尼古丁代谢相关细胞色素P450家族及其与帕金森病发病关系的研究进展

张豪,李先红,姚允怡

(1青海省人民医院，西宁810000；2苏州大学附属第三医院;3 苏州卫生职业技术学院医学技术学院)

帕金森病(PD)是神经系统第二大常见退行性疾病，其主要表现为静止性震颤、运动迟缓、肌强直、姿势步态障碍等，严重影响患者的生活质量[1]，目前治疗手段仅限于改善症状，并不能减缓或阻止疾病的进展。流行病学调查[2]证实,PD吸烟者运动症状较PD非吸烟者轻。有研究发现，CYP2A6、CYP2B6、CYP450基因多态性影响尼古丁摄入量。细胞色素P450(CYP450)超家族中，最先发现CYP2D6弱代谢者可增加PD的发病危险[3]，更多CYP450亚家族成员，如CYP1A1、CYP1A2、CYP2A6、CYP2B6、CYP2D和CYP2E1等对PD有保护作用。香烟的主要成分尼古丁，通过CYP2A6[4]代谢，但吸烟者脑组织中CYP2B[5]、CYP2D[6]、CYP2E1[7]水平与非吸烟者相比有统计学意义。研究[2～7]发现,尼古丁与PD、尼古丁与CYP450、CYP450与PD均有一定程度的关联。现将常见尼古丁代谢相关CYP450及尼古丁、CYP450、PD发病之间关系的进展情况综述如下。

1 尼古丁代谢相关CYP450

尼古丁，香烟的主要成分，有两种立体异构体，其中一种异构体可与尼古丁受体即烟碱型乙酰胆碱受体(nAChRs)结合，另一种异构体，是nAChRs的弱激动剂。CYP450是一种混合功能氧化酶和单加氧酶,在肝脏中参与大约75%的内源性、外源性药物及毒性物质的代谢。在灵长类、啮齿动物的大脑中参与影响中枢神经系统功能的内源性物质(类固醇、胆固醇、胆汁酸)、外源性物质(食物)、毒物(农药、尼古丁)的代谢[8]。与尼古丁代谢相关的CYP450家族成员主要有CYP2A6、CYP2B、CYP2D、CYP2E1。

1.1 CYP2A6 CYP2A6酶主要在肝细胞内质网中表达，是CYP450家族中的重要一员，参与香豆素、替加氟、尼古丁等药物代谢。尼古丁主要代谢产物为可替宁(70%～80%)，CYP2A6参与其中90%的代谢[4]。编码CYP2A6酶的基因高度多态性影响尼古丁摄入、代谢及相关疾病的发生及进展[3]。在日本人群和美国人群的对照研究[9]中发现，不携带CYP2A6基因或无活性CYP2A6变异等位基因的吸烟者与携带此基因者相比，每天吸烟量更低。CYP2A6基因多态性影响尼古丁代谢，CYP2A6*1A(51A)或*9单倍体携带者尼古丁代谢速度明显低于正常单倍体(*1B、*1D、*1H和*14)代谢者，显著高于零等位基因(*12、 *2 和 *4)二倍体携带者。CYP2A6基因型一致时，尼古丁代谢与性别、吸烟存在一定的相关性[10]。最近研究[11]发现，CYP2A6弱代谢基因(CYP*7/*4、*7/*7、*9/*4、*9/*7)患者与正常基因患者相比，尼古丁的代谢总产物有差异。

1.2 CYP2B CYP2B主要在肝、肾、肺、肾、小肠中表达，也先后被证实在人类、猴、大鼠的大脑各个区域均有表达[5]。CYP2B是3种最重要的外源性毒物(如农药)代谢酶之一，还参与大约7%的常用药物、内源性激素和食物成分的代谢，其中部分CYP2B的代谢底物，如安非他酮、美沙酮、异丙酚、尼古丁等主要作用于中枢神经系统。

研究[12]结果显示，CYP2B6基因具有高度多态性，点突变可影响酶的活性，进而改变相关中间产物的转化方向。安非他酮经CYP2B6代谢广泛用于戒烟，因此戒烟效果可能与CYP2B6多态性相关。Lee等[13]研究显示，CYP2B6*4携带者尼古丁代谢速率明显加快，而CYP2B6*5、CYP2B6*6对尼古丁代谢无影响。另一项研究[14]表明，携带CYP2B6*6基因且CYP2A6基因型为弱代谢的患者，尼古丁代谢能力增强。

CYP2B6在人类大脑中的神经元和胶质细胞中均表达，在尾状核、壳核和小脑中表达最高。与非吸烟组比较，吸烟组海马的锥体细胞、纹状体的神经元、小脑的肯普野细胞中CYP2B6表达增高。在给予尼古丁慢性治疗的实验[15]中发现，与对照组相比，大鼠尼古丁组CYP2B6含量在7个被检测脑区中有5个区域中增高；Garcia等[5]研究表明，大鼠脑内CYP2B的活性降低可提高脑内尼古丁水平，增强尼古丁介导食物主动及被动获取行为，与在人类CYP2B6慢代谢者中观察到的吸烟相关行为(如食物主动及被动获取)一致。Ferguson等[7]研究显示，与对照组相比，乙醇诱导CYP2B6在尾状核、壳核和小脑高表达(1.5～3.2倍，P<0.05)；联合乙醇、尼古丁给药时，CYP2B6在尾状核、壳核、丘脑和小脑表达降低，提示尼古丁对脑内CYP2B6水平有影响。

