尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶的调控及其介导的中药-药物相互作用研究进展

周楠，李婷婷，陈西敬*

(1.中国药科大学基础医学与临床药学学院，江苏 南京 211198;2.中国药科大学药学院，江苏 南京 211198)

UDP-葡萄糖醛酸基转移酶(UGT)是参与人体Ⅱ相代谢最主要的酶，大约有40%～70%的药物和中药经UGT代谢[1-2]。这种生物转化在解毒和清除多种外源性(致癌物、药物等)和内源性物质(类固醇激素、胆汁酸等)方面起着至关重要的作用[3]。在绝大多数情况下，经UGT代谢产生的极性和水溶性葡萄糖醛酸，通常活性不高或者无毒，因此UGT是一类非常重要的解毒酶[4]。抑制或诱导药物代谢酶可显著增加中药-药物相互作用(herb-drug interactions,HDIs)的发生，但大多集中对在Ⅰ相代谢酶细胞色素P450的研究上，UGT介导的中药-药物相互作用研究较少。UGT介导的代谢不仅为外源物质提供了必要的解毒途径，而且也导致了许多药物的治疗时间缩短和药理活性丧失[5]。近年来，由UGTs介导的药物相互作用在临床使用过程中不断被报道，引起了人们广泛的关注。本文就UGT的调控机制及其引起的中药-药物相互作用进行总结，为今后中药在临床上更加安全、有效的使用提出新思路。

1 UGT简介

1.1 UGT家族及其功能 UDP-葡萄糖醛酸基转移酶(UGT)属于膜蛋白结合家族中的一类糖基转移酶，主要以单体、二聚体或具有同源和异源酶的寡聚体的形式存在于内质网中[6]。根据氨基酸序列的同源性，UGT分为4个家族(UGT1、UGT2、UGT3和UGT8)和5个亚家族(1A、2A、2B、3A和8A)[7]。UGT1A家族的9个蛋白质编码基因(1A1、1A3-1A10)是通过将由独特的外显子1拼接到共同的外显子是由独特的外显子1和共同的外显子(编号2～5)上产生的，UGT2B家族则由7个功能性蛋白编码基因组成(2B4、2B7、2B10、2B11、2B15、2B17和2B28)，每一个基因由6个独特的外显子编码。目前研究表明，UGT1和UGT2家族可能参与了中药-药物不良反应事件的发生。UGT1和UGT2催化以UDP-葡萄糖醛酸为共底物的葡萄糖醛酸化反应，影响大约55%处方药以及内源性分子(包括胆红素、胆汁酸等)的转化[8-9]。相比之下，UGT3家族的两个成员，UGT3A1、UGT3A2分别利用UDP-N-乙酰氨基葡萄糖和UDP-葡萄糖/木糖结合了胆汁酸、类固醇和生物黄酮，而UGT8家族成员UGT8A1则利用UDP-半乳糖合成半乳糖神经酰胺和胆汁酸[8]。

1.2 UGT的分布和种属差异 UGT广泛分布于各种组织，其中肝脏、胃肠道和肾脏是UGT表达的主要器官。成人肝脏组织具有较多的UGT亚型，包括UGT1A家族中的1A1、1A6、1A9和UGT2B家族中的2B4、2B7、2B15，而1A3、1A6、2B10、2B11和2B17等亚型也能在相对较低的表达水平上测定。UGT2B7是肝脏中最丰富的亚型(约占40%)，其次为UGT1A1、UGT1A9、UGT2B4、UGT2B7和UGT2B17[10]。UGT1A1、UGT1A10、UGT2B7、UGT2B17以及极低水平的UGT1A3和UGT1A4在肠道均有表达，而在肾脏中仅检测到3种UGT，即UGT1A9、UGT2B7和UGT1A6[11]。

目前临床前药代动力学和毒理学研究中最常使用的啮齿类动物是大鼠和小鼠。尽管人与啮齿动物的UGT家族具有很高的相似性和同源性，但是UGT的不同亚型在分布、酶活性以及酶表达的水平存在极大的差异，这是临床前的动物实验与临床实际用药后产生差异的原因之一。例如，大鼠的UGT1A1、1A5和1A8和小鼠的UGT1A1、1A5、1A6和1A9是肝脏中表达最高的亚型，然而啮齿动物的UGT2B家族的定量比较相对不足[12]。

