COMT的遗传药理学研究进展

金远香，刘 洁

(中南大学临床药理研究所，湖南省遗传药理学重点实验室，湖南 长沙 410078)

儿茶酚氧位甲基转移酶(catechol-O-methyltransferase，COMT)1958年被发现，人类COMT基因定位于22号染色体长臂1区1带2亚带(22q11.2)，包含6个外显子，其中3号外显子的P1和P2两个启动子调节COMT的表达，并转录生成两种不同的mRNA［1］。较长的mRNA(1.5kb)从P2启动子开始转录，较短的mRNA(1.3kb)从P1启动子开始，分别编码生成膜结合型(membrane-bound COMT，MB-COMT)和可溶性(soluble COMT，S-COMT)两种酶;与 S-COMT相比，MBCOMT有更高的底物亲和力，但催化活性较低。COMT是一种在人体内广泛分布的代谢酶，MB-COMT主要分布于中枢神经系统，以大脑前额叶皮质、中枢杏仁核及海马部居多;SCOMT则广泛分布于肝脏、血液、肾脏等外周组织器官中。COMT的底物包括儿茶酚胺和一些神经递质，如肾上腺素、去甲肾上腺素和多巴胺等。在前额叶皮质，多巴胺转运蛋白对多巴胺的亲和力是COMT的1 000倍，但因其表达量较低，多巴胺主要通过COMT代谢。

1COMT基因突变对COMT活性的影响

COMT基因突变影响COMT的活性和表达水平。如COMT基因第4号外显子(1947，G＞A)的点突变，使其编码的108或158位的缬氨酸被甲硫氨酸取代，导致活性改变，其中COMT GG基因型携带者活性最高、AG基因型次之、AA基因型则最弱;GG基因型编码的酶，不仅比AA基因型编码的酶活性高3～4倍，而且有更好的热稳定性［1］。

此外，有研究发现COMT基因中4个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)组成的单倍型对酶的活性及表达水平影响较大，其中一个SNPs位于S-COMT启动子区(A/G;rs6269)，其余位于S-和MB-COMT的编码区，分别编码 his62his(C/T;rs4633)，leu136leu(C/G;rs4818)，和val158met(A/G;rs4680);G-C-G-G、A-T-C-A和A-C-C-G三种单倍型分别对应高、中、低的COMT活性［2］。进一步的机制研究证明，COMT基因上的同义突变虽然不会引起编码氨基酸的不同，但会改变mRNA的二级结构从而影响mRNA的稳定性及下游翻译过程，最终导致酶的表达量和活性变化;当mRNA形成短小而不稳定的局部颈环结构时，对翻译影响不大，编码的酶活性较高;当mRNA形成长且稳定的局部颈环结构时，严重影响下游的翻译工作，导致COMT的表达量减少，总活性降低［3－4］。

2 COMT基因突变与帕金森病药物治疗的关系

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)的临床症状表现为静止性震颤、肌肉僵直、运动迟缓等，主要以拟多巴胺类药物治疗为主，COMT活性降低可能会导致多巴胺被降解的时间延长，因此COMT基因突变可能与PD药物治疗疗效和不良反应方面显著的个体差异存在关联［5］。

2.1 左旋多巴治疗 左旋多巴(L-dopa)是公认的直接补充外源性多巴胺，控制帕金森病临床症状的最佳药物，被誉为PD药物治疗的“金标准”，但其药物反应个体差异大，且长期使用会引起诸多运动并发症。早期研究认为，红细胞中COMT酶活性是决定L-dopa疗效的重要因素，高COMT活性的PD患者使用L-dopa治疗的疗效较差，副反应发生率高。并且可能由于在东方人群中高活性的COMT出现的频率高，使得东方人与高加索人群相比所能耐受的L-dopa剂量较低，同等剂量下运动障碍的发生率高。但这些研究存在的主要缺陷是只探究了红细胞中COMT的活性表型与PD及其药物治疗的关系，没有深入研究引起酶活性表型差异的遗传学差异。

此后对COMT活性及基因多态性的研究则主要集中在rs4680:Val 108/158 Met。在韩国、意大利及中国人群中都有报道［6－8］，未发现rs4680多态性与 L-dopa治疗的药代动力学及药效学指标之间的关联有显著性。Watanabe等［9］在日本人群的研究显示，rs4680低活性纯合子在出现“开-关”效应或运动障碍的PD患者与对照中的分布差异有显著性，但这种差异经过校正后不再有显著性。