1.3 CYP2D、CYP2E1 在不吸烟者中，CYP2B6和CYP2D6表达于小脑神经元的分子层和颗粒层内，在小脑浦肯野细胞中无表达；在吸烟者中，CYP2B6和CYP2D6在小脑浦肯野细胞中高表达[16]。

慢性尼古丁治疗(给予大鼠长时间低剂量尼古丁摄入)可诱导大鼠大脑CYP2D6酶表达升高，在小脑、纹状体和海马中升高明显，CYP2D mRNA水平无改变，提示给予尼古丁的大鼠体内，CYP2D介导的中枢系统药物、毒素和内源性神经递质的代谢增强，从而使PD进展减慢[17]。研究者分别给予美洲猴乙醇、尼古丁、乙醇+尼古丁，在分组实验中发现，美洲猴脑内CYP2D、CYP2E1蛋白水平与尼古丁、乙醇均呈剂量依赖性，而在肝脏中CYP2D、CYP2E1 mRNA和蛋白含量不受影响[6,7]。在8个脑区(脑干、小脑、尾状核、壳核、黑质、额叶、海马、丘脑)中，单独给予尼古丁或乙醇，对脑内CYP2D蛋白水平分布无影响；联合用药组与尼古丁组相比，CYP2D蛋白水平在尾状核和小脑表达升高，提示乙醇联合尼古丁对CYP2D6水平有影响[6]。有研究[7]表明，与对照组相比，尼古丁诱导CYP2E1在额叶皮层和豆状核高表达，乙醇对CYP2E1表达无影响；给予二者联合用药时，CYP2E1在额叶皮层和豆状核表达增加，提示尼古丁可增强CYP2E1酶活性。

2 尼古丁、CYP450与PD发病的关系

2.1 尼古丁与PD发病的关系 吸烟有害健康，包括增加肺癌和心脑血管疾病的风险，但多项国内外的回顾性及前瞻性研究表明，吸烟者患PD风险低，而香烟的主要成分尼古丁被证实对PD有一定的预防和治疗作用。Ritz等[18]大数据荟萃分析表明，吸烟量、烟草类型与PD发病呈一定的相关性，与性别和教育无关。Chen等[19]研究证实，每日吸烟量相同，烟龄越长(大于30年)患PD的风险越低；在烟龄相同时，每日吸烟量与患PD风险呈负相关。另一项研究[20]发现，尼古丁或尼古丁激动剂有助于改善由左旋多巴诱导的异动症。尼古丁及其代谢产物可替宁对神经保护作用机制尚不清楚，但目前可能的发病机制有：①尼古丁通过nAChR作用影响多巴胺能活性，调节终末端多巴胺释放[21]，减轻黑质纹状体的损害;②尼古丁通过激活细胞膜上的nAChRs，抑制内质网应激反应和未折叠蛋白反应，发挥神经保护作用[22];③α7 nAChRs在黑质纹状体的多巴胺能神经元表达，尼古丁可激活刺激抗炎的信号通路促进神经元存活，参与调节细胞因子产生，如TNF-α、IFN-γ和IL-6[23],从而调节神经炎症;④尼古丁可能通过nAChR降低多巴胺能神经元中不稳定铁含量，发挥神经保护作用[24]。

2.2 CYP450与PD发病的关系 CYP1A2酶是咖啡因主要代谢酶，研究表明,咖啡可能参与多巴胺传递，对多巴胺能神经元有保护作用，饮用咖啡年限与PD发病年龄的显著增加有关[25]。Smith等[3]首次发现，CYP2D6弱代谢者PD发病风险增加。Haduch等[26]发现，在大鼠的脑线粒体中CYP2D影响酪胺经羟基化形成多巴胺的过程，而另一篇荟萃分析[27]中指出CYP2D6* 4增加PD的易感性。Mann等[28]在甲基一苯基吡啶离子(MPP+)诱导的SH-SY5Y细胞中发现，单独和联合给予SH-SY5Y细胞CYP2D6、CYP3A4抑制剂，细胞存活率明显降低。CYP2E1及CYP2E1 mRNA在脑组织中，尤其黑质中表达，但在Viaggi等[29]的试验中，CYP2E1与PD未被证实有相关性。

2.3 尼古丁、CYP450与PD发病的关系 Singh等[30]在尼古丁、CYP450及PD的关系中发现，1-甲基-4-苯基-1、2、3、6-四氢吡啶(MPTP)增加多巴胺能神经元变性、MPP+水平，降低纹状体多巴胺含量，降低CYP2D22和nAChR表达；在给予尼古丁处理的动物中，CYP2D22和nAChR表达水平恢复。给予PD鼠尼古丁和CYP2D22抑制剂酮康唑处理后发现，CYP2D22表达、多巴胺含量和黑质酪氨酸羟化酶活性降低，表明在MPTP诱导的PD大鼠模型中，CYP2D22在大鼠纹状体中表达，其可能通过尼古丁的介导影响神经功能。

综上所述，与尼古丁代谢相关的CYP450家族成员主要有CYP2A6、CYP2B、CYP2D、CYP2E1。尼古丁可通过CYP450对受损的多巴胺能神经元起保护作用，为PD的治疗提供了一个新的研究思路，但其具体机制及证据尚不充足，有待大量基础实验进一步研究。另外，采取某种方法使尼古丁通过CYP450途径代谢，而减少通过nAChR途径代谢，可能可以降低尼古丁成瘾性、癌症发生和动脉粥样硬化形成的风险。