细胞色素P4502E1及其基因多态性与酒精依赖的关系

黄佩佩，吕 丽，刘传新

（济宁医学院精神卫生学院，山东 济宁 272067

酒精是全球使用最广泛且最易被接受的成瘾物质。酒精的有害使用与多种疾病的发病相关，如心血管疾病、脑血管疾病、消化系统疾病等躯体疾病［1］。酒精依赖是当今社会的一个严重问题，是指反复使用酒精导致躯体和心理方面对酒精的强烈渴求及病理性关注，失去对酒精使用的控制并以损害健康的方式为代价，甚至造成家庭破裂、失业、车祸等危害［2］。酒精依赖的发病与社会心理、环境因素和遗传因素相关，随着遗传学的发展，酒精依赖的遗传基因研究成为研究热点，乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH）的编码基因与酒精依赖的研究已相对成熟，细胞色素P4502E1（Cytochrome P4502E1，CYP2E1）同样作为酒精代谢的相关酶类，其编码基因及基因多态性与酒精依赖的研究逐渐进入研究者的视线中，CYP2E1及其基因多态性可能与酒精依赖相关，可能导致酒精依赖个体的药物代谢与酒精性或非酒精性肝脏损害，甚至可能出现严重的药物不良反应。回顾CYP2E1与酒精依赖相关研究，旨在了解CYP2E1及其基因多态性与酒精依赖及其相关疾病之间的关系，进一步明确酒精依赖遗传相关问题，为酒精依赖的早期干预提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源与检索策略

1.1.1 资料来源

于2019年12月在中国知网、万方、维普等中文数据库和PubMed、Web of science等英文数据库中进行检索，检索时限为从建库至2019年12月。

1.1.2 检索策略

检索关键词为细胞色素P450（Cytochrome P450）、细胞色素 P4502E1（Cytochrome P4502E1或CYP4502E1）、CYP2E1、基因（Gene）、酒精依赖（Alcohol Dependence，AD）、酒精（Alcohol）。中文检索式：细胞色素P450 or CYP2E1 and基因and酒精；英文检索式：Cytochrome P450 or CYP2E1 and Gene and Alcohol Dependence。

1.2 文献纳入标准和排除标准

文献纳入标准：①研究对象为酒精依赖患者；②可提取有效数据；③中英文文献；④在学术期刊公开发表。排除标准：①重复文献；②会议论文；③数据资料缺失的文献；④质量低的文献；⑤综述文献。

1.3 文献筛选与质量评估

文章的筛选由第一作者和第二作者共同完成。第一作者通过排除重复文献进行文献初筛；第二作者通过阅读文献的标题与摘要，对文献进行二次筛选。最后筛选出的全部文章交由第三作者进行审阅。第三作者通过对文献的研究对象、研究方法、样本量和研究的局限性对文献进行质量评估。入选文献整体质量良好、目的明确、实验流程与实验结果清晰。由于这些研究在研究对象、实验步骤以及分析方法上存在一定的异质性，不适合进行Meta分析，仅做描述性系统评价。

2 结 果

2.1 文献纳入的基本情况

初步共检索出文献1 296篇。其中最早的文献发表于1991年，最新文章发表于2019年；发表于2009年-2019的英文文献397篇、中文文献48篇。通过对标题、摘要及全文进行阅读，最终纳入文献27篇。见图1。

