细胞色素P450与心血管疾病的研究进展

程龙吴柱国

细胞色素P450与心血管疾病的研究进展

程龙①吴柱国①

心血管疾病已成为世界上发病率最高的疾病之一。想要减少心血管疾病的发病率，明确心血管疾病的发病机制尤其重要。近年来越来越多的研究表明，细胞色素P450（Cytochrome 450 enzymes，CYP）在心血管疾病的发病过程中起重要作用。并且研究表明CYP的表达在心血管疾病的发作和进展过程中起到保护性作用，现就其研究进展作一综述。

细胞色素P450； 心脏； 活性氧簇； 心血管疾病

First-author's address：Guangdong Medical College，Dongguan 523808，China

细胞色素P450（Cytochrome 450 enzymes，CYP）是一种末端加氧酶超家族。其主要位于微粒体和线粒体中，这些酶参与代谢活化或失活大多数类型的激素、药物以及毒素。不同亚型的CYP在生物转化、药物代谢、解毒等方面存在着差异性。这种差异性取决于CYP基因多态性导致所编码的酶的表达及活性改变。然而，CYP表达也很大程度上受其他因素的影响，如药物、激素、发展、饮食和细胞因子等。因此，要想对CYP做深入研究就必须要考虑之前所述等相关因素。CYP最初发现于肝脏中，其生物转化、药物代谢、解毒等方面已经有了许多广泛深入的研究。而心脏需要为身体提供丰富的血流，其泵血需要大量的能量，来源主要是心肌细胞线粒体产生的，CYP在心脏的代谢过程中起到重要作用。近年来心脏CYP家族中的成员的功能逐一被发现，并且与心血管相关疾病密切相关的亚型也成为研究热点。

1　CYP在心血管疾病中的作用

1.1CYP与缺血再灌注和心肌梗死 心肌梗死是已成为发病率和死亡率最高的疾病。虽然缺血再灌注后可以减少心肌损伤程度，但再灌注的同时可以导致组织损伤后活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）生成增加。最近，CYP已被证明与局部缺血再灌注损伤有关。心肌细胞中细胞色素P450 2J2 （CYP2J2）的表达对缺血再灌注起保护作用，内皮CYP2C8表达增加ROS的生成，这反过来又增加冠状动脉血管收缩，减少左心室功能恢复并增加梗死面积［1］。CYP2E1主要在线粒体中表达，多项研究表明其通过氧化应激等生成ROS参与细胞凋亡的过程，缺血再灌注导致组织缺氧后线粒体中的CYP2E1过表达增加氧化应激从而生成更多的ROS对心肌产生损伤［2-4］。Visser等［5］通过对CYP2C9抑制剂包括氯霉素，西咪替丁和磺胺苯吡唑在心肌梗死缺血再灌注模型研究中发现用CYP2C9抑制剂处理心肌细胞后能显著减少局部缺血的冠状动脉梗死面积。有趣的是，磺胺苯吡唑也与患者的冠状动脉疾病的内皮依赖性血管舒张的增长相关。总之，这些数据表明，减少CYP2C9活性可能有助于预防心肌梗死，特别是在对本身患有动脉粥样硬化性疾病的患者。在心肌梗死的抗血小板治疗中，常用氯吡格雷，CYP2C19的基因多态性直接影响心脏血管对氯吡格雷的敏感性，并有助于预测PPI药物的在心梗并使用氯吡格雷患者中的疗效［6-7］。

