恩诺沙星对细胞色素P450酶系影响的研究进展

丛 琳 ，武 瑞 ，李银生

（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319）

恩诺沙星对细胞色素P450酶系影响的研究进展

丛 琳1，2，武 瑞2，李银生1

（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319）

恩诺沙星是一种抗菌药物，广泛应用于畜禽养殖业和水产养殖业。随着恩诺沙星使用量的不断增加，在其对细胞色素P450酶系的影响方面已有广泛的研究。介绍了细胞色素P450酶的基本特征，综述了恩诺沙星对细胞色素P450酶系影响的研究进展，以期为进一步阐明恩诺沙星与细胞色素P450酶系的相互作用机制及恩诺沙星在畜禽体内的药理学与毒理学特征提供理论依据。

恩诺沙星；细胞色素P450酶系；P450亚酶

恩诺沙星为第3代喹诺酮类药物，具有杀菌活性强、毒副作用小、作用迅速、体内分布广、组织穿透力强、与其他抗菌药无交叉耐药性、价格低廉等特点，目前已广泛应用于畜禽养殖业［1-3］和水产养殖业［4-6］。笔者就恩诺沙星对细胞色素P450酶系影响的研究进展进行综述，以期为进一步阐明恩诺沙星与细胞色素P450酶系的相互作用机制及恩诺沙星在畜禽体内的药理学与毒理学特征提供理论依据。

1 细胞色素P450酶

细胞色素 P450 （Cytochrome P450，CYP450）由Klingenberg于1958年在哺乳动物的肝微粒体中首次发现［7］，因其还原态可与 CO联合，并且在 450 nm处有特异性吸收峰而得名［8］。由于细胞色素P450 的种类较多，Nebert等［9］创立了 P450 基因超家族定名法，该定名法规定以罗马数字代表不同基因家族，以大写字母代表亚家族，以阿拉伯数字代表单个基因。 1989年，Nebert等［10］又对该命名法进行校正，建议根据染色体位点命名，用“CYP”表示细胞色素P450。细胞色素P450普遍存在于动物、植物、细菌、真菌等生物有机体中，在生物体的生命活动中发挥极其重要的作用。在植物系统中，细胞色素P450参与木质素、色素、防御化合物、脂肪酸、激素和信号分子的生物合成［11］。动物体内的细胞色素 P450 具有致癌作用［12-13］。

1.1 细胞色素P450催化反应的多样性细胞色素P450能催化内源性和外源性物质在体内的氧化反应，其催化的反应按催化的难易程度可分为典型催化反应和复杂催化反应：典型催化反应有烃的羟化、杂原子氧化、杂原子脱烷化和环氧化［14-15］；复杂催化反应包括氧化酯裂解、增环反应、成环反应、芳香环脱卤反应、环偶联反应、芳香环迁移和缩环反应［16］。

1.2 细胞色素P450的结构特征细胞色素P450按照电子从NAD（P）H传达到活性位点的方法分为4类。Ⅰ类：需要含FAD的还原酶和铁硫还原蛋白；Ⅱ类：仅需要含FAD（FMN）的还原酶；Ⅲ类：自己供给，不需要电子供体；Ⅳ类：直接从NAD（P）H接受电子。该种分类方法与细胞色素P450的进化方式无关［17］。

1.3 细胞色素P450的光谱特征细胞色素P450与一系列配体作用后，其表现出来的光谱特性包括Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型光谱和CO差光谱。Ⅰ型光谱是由配体与氧化型细胞色素P450血红素位点相邻的亲油性位点结合而成，在385～390 nm处有最大吸收峰，在416～420 nm处有最小吸收峰；Ⅱ型光谱是由配体与氧化型细胞色素P450血红素铁结合而成，在424～430 nm处有最大吸收峰，在390～410 nm处有最小吸收峰；Ⅲ型光谱和CO差光谱都是由配体与还原型细胞色素P450联合而成，其中CO差光谱是定性和定量测定细胞色素P420和细胞色素P450 的重要指标［18］。

