COMT的遺傳藥理學研究進展

金遠香，劉 潔

(中南大學臨床藥理研究所，湖南省遺傳藥理學重點實驗室，湖南 長沙 410078)

兒茶酚氧位甲基轉移酶(catechol-O-methyltransferase，COMT)1958年被發現，人類COMT基因定位于22號染色體長臂1區1帶2亞帶(22q11.2)，包含6個外顯子，其中3號外顯子的P1和P2兩個啟動子調節COMT的表達，并轉錄生成兩種不同的mRNA［1］。較長的mRNA(1.5kb)從P2啟動子開始轉錄，較短的mRNA(1.3kb)從P1啟動子開始，分別編碼生成膜結合型(membrane-bound COMT，MB-COMT)和可溶性(soluble COMT，S-COMT)兩種酶;與 S-COMT相比，MBCOMT有更高的底物親和力，但催化活性較低。COMT是一種在人體內廣泛分布的代謝酶，MB-COMT主要分布于中樞神經系統，以大腦前額葉皮質、中樞杏仁核及海馬部居多;SCOMT則廣泛分布于肝臟、血液、腎臟等外周組織器官中。COMT的底物包括兒茶酚胺和一些神經遞質，如腎上腺素、去甲腎上腺素和多巴胺等。在前額葉皮質，多巴胺轉運蛋白對多巴胺的親和力是COMT的1 000倍，但因其表達量較低，多巴胺主要通過COMT代謝。

1COMT基因突變對COMT活性的影響

COMT基因突變影響COMT的活性和表達水平。如COMT基因第4號外顯子(1947，G＞A)的點突變，使其編碼的108或158位的纈氨酸被甲硫氨酸取代，導致活性改變，其中COMT GG基因型攜帶者活性最高、AG基因型次之、AA基因型則最弱;GG基因型編碼的酶，不僅比AA基因型編碼的酶活性高3～4倍，而且有更好的熱穩定性［1］。

此外，有研究發現COMT基因中4個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)組成的單倍型對酶的活性及表達水平影響較大，其中一個SNPs位于S-COMT啟動子區(A/G;rs6269)，其余位于S-和MB-COMT的編碼區，分別編碼 his62his(C/T;rs4633)，leu136leu(C/G;rs4818)，和val158met(A/G;rs4680);G-C-G-G、A-T-C-A和A-C-C-G三種單倍型分別對應高、中、低的COMT活性［2］。進一步的機制研究證明，COMT基因上的同義突變雖然不會引起編碼氨基酸的不同，但會改變mRNA的二級結構從而影響mRNA的穩定性及下游翻譯過程，最終導致酶的表達量和活性變化;當mRNA形成短小而不穩定的局部頸環結構時，對翻譯影響不大，編碼的酶活性較高;當mRNA形成長且穩定的局部頸環結構時，嚴重影響下游的翻譯工作，導致COMT的表達量減少，總活性降低［3－4］。

2 COMT基因突變與帕金森病藥物治療的關系

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)的臨床癥狀表現為靜止性震顫、肌肉僵直、運動遲緩等，主要以擬多巴胺類藥物治療為主，COMT活性降低可能會導致多巴胺被降解的時間延長，因此COMT基因突變可能與PD藥物治療療效和不良反應方面顯著的個體差異存在關聯［5］。

2.1 左旋多巴治療 左旋多巴(L-dopa)是公認的直接補充外源性多巴胺，控制帕金森病臨床癥狀的最佳藥物，被譽為PD藥物治療的“金標準”，但其藥物反應個體差異大，且長期使用會引起諸多運動并發癥。早期研究認為，紅細胞中COMT酶活性是決定L-dopa療效的重要因素，高COMT活性的PD患者使用L-dopa治療的療效較差，副反應發生率高。并且可能由于在東方人群中高活性的COMT出現的頻率高，使得東方人與高加索人群相比所能耐受的L-dopa劑量較低，同等劑量下運動障礙的發生率高。但這些研究存在的主要缺陷是只探究了紅細胞中COMT的活性表型與PD及其藥物治療的關系，沒有深入研究引起酶活性表型差異的遺傳學差異。

此后對COMT活性及基因多態性的研究則主要集中在rs4680:Val 108/158 Met。在韓國、意大利及中國人群中都有報道［6－8］，未發現rs4680多態性與 L-dopa治療的藥代動力學及藥效學指標之間的關聯有顯著性。Watanabe等［9］在日本人群的研究顯示，rs4680低活性純合子在出現“開-關”效應或運動障礙的PD患者與對照中的分布差異有顯著性，但這種差異經過校正后不再有顯著性。