总之，上述研究涉及CYP在缺血性心脏疾病的发病机制。在心血管疾病发展过程中，由于CYP表达会生成ROS，其能促使细胞凋亡从而减少内皮型一氧化氮所介导的血管舒张。

1.2CYP与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是导致心肌梗死、脑卒中、心绞痛和下肢静脉栓塞等疾病的主要原因。血管动脉粥样硬化的过程与脂蛋白密切相关。高密度脂蛋白（High-density lipoprotein，HDL-C）和载脂蛋白A1（Apolipoprotein A1，apo A1）表达水平的增高与冠心病的发病率呈负相关。而低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL-C）和载脂蛋白B（Apolipoprotein B，apo B）的表达水平升高则使冠心病的死亡风险增加。那么可通过诱导CYP的表达增加血浆中的HDL-C及apo A1的表达水平及降低LDL-C的表达水平，达到治疗冠状动脉硬化性疾病的目的。Luoma等［8-9］发现，CYP通过提高氧化型胆固醇（oxysterols，CH-Ox）的生成从而激活胆固醇清除机制来维持细胞内胆固醇代谢平衡。其中CYP7A1，CYP27A1，CYP46A1和CYP3A4主要通过生成氧化型胆固醇进入血液循环。这种氧固醇通过核受体、ATP结合盒转运蛋白A1 （ABCA1）和其他基因来激活胆固醇清除机制消除多余的胆固醇防止血管粥样硬化。Uno等［10］发现，苯并［a］芘（BAP）是香烟烟雾和焦炭炉产生的环境污染物，其参与动脉粥样硬化的发病机制。CYP1A1的表达能够对BAP引起的血管毒性起保护作用。同时证明ROS的产生有助于BAP加剧动脉粥样硬化。动脉粥样硬化与氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）形成相关，ROS的生成可增加ox-LDL，同时可以增加黏附分子的表达而导致内皮功能受损并加速斑块的形成。CYP单加氧酶已经被证实通过抑制CYP的表达使ROS生成减少从而进一步减少ox-LDL的生成来防止血管粥样硬化［11］。CYP的产物，如环氧-二十碳三烯酸（epoxyeicosatrienoic acid，EETs）和20-羟-二十烷四烯酸（20-hydroxyeicosatetraenoic acid，20-HETE）通过增加灌注和侧支血管形成等对于血管稳态、血管生成是有益的。其中，内源性花生四烯酸（arachidonic acid，AA）经P450酶途径的代谢产物对心血管系统的影响近年来也日益受到重视。除了产生AA代谢物，CYP还产生ROS，由于ROS生产过程中不断出现微粒体单加氧酶NADPH消耗，CYP可能在血管炎症的发生和进展中发挥关键作用。He等［12］通过评估CYP3A4基因多态性与冠心病的关系。发现CYP3A4基因多态性能增加中国汉族患冠心病的风险，并对几种治疗冠心病药物治疗后对CYP3A4基因多态性的影响进行了研究。使用氯吡格雷治疗的患者中CYP3A4基因的多态性可调节血小板活化与氯吡格雷的结合率。其次，CYP3A4涉及性激素的代谢，和CYP3A4基因多态性已牵涉性激素依赖性疾病，如乳腺癌和前列腺癌。并且冠心病在女性中发病率较男性低，可能是由于雌激素的作用。卵巢雌激素被认为是减少女性冠心病的主要激素，它的表达主要是血管内皮细胞和血管平滑肌细胞介导的。然而，循环内源性性激素和雌激素可能对男性在心血管疾病的影响并不明显。这项研究是还表明，CYP3A4可能与个体易感性有关，特别是在中国汉族人群相关的冠心病。它可以帮助改善冠状动脉心脏疾病的预防和治疗，特别是在中国女性人口。这些研究证明CYP对动脉粥样硬化的发生和发展有着重要的影响。但相关机制仍需进一步探索。

1.3CYP与心肌肥大和心力衰竭 心脏衰竭是因心脏功能不全而导致射血能力受损的临床综合征。心衰发病主要是因为心肌纤维化及重塑，导致心室功能障碍。心肌肥大被认为是心力衰竭的发生与发展中的一个重要中间阶段。许多CYP酶已经在心脏肥大和心力衰竭期间被证实参与了其发展过程。Zordoky等［13］发现在心力衰竭期间，心脏CYP1B 和 CYP2A，CYP2B，CYP2E，CYP2J，CYP4A和CYP11 mRNA水平和相关酶活性通常增加。此外，存在CYP介导的内源性代谢物和心脏肥大和心脏衰竭的发病机制之间有很强的相关性。有些代谢产物赋予心脏保护作用，如雌二醇，环氧二十碳三酸和PGI2；然而，其他代谢物可能是有害的，如雄激素，醛固酮和血栓素A2。El-Sherbeni等［14］发现，在肥厚的心肌中，CYP代谢产物EETs和20-HETE的水平增高，其中EETs的生成与CYP 2B2有关，而CYP1B1发挥心脏毒性作用。 CYP2B2，CYP2J3和CYP4A2/3在心力衰竭中起重要保护作用。Alsaad等［15］发现20-HETE和EETs通过影响细胞内信号级联，如活化的T细胞，核因子κB，丝裂原活化蛋白激酶，的Rho激酶，GP130/信号转导和转录，细胞外基质降解，细胞凋亡级联的活化，炎性细胞因子的核因子活化，和氧化应激等来保护心脏功能，减少心脏损伤及纤维化。CYP2J2，CYP2C8生成四种环氧二十碳三酸异构体（5，6-，-8，9-，11，12-，14，15-EET），它具有有效的血管舒张和抗炎作用。EETs可迅速水解环氧化物水解酶（epoxide hydratase，EH）。与此相反，ω羟基化的花生四烯酸（ω-HETE）通过CYP4A11和CYP4F2产生20-HETE，其具有血管收缩和促炎症作用。众多临床前研究已经证明了通过增强EET生物合成或抑制EH介导的EET水解或抑制20-HETE合成是保护心血管细胞［16］。该研究进一步证实了CYP在 EETs和20-HETE在心肌肥厚和心力衰竭发展中的作用。