2 恩诺沙星对细胞色素P450亚酶的影响

在细胞色素P450酶系中，发挥肝脏药物代谢功能的主要是 CYP1、CYP2 和 CYP3 这 3 个家族［19］，而 CYP1A、CYP2B和 CYP3A活性的标志酶是EROD［20］、APND［21］和 ERND［22］。 目前，研究恩诺沙星对细胞色素P450亚酶的影响主要针对CYP1A和CYP3A这2个家族。

2.1 恩诺沙星对细胞色素P450亚酶活性的影响

2.1.1 恩诺沙星对鸡细胞色素P450亚酶活性的影响：张玲玲［23］研究表明，20 mg/（kg·BW）的恩诺沙星对鸡CYP1A和CYP3A的活性有抑制作用。

2.1.2 恩诺沙星对猪细胞色素P450亚酶活性的影响：戴静［24］研究发现，恩诺沙星对猪肝微粒体CYP1A2的活性有较弱的抑制效应，其抑制效应为可逆抑制类型的非竞争性抑制效应。

2.1.3 恩诺沙星对水产动物细胞色素P450亚酶活性的影响：贾娴［25］研究表明，恩诺沙星对银鲫肝微粒体中的 APND、ERND、AH、EROD 和 ECOD 的活性具有广泛地抑制作用。韩华等［26］研究发现，恩诺沙星对牙鲆APND、ERND和EROD的活性有抑制作用，表明恩诺沙星对牙鲆CYP450酶也具有抑制作用。Vaccarro等［20］研究发现，恩诺沙星对鲈鱼APND、EROD、ECOD、ERND 和 6β 睾酮羟化酶的活性有显著抑制作用。

细胞色素P450的研究方式主要分为体内研究法和体外研究法。由于肝脏中细胞色素P450含量丰富，因此体外试验模型常选用肝脏为研究对象，此外，体外试验可以排除其他因素的干扰，从而获得更为可靠的数据。体内试验法虽然易受外界环境、机体健康状况和个体差异等各种因素的影响，但能真实地反映药物在动物体内的代谢过程，所以采用体内和体外试验相结合的方法能够更加科学地研究药物代谢过程和细胞色素P450的活性。

2.2 恩诺沙星对细胞色素P450亚酶蛋白表达的影响

2.2.1 恩诺沙星对鸡细胞色素P450亚酶蛋白表达的影响：胡红芳等［27］研究发现，25 mg/（kg·BW）恩诺沙星对鸡肝脏中的细胞色素CYP1A5蛋白表达有抑制作用，使其表达量下降37%；125 mg/（kg·BW）恩诺沙星对鸡肝脏中细胞色素CYP1A5的蛋白表达有显著抑制作用，使其表达量下降49%。

2.2.2 恩诺沙星对水产动物细胞色素P450亚酶蛋白表达的影响：胡晓［28］研究发现，10 mg/（kg·BW）的恩诺沙星对异育银鲫肝微粒体CYP1A蛋白表达量有影响，呈先上升后下降的趋势；10 mg/（kg·BW）的恩诺沙星对异育银鲫肝微粒体CYP3A蛋白表达量有影响，呈先下降后上升趋势，直至达到对照水平。

2.3 恩诺沙星对细胞色素P450亚酶基因表达的影响

2.3.1 恩诺沙星对鸡细胞色素P450亚酶基因表达的影响：胡红芳［29］研究发现，100 μmol/L 的恩诺沙星对鸡原代肝细胞中的 CYP1A5、CYP2H和CYP3A的mRNA表达有抑制作用，而对CYP2E的mRNA表达有诱导作用，表明恩诺沙星对鸡原代肝细胞细胞色素P450不同基因亚型mRNA表达水平的影响不同。

2.3.2 恩诺沙星对水产动物细胞色素P450亚酶基因表达的影响：胡晓［28］研究发现，不同浓度的恩诺沙星［3、10、30、60 mg/（kg·BW）］对异育银鲫肝组织中CYP1A mRNA的表达量有影响，随着恩诺沙星浓度的增加，其表达量呈下降趋势，并且60 mg/（kg·BW）处理组的抑制率最大，为38%；而异育银鲫肝组织中CYP3A的mRNA表达量随恩诺沙星浓度的增加无显著变化。

