CYP2C19基因多态性对氯吡格雷代谢的影响

刘欣 吉维忠

缺血性心脏病、脑卒中、下呼吸道感染、慢性阻塞性肺病是世界范围内的主要健康问题。据世界卫生组织(WHO)2015统计，全球约有1750万人死于心血管疾病，占总死亡人数的31%。氯吡格雷作为抗血小板聚集药物已广泛应用于临床心血管疾病患者的二级预防及治疗。研究发现CYP2C19基因具有遗传多态现象，其不同表型对氯吡格雷药物代谢具有重要影响，甚至发生氯吡格雷抵抗，从而增加患者再发心血管事件的概率。本研究对CYP2C19基因多态性及CYP2C19主要多态性位点对氯吡格雷代谢的影响作一综述。

1 CYP2C19基因多态性

1.1 CYP2C19基因

CYP2C19基因位于10号染色体(10q24.1-q24.3)，包括9个外显子和8个内含子，cDNA全长1.94 kb，其中编码区1.473 kb,共编码490个氨基酸。NCBI数据库中CYP2C19 Gene ID为1557，该基因只有1个转录本，对应的mRNA序列登陆号分别为NM_00769.2。目前NCBI dbSNP数据库中收录人类该基因cSNP位点数为444个。CYP2C19被认为是CYP450(cytochrome P450)基因家族中最具有遗传多态性特点的基因之一[1]，目前有超过34个CYP2C19等位基因被发现，主要包括CYP2C19*2、*3、*6、*7、*8、*9、*17、*18、*23、*24等。Chaudhry等[2]通过对携带cyp2c19*2等位基因的黑人进行转录组测序分析(RNA-seq)发现了1个新等位基因CYP2C19*35，该突变发生在基因位点的2号内含子区，并改变了随后的mRNA阅读框架，提前产生终止密码子，生成1个截断的无功能蛋白质。

1.2 CYP2C19主要SNP位点

CYP2C19*1为野生基因型(wild type,wt), CYP2C19*2、*3、*17为最常见的突变等位基因，占所有已发现CYP2C19变异的98%。其中CYP2C19*2、*3为功能降低或缺失的等位基因， CYP2C19*2，681G>A(rs4244285)，又称m1突变，表现为CYP2C19 cDNA第5外显子发生碱基突变，形成1个异常拼接位点，造成转录时外显子5’端的前40bp碱基片段(643～682bp)发生缺失，使蛋白质的合成过早终止，合成了1个含234个氨基酸，缺失血红素结合位点的无功能蛋白质。CYP2C19 *3等位基因,636G>A(rs4986893)，称m2突变，由cDNA第4外显子发生碱基突变，色氨酸密码子变成终止密码子导致蛋白质合成提前终止，合成了含前4个外显子编码，由211个氨基酸组成无催化活性的蛋白质。CYP2C19*17为目前仅发现的功能增强型等位基因，CYP2C19*17等位基因, -806C>T(rs12248560)，是位于CYP2C19基因 5’启动子区的单核苷酸位点突变。研究表明，由于碱基C突变可使 CYP2C19基因的转录速率加快，CYP2C19酶产物增多，导致该酶作用底物代谢加速[3]。其它CYP2C19等位基因如*6、*7、*8、*9、*15、*18只在中国人、哥伦比亚人、阿拉伯人、韩国人等的研究中被发现，其频率分布明显较低[4]。

