多态性相关。因此携带这种基因的患者，在使用为P-gp底物的心血管药物时，需减少剂量。近几年，越来越多参与大量药物转运的跨膜蛋白被识别，包括OATP和OCTP[18]，然而这些转运体的基因编码的多态性是否影响药物作用还有待研究。近年来，OATP1B1*1b被认为是普伐他汀（Pravastatin）、缬沙坦和替莫普利（Temocapril）[19]在个体内药动学存在差异的决定性因素。另外，普伐他汀也是ABCC2的底物，ABCC2也称为MRP2，并且ABCC2的基因1446C/G多态性可以增加ABCC2的表达，从而引起普伐他汀全身暴露的降低[20]。目前，有关CYP的基因型多态性已得到广泛研究，但对ABC，还有待今后作进一步研究。

4 结语

总之，对基因多态性与药动学关系的研究，揭示了患者对某些药物的个体差异与基因亚型之间的关系，使临床医师为患者选择疗效最佳的药物和确定最佳剂量成为可能。如果在治疗前进行药物代谢类型的基因筛选，对确定用药剂量无疑有重要的临床意义。从基因多态性入手，找出各基因型的药动学特征，设计个体化药物治疗方案，则为临床个体化给药开辟了一个新的途径。

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