CYP450氧化还原酶基因多态性对CYP酶影响的研究进展

杜 雪，刘 涛

(1.川北医学院第二临床医学院，四川 南充 637000； 2.川北医学院第二临床学院南充市中心医院心血管内科，四川 南充 637000)



·综 述·

CYP450氧化还原酶基因多态性对CYP酶影响的研究进展

杜 雪1*，刘 涛2

(1.川北医学院第二临床医学院，四川 南充 637000； 2.川北医学院第二临床学院南充市中心医院心血管内科，四川 南充 637000)

DOI 10.14009/j.issn.1672-2124.2016.12.051

肝药酶CYP即细胞色素P450氧化酶(CYP450)，属于单加氧酶(monooxygenase)，也称肝微粒体混合功能氧化酶，多位于内质网和线粒体内膜上，参与药物、致癌物、类固醇激素和脂肪酸等多种内、外源性物质代谢。肝药酶CYP氧化还原酶(POR)是所有肝微粒体酶的唯一电子供体，通过还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)将电子传递给CYP 450酶，CYP 450酶得到电子后再与底物发生氧化还原反应，从而发挥代谢活性[1]。POR基因具有遗传多态性，POR基因突变导致CYP450酶活性差异，进而对药物代谢与疗效造成显著影响。

1 POR的结构与功能

人POR分子量约78 Ku，包含680个氨基酸，属黄素蛋白，主要分布于滑面内质网。从N端至C端，共有5个结构域，分别为N端膜连接域，黄素单核苷酸(FMN)结合域，中间连接域，黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和NADPH结合域，肝药酶CYP(底物)结合域；以及3个功能域为FMN结合域，FAD连接域和NADPH结合域。POR参与CYP450酶对底物的代谢过程，并且是CYP450酶氧化还原反应过程中唯一的电子供体，其电子传递过程如图1[2]所示。POR的2种黄素还原酶FAD和FMN依次承接来自NADPH的电子，传递给CYP450酶的亚铁离子，以完成对底物的代谢作用。Hedison等[3]通过改进荧光能量共振转移试验装置(FRET system)，进一步研究了CYP450氧化还原反应的过程，并且对POR与CYP450之间完整的电子传递循环过程进行实时分析，验证了两者在内质网上电子传递的机制，由此可见，POR在CYP450对底物的代谢过程中有着不可替代的重要作用。

NADPH →FAD→FMN→CYP；ER.内质网；CYTO.细胞质图1 POR与CYP450之间的电子传递过程

POR不仅是CYP450的电子供体，同时还是体内多种代谢酶的电子供体，如亚铁血红素酶、鲨烯单加氧酶、7-脱氢胆固醇酶、细胞色素b 5等，还参与多种内、外源物质的代谢，其中包括90%以上的临床药物代谢。研究结果表明，POR可能是低氧激活的抗肿瘤药物潜在的高敏标记，还能调控人体造血干细胞的功能与分化[4-5]；另有研究结果表明，POR与骨质发育连接蛋白Cx43的表达相关[6]；Panda[7]以小鼠为模型研究证实POR在骨骼发育的过程中发挥重要功能，并且与成纤维细胞生长因子(FGF)信号通路存在重要关联。

2 POR的基因多态性

人POR基因位于7号染色体(7qll.2)上，全长73.2 kb，包含16个外显子，其中15个能编码蛋白质。据报导美国国立生物技术信息中心数据库已收录超过800个POR单核苷酸多态性(SNP)和48个POR等位基因位点，并且个体和种群差异明显。Huang等[8]通过对842例来自4个不同种族的健康人群进行POR基因检测，共发现140个POR SNPs，其中POR*28(A503V)在各族人群中具有较高的等位基因频率(非洲裔美国人为19.1%，高加索人为26.4%，墨西哥美国人为31.0%，美籍华人为36.7%，汉族人群中高达72.4%[8-9])。徐彬彬等[10]检测123例人肝样本POR基因，发现8个SNP位点，突变频率最高的4个SNPs为rs1135612A>G4 8.8%，rs10954732G>A5 0.8%，rs4732515T>C 86.2%，rs4732516C>G 86.2%，其单倍体分析结果显示对POR的表达与活性具有明显影响。Zhang等[11]研究结果发现，POR基因突变可影响其的表达与活性。其中POR 2286822C>T，2286823G>A和3823884A>C 杂合子携带者POR蛋白表达水平比纯合子高；286823G>，1135612A>G和10954732G>A突变纯合子携带者POR的活性较野生型和杂合子均更低；而其常位突变位点POR*28对能够显著增加POR的活性。越来越多新的有意义的POR SNPs被研究报道，随着研究进展，这些有意义的POR基因突变位点将可能对未来药理学毒理学的研究起到指导性的意义。