显然，CYP在心脏肥大和心力衰竭的发展过程中起着关键作用，进一步研究这个家庭的其他成员对心衰的预防及治疗有重大意义。

1.4CYP与高血压 高血压是导致心肌肥大、衰竭甚至梗死的主要原因。虽然高血压的发病机制目前还不完全清楚，但研究表明CYP在高血压的发病过程中起到不可或缺的作用。CYP的代谢产物EETs及20-HETE依然与之关系密切。EETs是由表达在血管内皮细胞表氧化酶的产生并参与内皮细胞增殖，迁移和血管生成。EETs还具有抗炎特性，其可以减轻单核细胞浸润［17］。有研究指出一氧化氮（nitric oxide，NO）对部分CYP具有抑制作用［18］，因此，在NO存在的情况下EET是怎么对血管舒张进行调节的？可能与CYP在生成EETs的同时产生的活性氧簇（ROS）有关。ROS中的氧自由基可以和NO生成亚硝酸盐，因此降低了NO的生物利用度和血管活性。另一途径是AA被CYPω-羟化酶即CYP4A，CYP4F代谢为20-HETE。在肾和脑循环中，20-HETE的生成由平滑肌细胞中产生的血管紧张素Ⅱ和内皮素等调控。在心脏及肺动脉中，20-HETE更多的是作为一种血管舒张剂，其已被证明能通过引起钙内流通过钙离子激活钾离子通道从而抑制血管收缩［19］。Lee等［20］研究表明血管内皮CYP4A2，CYPω羟化酶通过催化20-HETE的生物合成，其通过增加氧化应激和内皮型一氧化碳（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）解偶联引起内皮功能障碍和高血压。CYP2J2和CYP2C8的表达可增加EETs的生物合成，其使动脉血管扩张从而降低血压。CYP1B1通过激活ERK1/2和p38蛋白等信号通路生成ROS，其可增加血管收缩的敏感性，并促进血管炎症及重塑的发生。因此选择性抑制CYP1B1的表达，减少ROS的生成可能成为降低或预防高血压的方法之一［21-22］。Kuang等［23］用DNA微阵列研究小鼠CYP3A2和CYP3A9发现其能参与氧化还原反应，激活G蛋白偶联受体信号，活化的T细胞，肾素-血管紧张素-醛固酮（RAA）系统等过程生成ROS，促使血管损害的发生。而小鼠CYP3A2和CYP3A9与人类CYP3A4和CYP3A5具有高度同源性，推测CYP3A4和CYP3A5可以通过氧化还原反应生成ROS诱发高血压。可为高血压病的防治提供生物标志物。Zheng等［24］发现使用eNOS抑制剂能降低血压。增加CYP2J2的表达同样可减低血压。CYP2J2这些效应可能与促进eNOS的表达的增加eNOS的活性，抑制炎症反应以及TGF-b/BMPRII-Smads信号调节有关。心脏CYP2J2过度限制心脏损伤的进展，并保留在小鼠心脏功能在两种不同的给药方案与治疗阿霉素后。事实上，如评估通过各种生化和功能终点，朝向心脏损伤的发展更先进的进展，观察WT小鼠与阿霉素治疗后CYP2J2 Tr的小鼠相比。这些研究是首次记录CYP2J2在霉素诱导的心脏保护作用，并且可以具有用于治疗心脏损伤的影响［25］。这些结果表明，CYP2J2基因治疗有可能成为治疗高血压的一种手段。醛固酮在调节电解质和盐皮质激素稳态的作用是明确的，在病理情况下，过多的醛固酮参与很多慢性疾病，包括高血压，心纤维化，充血性心脏衰竭，心室重构，和糖尿病肾病。因此，醛固酮合酶的抑制剂即CYP11B2，其是在醛固酮生物合成中的关键的酶，被提出作为治疗高血压的方法之一。预期药效学作用已在动物模型和临床试验中被证实。选择性比其他类固醇合成CYP酶更强，特别是11beta羟化酶（CYP11B1）。最近，更有选择性CYP11B2抑制剂已经被报道，这可能是有希望的候选药物的醛固酮有关高血压的疾病的治疗［26］。

2　结语

CYP在动脉粥样硬化、心肌缺血、再灌注损伤、高血压、心力衰竭等心血管疾病的发生发展中发挥着重要的作用。但由于CYP在心血管疾病中的影响的细胞因子及其信号通路的复杂性，至今没有一个公认的机制。并且现在绝大多数的研究还只停留在动物实验阶段，并未有相关的临床应用。所以对于CYP的生物学功能以及其心血管疾病的发生发展中的调节机制的进一步深入研究，以期从源头上减少心血管疾病的发生及发展将为心血管疾病的预防和治疗提供新思路。

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Advance Research for Cytochrome 450 Enzymes and Cardiovascular Disease

CHENG Long，WU Zhu-guo.//Medical Innovation of China，2016，13（14）：133-136

Cardiovascular disease has become one of the most serious diseases in the world.In order to reduce the incidence of cardiovascular disease，make sure of the pathogenesis of cardiovascular disease is particularly important.In recent years，more and more studies show that Cytochrome 450 enzymes（CYP）play an important role in the pathogenesis of cardiovascular disease and CYP expression play a protective role in the onset and progression of cardiovascular disease.

Cytochrome 450 enzymes； Heart； Reactive oxygen species； Cardiovascular disease

①广东医学院 广东 东莞 523808

程龙

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.14.035

2015-12-23） （本文编辑：蔡元元）