在多基因聯合作用及單倍型分析方面，波蘭人群的研究發現［10］，雖然 B 型單胺氧化酶 (monoamine oxidase B，MAOB)和COMT的基因突變頻率分布在高低兩個劑量組中沒有顯著性差異;但COMTLL純合子在低劑量組的分布頻率更高;MAOB和COMT AG-HH基因型在女性高劑量人群中占主要地位，而在女性低劑量人群中則是AG-LL基因型占主要地位。Bialecka等［11］對有報道能影響COMT活性的4個 SNPs(rs6269、rs4633、rs4818和 rs4680)構成的單倍型(低活性為A_C_C_G，中等活性A_T_C_A，高活性G_C_G_G)進行了研究，結果顯示:高活性單倍型攜帶者在遲發型PD患者中出現的頻率比健康對照組高，L-dopa用量明顯高于非攜帶者;且隨著酶活性增加，L-dopa的平均使用劑量也增加;但不同單倍型與L-dopa治療所引起的運動障礙之間并無關聯。

2.2 COMT抑制劑治療 兒茶酚氧位甲基轉移酶抑制劑(COMTI)托卡朋、恩他卡朋等，可延長L-dopa作用時間，減少L-dopa用量，且不影響療效，用于嚴重PD患者長期用藥后出現藥效減退和“開-關”等癥狀時的輔助治療。恩他卡朋主要在外周發揮作用，托卡朋還有部分中樞抑制作用。研究報道［12］rs4680與服用托卡朋6個月后，L-dopa每日攝入量的改變值、帕金森病統一評分量表(United Parkinson Disease Rating Scale，UPDRS)第三部分分值的改進及托卡朋治療所引起的副作用腹瀉之間沒有相關性。另一項研究中［13］發現:兩個月的恩他卡朋治療后，雖然PD患者的每日平均“開”、“關”期時間、總的UPDRS分值、運動障礙的發生頻率和嚴重程度的改變似乎都和患者的基因型無關;但rs4680不同基因型組別中，每日L-dopa劑量的下降幅度不同，COMTHH組降幅最大，COMTHL組次之，COMTLL組變化較小。此外，Corvol等［14］也認為 rs4680位 COMTHH基因型患者與COMTLL型患者相比，能獲得的“開”期時間更長，使用恩他卡朋后L-dopa的藥時曲線下面積增加的更多，COMT活性被恩他卡朋抑制得更明顯。

3 COMT基因突變與重度抑郁癥藥物治療的關系

目前研究認為，重度抑郁癥(major depressive disorder，MDD)可能是遺傳和環境因素共同作用而引起的一種復雜的精神失調。抗抑郁藥治療是MDD的主要治療手段，但它存在個體差異大、滿意度差和患者抗抑郁治療耐受等問題。盡管COMT不能通過代謝使5-羥色胺失活，但是COMT中的基因突變能夠影響中樞神經系統中去甲腎上腺素、多巴胺等神經遞質的利用度，因而成為可能影響抗抑郁藥治療的重要候選基因。

在對中國MDD患者的研究中［15］發現:氟西汀治療4周內，rs4680位不同基因型間療效無差異;經過8周治療后，Val/Val攜帶者與其他基因型相比21項漢密爾頓抑郁量表(Hamilton Rating Scale for Depression，HAMD)分值降低得更少，對氟西汀反應性較差。但也有研究認為［16］rs4680多態性與MDD易感性及5-羥色胺再攝取抑制劑治療MDD療效之間不存在關聯。

在多位點或單倍型研究方面，一項包含250個高加索人群MDD患者的隨機雙盲試驗中［17］，研究了19個候選基因的SNPs與不少于6周的度洛西汀治療之間的關系，結果只有COMT與17項HAMD的改變值相關，關聯度最高的是與rs174697 位強連鎖的 rs165599。此后 Houston 等［18－19］的研究再次證實，COMT基因中 rs165599、rs165737、rs174697與MDD患者的度洛西汀治療療效相關。也有研究報道［20］，對rs2075507、rs737865、rs6269、rs4633、rs4818、rs4680 和rs165599共7個SNPs位點進行單個分析時，所有位點都與MDD的易患性無關，只有位于MB-COMT啟動子區的rs2075507與治療反應表型弱相關，GG基因型在療效佳者組中所占比率是療效差者組中所占比率的1.86倍，差異具有顯著性;而單倍型分析顯示，rs4633、rs4818和rs4680構成的單倍型與抗抑郁治療反應表型明顯相關，C-C-A單倍型在療效佳者組所占比率分別是在療效差者組和對照組的4倍和6倍。