1.3 UGT基因多态性 UGT基因的遗传多样性研究比较广泛，其中UGT1A1是肝脏中研究比较多的UGT亚型。UGT1A1启动子含有一个功能性多态TATA盒[A(TA)5/6/7/8TAA]。这4个A(TA)5/6/7/8TAA等位基因中，TA6(UGT1A1*1)和TA7(UGT1A1*28)在所有人群中都是普遍存在的，而TA5(UGT1A1*36)和TA8(UGT1A1*37)变体很少。UGT1A1*1变异被认为是野生型；UGT1A1*37转录活性较低，相比之下，UGT1A1*36的转录活性则高于UGT1A1*1。UGT1A1*28启动子活性低于UGT1A1*1，这一现象与Gilbert′s综合征(吉尔伯特-综合征)密切相关。该类疾病的特征是UGT1A1酶活性明显降低，导致患者使用伊立替康后引起毒性的风险较高[9]。同样，UGT1A6多态性可能导致个体间的PK变异。与野生型相比，3种常见UGT1A6 SNPs的携带者UGT1A6*3(19T>G;rs6759892)、UGT1A6*5(541A>G;rs2070959)和UGT1A6*9(552A>C;rs1105879)需要使用更高剂量的丙戊酸钠。而这三个SNPs表现出比UGT1A6*1基因型快两倍的丙戊酸钠葡萄糖醛酸化活性[10]。

UGT2B7基因具有高度的遗传多态性，目前非同义、同义、启动子和内含子的单核苷酸多态性均有报道[11]。其中研究最多、最具有争议的是UGT2B7*2(802C>T;rs7439366)。与UGT2B7802C等位基因纯合子的受试者相比，携带UGT2B7802T等位基因的受试者使用吗啡可以具有更高的镇痛峰值和延长的镇痛时间，这表明802T等位基因可能导致葡萄糖醛酸化活性降低[12]。然而，也有研究证明802T等位基因与治疗结果的可变性之间不存在关联[13]。卡马西平所需剂量与UGT2B7*2基因型显著相关，UGT2B7*2突变导致酶活性增加，因此卡马西平排泄过程中的葡萄糖醛酸代谢增加，导致标准化卡马西平水平低于UGT2B7野生型患者，提示UGT2B7*2突变患者需要服用更大剂量卡马西平 ，而UGT2B7*2(211G>T；rs12233719)对其无影响[14]。

2 UGT的调控机制

UGT的遗传变异可以改变药物的代谢和处置过程，这只能部分解释UGT活性在个体间产生广泛差异的原因。目前研究表明， UGTs的多水平调控可分为转录前(DNA甲基化、组蛋白修饰等)、转录水平(如组织特异性因子、核受体等)、转录后调节(如microRNA)和翻译后调节(如糖基化、磷酸化)等。此外，剪接和寡聚使得UGT的功能进一步多样化。

2.1 转录前调控 表观遗传学是转录前调控的重要机制，即在不改变原有核苷酸序列的基础上，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等方式，引起基因功能上的激活或失活[15]。研究表明，DNA甲基化和组蛋白修饰参与了UGTs的转录前调控。DNA甲基化是通过招募转录抑制剂(CpG结合蛋白)与转录因子竞争启动子结合位点或直接抑制转录因子与启动子的结合抑制基因表达。UGT1As的表达具有明显的组织特异性，这一现象可能与不同组织中的DNA甲基化的程度密切相关[16]。例如，UGT1A1可以在启动子和远端增强子的CpG的区域发生甲基化，且启动子甲基化水平与UGT1A1表达呈负相关[17]。UGT1A1启动子附近富含CpG的区域(-85至+40)，该区域的甲基化在肾脏程度较高(83%)，而肝脏中较低(37%)[18]。UGT1A10的甲基化修饰也是其在肝脏和肠道组织能够特异性表达的原因之一[19]。

组蛋白修饰也是表观遗传调控基因表达的方式之一，包括乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等[20]。组蛋白修饰通常与DNA甲基化也可以共同调节UGT基因表达。例如，组蛋白较低程度的乙酰化和较高程度的DNA甲基化协同作用，导致肾脏中UGT1A1的表达缺陷[21]。因此，表观遗传调控也可以引起 UGT 的组织特异性分布。

