细胞色素氧化酶CYP1A2与药物代谢的研究进展

细胞色素氧化酶CYP1A2与药物代谢的研究
进展
[摘要] CYP1A2是一种重要的细胞色素P450酶，在药物代谢、前毒物和前致癌物激活的过程中起着重要作用。

许多因素均可导致CYP1A2的活性发生改变，如多环芳香族碳水化合物、吸烟、咖啡因、烧烤食物、十字花科蔬菜、剧烈运动以及某些药物如奥美拉唑和卡马西平等可以诱导CYP1A2的活性；低蛋白饮食、肝硬化、炎症可以使肝脏内CYP1A2的合成减少，从而导致体内活性降低；而许多临床药物如氟伏沙明、喹诺酮类抗生素、普罗帕酮、口服避孕药等可以抑制CYP1A2的活性。

实验室常用同位素标记法和HPLC法进行CYP1A2活性的测定。

[关键词] CYP1A2；代谢；活性测定；中药
细胞色素氧化酶P450( cytochrome P450, CYP450)超家族是重要的生物转化酶系，根据1993年Nelson等科学家制定的，根据P450分子的氨基酸序列的统一命名法，CYP450可以被进一步分为几个族。

涉及大多数药物代谢的CYP450酶系主要有CYP1, CYP2, CYP3三个族，CYP1A2酶亚家族主要在肝脏表达，占体内CYP450酶总量的13%，仅次于CYP3A酶和CYP2C 酶，居第3位。

代谢临床5%～10% 的常规应用药物，故CYP1A2酶的活性与许多药物的疗效或毒性相关, 其还参与多种与癌症发生密切相关的化学性毒物(如亚硝胺)和内源性激素的代谢，具有重要的药理学和毒理学意义。

CYP1A2酶基因多态性和表型差异的研究，可用于评价临床药物治疗效果。

1、CYP1A2酶参与的代谢
1-1 CYP1A2酶与环境有害物质的代谢[1]
1-1-1芳香胺类和杂环类
芳香胺类和杂环类为前致癌物质，在人体往往经N-氧化转化成直接致癌物，CYP1A2酶在此激活过程中具有决定性的催化作用。

调查表明，CYP1A2酶分别介导约91%的2-氨基-3,8-三甲基咪唑[4,5-f]喹嗯啉以及约70%的2-氨基-1-甲基-6-苯咪唑[4,5-f]吡啶的代谢清除，两者在油炸鱼和油炸猪肉中含量丰富。

CYP1A2酶对来自香烟中的前致癌物4-甲基-亚硝胺-1-3-吡啶-1-丁酮具有很高的氧亲和力，并可导致直接致癌物的产生。

1-1-2 4-氨基联二苯
4-氨基联二苯可通过吸烟摄入，其主要在肝脏中由CYP1A2酶催化经N-氧化生成4-羟联二苯，代谢反应生成的4-羟联二苯依次经血循环与肾脏的排泄进入膀胱。

如果4-羟联二苯在膀胱内被膀胱内皮重吸收后，4-羟联二苯可以与DNA共价结合，形成芳香胺-DNA加合物，在此基础上可继发性导致膀胱癌的发生。

CYP1A2酶在上述过程中是前致癌物4-氨基联二苯激活的主要原因。

1-1-3 黄曲霉毒素B1（AFB1）
在霉变的食品中含有大量的黄曲霉毒素，它们是一组结构相似的二呋喃香豆素真菌毒素，黄曲霉毒素是导致某些地区肝癌高发率的原因。

黄曲霉毒素B1是真菌霉素中致癌性最强的前致癌物，AFB1经肝脏药物代谢酶的作用下，8-碳和9-碳乙烯键加氧生成8,9-外环氧化AFB1（AFBO），AFBO可以与DNA链的鸟嘌呤7位氮原子共价交联形成和DNA的加合物，进一步导致癌变。

CYP1A2酶与CYP3A4酶一起负责催化终致癌物AFBO的形成，在体外低底物AFB1浓度条件下以及在人体AFB1生理暴露浓度下，CYP1A2酶对AFB1的亲和力远大于CYP3A4酶。

