尿苷二磷酸葡醛酸转移酶的研究进展

崔冬雪

(邢台市人民医院药剂科，河北邢台 054000)

代谢转化是药物从体内消除的主要过程，包括Ⅰ相代谢和Ⅱ相代谢。Ⅰ相代谢反应主要由肝细胞色素P450(cytochrome P450，CYP)酶催化，常见的代谢反应为氧化还原或水解。在Ⅱ相代谢中，药物或Ⅰ相代谢产物与内源性物质如葡醛酸、硫酸和甘氨酸发生结合反应，水溶性增加，更有利于从体内清除。进入人体的药物中，有40%～70%是通过Ⅱ相代谢反应代谢清除的[1－2]。尿苷二磷酸葡醛酸转移酶(UDP-glucuronosyltransferases，UGT)家族所催化的葡萄糖醛酸化反应是一种重要的药物Ⅱ相代谢反应，占所有Ⅱ相反应的35%左右[3]。UGT催化的药物代谢反应影响药物的许多药动学特征如药物的半衰期、清除率和生物利用度等，近年来引起人们的关注。本文主要就UGT的分类、组织分布、对药物吸收的影响、基因多态性及其所诱导的药物-药物相互作用进行综述。

1 UGT的分类

与CYP相似，UGT也是酶的超家族[4]。UGT超家族含有117种酶，被分为4个家族:UGT1，UGT2，UGT3和UGT8[5]。在这4个家族中，UGT1和UGT2借助UDP-葡醛酸去糖苷化的内源性或者外源性化学物质，可以代谢外源物质和药物、毒物或者致癌物等。而UGT8则借助于尿苷-5'-二磷酸半乳糖去乳糖苷化神经酰胺，在鞘糖脂类和脑苷脂类的生物合成中发挥重要作用。目前，UGT3的作用尚不清楚。UGT1家族包括 9个亚型，即 UGT1A1，UGT1A3，UGT1A4， UGT 1A5， UGT1A6， UGT1A7， UGT1A8，UGT1A9和UGT1A10。UGT1家族的亚型均由人类UGT1基因所编码，UGT1基因位于2号染色体的2q37位，含有2～5个保守的外显子和多于13个特异性的外显子。因此，所有的亚型都有相同的羧基端和不同的氨基端。人类的UGT2家族包括2个亚家族:UGT2A和UGT2B，位于染色体4(q)13位置上。UGT2B家族包括以下亚型:UGT2B4，UGT2B7，UGT2B10，UGT2B11，UGT2B15，UGT2B17和UGT2B28。UGT2B7和UGT2B15可以参与很多药物如吗啡、双氯芬酸、恩他卡朋和奥沙西泮等的代谢，因而在临床上具有非常重要的意义。

2 UGT的组织分布

在细胞中，UGT主要位于内质网的脂质双层上，与CYP相邻。这种独特的位置分布使得UGT除了可以对原形化合物进行催化外，也有助于UGT代谢CYP的产物。例如，UGT可把CYP产生的氧化产物转化为水溶性更强的化合物。因此，UGT可以调节血液和组织中的原形药物及其Ⅰ相代谢产物的浓度。UGT在组织中的分布和CYP相似，其主要分布于药物代谢或排泄的组织或器官如肝和肾等。肝中表达的 UGT主要包括 UGT1A1，UGT1A3，UGT1A4，UGT1A6， UGT1A9， UGT2B4， UGT2B7， UGT2B10，UGT2B11，UGT2B15，UGT2B17和 UGT2B28，而肾中的UGT主要包括 UGT1A3，UGT1A6，UGT1A8，UGT1A9，UGT1A10，UGT2B7 和 UGT2B17[6－7]。另外，UGT 在胃肠道如胃、小肠和结肠中也有表达，从而可以最快、最直接地影响药物的吸收。UGT1A1，UGT1A3，UGT1A4，UGT1A6，UGT1A8，UGT1A10，UGT2B4，UGT2B7，UGT2B10 和UGT2B15主要在小肠中表达，而结肠中主要表达UGT1A1，UGT1A3， UGT1A4， UGT1A6， UGT1A8， UGT1A9，UGT1A10和UGT2B7。除此之外，UGT1A和UGT2B亚型在不同组织中的表达也不同，如UGT1A8和UGT1A10只在胃肠道中表达，在肝中检测不到它们的表达。UGT1A5，UGT1A7，UGT1A10和UGT2B28在胃肠道中的表达高于在肾中的表达[8]。UGT2A1主要在鼻腔内皮细胞中表达[9]。另外，UGT2B家族中的UGT主要表达于类固醇敏感的组织如前列腺和乳腺中。脑和胎盘中也存在UGT，在这些组织中的药物也可发生葡醛酸化反应[10]。