2.2 转录因子对UGT的调节 在所有的调控机制中，关于UGT的转录调控研究的最为广泛。核受体(nuclear receptor,NRs)作为配体调节的转录因子家族中最大的一类，可与激素、胆汁酸和药物等多种天然/合成配体相结合，调控各种基因的表达[25]。过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARα和PPARγ)、孕烷X受体(PXR)和芳烃受体(AhR)等NRs主要参与了调控UGT转录。表1简要总结了核受体及其靶基因UGT的亚型。值得注意的是，每个UGT亚型并不是受到单一核受体的调控。NRs的激活或者抑制对UGT表达的影响可能是配体依赖性的，即并非所有的NRs激动剂处理都引起UGT亚型的所有靶基因上调。当两个或者多个配体存在时，NRs对UGT的调控变得更加复杂。例如，水飞蓟宾是一种PPARα的弱激动剂，能够轻微上调UGT1A1、UGT1A6等多种UGT亚型表达，但是当水飞蓟宾与强PPARα激动剂非诺贝特联合使用时，则抑制了水飞蓟宾对UGT的上调作用[22]。

表1 核受体调控UGT亚型[3,21]

除了上述NRs外，许多组织特异性转录因子也参与了UGT的调节过程。例如肝特异性肝细胞核因子(HNF1α和HNF4α)、肠特异性尾部相关同源结构域蛋白2(CDX2)等。HNF1α调控几种UGT的在肝脏表达如UGT1A1、1A3、1A4、2B7 和2B17等[23]。CDX2则调节了UGT1A8、UGT1A9和UGT1A10在肠道中的表达，最新的研究表明CDX2的这一作用需要HNF4α的协同[24]。

这些组织特异性转录因子也可以通过与核因子κB(NF-κB)、激活蛋白1(AP-1)、叉头盒蛋白A1(FOXA1)、肿瘤抑制蛋白p53等协同调节UGT。NF-κB能够直接与UGT启动子区域NF-κB反应元件上的DNA序列结合来调控UGT1A1的转录，也可以间接作用于其他NRs以调控UGT1A1。在炎症或氧化应激中，激活NF-κB可以抑制多种NRs的激活，包括AhR、PXR、CAR、FXR和PPAR，从而影响了下游UGT的表达[25]。

2.3 MicroRNA对UGTs转录后的调控 miRNA是一种由约22个核苷酸组成的内源性、基因编码的单链RNA。miRNA不编码蛋白质，而是通过与靶mRNA的3′非翻译区结合，影响UGT蛋白质表达。miR-141-3p可下调LS180、人肝细胞和Huh-7等中UGT1A1和1A6 mRNA和活性表达[16]。然而在已经分型的肝组织中，miR-141-3p的过表达或抑制对UGT1A1和UGT1A6则没有影响[26]。Dluzen等[27]还发现miR-491-3p能下调 Huh-7细胞(UGT1A1、3、6)和人肝细胞(UGT1A3、6)中UGT1As的表达，但对HepG2中UGT1A1的表达和活性没有影响。在UGT2B家族中，miR-485-5p参与UGT2B7和2B10的调控[28]，而miR-376c则参与了UGT2B15和2B17的调控[29]。

2.4 UGT蛋白的翻译后修饰 新合成的蛋白质经历了广泛的化学修饰，包括N-和O-连接的糖基化、泛素化、磷酸化、乙酰化和甲基化等[30]。目前，只有N-连接的糖基化和磷酸化被发现在UGT蛋白的翻译后修饰过程中发挥作用。

UGT经过磷酸化修饰才能发挥酶的活性，这一过程可以通过不同蛋激酶的作用或者通过一个激酶作用于多个位点而发生。已经在11种UGT亚型中发现了多个蛋白激酶C(PKC)磷酸化的位点，应用PKC抑制剂或PKC位点突变处理可导致UGT1A1活性降低。PKC磷酸化在调节UGT1A6、1A7和1A10的酶活性和底物选择方面的重要作用也被证实[22,31]。UGT2Bs中UGT2B7的磷酸化需要依赖于Src酪氨酸激酶的酪氨酸磷酸化，而UGT2B15的磷酸化需要PKC和Src激酶[32]。