因此，CYP1A2酶是前癌物AFB1激活形成终致癌物AFBO的主要代谢酶，而CYP3A4酶为次要的代谢酶。

1-2 CYP1A2酶与药物代谢
主要经CYP 1A2代谢的临床药物[2]，其主要代谢途径及代谢产物见以上表1。

此外，肌松药(氯唑沙宗)、解热镇痛药(非那西丁)和抗凝血药(华法林)也需经CYP1A2酶的催化代谢。

1-3 雌激素雌激素生理作用广泛,体内雌激素含量的异常可导致多种疾病,如乳腺癌、子宫内膜癌、骨质疏松等。

CYP1A2酶是参与雌激素体内代谢的主要酶之一，它的活性改变已被证实与骨质疏松的进程有关。

绝经后妇女服用西咪替丁时，钙、磷代谢的指标得到有益改变，这可能与西咪替丁抑制CYP1A2酶活性和内源性雌二醇的2-羟基化代谢减少有关[3]。

有研究表明，人体内CYP1A2酶含量的不同,其致癌作用和毒性也不同[4]。

有学者通过研究雌二醇在cDNA表达的CYP450酶和人肝微粒体中的代谢机制,来研究CYP1A2酶与肿瘤发生的关系,可得出高底物浓度时,雌二醇主要由CYP1A2酶催化代谢为2-羟基化产物[5]。

基于CYP1A2酶在化学致癌过程中所起的重要作用,研究和开发CYP1A2酶的拮抗药,对防止由CYP1A2酶介导的癌变有极大的临床价值。

研究发现牛乳铁蛋白能明显抑制致癌物对大鼠结肠、食管、肺和膀胱等器官的致癌作用,其作用机制之一是牛乳铁蛋白能抑制CYP1A2酶的活性[6]。

2、影响CYP1A2活性的因素
2-1 抑制作用和诱导作用
一些临床口服药物在体内需经CYP1A2酶的代谢转化，而其中许多常用药物又是CYP1A2酶的强抑制剂或诱导剂。

如氟伏沙明是CYP1A2酶的极强抑制剂，当其与经CYP1A2酶代谢的药物合并用药时能减少底物的代谢速率；相反，如奥美拉唑、卡马西平等是CYP1A2酶的诱导剂，当其与经CYP1A2酶代谢的药物合并用药时能大大增加底物的代谢速率。

临床上常见的一些CYP1A2的抑制剂和诱导剂见表2。

2-1-1 诱导作用
需要指出的是酶诱导促使药物代谢增加，但不一定导致药物作用下降和维持时间缩短，因为有些药物的代谢物与原药的药理活性相同，甚至大于原药的药理活性。

这种情况下，酶诱导利福平利托那韦苯巴比妥作用反而引起药物疗效增强或活性增加。

一般来说CYP1A2酶诱导方式主要有：①芳香烃受体介导型（如香烟烟雾中的多环芳烃），②组成型雄甾烷受体型（如卡马西平，苯妥英）。

多环芳香族碳水化合物、吸烟、咖啡因、烧烤食物、十字花科蔬菜、剧烈运动以及某些药物如奥美拉唑和卡马西平等可以诱导CYP1A2酶活性。

在香烟中发现多环芳烃苯并芘，多环芳烃类（PAHs）是CYP1A2酶的诱导剂。

Faber等[7]根据香烟诱导CYP1A2酶的活性,发现当接受CYP1A2酶底物性药物(如茶碱或氯氮平)治疗的患者停止吸烟时,这些药物的浓度将增加,导致不良反应。

并观察到吸烟者在停止吸烟后CYP1A2酶的活性变化随时间而逐渐下降,并以此作为药物剂量调整的依据,充分证明了吸烟对于CYP1A2酶有明显的诱导作用。

吸烟对多种药物代谢和药效学影响。

此外，卷心菜和芽苞中发现的一组化合物也是此酶的诱导剂，属吲哚类。

食用卷心菜和芽苞能诱导苯并芘和环己巴比妥的羟化反应，以及非那西丁与7－乙氧基香豆素的O－去烷基反应。

饮食中含有十字花科蔬菜，能诱导葡萄糖醛酸结合反应在食用甘蓝和芽苞能诱导药物代谢，有实验结果提示药物代谢能力的改变可能与CYP1A2酶的诱导有关。

2-1-2 抑制因素
酶抑制作用是药物代谢减少，多数情况下可引起药物作用增强，包括疗效和ADR增加。

但有些情况下，酶抑制作用却引起药物疗效减弱或毒性减低。

如西咪替丁可抑制对乙酰氨基酚的氧化代谢，使得反应性代谢物N－乙酰苯亚胺醌（NAPQI）的浓度减少，降低NAPQI与细胞内大分子结合造成的肝细胞损伤。

酶抑制类型可分为：可逆性抑制——竞争性、非竞争性、反竞争性，不可逆性抑制——如实验室发现氟伏沙明是一种机制依赖性的CYP1A2酶抑制剂，在β－萘黄酮诱导的大鼠肝微粒中，氟伏沙明对左曲米普坦的代谢具有时间，浓度依赖的抑制作用，测得Kinact为0.16min-1·k1为57.4υmol/L。