图1 文献筛选流程图

2.2 酒精依赖多基因遗传

传统疾病研究方法双生子、寄养子及家系调查证明酒精依赖的发病与遗传因素相关。酒精依赖的遗传倾向是由多基因决定的，酒精依赖的相关基因大致可以分为两部分，首先是参与酒精代谢的相关酶基因，其次是乙醇及其代谢产物在体内蓄积尤其是在脑部蓄积后，与精神依赖密切相关的酶、受体、转运体的编码基因。酒精的代谢场所主要在肝脏，参与代谢的主要酶系统是乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH），另外还有两种替代途径将乙醇氧化成乙酸，一种是通过微粒体乙醇氧化系统（Microsomal Ethanol Oxidizing System，MEOS）介导进行酒精代谢，另一种是由过氧化物酶体、过氧化氢酶介导的［3］。微粒体主要来源于内质网（Endoplasmic reticulum，ER），细胞色素P450酶（CYP）是MEOS的主要成分，约占乙醇氧化的10%［4］。过氧化氢酶对乙醇催化的反应能力因H2O2含量低受到限制，因此，过氧化氢酶在酒精的整体代谢中仅起次要作用［3］，这些酒精代谢相关酶的编码基因可能和酒精依赖基因遗传相关联。

2.3 CYP2E1

细胞色素P450（CYP450）是一类血色素酶，在混合功能氧化酶系统中作为末端氧化酶，作用是催化内源性物质（如脂肪酸和类固醇）和外源性物质（如毒物、药物和致癌物）的代谢。CYP450主要分布在内质网和线粒体内膜上，内质网和线粒体内膜为CYP450提供支架，促进了CYP450与氧化还原反应伴侣之间的相互作用以及和其他P450的相互作用［5］。CYP2E1是MEOS系统参加乙醇诱导P450家族中最主要的诱导性P450［6］，是一种把乙醇氧化成乙醛的最高活性的P450，可能与酒精依赖及其相关疾病有关联，除了乙醇代谢之外还可以代谢多种药物、多不饱和脂肪酸、对乙酰氨基酚和大多数有机溶剂［7］。CYP2E1主要存在于肝脏中，是肝细胞内化合物和毒物的代谢酶。同时大多数器官比如大脑、肠道和肾脏中也存在着大量CYP2E1。但是CYP2E1在中枢神经系统中的表达和活性尚不完全清楚［8］。除去乙醇对CYP2E1的诱导外，CYP2E1也可在多种代谢和营养下所诱导，如慢性肥胖、摄食过量、糖尿病等。一些激素水平例如胰岛素、胰高血糖素、睾丸激素等也对CYP2E1的水平有所影响［6］。CYP2E1的高表达减弱了肝内胰岛素信号敏感性，加重胰岛素抵抗，同时CYP2E1使肝内脂肪酸和代谢异常，CYP2E1对其诱导加强，可能导致脂肪肝的发生［9］。

2.3.1 CYP2E1与酒精代谢

米氏常数（Km）是指酶促反应达最大速度（Vm）一半时的底物（S）的浓度。Km可以反映酶与底物亲和力的大小，即Km值越小，则酶与底物的亲和力越大；反之，亲和力则越小。CYP2E1的酒精Km值为10 mM，是乙醇ADH的Km值的10倍，两者均在社交性饮酒中所见的酒精浓度范围内。在酒精浓度低时，CYP2E1对酒精的氧化能力约占肝脏内总酒精氧化能力的10%。由于CYP2E1较高的Km值，可以随着体内酒精浓度的增加而增加，因此，在体内酒精浓度高时，CYP2E1便会增加对酒精的氧化作用，此时体内酒精代谢的大部分就是CYP2E1的氧化作用引起，是低浓度酒精氧化时的10倍［4］。相关动物实验显示，长期乙醇喂养的小鼠CYP2E1的表达活性比对照组小鼠高［6］。也有研究显示，酒精脱氢酶阴性的小鼠在长期饮酒后，微粒体乙醇氧化系统活性增加，同时伴随细胞色素P450（尤其是CYP2E1）的升高和平滑内质网（SER）的增殖［10］。过量饮酒可导致内质网的应激反应，从而引起躯体上的酒精相关疾病，如肝脏、胰腺、大脑和心脏的酒精性疾病［11］。