1.3 CYP2C19等位基因频率分布

家系研究表明，CYP2C19等位基因均为常染色体隐形遗传，且该等位基因在不同人群分布频率上具有明显差异。既往研究表明CYP2C19*2在亚洲人发生频率为30%～35%，高于非洲黑人的17%～20%和白种人的13%～18%；CYP2C19*3在亚洲人发生频率为5%～10%，高于非洲黑人的1%和白种人1%；CYP2C19*17在白种人、非洲人发生频率为18%，显著高于亚洲人的2%[5]。Fricke等[4]纳入138份原始文献52181例健康志愿者，对CYP2C19等位基因频率分布合并分析得出相似结论，即CYP2C19*2等位基因分布频率主要在大洋洲人(61.30%)，其次是亚洲人(30.30%)，相比较非洲黑人(15.48%)、欧洲白种人(13.07%)和美洲白种人(13.01%)高；CYP2C19*3分布频率同样在大洋洲人(14.42%)、亚洲人(6.89%)较高；CYP2C19*17分布频率在欧洲白人(26.48%)和中东人(24.87%)较非洲黑人(17.71%)、亚洲人(0.96%)高，并分析大洋洲国家(澳大利亚、新西兰等)人群 CYP2C19*2、3等位基因频率分布较高可能是由于遗传漂变导致的。

2 CYP2C19对代谢的影响

2.1 CYP2C19在体内的作用

CYP2C19又称S-美芬妥英羟化酶，最早是Wrighton等在肝脏中分离出来，是CYP450第二亚家族(CYP2C)酶系中重要的药物代谢酶。CYP450是一种以血红素为辅基的B族细胞色素超家族蛋白酶，主要存在于肝脏，少量分布于肾、脑、肺、胃肠道、胎盘等组织中，该酶被连二亚硫酸钠还原后可与一氧化碳结合，形成的复合物在450 nm处有最大吸收峰，故命名为细胞色素P450，并主要参与内源性(甾体激素、胆固醇、脂肪酸等)、外源性(药物、环境致癌物等)化合物在体内的I相代谢反应[6]。 CYP2C19作为该超家族重要成员之一，主要代谢作用是减少某些外源性化合物的毒性，但也可将某些化合物代谢为毒性更强的化合物，可导致肿瘤等不良反应。该酶不仅参与S-美芬妥英的羟化，同时很多临床药物都可作为它的底物。有研究表明CYP2C19参与了10%临床药物的代谢[7]。

2.2 CYP2C19不同表型对代谢的影响

目前主要采用美芬妥因、奥美拉唑作为探针药物[8]，并根据CYP2C19对底物代谢能力不同可分为超强代谢型(ultrarapid metabolizer，UM)、强代谢型(extensive metabolism，EM)、中间代谢型(Intermediate metabolizers，IM)、弱代谢型(poor metabolizer，PM)4种表型。超强代谢者(UMs)为携带*17等位基因的纯合子或杂合子(*17/*17、wt/*17)，强代谢者(EMs)为携带可编码正常代谢酶活性*1的纯合子(wt/wt)， 中代谢者(IMs)为携带1个野生型基因和1个弱代谢等位基因(wt/*2、wt/*3),弱代谢者(PMs)为携带2个弱代谢等位基因的纯合子或杂合子(*2/*2、*3/*3、*2/*3)[1]。有研究表明，CYP2C19的遗传多态性是引起同一药物在不同人群表现出不同药物效应差异的主要原因之一，如发现PMs服用抗抑郁药阿米替林后副作用发生率明显增加[9]，服用抗癫痫药苯妥英钠后的PMs可出现神经毒性，UMs对华法林对映异构体的清除率高，并影响该抗凝药的国际标准化比值(INR)[10]，有报道称氯吡格雷和钙通道阻滞剂对PMs的降压效果具有协同作用，这可能是由于CYP2C19*2等位基因表现出的弱代谢影响了醛固酮的对这两种药物间代谢的调节作用[11]。有研究表明CYP2C19在血管内皮细胞中表达，可将花生四烯酸(AA)代谢为具有生物活性的环氧二十碳三烯酸(EETs)，从而在调节血管张力方面发挥作用[12]。目前研究发现参与AA代谢的环氧化酶系包括CYP2C8、CYP2C9、CYP2C19、CYP2C19等，EETs具有扩张血管、抑制炎症反应、防止血管内皮损伤等作用[13]，而CYP2C19基因*2、*3的突变可导致EETs的生成减少，有研究表明这可能会增加血管发生动脉粥样硬化的风险[14-15]。另有报道称UMs可更多几率表现出抑郁[16]，并在最近的一项转基因小鼠模型中得到证实，即UM可影响大脑的发育和情感行为[17]；Penas-Lledo等[18]同样证实了同时携带CYP2D6与CYP2C19超强代谢型突变基因的人群更易表现出自杀企图。由此可见，CYP2C19基因多态性不仅影响外源性药物代谢，同样会影响内源性化合物代谢的平衡。

