细胞色素P450在急性肺损伤中作用的研究进展

何桂媛，李文新，万晓蓉，曾凡军

(三峡大学第一临床医学院，湖北宜昌 443003)

急性肺损伤(ALI)是由各种直接和(或)间接致伤因素导致肺部组织结构和功能的损伤，引起急性低氧性呼吸功能不全[1]。主要由重症肺炎、脓毒血症、肺挫伤、有毒气体吸入等原因引起，目前尚无特效的治疗药物和方法，病死率较高，故寻找一种可靠的治疗方法迫在眉睫[2,3]。细胞色素P450(CYP)是一类亚铁血红素，属于硫醇盐蛋白的超家族，主要存在于肝细胞光面内质网内。CYP催化体内多种物质，与疾病发生、机体耐药性的产生以及肿瘤易感性有密切联系[4]。当机体遭受炎症、感染、应激等时，肝脏内CYP的表达和酶活性会受到影响。有研究表明，CYP1A1基因敲除小鼠更易发生ALI，通过介导CYP1A2的表达可能对ALI起重要调节作用[5]，CYP或许为治疗ALI的潜在靶点。现就CYP在ALI中作用的研究进展进行综述。

1 CYP简介

CYP最早是由Klingenberg等在小鼠和猪的肝脏微粒体中发现的，因还原型CYP与一氧化碳复合物在450 nm处可见一吸收峰，故命名为细胞色素P450[6]。它参与内源性物质和外源性物质的代谢，其中内源性物质包括脂肪酸、类固醇、前列腺素和胆汁酸，而外源性物质则包括药物、环境致癌物以及食品添加剂[7]。人类编码的CYP基因分属于18个基因家族的44个亚家族，其中涉及体内大多数药物代谢的主要为前3个基因家族(CYP1、CYP2、CYP3)中的7个重要的亚型。CYP家族具有相似的三维结构及氧化活性中心，主要由4个β折叠、13个α螺旋组成。其中核心区域由6个(D、E、I、J、K和L)α螺旋组成。螺旋I包含高度保守的苏氨酸，N端有酸性氨基酸残基，位于活性中心吡咯环B的上方，参与催化作用。螺旋K含保守的E-X-X-R，可能起稳定核心结构的作用，位于血红素近侧。螺旋L构成血红素结合区的一个部分，有两套结构保守的β折叠，一套为β折叠1，包含5个股;另一套为β折叠2，包含2个股。这些折叠有助于形成疏水性的底物进入通道，催化相关反应[8]。CYP位于电子传递系统的中心，主要催化烷基的羟基化和环氧化，羟基的氧化，氨部位上的羟基化和氧化，硫部位上的氧化以及氧化性脱氨、脱氢和脱卤素等反应[9]。研究发现，CYP可以通过氧化还原反应缓解高氧导致的肺损伤。同时，CYP也可以减少Rho/ROCK活化，改善肺损伤的血管渗透性改变。除此之外，其还可减少ROS的产生从而抑制肺部炎症瀑布反应，减少肺损伤的发生[10,11]。

2 CYP在高氧致ALI中的作用

氧疗在婴儿早产、呼吸衰竭、重症肺炎等疾病中已成为挽救生命的重要治疗手段，其可以保证大脑、心脏和肾脏等重要组织有足够的供氧，在临床上广泛应用。然而持续的高氧暴露则可引起新生儿支气管发育不良(BPD)及成人ALI发生[12]。