事实证明，硝酸铅优先抑制CYP。

氟伏沙明、喹诺酮类抗生素、普罗帕酮、口服避孕药等对CYP1A2酶有抑制作用。

Shelepova等[8]在研究口服避孕药对7种药物代谢酶的影响中发现,随着口服避孕药的服用,CYP1A2酶、CYP2C19酶、NAT-2的活性而下降,而CYP2C9酶、CYP2D6酶活性增加,通过非
参数统计学分析口服避孕药仅对CYP1A2酶和CYP2C19酶产生显著的抑制作用。

呋喃菲啉是CYP1A2酶一个自杀性代谢底物，它对CYP1A2酶的催化活性表现强大的抑制性能，而且，这种抑制性具有特异性。

在体内，呋喃菲啉对CYP1A2酶进行抑制后，咖啡因的半减期增加一个数量级；非那西丁经氧去乙基代谢速率约为非抑制时的1/100;还可以大量地增加机体由尿液排泄出原形的杂环胺（从油炸肉中所提取）。

在体外的药物代谢研究中，呋喃菲啉是探测CYP1A2酶活性的理想工具药[2]。

2-2 遗传因素
Seow等[9]选择了吸烟率较低、而肺癌发生率较高的中国女性作为受试者，研究肺癌发生的潜在遗传因素，对47名肺癌患者和98名入院对照人群，测定其N2 乙酰化转移酶(NAT 2)和CYP1A2酶活性后发现，NAT2 活性较低、而CYP1A2酶活性较高，吸烟与肺部腺癌的发病具有显著的相关性。

有学者对431例长期摄取了黄曲霉毒素污染食物的广西扶绥县肝细胞癌患者和550 名健康长沙人所进行的研究发现[10] ，CYP1A2酶单倍体型3860G /- 3113G /5347C 的纯合子，在肝炎病毒表面抗原阴性和吸烟的肝细胞癌患者中，比率显著升高。

表明CYP1A2酶的遗传因素，可能与特定人群中肺癌或肝癌等恶性肿瘤的发生具有相关性。

由此酶活性的差异又决定了个体间药物代谢和CYP1A2酶对致癌物质敏感性的差异。

但基因多态性研究的数据仍然有待商榷。

Ghotbi等[11]在比较瑞典人和韩国人CYP1A2酶基因型和表型关系的研究中发现,在相同基因型的情况下,瑞典人CYP1A2酶的活性明显高于韩国人。

因此很难用基因多态性来解释酶活性的个体差异和种族差异。

Takata等[12]在服茶碱治疗的患者中进行CYP1A2酶活性的研究，发现基因多态性并没有明显影响CYP1A2酶活性，并且通过序列分析没有发现功能性的多态序列。

基因型和表型是评价体内药物代谢酶活性的两种方法。

在调控CYP1A2酶表达的基因片段存在多态性的时候,基因型有很好预测酶活性的作用，但在有其他因素影响的时候它不能准确评估酶的活性(如肝脏疾病、酶的诱导/抑制)。

酶的表型是基因型,环境因素和体内因素对酶活性影响的综合分析。

因此在仔细地选择探针复合物或者内生性底物的基础上,表型研究可准确评价酶活性。

2-3 其他因素
虽然许多外来化合物(包括底物性和非底物性化合物)对CYP1A2酶的表达水平和活性有很重要的调节作用，但还有许多因素可以影响CYP1A2酶的表达水平和活性。

一般来说CYP1A2酶活性的稳定性是相对的，易受年龄、身体运动、摄食烧烤的食物、低蛋白饮食、炎症、肝硬化等疾病还有性别的影响，有实验表明女性奥氮平代谢清除率较男性低30% ，可能是由于女性体内CPY1A2酶活性明显高于男性[13]在女性，月经周期的变化和妊娠时期可引起CYP1A2酶活性的显著改变。

Tracy等[14]分别观察受试者怀孕3个时期16～18周、24～28周,36～40周CYP1A2酶的活性变化情况,发现以上怀孕的所有阶段CYP1A2酶的活性都显著地降低，分别为第一期(-32.8±22.8)%，第二期(-48.1±27)%，第三期(-65.2±15.3)%。