3 POR基因多态性与CYP450氧化还原酶缺陷

POR基因突变对其表达水平及活性具有显著影响，并且POR是所有CYP450酶的电子供体，一旦POR基因缺陷将导致自身表达和活性的改变并造成CYP450酶活性缺失，从而引发严重后果。研究报道POR基因敲除对胚胎期小鼠具有致死性[12]；严重的POR基因突变将导致CYP450氧化还原酶缺陷(cytochrome P450 oxidoreductase deficiency, PORD)，其为一种少见的先天性疾病，可导致严重的并发症，包括以骨骼肌发育异常为特点的安特利-比克斯勒综合征(antley-Bixler syndrome，ABS)、先天性肾上腺皮质增生症、性发育异常疾病、威廉斯综合征等。其致病因素可能是影响了代谢酶如：CYP21A2、CYP17A1、CYP19A1、CYP51A1和CYP26A1-C1等的电子传递过程，从而影响人体内正常的类固醇激素代谢过程，造成人体发育异常[13]。另有研究报道,Q153R、A287P、R457H和Y181D突变均与ABS的发病相关[14-16]，其中R457H在患有激素紊乱病史的日本人群中分布频率高达62.5%，而在其他人群中分布频率较低；A287在欧洲人群中突变频率较高约40%[17]，但是其发病机制尚未解释清楚。目前研究结果显示，PORD常固定发生在特定的POR基因突变的个体，通过产前基因检测，可以预防部分PORD的发生[18]。Xiao等[19]研究结果发现，POR A503V突变可以减少膀胱癌的风险，称其可作为预测膀胱癌的生物标记标记。Haiman等[20]研究结果显示，同义突变G5G只存在于非洲裔美国人群中，并且其突变纯合子会增加女性乳腺癌患病风险。

4 POR基因多态性对CYP酶的影响

POR是所有肝微粒体肝药酶CYP的电子供体，参与CYP450的药物代谢过程；CYP450酶亚家族以CYP1、CYP2和CYP3为主，而药物在体内的代谢过程分2个时相，分别为I相反应和Ⅱ相反应，其中I相反应包括氧化、还原和水解；Ⅱ相反应为结合反应；药物分子结构中的极性基团在体内经共价结合后易于排除体外。约80%左右药物代谢的I相反应是通过CYP450酶亚家族1、2和3；POR基因突变影响CYP450酶的活性进而对药物代谢产生影响。研究证实POR众多突变位点对CYP450酶的活性均有影响。以下将分别总结POR基因多态性对CYP450酶三个亚家族代谢活性的影响。

CYP19A1能将人体内雄激素代谢为雌激素，Fluck等[21]研究POR基因突变(Q153R、Y181D、P228L、R316W、G413S、G504R、G539R、Y607C、R616X、V6311、delF646)对CYP19A1活性的影响，其中Q153R能增加CYP19A1的活性为野生型的2倍，Y181D和R616X导致CYP19A1活性完全丧失，G539R、Y607C、V6311、delF646致CYP19A1丧失60%～90%的活性，其余突变与原来相似，可见POR不同基因突变对于CYP19A1活性的影响差异较大；Dhir等[22]研究结果表明，Y181D、H628P、S244C基因突变，可同等程度地降低CYP17A1和CYP21A2的代谢活性；A287P可降低CYP17A1代谢活性，但对CYP21A2代谢活性与野生型差异不大；以氢化可的松为底物，通过气相色谱-质谱法分析尿液中代谢产物发现，A287P纯合子携带个体有较高的氢化可的松代谢率。另有研究结果表明，A503V突变能降低CYP21的活性[23]。

CYP1A2占肝脏CYP酶总量的13%，能代谢包括咖啡因、华法林、环苯扎林、萘普生、对乙酰氨基酚、茶碱等20多种药物，同时还负责一些内源性激素的羟化过程；经CYP2C19代谢的药物包括环磷酰胺、氯吡格雷、质子泵抑制剂和孕酮等。Agrawal等[24]研究发现35个POR突变位点，其中A287P、R457H可减弱CYP1A2 和CYP2C19的代谢活性致几乎无法检测的水平，Q153R能够显著增加CYP1A2 和CYP2C19的代谢活性为野生型的144%和284%，而A503V对CYP1A2和CYP2C19代谢活性的影响与野生型差异不大，分别为85%和113%[25]；Hatta等[26]研究瑞士和朝鲜人群POR*28等位基因频率分别为29%和44%，瑞士人群中POR*28等位基因携带者CYP2C9酶的代谢活性较野生型者高1.4倍，而在朝鲜人群中未发现这种改变。研究证实CYP2C9基因突变与氯吡格雷抵抗相关[27]；此外，CYP2C9.2和CYP2C9.35与POR突变基因(C-173A、C-208T、rs2868177)相互作用对华法林的临床疗效影响显著[28-29]。