3 CYP2C19对氯吡格雷代谢的影响

3.1 氯吡格雷在体内作用机制

氯吡格雷是第二代噻吩并吡啶类药物，需经过生物转化成活性代谢产物发挥抗血小板聚集作用[19]。氯吡格雷经小肠吸收，受质子泵P-糖蛋白(ABCB1基因调控)影响。约85%氯吡格雷前体在肝脏经羧酸酯酶(CES1基因调控)催化成无活性的代谢产物，15%经CYP450酶系(CYP1A2、CYP2B6、CYP3A4/5、CYP2C19，PON1等基因调控)不同比例催化，经两步代谢转化成一种具有抗血小板聚集活性的硫醇衍生物，该活性产物的吩环被裂解形成羧基和疏基，疏基与二磷酸腺苷(ADP)竞争结合，阻断ADP结合血小板表面受体P2Y12；同时也可阻断ADP对腺苷酸环化酶(AC)的抑制作用，促进环磷酸腺苷(cAMP)依赖舒血管物质刺激磷酸蛋白(VASP)的磷酸化，通过以上过程抑制了纤维蛋白原受体GPⅡb/Ⅲa复合物的活化，从而抑制血小板的活化和聚集。此外，氯吡格雷还可以通过修饰血小板受体，降低血小板寿命和抑制其它激动剂诱导血小板聚集，进一步发挥抗凝作用。药物代谢动力学研究表明，氯吡格雷75 mg维持剂量3～7 d或300 mg负荷剂量24 h即可达稳态血药浓度，此时血小板抑制率为40%～60%。

3.2 氯吡格雷抵抗

许多文献已证实氯吡格雷抵抗(clopidogrel resistance，CR)存在[20-21]，但目前国内外尚无统一定义，临床研究中多采用经验性定义的标准，通常认为患者长期经过有效剂量氯吡格雷治疗仍然发生不良血管事件，这种患者对氯吡格雷表现为低反应或无反应性称氯吡格雷抵抗。药效学则通过实验室对ADP诱导的血小板聚集率检测来评价氯吡格雷抗血小板聚集效果。目前血小板聚集功能检测方法包括光比浊法(LTA)、快速血小板功能分析仪(VerifyNow)、血栓弹力图(TEG)、流式细胞术血管扩张刺激磷酸蛋白(VASP)测定等。其中LTA被认为是金标准，LTA与VerifyNow检测目前应用最为广泛[22]。国内外文献多采用Muller[23]定义，将基线值与用药后(给予600 mg氯吡格雷负荷剂量后4 h)ADP诱导的血小板聚集率的绝对差值≤10%定义为氯吡格雷抵抗，10%～30%为药物反应不完全，>30%为反应良好。在临床治疗中CR发生率约为25%[24]，其机制尚不明确。Nguyen等[25]认为CR产生主要可能由于内外两方面因素，即内因主要为遗传差异，表现为基因多态性、血小板激活途径等；外因包括患者年龄、吸烟、用药依从性、药物剂量、药物吸收、药物间相互作用等因素。近期有研究表明体重指数、糖尿病和高尿酸血症同样与CR的发生密切相关[26]。Shuldiner等[27]通过对429例健康白种人进行全基因组关联分析(GWAS)得出结论认为，CYP2C19基因多态性与CR发生密切相关。且大量文献[28-29]进一步证实了CYP2C19基因多态性是CR的独立预测因素。