N-糖基化对酶催化活性不是必需的，但是对UGT正确的折叠和产生完全激活的催化和辅助因子结合位点，维持酶的活性至关重要。N-糖基化位点的突变能够降低UGT1A9、2B7、2B15和2B20的葡萄糖醛酸化活性[22]。

2.5 选择性剪接和寡聚化 选择性剪接增加了蛋白质结构的多样化的可能。UGT1A位点在共同外显子4和5之间含有一个选择性剪接的外显子5b，编码截短蛋白UGT1A_i2，它缺少了部分COOH末端结构域，因此蛋白丧失了转移酶活性。体外研究表明，当UGT1A_i2与全长UGT1A蛋白共表达时，可以与全长UGT1A蛋白结合并抑制其功能[33]。各种UGT2基因转录过程中的选择性剪接形式也已有报道，包括UGT2B4、UGT2B7、UGT2B28和UGT2A1等[34]。

UGT可以形成同质异二聚体或寡聚物从而改变UGT的活性。大鼠肝微粒体中不同的UGT1亚型可与UGT2B1蛋白免疫共沉淀，这为UGT亚型之间的相互作用提供了证据[35]。

单独表达UGT1A1和UGT2B1的小鼠微粒体对吗啡没有明显的代谢，而UGT1A1和UGT2B1共同表达形成的寡聚物对吗啡的葡萄糖醛酸化反应活性增强[36]。此外，UGT1亚型可以与UGT2B7这一亚型产生同源的二聚反应。除了UGT之间的相互作用外，还发现微粒体UGT与CYP1A1相关，这表明UGT可能与细胞色素P450之间存在相互作用[37]。

3 UGT酶介导的中药-药物相互作用

中药作为一种治疗和预防慢性病的替代或补充疗法，具有独特的优势。然而，中药与治疗药物联合用药，可能会引起严重不良反应，导致药物疗效低下或毒性反应。目前，有关中药-药物相互作用研究主要集中在CYP450酶，葡萄糖醛酸化代谢的作用容易被忽视，实际上， UGT也参与了许多中药与其他药物联用产生不良反应的过程。

3.1 黄酮类 甘草查尔酮A和甘草素是甘草中的主要活性成分，来源于甘草属，因其调节/中和作用而被添加到各种中药制剂中。然而，甘草配伍不良可能导致HDIs。甘草查尔酮A可被代谢成两个单葡糖苷酸，UGT1A1、UGT1A3、UGT1A7-10以及UGT2B7代谢产生了4-O-葡萄糖醛酸，其中UGT1A9贡献最大。UGT1A1和UGT1A3则参与了4′-O-葡萄糖醛酸苷代谢[38]。同时，甘草查尔酮A也能显著抑制UGT1A1和UGT1A9。这表明甘草查尔酮A不仅是UGT的底物，还能抑制其相应代谢酶。含有甘草查尔酮A的中成药能够增加主要由 UGT1A1 或 1A9 代谢的底物的曲线下面积 (AUC)。此外，甘草素也能明显抑制UGT1A9的活性[39]。这些结果共同表明甘草查尔酮A与 UGT 底物共同给药时应格外注意。

汉黄芩素、野黄芩素、黄芩素是黄芩提取物中的黄酮类化合物，具有多种药理活性，包括抗菌、抗炎和抗肿瘤作用等。野黄芩素能够竞争性抑制UGT1A1、UGT1A6、UGT1A9 和UGT2B7。同时体外-体内外推，推测野黄芩素对UGT1A1的强烈抑制可能引起体内不良反应。当UGT1A1酶活性降低后，显著影响了SN-38(伊立替康的活性代谢物)葡萄糖醛酸化，导致发生伊立替康相关不良反应风险大大增加。除此之外，黄芩素和汉黄芩素能显著抑制肠道UGT1A8和UGT1A10活性[40]。