3 小结与展望

兽药残留是指畜禽等动物使用药物后，蓄积或贮存在动物细胞、组织和器官内以及可食用性产品中的药物或化学物的原形、代谢产物和杂质。兽药残留对人体健康存在多种风险，不仅可以直接对人体产生急慢性毒性作用，而且残留物还可以在食品、环境和人畜体内诱导病原生物产生耐药性，严重威胁人类和动物健康。此外，动物用药后，药物以原型或代谢产物形式随粪、尿等排出，在环境中残留，并且在多种环境因子的作用下，可在植物中富集，从而通过食物链对人体健康造成潜在的风险。

随着畜牧业发展水平的不断提高，兽用药物的研究程度不断加深，细胞色素P450已成为兽药研究领域中不可或缺的研究对象。许多药物的药动学特性， 如 T1/2、AUC、Cmax、Tmax、Vd、CL及 F的变化都与细胞色素P450有关；兽药残留对细胞色素P450有影响，而药物的不良反应、相互作用及毒性作用也对细胞色素P450的不同亚型有影响。

［1］ABUTARBUSH S M，SCHUNICHT O C，WILDMAN B K，et al.Comparison of enrofloxacin and ceftiofur sodium for the treatment of relapse of undifferentiated fever/bovine respiratory disease in feedlot cattle［J］.Can Vet J，2012，53（1）：57-62.

［2］FACURY-FILHO E J，De CARVALHO AU＇，FERREIRA P M，et al.Effectiveness of enrofloxacin for the treatment of experimentally-induced bovine anaplasmosis［J］.Rev Bras Parasitol Vet，2012，21（1）：32-36.

［3］BLESA J，SILVA L J，LINO C M，et al.Comparison of three solid-phase extraction processes in quantification of ciprofloxacin and enrofloxacin in pork meat ［J］.J Sep Sci，2012，35（7）：832-838.

［4］ZHANG Y，HUANG Y，ZHAI F，et al.Analyses of enrofloxacin，furazolidone and malachite green in fish products with surface-enhanced Raman spectroscopy［J］.Food Chem，2012，135（2）：845-850.

［5］FANG X，LIU X，LIU W，et al.Pharmacokinetics of enrofloxacin in allogynogenetic silver crucian carp，Carassius auratus gibelio ［J］.J Vet Pharmacol Ther，2012，35（4）：397-401.

［6］DANYI S，WIDART J，DOUNY C，et al.Determination and kinetics of enrofloxacin and ciprofloxacin in Tra catfish （Pangasianodon hypophthalmus）and giant freshwater prawn （Macrobrachium rosenbergii）using a liquid chromatography/mass spectrometry method ［J］.J Vet Pharmacol Ther，2011，34（2）：142-152.

［7］KLINGENBER M.Pigments of rat liver microsomes［J］.Arch Biochem Biophys，1958，75（2）：376-386.

［8］GUNSALUSIC，PEDERSONTC，SLIGARSG.Oxygenase-catalyzed biological hydroxylations［J］.Annu Rev Biochem，1975（44）：377-407.

［9］NEBERT D W，ADESNIK M，COON M J，et al.The P450 gene superfamily：recommended nomenclature［J］.DNA，1987，6（1）：1-11.

［10］NEBERT D W，NELSON D R，ADESNIK M，et al.The P450 superfamily：updated listing of all genes and recommended nomenclature for the chromosomal loci［J］.DNA，1989，8（1）：1-13.

［11］SCHULER M A，WERCK-REICHHART D.Functional genomics of P450s［J］.Annu Rev Plant Biol，2003（54）：629-667.

［12］Van SCHAIK R H.CYP450 pharmacogenetics for personalizing cancer therapy ［J］.Drug Resist Updat，2008，11（3）：77-98.

［13］ROLLA R，VIDALI M，MEOLA S，et al.Side effects associated with ultrarapid cytochrome P450 2D6 genotype among women with early stage breast cancer treated with tamoxifen［J］.ClinLab，2012，58（11/12）：1211-1218.

［14］GUENGERICH F P.Mechanisms of cytochrome P450 substrate oxidation：MiniReview ［J］.J Biochem Mol Toxicol，2007，21（4）：163-168.