4 COMT基因突變與精神分裂癥藥物治療的關系

精神分裂癥是一種慢性的精神疾病，它以幻想、妄想、認知和功能損失等陰性和陽性癥狀為主要特征。其藥物治療主要與調節多巴胺神經遞質系統，特別是阻斷D2受體，減少多巴胺的利用度有關。

療效方面，早期研究報道，rs4680位AA型低活性純合子患者與其他基因型患者相比，簡明精神病評定量表評分較高，復發住院次數多，癥狀緩解程度低，預后較差;同時COMT低活性基因型分別與低MAOB或高血管緊張素酶活性基因型聯合作用時，相應基因型攜帶者在療效差組中所占比例分別是療效佳者中所占比例的6倍多和10倍多。但也有研究得出了與此矛盾的結果，Bertolino等［21］發現經過8周正規的奧氮平治療后rs4680 AA型患者不僅較其他基因型患者工作記憶功能成績提高明顯，而且其大腦額葉前部生理功能的改善明顯高于其他基因型。后續的研究［22－23］也證實A突變攜帶者，對抗精神病藥物治療過程中陰性癥狀方面的臨床反應率更高，反應速度更快，治療后的執行能力、工作記憶功能改善更顯著，雜合子次之，GG型純合子幾乎無反應。此外，在日本和高加索患者的部分研究中［24－25］，則沒有發現rs4680位基因多態性與非傳統抗精神病藥療效之間存在明顯關聯。

不良反應方面，有研究報道［26］經過6周抗精神病藥物治療后，COMT基因突變與藥物治療療效無關聯，但攜帶有GG型的患者與AA型患者相比出現更高比例的負性癥狀不良反應，因此研究者認為，與臨床反應相比，rs4680位多態性似乎與嚴重的負性癥狀更加相關。而在Bakker等［27］的一項前瞻性試驗中，則未發現包括 PPP1R1B、BDNF、DRD3、DRD2、HTR2A、HTR2C、COMT、MnSOD、CYP1A2 和 RGS2 共10個候選基因的基因多態性與抗精神病藥物治療引起的運動障礙之間存在明顯關聯。

5 小結與展望

盡管針對COMT基因多態性與神經退行性疾病和精神病治療類藥物的藥代動力學、藥效學及不良反應之間的關系已經進行了大量的研究，但這些研究中，大部分是以第108/158位的非同義突變rs4680作為分組標準，對其他位點的關注較少，而多數基于此單個SNPs的報道都未能獲得一個統一的結論。我們是否需要反思，在基因突變對COMT活性的影響及由于COMT活性改變而引起的藥物治療反應差異方面，rs4680是否真的起著絕對的主導作用?Nackley等［3］進行的rs6269、rs4633、rs4818和rs4680共4個位點的單倍型分析似乎給了我們一些提示，同義突變雖然不會引起編碼氨基酸的不同，但可能會改變mRNA的二級結構從而導致酶在表達量和活性方面的變化;而且在此單倍型中，rs4680 G既存在于高活性組(G-C-G-G)又存在于低活性組(A-C-C-G)，前者在人群中的分布頻率是后者的3倍左右。正因為如此，當僅考慮rs4680位時，是否G-C-G-G高活性及A-C-C-G低活性攜帶者則很可能會被歸入一個組別，雖然體現出相對較高的活性，但不同單倍型本身所引起的酶活性的更大差異則會被減弱甚至掩蓋?同時，不同人群及種族間是否可能由于單倍型分布頻率的差異，從而引起研究結果的不一致性?另一方面，雖然有很多研究支持高活性COMT酶攜帶患者對L-dopa的耐受性差，同等劑量下出現副反應的可能性更大，需要更高的劑量才能達到預期療效，使用COMTI類藥物合并L-dopa治療PD時，高COMT活性患者療效似乎更好些;rs165599以及與其強連鎖的rs174697很有可能與抗抑郁藥療效相關;MAOB A644G和COMT之間可能存在協同作用等，但這些結論都還需要進行大樣本多中心的臨床試驗來驗證。此外，究竟是哪些位點，哪些單倍型在影響COMT活性方面發揮著關鍵作用，這一點也尚無定論。

綜上所述，COMT的遺傳藥理學研究依舊是一個充滿希望和挑戰的領域。在后續的工作中，我們一方面需要采用新的技術和特殊的實驗設計試圖找到新的功能性位點，另一方面則需要對已報道的有功能意義的位點進行深入研究，最終希望找到COMT基因突變與藥物反應表型之間的關系，為患者的“個體化藥物治療”提供依據。

［1］Tai C H，Wu R M.Catechol-O-methyltransferase and Parkinson’s disease［J］.Acta Med Okayama，2002，56(1):1－6.