水飞蓟素是从水飞蓟中提取出来的具有许多天然生物活性的黄酮类化合物，由水飞蓟宾、异水飞蓟宾、水飞蓟宁和水飞蓟亭四种异构体组成，已被于治疗多种急慢性肝病。体外人肝微粒中，水飞蓟宾和水飞蓟素是UGT1As和UGT1Bs的底物，同时水飞蓟素是人UGT1A6同工酶的抑制剂，Ki值为(51±10)μmol·L-1[41]。水飞蓟宾是PPARα的弱激动剂，能够诱导多种UGTs轻微上调[22]。

3.2 木脂素类 三白草酮是一种由三白草地上部分中提取出的活性木脂素成分，具有抗氧化、抗炎和抗HIV病毒活性。在人肝微粒体中，三白草酮能够抑制UGT1A1、1A3、1A6和2B7的活性，IC50值分别为8.83、43.9、0.758 和 0.279 μmol·L-1，还能非竞争性地抑制UGT1A6和2B7，Ki值分别为1.08和0.524 μmol·L-1。三白草酮抑制小鼠体内由 UGT2B7 介导的齐多夫定代谢，导致齐多夫定的全身暴露增加。齐多夫定浓度的轻微变化或因 UGT2B7 抑制而意外增加齐多夫定暴露可引起毒性(例如，骨髓毒性或遗传毒性)[42]。

五味子甲素和五味子酯甲是从五味子中提取的，能够改善肝细胞损伤。五味子甲素和五味子酯甲对UGT1A3产生浓度依赖性抑制。五味子甲素为竞争性抑制剂(Ki0.48 μmol·L-1)，而五味子酯甲则是为非竞争性抑制(Ki11.3 μmol·L-1)[43]。

3.3 萜类 熊果酸和齐墩果酸是普遍存在的五环三萜化合物，分别竞争性抑制UGT1A3和UGT1A4，此外熊果酸对UGT1A3和1A4也存在混合抑制[44]。此外，熊果酸和齐墩果酸可显著诱导HepG2细胞中UGT1A1、UGT1A3、UGT1A4和UGT1A9的mRNA和蛋白表达，其对UGT1A1的诱导是通过PXR激活[45]。由于UGT1A1酶活性的上调，可能引起由其代谢的药物代谢速度加快，导致血药浓度降低，影响药物疗效。

穿心莲内酯及其衍生物是二萜内酯类化合物，具有抗炎、抗肿瘤、抗HIV等一系列药理作用。穿心莲内酯和脱氢穿心莲内酯在人肝微粒体以及重组UGT酶中均出现了对UGT2B7具有高度特异性抑制，这一抑制作用导致齐多夫定AUC 将分别增加 110% 和 58%，影响血药浓度及疗效[46]。

3.4 蒽醌类 芒果苷是从杧果的果实、叶子和树皮中提取的蒽醌类化合物，具有抗炎和抗菌活性。而芒果苷元则是芒果苷经肠道菌群代谢后产生，具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等作用。实验表明，芒果苷脱糖后转化为芒果苷元，明显增强了对11种重组UGTs的抑制作用。其中，芒果苷元能够竞争性抑制UGT1A3、UGT1A7和UGT1A9，IC50分别为8.2、4.4和12.3 μmol·L-1，Ki分别为1.6、2.0和2.8 μmol·L-1[47]。

4 小结

UGT是体内最重要的Ⅱ相代谢酶之一，参与许多体内体外物质的代谢、解毒过程。UGTs发挥生物学作用可以通过表观遗传水平DNA甲基化、组蛋白修饰进行调控。不同的核受体可以配体依赖的方式影响UGTs的mRNA水平，其他转录因子如HNF1α、HNF4α、AP-1、NF-κB也可以在转录水平上调节UGT。UGT蛋白可以通过各种翻译后修饰、剪接和寡聚化直接调节。UGT的调控网络非常复杂，以上这些因素在调节UGT的过程中可能相互交织在一起。随着传统中药被广泛应用，许多中药-药物相互作用不断被发现。包括黄酮类、木脂素类、萜类和蒽醌类在内的许多中药被逐渐证明是UGT的底物或抑制剂，这些中药在联合UGT底物用药时，可能导致意外的不良反应事件发生。同时，许多中药也能影响核受体以及一些转录因子等对UGT的调控，影响酶的活性和功能。因此，深入探究UGT酶的调控机制，明确中药对UGT酶的影响，为临床更加安全、有效的使用传统中医药提供了理论基础。