CYP2B6是外源性毒物代谢酶之一，参与多种毒物(如农药)的代谢，并且还参与约7%左右临床药物的代谢；检测安非他酮代谢产物，Lv等[30]发现POR g.6593A>G对CYP2B6的代谢活性具有显著影响，Chen等[31]报道A287P、Y181D突变体致CYP2B6的代谢活性降低为野生型的70%，A115V和G413S对其代谢活性的影响与野生型差异无统计学意义。由此，基因检测对于量化药酶底物临床剂量具有重要意义。El-SerafiI等[32]体外重建POR/CYP表达体系，发现POR基因表达水平影响CYP2B6对环磷酰胺的生物代谢。

CYP2D6含量较少，在肝脏总量中仅占约2%左右，但却参与临床约25%左右的药物代谢过程，包括β受体阻断剂、抗抑郁药、抗心律失常药、镇痛药、止吐药、抗肿瘤药等；Sandee等[33]在大肠杆菌中表达Q153R、A287P、R457H和A503V等4个POR突变体和CYP2D6重组蛋白，其研究结果显示POR基因突变对CYP2D6活性的影响具有底物依赖性：以EMOCC作为底物时，A287P，R457H突变体几乎完全抑制CYP2D6活性；以右美沙芬和丁呋洛尔为底物时，A287P基因突变减弱CYP2D6的活性约为原来的25%。Q153R突变体对CYP2D6的活性具有显著影响，在分别以EMOCC、右美沙芬和丁呋洛尔作底物时，其代谢活性能分别增加至原来的128%、198%和153%；而A503V以上述三种底物检测CYP2D6的活性结果显示，分别减弱为野生型的85%，62%和53%。

CYP3A酶是临床药物的主要代谢酶，参与50%以上的药物代谢；Agrawal等[34]通过体外重建CYP3A4和POR 4个突变体(Q153R、A287P、R457H、A503V)重组蛋白，并以睾酮、咪达唑仑、奎尼丁和红霉素作为CYP3A4酶的代谢底物，其研究结果发现，以红霉素和咪达唑仑为底物时，Q153R减弱CYP3A4的活性为野生型的76%～94%，但是以睾酮和奎尼丁为底物时，Q153R增加CYP3A4的活性为野生型的129%～150%；以睾酮和咪达唑仑为底物时，A503V减弱CYP3A4的活性为野生型的61%～77%，以奎尼丁和红霉素为底物时对CYP3A4活性的影响与野生型无明显差异，分别以上述4种物质为底物时，A287P和R457H均能使CYP3A4活性减弱；由此可见，POR 4个突变体对CYP3A4酶的代谢均有底物依赖性，分析可能与不同突变体与CYP3A4相结合时所引起的空间构象变化不同相关。Chen等[31]研究发现，POR突变体A287P、Y181D在一定的浓度范围内完全抑制了CYP3A4对睾酮的代谢活性，检测结果显示未生成任何代谢产物；而突变体K49N、A115V和G413S则能显著增加CYP3A4对睾酮的代谢活性31%、36%和65%。其常位突变位点POR*28(c.1508C>T，A503V，rs1057868)位于FAD-结合域。Zhang等[35]研究在能够表达CYP3A5代谢酶的个体中POR*28基因突变与他克莫司剂量使用的关系，结果显示POR*28基因突变能够减少肾移植个体他克莫司的剂量，共变体CYP3A5-POR*28基因型可作为临床调整药物剂量的监测标记；Oneda等[36]评价高加索人POR基因多态性对CYP酶影响的研究显示,c.1508TT(POR*28*28)较c.1508C等位基因携带者可增加1.6倍的CYP3A酶活性；付志敏等[37]研究结果表明，POR*28基因突变可降低CYP3A4酶的活性，亦可增加CYP3A5酶的活性。由此可见，检测POR*28突变基因可用于了解CYP3A酶活性情况，有助于调整临床个体化用药方案。

综上所述，POR基因多态性对于CYP450酶的代谢活性具有显著影响，但目前多数研究主要针对单个基因位点，在临床工作中应系统性地评价POR多个基因位点对CYP450酶影响的相互效应；发现更多的新位点，建立完整的基因多态性数据库，并将体外实验与临床实际相结合，寻求新药研发的完善；根据基因信息指导临床用药，获得最理想的药物效应，可为实现临床个体化治疗起到指导性的作用，并具有重要的现实意义。

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2016-07-09)

*硕士研究生。研究方向：心血管内科。E-mail:zitongss@sina.com

#通信作者：教授，硕士生导师。研究方向：心血管疾病的临床与基础研究。E-mail:nclt456@sina.com