［15］ISIN E M，GUENGERICH F P.Complex reactions catalyzed by cytochrome P450 enzymes ［J］.Biochim Biophys Acta，2007，1770（3）：314-329.

［16］GUENGERICH F P.Common and uncommon cytochrome P450 reactions related to metabolism and chemical toxicity ［J］.Chem Res Toxicol，2001，14（6）：611-650.

［17］WERCK -REICHHART D，FEYEREISEN R.Cytochromes P450：a success story ［J］.Genome Biol，2000，1（6）：1-9.

［18］OMURA T，SATO R.The carbon monoxide-binding pigmentoflivermicrosomes.I.Evidenceforits hemoprotein nature［J］.JBiolChem，1964，239（7）：2730-2738.

［19］THÖRN M，LUNDGREN S，HERLENIUS G，et al.Gene expression of cytochromes P450 in liver transplants over time［J］.Eur J Clin Pharmacol，2004，60（6）：413-420.

［20］VACCARO E，GIORGI M，LONGO V，et al.Inhibition of cytochrome p450 enzymes by enrofloxacin in the sea bass（Dicentrarchus labrax）［J］.Aquat Toxicol，2003，62（1）：27-33.

［21］NOVI S，PRETTI C，COGNETTI A M，et al.Biotransformation enzymes and their induction by βnaphtoflavone in adult sea bass （Dicentrarchus labrax）［J］.Aquatic Toxicol，1998，41（1/2）：63-81.

［22］KULLMAN S W，HAMM JT，HINTON D E.Identification and characterization of a cDNA encoding cytochrome P450 3A from the fresh water teleost medaka（Oryzias latipes） ［J］.Arch Biochem Biophys，2000，380（1）：29-38.

［23］张玲玲.离子载体类抗生素与氟喹诺酮类药物对AA肉鸡细胞色素P4501A和3A的影响及作用机制［D］.南京：南京农业大学，2010.

［24］戴静.氟喹诺酮类对猪和鸡肝微粒体CYP1A2活性影响研究［D］.武汉：华中农业大学，2009.

［25］贾娴.恩诺沙星在异育银鲫肝微粒体中代谢及对P450主要亚酶影响的初步研究［D］.雅安：四川农业大学，2009.

［26］韩华，李健，李吉涛，等.喹诺酮类药物对牙鲆肝药物代谢酶活性的影响［J］.海洋科学，2009（11）：48-54.

［27］胡红芳，杨丽丽，李晓芳，等.恩诺沙星对鸡细胞色素P450 1A5表达的影响 ［J］.解放军预防医学杂志，2009，27（3）：161-164.

［28］胡晓.喹诺酮药物对异育银鲫P450酶系的影响及3A亚型克隆［D］.雅安：四川农业大学，2010.

［29］胡红芳.恩诺沙星对鸡细胞色素P450酶系的影响［D］.北京：中国人民解放军军事医学科学院，2009.

Research Progress on Effect of Enrofloxacin on Cytochrome P450 Enzyme System

CONG Lin1，2，WU Rui2，LI Yin-sheng1
（1.School of Agriculture and Biology，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China；2.Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

Enrofloxacin,belonging to the third generation of fluoroquinolone,is a kind of antibiotic with broad antibacterial spectrum and is widely applied in livestock and poultry breeding and aquaculture.With the increasing amount of enrofloxacin used in agriculture production,its effect on cytochrome P450 enzyme system is also widely investigated.Here we introduced the basic characteristics of cytochrome P450 enzyme and reviewed the research progress on effect of enrofloxacin on cytochrome P450 enzyme system,so as to provide reference for further understanding of interaction mechanism between enrofloxacin and cytochrome P450 enzyme system as well as pharmacologic and toxicologic features of enrofloxacin in livestock and poultry.

enrofloxacin；cytochrome P450 enzymes；P450 enzyme

R966；S859.79

A文章顺序编号：1672-5190（2016）01-0034-03

2015－12－26

项目来源：国家自然科学基金项目（31172360）。

丛琳（1990—），女，硕士研究生，主要研究方向为临床兽医学与新兽药研发。

武瑞（1967—），男，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为临床兽医学与新兽药研发。

（责任编辑：赵俊利）