CYP3A4与CYP3A5基因多态性与糖皮质激素类药物代谢的研究进展

毛　雪　沈　芸



※为通讯作者

CYP3A4与CYP3A5基因多态性与糖皮质激素类药物代谢的研究进展

毛雪1沈芸2※

作者单位：1.昆明医科大学研究生部6500322.昆明医科大学第一附属医院干部医疗科650032

【关键词】糖皮质激素CYP3A基因多态性药物代谢

细胞色素P450酶(CYP450)作为生物体内的催化剂，参与体内约90%的临床常用药的代谢和转化。CYP3A4与CYP3A5是CYP450主要亚家族CYP3A的重要成员，在临床上参与约50%的药物代谢。CYP450遗传多态性是不同个体对同一药物产生不同药物应答的主要原因之一。糖皮质激素作为抗炎药物和免疫抑制剂在临床上广泛应用，其代谢过程主要由CYP3A亚家族介导。不同个体基因的单个碱基序列差异所导致的CYP3A酶单核苷酸多态性，可能是糖皮质激素类药物在体内代谢存在个体差异的主要原因。本文综述了近年来CYP3A4与CYP3A5单核苷酸多态性与糖皮质激素类药物代谢的关系。

1.细胞色素酶P450与药物代谢

CYP450是一类在自然界中广泛存在具有氧化功能的酶，最初由Klingenberg和Garfinkel在哺乳动物的肝脏微粒体中发现[1]。1962年，日本科学家RyoSato和Tsuneo Omura证实存在于肝脏微粒体中能与一氧化碳结合的CYP450，属于血红素蛋白，通过血红素铁价态的可逆变化，在生物体内发挥传递电子的作用，将CYP450正式命名为细胞色素酶(Cytochrome)[2]。

在人体内,CYP450主要分布于肝脏、胃、肠、肺、肾脏、大脑及皮肤等组织。CYP450作为生物体内的催化剂，具有较广的底物谱，参与体内约90%的临床常用药的代谢和转化[3，4]，包括外源物(如药物、人工合成化合物、抗体等)和内源物(如性激素、甾醇及其他生理过程所产生的脂类等)[5]。CYP450的催化作用具有环境依赖性，厌氧条件下，其能够催化一些底物进行还原性代谢，如四氯化碳的还原性脱氯反应[6]；需氧条件下，则能够活化氧气，进而催化底物进行氧化性代谢，即单加氧反应。外源性底物(如药物)及内源性底物(类固醇、维生素D等)通过这一氧化反应，往往会失活，由脂溶性变为水溶性被排出细胞。1965年，Cooper等人在兔子肝微粒体实验中证明了CYP450作为末端氧化酶和微粒体中脂肪酸羟基化酶参与类固醇激素代谢过程[7，8]。

人体内存在57种CYP450蛋白[9]，目前已知的CYP450家族包括CYP1,CYP2,CYP3和CYP4，其中最丰富、最重要的药物代谢酶是CYP3A。在已知CYP450参与代谢的药物中，约有50%是CYP3A介导的[10]，其代谢的药物包括降血脂药(洛伐他汀、辛伐他汀、阿托伐他汀)、激素类药(雌二醇、氢化可的松)、免疫抑制药(他克莫司、环孢素、环磷醜胺)等，此外CYP3A还参与一些内源性物质的代谢和前致癌物质的激活[11]。CYP3A亚家族主要包括CYP3A4,CYP3A5,CYP3A7和CYP3A43四种亚型。在不同种族不同个体中，CYP3A亚家族的表达具有个体差异性[12]，CYP3A4与CYP3A5是CYP3A亚家族的主要组成部分,CYP3A4约占CYP450酶系总量的30%～40%,CYP3A5在10%～97%的人群中表达[13]。

2.CYP3A4与CYP3A5单核苷酸多态性与药物代谢

单核苷酸基因多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)是指在人群中的分布频率至少要在1%以上存在于某一(些)群体、正常个体的基因组内特定核苷酸位置上的单个碱基的序列差异[14]。SNP是人类基因组中最主要的一种遗传多态性方式[15]，占所有已知遗传多态性的90%以上。