3 UGT在药物吸收中的作用

很多年来，肝一直被认为是药物代谢的主要器官。然而，近年来的研究发现，除CYP外，小肠还可以通过UGT所介导的葡醛酸化反应影响药物的吸收，从而影响药物的生物利用度。体内和体外实验结果表明，尽管肝和小肠中均可以发生葡醛酸化反应，但绝大多数的葡醛酸化反应发生在小肠中。例如，口服的多酚酸类化合物如一些黄酮类化合物，易于在胃肠道中发生葡醛酸化反应而影响药物的生物利用度[11]。当受试者每天口服60 mg选择性雌激素受体调节剂雷洛昔芬时，药物的绝对生物利用度仅有2%[12]。雷洛昔芬主要依靠小肠中的UGTA8和UGT1A10催化诱导，以葡醛酸化代谢产物的形式排出体外，尿液中的原形药物仅有1%，表明葡醛酸化可以显著影响药物的口服生物利用度[13]。

4 UGT催化产物的生物活性

UGT催化药物分子、药物的Ⅰ相代谢产物或者内源性物质与尿苷二磷酸的葡醛酸反应，生成缩合产物[14]。UGT可以识别酚羟基、醇羟基、羧基、氨基和巯基等基团，生成O-，N-，C-，或者 S-葡醛酸产物[2，15]。UGT 的内源性底物包括胆红素、甾体激素、甲状腺激素、胆汁酸和脂溶性维生素。而外源性的药物主要包括阿片类药物、镇痛药、非甾体抗炎药和抗惊厥药。一些同时具有羟基和羧基的化合物如麦考酚酸和二氟尼柳等则可以形成2种形式的葡醛酸产物。葡醛酸化反应可以使化合物的活性或者毒性降低[16]，同时加速化合物的清除。另一方面，葡醛酸结合物可以产生与原形药物相同或者更强的药理作用，甚至产生完全不同的作用[17]。

虽然大多数药物通过氧化或者还原反应(Ⅰ相代谢反应)产生具有药理活性的代谢产物，但是在某些情况下，葡醛酸结合物可以通过与受体的非共价结合作用产生药理活性。例如，吗啡的葡醛酸化物比原形的药理作用更强[18]。在人体内，吗啡的葡醛酸化可以发生在3-OH和6-OH上。但是只有6-OH吗啡的葡醛酸结合物是活性物质，即6-OH吗啡的葡醛酸化物可以被认为是μ阿片受体的完全激动剂。在人体内，有10%～20%的吗啡会被UGT2B7转化为6-OH葡醛酸化物。另外，依折麦布的代谢物和原形药物对其作用靶点具有同等的药理作用[19]。这表明许多药物的葡醛酸结合物也具有药理活性。

从毒性方面来看，葡醛酸化反应可以从2个方面产生毒性，一方面是葡醛酸结合物与蛋白质或者核酸等结合后，可以影响正常的细胞功能，甚至诱导产生针对药物-蛋白加合物的免疫反应。另一方面是葡醛酸结合物可以通过和转运体相互作用而产生毒性。由于化合物中葡萄糖基团的存在，大多数的葡醛酸结合物是多药耐药相关蛋白2(MRP2)转运体的底物，转运体的存在能够促进毒物或者致癌物进入胆管、肠道、肾和膀胱等器官或组织，从而产生器官特异性毒性[20]。尽管大多数葡醛酸结合物结构稳定，但是如果葡萄糖基团与异羟肟酸基团或者羧基结合后，就会产生毒性。值得一提的是，含羧基的化合物发生葡醛酸化反应会形成含酰基的化合物，这种含酰基的化合物可以通过开环变构产生含醛基的中间体，中间体再进一步与蛋白质中的赖氨酸残基或者核酸聚合，产生它们的加合物。而加合物的产生可能诱发超敏反应、器官毒性(肝和肾毒性等)、突变和癌变等。有时，即使化合物中不含羧基，当化合物进入体内后可以首先通过Ⅰ相代谢反应产生羧基，从而进一步产生毒性。