2.1 CYP1在高氧致ALI中的作用 CYP1基因家族包含CYP1A、CYP1B两个亚家族。芳香烃受体(AhR)是一种配体激活的转录因子，其通过与多环芳烃类物质结合激活CYP1的基因转录。Bhakta等[13]在高氧诱导三种人肺细胞系的研究中发现，依赖AhR的方式转录诱导Ⅰ相(CYP1A1)和Ⅱ相[NAD(P)H醌氧化还原酶1(NQO1)]解毒酶的表达，从而产生抗氧化的保护作用。Lingappan等[14]将8周龄雌雄性57BL/6J小鼠、CYP1A1-/-小鼠、CYP1A2-/-小鼠分别暴露于高氧环境72 h后，发现CYP1A1-/-和CYP1A2-/-组小鼠的嗜中性粒细胞、TNF-α mRNA水平以及肺干湿性比例明显高于57BL/6J组。与此同时，Lingappan等进一步对性别分组发现，CYP1A基因缺失的雌性小鼠则更易发生ALI。既往研究表明，雌性小鼠雌二醇和孕酮均增加小鼠肝癌Hepa1c1c7细胞中CYP1A1的活性和表达，其原因可能是由于CYP1A1/A2甲基化17-β雌二醇产生2-甲氧基雌二醇，而2-甲氧基雌二醇具有明显的抗炎作用[15,16]。该现象说明CYP1A基因家族在高氧肺损伤的调节中起重要作用，且其在雌性小鼠中更有优势。Dinu等[17]将人支气管上皮细胞系BEAS-2B高氧处理后，结果显示高氧条件下可以诱导细胞中CYP1B1蛋白表达水平显著下降；而敲除CYP1B1 mRNA表达则能保护细胞免受高氧损伤。以上证实，CYP1B1有可能是预防和(或)治疗婴儿BPD的新靶点。因此CYP通过促进氧化应激反应来诱导高氧肺损伤的发生，而CYP抑制剂则可减少高氧肺损伤的发生、发展。

β-萘酚黄酮(BNF)作为CYP1A酶诱导剂，可以调控CYP1A的表达进而介导高氧肺损伤。Maturu等[18]给予早产小鼠高氧干预，同时实验BNF组进行BNF腹腔注射，发现BNF组小鼠肝脏CYP1A1/1A2表达增加，且肺组织CYP1A1和NQO1的mRNA及蛋白表达明显升高，BNF组小鼠肺损伤程度明显低于对照组。以上足以证明，BNF可以通过诱导CYP1A来防止肺血管和肺组织异常发育生长，在干预高氧肺损伤中扮演重要角色。另一方面，奥美拉唑作为AhR配体，可激活AhR增加CYP1A1抗氧化基因表达，被认为是治疗高氧肺损伤的有效药物[19]。研究发现，在出生前和产后联合使用奥美拉唑可以减轻早产家兔的高氧肺损伤，同时对于啮齿动物，其用药剂量最高可达到50 mg/(kg·d)，而目前临床上婴儿使用奥美拉唑的剂量通常为1～2 mg/(kg·d)[20]。关于奥美拉唑最佳治疗剂量尚未明确，还需要大量实验来进一步验证。

2.2 CYP2在高氧致ALI中的作用 CYP2是CYP基因中最大的一个家族，共包含13个亚家族，广泛参与体内的代谢过程。对CYP2亚家族进行研究较多的包括CYP2B、CYP2C、CYP2J[21]。机体抗氧化能力主要依赖于抗氧化剂和抗蛋白酶的产生。CYP2B6是一种高度可变和多态的CYP酶，在某些内源性代谢物、异生素和有害化合物的降解中起着至关重要的作用，从而减少细胞氧化损伤的发生[22]。CYP2B6基因(rs3745274)第4外显子第516位核苷酸(G516T)上的胸腺嘧啶可错义突变为鸟嘌呤(G→T)，导致谷氨酰胺至组氨酸取代172位氨基酸位置，来改变底物结合影响代谢活性。因此，T等位基因(TT)的纯合子个体比野生型G等位基因(GG)纯合子具有更低的偶联活性，而杂合子(GT)具有中等活性[23]。Zachaki等[24]对132例早产新生儿进行基因检测，发现CYP2B6 TT基因型较GT基因型更易患支气管肺发育不全(BDP)。实验结果证实，T等位基因型患儿偶联活性降低导致底物代谢减慢，抗氧化酶活性同样下降。这表明CYP2B6可作为治疗高氧肺损伤引起支气管发育不良的潜在靶点。