在多基因联合作用及单倍型分析方面，波兰人群的研究发现［10］，虽然 B 型单胺氧化酶 (monoamine oxidase B，MAOB)和COMT的基因突变频率分布在高低两个剂量组中没有显著性差异;但COMTLL纯合子在低剂量组的分布频率更高;MAOB和COMT AG-HH基因型在女性高剂量人群中占主要地位，而在女性低剂量人群中则是AG-LL基因型占主要地位。Bialecka等［11］对有报道能影响COMT活性的4个 SNPs(rs6269、rs4633、rs4818和 rs4680)构成的单倍型(低活性为A_C_C_G，中等活性A_T_C_A，高活性G_C_G_G)进行了研究，结果显示:高活性单倍型携带者在迟发型PD患者中出现的频率比健康对照组高，L-dopa用量明显高于非携带者;且随着酶活性增加，L-dopa的平均使用剂量也增加;但不同单倍型与L-dopa治疗所引起的运动障碍之间并无关联。

2.2 COMT抑制剂治疗 儿茶酚氧位甲基转移酶抑制剂(COMTI)托卡朋、恩他卡朋等，可延长L-dopa作用时间，减少L-dopa用量，且不影响疗效，用于严重PD患者长期用药后出现药效减退和“开-关”等症状时的辅助治疗。恩他卡朋主要在外周发挥作用，托卡朋还有部分中枢抑制作用。研究报道［12］rs4680与服用托卡朋6个月后，L-dopa每日摄入量的改变值、帕金森病统一评分量表(United Parkinson Disease Rating Scale，UPDRS)第三部分分值的改进及托卡朋治疗所引起的副作用腹泻之间没有相关性。另一项研究中［13］发现:两个月的恩他卡朋治疗后，虽然PD患者的每日平均“开”、“关”期时间、总的UPDRS分值、运动障碍的发生频率和严重程度的改变似乎都和患者的基因型无关;但rs4680不同基因型组别中，每日L-dopa剂量的下降幅度不同，COMTHH组降幅最大，COMTHL组次之，COMTLL组变化较小。此外，Corvol等［14］也认为 rs4680位 COMTHH基因型患者与COMTLL型患者相比，能获得的“开”期时间更长，使用恩他卡朋后L-dopa的药时曲线下面积增加的更多，COMT活性被恩他卡朋抑制得更明显。

3 COMT基因突变与重度抑郁症药物治疗的关系

目前研究认为，重度抑郁症(major depressive disorder，MDD)可能是遗传和环境因素共同作用而引起的一种复杂的精神失调。抗抑郁药治疗是MDD的主要治疗手段，但它存在个体差异大、满意度差和患者抗抑郁治疗耐受等问题。尽管COMT不能通过代谢使5-羟色胺失活，但是COMT中的基因突变能够影响中枢神经系统中去甲肾上腺素、多巴胺等神经递质的利用度，因而成为可能影响抗抑郁药治疗的重要候选基因。

在对中国MDD患者的研究中［15］发现:氟西汀治疗4周内，rs4680位不同基因型间疗效无差异;经过8周治疗后，Val/Val携带者与其他基因型相比21项汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Rating Scale for Depression，HAMD)分值降低得更少，对氟西汀反应性较差。但也有研究认为［16］rs4680多态性与MDD易感性及5-羟色胺再摄取抑制剂治疗MDD疗效之间不存在关联。

在多位点或单倍型研究方面，一项包含250个高加索人群MDD患者的随机双盲试验中［17］，研究了19个候选基因的SNPs与不少于6周的度洛西汀治疗之间的关系，结果只有COMT与17项HAMD的改变值相关，关联度最高的是与rs174697 位强连锁的 rs165599。此后 Houston 等［18－19］的研究再次证实，COMT基因中 rs165599、rs165737、rs174697与MDD患者的度洛西汀治疗疗效相关。也有研究报道［20］，对rs2075507、rs737865、rs6269、rs4633、rs4818、rs4680 和rs165599共7个SNPs位点进行单个分析时，所有位点都与MDD的易患性无关，只有位于MB-COMT启动子区的rs2075507与治疗反应表型弱相关，GG基因型在疗效佳者组中所占比率是疗效差者组中所占比率的1.86倍，差异具有显著性;而单倍型分析显示，rs4633、rs4818和rs4680构成的单倍型与抗抑郁治疗反应表型明显相关，C-C-A单倍型在疗效佳者组所占比率分别是在疗效差者组和对照组的4倍和6倍。