2.3.2 CYP2E1的氧化应激作用

CYP2E1对乙醇氧化为乙醛的活性是使用NADPH中的H+和O2，导致产生大量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）。另外产生的ROS与细胞大分子反应使蛋白质变性，使酶失活，引起DNA和RNA的损伤，产生细胞毒性，引起细胞损伤。在正常状态下，体内许多酶促和非酶促机制维持ROS的生理水平，ROS的产生和去除速率以及ROS对细胞的损伤和修复之间形成一种稳定平衡。高浓度的ROS对机体绝对有害，与困扰人类的许多疾病相关，如糖尿病、心血管疾病、神经退行性疾病和急慢性乙醇治疗的毒性［6］。过量的ROS可以引发氧化应激，导致细胞凋亡和坏死。NADPH的消耗会干扰呼吸链，这是CYP2E1活性引起氧化应激的关键。超氧化物歧化酶（SOD）可清除体内的ROS，在预防氧化应激中起了重要作用［12］。

2.3.3 CYP2E1氧化应激与酒精依赖相关疾病的关系

CYP2E1在乙醇诱导的氧化应激和酒精性肝损害中起重要作用，是酒精诱导肝损害的ROS的重要来源。相关动物实验研究显示，CYP2E1在对酒精的催化循环中产生活性氧（ROS），促进氧化应激，加重了FAS抗体（Jo2）或细菌脂多糖（lipopolysaccaride，LPS）介导的肝脏毒性，并且在对乙醇的长期慢性处理过程中CYP2E1水平逐渐升高，并协同Jo2和LPS引起更为严重的协同肝损害［6］。因此CYP2E1被认为是乙醇诱导的肝损害的主要起因；Leung等［13］将敲除CYP2E1基因的小鼠作为实验组，野生型小鼠为对照组，喂食4周乙醇，在野生型小鼠中观察到酒精性脂肪肝，而在CYP2E1基因（cyp2e1-/-）小鼠中则没有发现。把人CYP2E1基因重新引入cyp2e1-/-小鼠体内，并在小鼠中表达CYP2E1，称之为cyp2e1-/-KI小鼠。经对KI小鼠进行长期乙醇喂养之后，KI小鼠出现肝损害和氧化应激作用的增强与人CYP2E1水平升高有关，从而得出CYP2E1是酒精引起氧化性肝损伤的促成因素。类似的动物实验也证实了CYP2E1是酒精性肝病的危险因素之一［14］。Abdelmegeed 等［15］研究表明，暴饮酒精之后，肝脏CYP4502E1在促进氧化应激、肠道渗漏和内毒素血症的发生中起重要作用。也有相关研究显示，由于肥胖、慢性酒精消耗等因素引起肝毒素的敏感性增加和CYP2E1的过度表达，CYP2E1诱导氧化应激水平的增加伴发细胞凋亡，从而最终可导致组织重塑和酒精性心肌病，有时还会引起癌症的细胞转化［16］。可见CYP2E1在酒精代谢的过程中氧化应激反应和酒精性肝脏损害存在一定的联系。

2.4 细胞色素P4502E1基因多态性

2.4.1 细胞色素P4502E1基因多态性与酒精依赖

CYP2E亚家族仅包括CYP2E1一个基因，位于10号染色体（10qter）的10q24.3-qter区域。作为酒精依赖的候选基因之一，CYP2E1基因及其多态性受到广泛关注。一个基于家族的全基因组连锁分析使用主观高评量表（SHAS）测量酒精反应水平发现，酒精反应水平与10号染色体末端区域之间存在显著联系。经连锁和关联分析表明，酒精反应水平可能受CYP2E1基因本身序列变化或者其附近序列变化的影响［17］。武文煜［18］通过聚合酶链反应-限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）的方法研究发现，CYP2E1基因B型（杂合子c1/c2）基因与酒精依赖及日最大饮酒量相关，但c2等位基因仅与酒精依赖相关，和日最大饮酒量不相关。一项对101名墨西哥裔美国人的研究表明，酒精依赖者CYP2E1 RsaI c2等位基因频率明显高于非酒精依赖者，饮酒起始年龄小于25岁的酒精依赖者CYP2E1 c2等位基因频率明显高于饮酒起始年龄大于25岁的酒精依赖者［19］。CYP2E1 RsaI位c2、DraI位C等位基因频率和RsaI/DraI基因型与酒精中毒有较强的关联性。另外也有不同的发现，仅在CYP2E1/TaqI中观察到酒精和非酒精性切口之间的显著差异，酗酒者突变等位基因（CYP2E1/TaqI的A1）的频率显著高于非酗酒者，等位基因A1与酒精依赖患者酗酒的敏感性增加有关，而在CYP2E1/DraI和CYP2E1/RsaI中未发现酒精和非酒精性切口差异［20］。