3 CYP在脓毒血症致ALI中的作用

脓毒血症主要由存在于革兰阴性杆菌外膜上的内毒素(LPS)引起，LPS可刺激单核-巨噬细胞释放大量炎性因子。肺是脓毒血症最易受累的靶器官，表现为ALI或ARDS[25]。脓毒血症导致ALI主要有两个主要特征：肺血管通透性增加和严重的肺部炎症。研究发现CYP2J2可减少Rho/ROCK活化，并降低血管内皮钙黏蛋白和肌球蛋白轻链磷酸化，改变细胞的骨架结构，导致血管渗透性的可逆变化。因此，CYP2J2过表达会减弱LPS诱导的ALI的鼠模型中的微血管通透性，缓解ALI症状[26]。环氧二十碳三烯酸(EETs)是多不饱和脂肪酸的CYP依赖性衍生物，具有抗高血压、促纤维蛋白溶解和抗炎作用。最近还有研究发现，CYP2J2及其代谢物EETs可以通过抗炎和抗血管内皮细胞凋亡作用保护肺缺血/再灌注损伤[27]。可见，CYP可抑制炎症反应、抑制微毛细血管的通透性、减轻脓毒血症致ALI的发展。

4 CYP在其他原因致ALI中的作用

大脑创伤除了对原发部位造成损伤外，还会导致多器官功能障碍综合征。在应激状态下，机体会产生大量细胞因子和活化的嗜中性粒细胞浸润入肺，导致ALI。人白三烯B4(LTB4)是花生四烯酸的代谢产物，普遍认为其参加炎症反应[28]。当遭受大脑创伤时，机体产生大量的LTB4，并将嗜中性粒细胞募集到肺内，诱发炎症瀑布反应损伤肺组织。Kalsotra等[29]研究发现，CYP4Fs在脑创伤致肺部损伤大鼠中可诱导LTB4降解，这表明CYP4Fs可改善创伤致肺部损伤。

慢性酗酒是引起酒精性肝病、胰腺炎、肺损伤等疾病的主要原因。虽然摄入的乙醇主要经肝脏代谢，但大剂量乙醇也可通过支气管循环到达气道以氧化和(或)非氧化途径进行代谢，而在慢性酗酒时主要通过CYP2E1代谢酶途径[30]。CYP2E1催化乙醇在乙醇脱氢酶作用下产生乙醛，且乙醇还能激发氧化反应增加ROS产生。大量的ROS引起氧化应激，从而引起氧化-抗氧化失衡。研究表明，长期饮酒者肺组织处于氧化应激状态下，被认为是导致肺炎和肺损伤的主要危险因素。Kaphalia等[31]研究发现，抑制CYP2E1代谢酶的反应，可以减少ROS产生，甚至可缓解或者逆转肺组织的氧化应激反应，最终缓解酗酒导致的肺损伤。

沥青是不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的复杂混合物，在涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等中常可见。沥青在高温下产生沥青烟雾，烟雾中含有大量的机化合物，包括多环芳烃(PAHs)[32]。人类长时间接触沥青烟雾中的PAHs可能会导致肺部损伤。研究发现，短期沥青烟雾暴露不会诱发ALI，但急性沥青烟雾暴露显著增加了肺中CYP1A1活性及蛋白质水平，且降低了CYP2B1活性及蛋白水平。CYP1A1表达增加与CYP2B1表达降低会改变PAHs的代谢，可能导致潜在的肺部损伤[33]。长期接触沥青烟雾是否会导致ALI，以及CYP具体的作用机制还需大规模的研究证实。

临床上对ALI的治疗主要以氧疗、改善通气、抗炎、抑制细胞凋亡为主，治疗效果欠佳，且长时间氧疗会进一步加重高氧肺损伤。目前，已有临床试验证实了奥美拉唑(CYP1A1外源性物质)治疗早产儿BDP的安全性，但其有效性还有待证实。CYP在体内外ALI实验动物模型中具有显著的作用，进一步深入研究CYP在ALI中的作用是有必要的。是否存在靶控基因能够调控CYP的表达，从而组成新的信号途径对ALI发挥作用有待研究。已有相关研究表明CYP1A1的第7外显子的Ile462Val多态位点与肺癌易感性相关[34]，CYP1A1多态性是否也能影响其他肺部疾病，如ALI的发生发展有待研究。随着CYP在ALI作用及机制的不断明确，CYP将为ALI的治疗提供新的理论依据和治疗手段。