在生物体基因组DNA中，任何碱基均可发生变异，因此SNP既有可能分布在编码区，也有可能在基因以外的非编码区。一般来说，位于编码区内的SNP(coding SNP，cSNP)占少数，位于非编码区的SNP占大多数。之所以基因组中cSNP含量比较少，是因为在外显子内，其变异率仅及周围序列的1/5，但cSNP在功能或致病方面则具有更重要的意义[16]。从对生物的遗传性状的影响上来看，cSNP可分为2种：一种是同义cSNP(synonymous cSNP),即SNP所致的编码序列的改变并不影响其所翻译的蛋白质的氨基酸序列，突变碱基与未突变碱基的含义相同；另一种是非同义cSNP(non-synonymous cSNP),指碱基序列的改变可使以其为蓝本翻译的蛋白质序列发生改变，从而影响了蛋白质的功能，这种改变是导致生物性状改变的直接原因[17]。

CYP450的生成主要受体内遗传基因调控，一旦基因发生变异则CYP450酶及其催化的药物代谢即发生变化[18]，因此,CYP450基因多态性是造成药物代谢差异的主要原因。目前人类CYP450基因中发现的SNP超过1000个，其中非编码区SNP可使转录起始结合的位置改变，使mRNA转录的数量发生改变，调节mRNA转录后的修饰和蛋白质的生成[19]，编码区域SNPs中的非同义突变可导致CYP450活性发生变化，进而影响到药物在体内的清除，以及整个药代动力学过程[20]。

CYP450亚家族中不同的SNP构成了不同的等位基因(allele)，Kjellander等在14个已有的数据中，通过建立CYP450晶体模型的方法，得出CYP450的遗传多态性是导致不同个体对同一药物产生不同药物应答的主要原因之一[21]。

CYP3A4位于第7号染色体q22.1上，长度约27kbp。其在中国人中出现的频率偏低(约1%)，但是参与多种药物的代谢，环孢霉素、依维莫司、皮质激素、丙米嗪、红霉素等药物和黄曲霉素等致癌物质前体的代谢均与CYP3A4有关[22]。据美国国家生物技术信息中心HapMap数据库及人类细胞色素CYP450酶命名委员会统计，CYP3A4共收录了55个SNP[23]，其中CYP3A4*18B(G20230A)GA/AA型是目前出现频率最高的SNP,在中国人群中出现的频率为30.8%[24,25]，该突变能提高CYP3A4酶的活性[26]。CYP3A4*1G(G20230A)AA型能减弱CYP3A4酶的活性，使药物在体内的清除率降低[27]。Hsieh等人通过聚合酶链式反应(PCR)及测序的方法对57例健康及45例中风的中国人群进行研究，发现携带CYP3A4*4(A13989G)G等位基因、CYP3A4*5(C15820G) G等位基因的个体,可降低CYP3A4酶的活性[28]。

CYP3A5位于第7号染色体7q21.l-q22.1上,全长约31.8Kbp,有13个外显子,编码502个氨基酸[29]，CYP3A5的表达呈多态性分布[30]。Kuehl等[31]人发现,CYP3A5基因多态性是调控CYP3A5表达水平的主要方式,能影响其酶的活性,进而影响代谢底物的能力和速率,是导致临床用药出现个人、种族间差异的最重要原因。据美国国家生物技术信息中心HapMap数据库及人类细胞色素CYP450酶命名委员会统计，迄今CYP3A5共收录了28个SNP，包括CYP3A5*2(C27289A), CYP3A5*3(A6986G),CYP3A5*4(A14665G),CYP3A5*5(T12952C),CYP3A5*6(G14690A)及CYPA5*7(27131-27132T)等。CYP3A5*3(A6986G)是CYP3A5基因中最常见的SNP，其中GG型的个体是最常见的突变型，白种人、黑种人、中国人发生频率分别为86%～95%,28%～50%和65%～73%[31,32]。CYP3A5*3 AG/GG突变会导致mRNA出现新的剪切位点，从而产生突变的mRNA,该突变的mRNA使得蛋白质的翻译在102位氨基酸处中断，导致蛋白质功能降低[33～37]。Kuehl等[31]研究发现携带CYP3A5*3(A6986G)G等位基因、CYP3A5*6(G14690A)A等位基因的个体可致CYP3A5酶活性降低。这种基因多态性引起代谢酶的功能降低，代谢底物的能力、速率发生不同程度的改变，使得一些药物如糖皮质激素、他克莫司[38]、氨氯地平[39]、依维莫司等代谢受阻，导致血药浓度和毒副作用出现个体差异[40]。