5 UGT的抑制和诱导

多种因素可影响UGT的活性，如年龄、饮食、疾病状态、种族、基因多态性和激素等[21]，脂肪肝病理状态下大鼠肝中UGT的产生增加[22]。目前的研究热点主要集中于UGT的基因多态性和其所诱导的药物-药物的相互作用。众所周知，临床上对于疾病的治疗，经常需要同时应用2种或多种药物，因此产生了药物-药物相互作用的风险。UGT介导的药物相互作用主要体现在UGT的抑制和诱导。

酶的抑制使药物的代谢减少，血药浓度升高，从而导致不良反应增加，甚至危及生命。临床上酶的抑制相对于酶的诱导更容易引起药物-药物相互作用。近年来研究表明，许多药物可以抑制UGT的活性。例如，表皮生长因子抑制剂厄洛替尼在UGT1A1重组酶温孵体系中竞争性地抑制4-MU葡醛酸化反应，Ki值为(0.64±0.06)μmol·L－1，提示厄洛替尼是UGT1A1的竞争性抑制剂[23]。而氯胺酮则可抑制UGT与吗啡和可待因发生药物-药物的相互作用[24]。抗癫痫药拉莫三嗪在体内首先被代谢形成葡醛酸结合物，然后随尿液清除[25]。体外研究表明，UGT1A3，UGT1A4 和UGT2B7均可能参与拉莫三嗪的代谢[26]。同时服用丙戊酸和拉莫三嗪，可以使拉莫三嗪的AUC值增加，半衰期延长，提示丙戊酸对上述的UGT具有抑制作用[27]。

体外肝细胞实验表明，UGT和CYP相似，可以被特定的药物所诱导。许多CYP酶的诱导剂如口服避孕药、利福平、苯巴比妥、苯妥英和卡马西平等均可以诱导UGT的表达[28]，并引起临床上的药物-药物相互作用。例如，利福平通过UGT的诱导作用，使合用药物霉麦考酸体内的原形药物浓度降低，与此同时，体内霉麦考酸葡醛酸结合物的浓度增加[39]。

6 UGT的基因多态性

和CYP相似，UGT基因多态性会导致体内的药物代谢特征在不同人体之间产生巨大差异。对于治疗指数窄或者毒性高的化合物来说，给予这些药物可能产生非常严重的毒性作用[30]。这就要求临床用药时参考UGT的基因多态性进行个体化给药。

UGT1A1的基因多态性被广泛的研究，UGT1A1基因突变可导致蛋白部分活性缺失(导致 Crigler-NajjarⅡ型和Gilberts综合征)或蛋白功能全部缺失(如Crigler-Najjar I型高胆红素血症)。基因多态性导致UGT1A1功能部分或全部丧失可使血液中游离胆红素的含量增加，游离胆红素透过血脑屏障，在脑部聚集而使新生儿大脑功能受损。在白种人中，Gilberts综合征与UGT1A1基因启动子区域的基因突变UGT1A1*28有关，UGT1A1*28是启动子区TATA盒的插入性突变，即AA(TA)7TAA，重复序列越多则使UGT1A1蛋白表达水平越低，并使 UGT1A1的转录活性降低[31]。白种人UGT1A1*28等位基因的频率约为40%[32]。

7 展望

作为体内生物转化的重要代谢酶，UGT具有重要的生理功能。UGT除了可以调节机体内源性物质的代谢稳态，更重要的是参与药物的体内转化过程。由于UGT体内分布的广泛性，其对药物的体内过程具有非常重要的影响。近年来，越来越多的研究发现UGT基因多态性引起的遗传性疾病及基于UGT诱导或抑制所介导的药物-药物相互作用。当然UGT还有很多方面需要更深入的探索，如开发更多的体外特异性底物和抑制剂用于从体外实验预测体内的药物相互作用，选择合理的实验动物模型预测人体内的药物相互作用等。研究UGT对于了解药物的体内代谢过程、药物的治疗机制和指导临床用药具有非常重要的作用。

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