4 COMT基因突变与精神分裂症药物治疗的关系

精神分裂症是一种慢性的精神疾病，它以幻想、妄想、认知和功能损失等阴性和阳性症状为主要特征。其药物治疗主要与调节多巴胺神经递质系统，特别是阻断D2受体，减少多巴胺的利用度有关。

疗效方面，早期研究报道，rs4680位AA型低活性纯合子患者与其他基因型患者相比，简明精神病评定量表评分较高，复发住院次数多，症状缓解程度低，预后较差;同时COMT低活性基因型分别与低MAOB或高血管紧张素酶活性基因型联合作用时，相应基因型携带者在疗效差组中所占比例分别是疗效佳者中所占比例的6倍多和10倍多。但也有研究得出了与此矛盾的结果，Bertolino等［21］发现经过8周正规的奥氮平治疗后rs4680 AA型患者不仅较其他基因型患者工作记忆功能成绩提高明显，而且其大脑额叶前部生理功能的改善明显高于其他基因型。后续的研究［22－23］也证实A突变携带者，对抗精神病药物治疗过程中阴性症状方面的临床反应率更高，反应速度更快，治疗后的执行能力、工作记忆功能改善更显著，杂合子次之，GG型纯合子几乎无反应。此外，在日本和高加索患者的部分研究中［24－25］，则没有发现rs4680位基因多态性与非传统抗精神病药疗效之间存在明显关联。

不良反应方面，有研究报道［26］经过6周抗精神病药物治疗后，COMT基因突变与药物治疗疗效无关联，但携带有GG型的患者与AA型患者相比出现更高比例的负性症状不良反应，因此研究者认为，与临床反应相比，rs4680位多态性似乎与严重的负性症状更加相关。而在Bakker等［27］的一项前瞻性试验中，则未发现包括 PPP1R1B、BDNF、DRD3、DRD2、HTR2A、HTR2C、COMT、MnSOD、CYP1A2 和 RGS2 共10个候选基因的基因多态性与抗精神病药物治疗引起的运动障碍之间存在明显关联。

5 小结与展望

尽管针对COMT基因多态性与神经退行性疾病和精神病治疗类药物的药代动力学、药效学及不良反应之间的关系已经进行了大量的研究，但这些研究中，大部分是以第108/158位的非同义突变rs4680作为分组标准，对其他位点的关注较少，而多数基于此单个SNPs的报道都未能获得一个统一的结论。我们是否需要反思，在基因突变对COMT活性的影响及由于COMT活性改变而引起的药物治疗反应差异方面，rs4680是否真的起着绝对的主导作用?Nackley等［3］进行的rs6269、rs4633、rs4818和rs4680共4个位点的单倍型分析似乎给了我们一些提示，同义突变虽然不会引起编码氨基酸的不同，但可能会改变mRNA的二级结构从而导致酶在表达量和活性方面的变化;而且在此单倍型中，rs4680 G既存在于高活性组(G-C-G-G)又存在于低活性组(A-C-C-G)，前者在人群中的分布频率是后者的3倍左右。正因为如此，当仅考虑rs4680位时，是否G-C-G-G高活性及A-C-C-G低活性携带者则很可能会被归入一个组别，虽然体现出相对较高的活性，但不同单倍型本身所引起的酶活性的更大差异则会被减弱甚至掩盖?同时，不同人群及种族间是否可能由于单倍型分布频率的差异，从而引起研究结果的不一致性?另一方面，虽然有很多研究支持高活性COMT酶携带患者对L-dopa的耐受性差，同等剂量下出现副反应的可能性更大，需要更高的剂量才能达到预期疗效，使用COMTI类药物合并L-dopa治疗PD时，高COMT活性患者疗效似乎更好些;rs165599以及与其强连锁的rs174697很有可能与抗抑郁药疗效相关;MAOB A644G和COMT之间可能存在协同作用等，但这些结论都还需要进行大样本多中心的临床试验来验证。此外，究竟是哪些位点，哪些单倍型在影响COMT活性方面发挥着关键作用，这一点也尚无定论。

综上所述，COMT的遗传药理学研究依旧是一个充满希望和挑战的领域。在后续的工作中，我们一方面需要采用新的技术和特殊的实验设计试图找到新的功能性位点，另一方面则需要对已报道的有功能意义的位点进行深入研究，最终希望找到COMT基因突变与药物反应表型之间的关系，为患者的“个体化药物治疗”提供依据。

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