3.3 CYP2C19主要SNP位点对氯吡格雷代谢影响

3.3.1 CYP2C19*2、*3对氯吡格雷代谢的影响

国内外大量文献已报道了CYP2C19*2、*3等位基因的携带者可降低对氯吡格雷的反应性，可导致CR的发生，增大了缺血性心血管事件发生率。Tsantes等[30]通过对95例氯吡格雷治疗的冠心病患者分别进行LTA、VASP检测，发现CYP2C19*2携带者的二磷酸腺苷诱导的血小板聚集率较其他患者显著增高，即CYP2C19*2多态性对氯吡格雷治疗具有低反应性；Saydam等[31]研究347例PCI术后土耳其患者口服标准计量氯吡格雷治疗(75 mg/d)疗效，同样发现携带CYP2C19 * 2患者表现出氯吡格雷的低反应性；Chen等[28]通过对654例中国冠心病患者进行12个月随访观察发现，纯合子CYP2C19*2/*2基因型患者发生终点事件的比例较非CYP2C19*2携带者高(12.28% vs 3.27%；HR=5.191；95%CI=1.936～13.917)，而CYP2C19*1/*2基因型患者相比非CYP2C19*2携带者，发生终点事件无明显差异(4.12% vs 3.27%；HR=1.208；95%CI=0.517～2.822)，结论认为纯合子CYP2C19*2/*2基因型是冠心病患者双联抗血小板聚集治疗中出现心血管事件的独立预测因素。Liu等[32]通过对105例PCI患者进行氯吡格雷负荷剂量前后血小板最大聚集率检测发现，CYP2C19*3携带者较野生基因型的血小板聚集率上升，氯吡格雷抑制血小板聚集功能下降；Wang等[33]对321例缺血性脑卒中患者的队列研究得出相似结论，即携带CYP2C19*2、*3的弱代谢型患者在双联抗血小板聚集治疗中再发心血管事件风险较高。但也有不同报道，如Nagashima等[34]认为CYP2C19基因多态性对氯吡格雷反应性仍具有不确定性，甚至认为氯吡格雷药物代谢不良反应与是否携带CYP2C19突变基因无关。

3.3.2 CYP2C19*17对氯吡格雷代谢的影响

研究表明CYP2C19*17携带者与野生基因型相比具有氯吡格雷强反应性，可降低心血管事件的发生率，但出血风险会明显增加。Sibbing等[3]通过对1524例PCI患者研究发现，CYP2C19*17携带者较其它基因型可明显降低ADP诱导的血小板聚集率，同时可增加出血风险，而对支架后血栓形成无明显保护作用。Pedersen等[7]得出相似结论，即CYP2C19*17可增强氯吡格雷对血小板聚集的抑制作用，但研究发现氯吡格雷活性代谢物衍生物(CAMD)较其它基因型无明显差异。谢婧等[35]以心血管事件、支架后血栓和出血性事件为观察指标，通过对6篇文献的12116例患者Meta分析认为，CYP2C19*17携带者较其它基因型心血管事件发生风险降低(OR=0.85；95%CI=0.73～0.99)，出血事件风险增加(OR=1.25；95%CI=1.05～1.50)且CYP2C19*17多态性与支架后血栓发生不相关(OR=1.07；95%CI=0.47～2.41)。可见CYP2C19*17多态性在心血管疾病治疗方面具有两重性。

4 结束语

随着人类基因组单体型图计划进展与分子生物学诊断技术创新，临床上可以从CYP2C19基因组学水平开展SNP分析，实现个体化治疗，提高治疗效果。CYP2C19作为重要的药物代谢酶，目前已证实CYP2C19不同等位基因与氯吡格雷治疗后抗血小板聚集反应多样性相关，即CYP2C19*2、*3可降低氯吡格雷反应性，CYP2C19*17可增强氯吡格雷反应性，甚至增加出血风险；目前研究尚不能完全阐述氯吡格雷抵抗的发生机制，临床也缺乏基于CYP2C19不同代谢表型指导氯吡格雷用药指南；CYP2C19遗传多态性影响人体内源性物质代谢需要进一步研究论证；CYP2C19*2在亚洲人群发生频率较高，应用氯吡格雷抗血小板聚集治疗时临床医生应积极进行该基因的检测以指导用药。另外，需要更加精确、经济、快速的分子诊断技术，推进基因检测的普及。基于精准医疗模式的现代分子诊断技术将是现代医学发展的重要组成部分。