在对墨西哥裔美国人中CYP2E1四个SNP（CYP2E1*1D、*5B、*6和*1B）进行联合研究时发现，单个SNP不能单独导致酒精依赖的易感性，且c2和C等位基因之间有着较高的连锁不平衡，其中特定单倍型H6（1C-c2-C-A2）在饮酒年龄较晚和酒精摄入量较大的酒精依赖患者中发生频率较高，H6可能会增加酒精中毒的易感性，而H7（1C-c2-CA1）和H10（1C-c2-D-A1）可能会降低这种易感性。另外，在去除吸烟因素之后，H6、H7、H9（1C-c2-DA2）的发生频率在酗酒者和对照组之间存在显著差异，可以认为，H6、H7、H9单倍型在酗酒者临床表型中起一定作用［21］。但Huang等［4］研究表明，台湾汉族人群CYP2E1 SNPs：CYP2E1*1D，CYP2E1*5B（rs2031920），CYP2E1*6（rs6413432）和 CYP2E1*1B（rs2070676）与首次饮酒年龄、酒精依赖年龄和每日饮酒量之间均无相关性。Crawford等［22］研究显示，CYP2E1基因中rs6413419与酒精依赖之间存在关联，但 rs3813865、rs3813867、rs915906、rs743535及rs2515642与酒精依赖未发现明显关联。

2.4.2 细胞色素P450基因多态性和酒精依赖相关疾病

前额叶皮层和杏仁核介导了吸烟和饮酒的成瘾作用，Toselli等［23］研究表明，酒精依赖患者较正常人杏仁核中CYP2E1基因表达升高。CYP2E1-1053T等位基因是否是酒精依赖的危险因素目前仍存在一定的争议。Plemenitas等［24］研究表明，CYP2E1-1053T与酒精依赖发病风险不相关，但CYP2E1 c.-1053C＞T多态性可能影响酒精依赖患者强迫和焦虑症状。也有研究发现，携带CYP2E1-1293C等位基因的酒精依赖患者高血压发生风险增高，这是由于细胞色素诱导增加从而导致高活性自由基氧化产物的产生，引导氧化应激和内皮诱导，同时这是原发性高血压的发病基础［25］。另有相关动物实验表明，长期摄入乙醇可引起睾丸功能衰竭，并且睾丸中CYP2E1 mRNA的过度表达与生精指数呈负相关［26］。通过睾丸CYP2E1和精子生成能力的相关性，可以假设CYP2E1参与了酒精依赖患者生育能力减退、甚至不育的非特异性发病机制。

3 结 论

综上所述，CYP2E1作为乙醇在MEOS中代谢酒精的关键酶，CYP2E1基因及其多态性与酒精依赖的发病年龄、日饮酒量和酒精依赖的发病风险相关，通过对有酒精依赖家族史的人群进行基因检测可预知患病风险，提前给予干预。CYP2E1对于酒精依赖的遗传学研究进展有重要意义。一些证据表明CYP2E1的基因遗传多态性存在种族差异［27］。在CYP2E1基因与酒精依赖的相关性研究中，得出了不同的结果，可能是由于被试者种族差异、样本量大小、是否排除影响酒精依赖内表型分型因素以及基因分型的差异所致。因此，在未来对酒精依赖基因进行研究时，可以扩大样本量以增加数据的可信程度，对酒精依赖内表型进行分型（如家族史和反社会人格等），选用全基因组关联分析（GWAS）方法，探究酒精依赖相关基因，了解基因编码蛋白质的作用机制，为酒精依赖靶向治疗提供新思路。