3.CYP3A4与CYP3A5单核苷酸多态性与糖皮质激素类药物代谢

糖皮质激素(Glucocorticoids，GCs)类药物由于其独特的药理作用而被广泛应用于临床，此类药物的代谢主要依赖CYP450，例如倍它米松、地塞米松等可被CYP3A酶家族代谢[30,41]。Moore等[30]人对白种人使用外源性糖皮质激素治疗哮喘的研究中报道不同个体对糖皮质激素类药物的代谢存在差异性，有近30%人对糖皮质激素一定程度上抵抗或者不敏感。

3.1CYP3A4与CYP3A5基因多态性对糖皮质激素的作用Moore等[30]通过高效液相色谱等方法，对白种人使用外源性糖皮质激素治疗哮喘的研究中报道：CYP3A酶通过脱氢和羟基化作用，代谢地塞米松、布地奈德等多种糖皮质激素。CYP3A亚家族中：CYP3A4对代谢GCs最有效，CYP3A5次之；CYP3A5*3(A6986G)AG/GG型、CYP3A5*6(G14690A)GA/AA型可致CYP3A5酶活性降低，在代谢药物过程中，携带这两种基因的个体会比携带CYP3A5*1 AA型的个体拥有更高的血药浓度。Kitzmiller等[42]在对235例美国人使用糖皮质激素治疗的研究中发现：CYP3A4与CYP3A5基因多态性会导致其编码的CYP3A酶活性改变，携带CYP3A4*22(C15389T)T等位基因个体可使其编码的CYP3A4酶活性降低，携带CYP3A5*3(A6986G)G等位基因可使其编码的CYP3A5酶活性显著降低从而影响GCs在体内的代谢。应用GCs时，CYP3A4*22(C15389T)CT/TT型、CYP3A5*3(A6986G)AG/GG型个体需要更低的药物计量，以防止发生意外的毒副作用。

3.2糖皮质激素作为诱导剂对CYP450的作用在临床用药过程中，药物若对CYP450存在诱导作用，则能通过影响CYP450表达从而影响整个药物代谢过程。药物对CYP450的诱导或抑制是导致临床药物间相互作用的主要原因，这种作用关系对临床合理用药、提高药物疗效和降低药物的毒副作用具有重要意义[43]。

在人肝脏细胞，地塞米松对CYP3A有诱导作用，在肺组织，地塞米松、布地奈德、倍氯米松可使CYP3A5 mRNA的表达量增加4～6倍[30]。王青秀等[43]对大鼠的研究报道，地塞米松是典型的CYP3A4诱导剂,其机制由孕甾烷X受体(Pregnane X receptor,PXR)介导，当地塞米松进入细胞后,与PXR结合使之活化,活化后的受体-配体复合物与RXR形成异二聚体,并与活化蛋白相互作用,最后结合到CYP3A4基因启动子的外源化学物反应元件上,促使CYP3A4基因的转录表达。Wang等[33]对96例肝活检样本进行聚合酶联反应，通过检测CYP450 mRNA表达水平发现细胞色素P450的表达具有个体差异性，主要取决于其细胞中mRNA的水平。Matsunaga等[44,45]研究报道，在人胎肝细胞，倍他米松、地塞米松可显著升高CYP3A4 mRNA表达水平，轻度升高CYP3A5 mRNA表达水平，诱导CYP3A酶在人体内的表达,进而影响糖皮质激素在体内的代谢速度。

4.展望

糖皮质激素被广泛应用于临床，目前仍是许多疾病的首选用药。CYP3A是糖皮质激素类药物在体内的主要代谢酶，CYP3A4与CYP3A5基因多态性与GC抵抗及敏感性相关，目前CYP3A4与CYP3A5基因多态性对糖皮质激素类药物代谢的研究甚少，如果能够进一步研究并发现CYP3A4与CYP3A5基因多态性与糖皮质激素类药物代谢疗效的关系，并根据患者的基因型，预测患者GC治疗的敏感性，从而确定个体化的疾病治疗方案，会对合理用药、联合用药、降低毒副作用、提高治疗效果产生重大的意义。

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收稿日期：2016-1-8

doi:10.3969/j.issn.1672-4860.2016.01.036