［2］Diatchenko L，Slade G D，Nackley A G，et al.Genetic basis for individual variations in pain perception and the development of a chronic pain condition ［J］.Hum Mol Genet，2005，14(1):135－43.

［3］Nackley A G，Shabalina S A，Tchivileva I E，et al.Human catechol-O-methyltransferase haplotypes modulate protein expression by altering mRNA secondary structure［J］.Sci，2006，314(5807):1930－3.

［4］Tsao D，Shabalina S A，Gauthier J，et al.Disruptive mRNA folding increases translational efficiency of catechol-O-methyltransferase variant［J］.Nucleic Acids Res，2011，39(14):6201－12.

［5］劉英姿，劉 潔，周宏灝.帕金森病藥物治療的遺傳藥理學研究進展［J］.中國藥理學通報，2009，25(10):1269－72.

［5］Liu Y Z，Liu J，Zhou H H.Advances in pharmacogenetics of anti-Parkinson’s drugs treatment［J］.Chin Pharmacol Bull，2009，25(10):1269－72.

［6］Lee M S，Lyoo C H，Ulmanen I，et al.Genotypes of catechol-O-methyltransferase and response to levodopa treatment in patients with Parkinson's disease［J］.Neurosci Lett，2001，298(2):131－4.

［7］Contin M，Martinelli P，Mochi M，et al.Genetic polymorphism of catechol-O-methyltransferase and levodopa pharmacokinetic-pharmacodynamic pattern in patients with Parkinson's disease［J］.Mov Disord，2005，20(6):734－9.

［8］Lin C H，Wang C L，Huang P F，et al.Genetic polymorphism of catechol O-methyltransferase and pharmacokinetics of levodopa in healthy Chinese subjects［J］.Methods Find Exp Clin Pharmacol，2009，31(6):389－95.

［9］Watanabe M，Harada S，Nakamura T，et al.Association between catechol-O-methyltransferase gene polymorphisms and wearing-off and dyskinesia in Parkinson's disease［J］.Neuropsychobiol，2003，48(4):190－3.

［10］Bialecka M，Drozdzik M，Klodowska-Duda G，et al.The effect of monoamine oxidase B(MAOB)and catechol-O-methyltransferase(COMT)polymorphisms on levodopa therapy in patients with sporadic Parkinson's disease［J］.Acta Neurol Scand，2004，110(4):260－6.

［11］Bialecka M，Kurzawski M，Klodowska-Duda G，et al.The association of functional catechol-O-methyltransferase haplotypes with risk of Parkinson's disease，levodopa treatment response，and complications［J］.Pharmacogenet Genomics，2008，18(9):815－21.

［12］Chong D J，Suchowersky O，Szumlanski C，et al.The relationship between COMT genotype and the clinical effectiveness of tolcapone，a COMT inhibitor，in patients with Parkinson＇s disease［J］.Clin Neuropharmacol，2000，23(3):143－8.

［13］Lee M S，Kim H S，Cho E K，et al.COMT genotype and effectiveness of entacapone in patients with fluctuating Parkinson's disease［J］.Neurol，2002，58(4):564－7.

［14］Corvol J C，Bonnet C，Charbonnier-Beaupel F，et al.The COMT Val158Met polymorphism affects the response to entacapone in Parkinson's disease:a randomized crossover clinical trial［J］.Ann Neurol，2011，69(1):111－8.

［15］Tsai S J，Gau Y T，Hong C J，et al.Sexually dimorphic effect of catechol-O-methyltransferase val158met polymorphism on clinical response to fluoxetine in major depressive patients［J］.J Affect Disord，2009，113(1－2):183－7.

［16］Illi A，Setala-Soikkeli E，Kampman O，et al.Catechol-O-methyltransferase val108/158met genotype，major depressive disorder and response to selective serotonin reuptake inhibitors in major depressive disorder［J］.Psychiatry Res，2010，176(1):85－7.

［17］Perlis R H，Fijal B，Adams D H，et al.Variation in catechol-O-methyltransferase is associated with duloxetine response in a clinical trial for major depressive disorder［J］.Biol Psychiatry，2009，65(9):785－91.

［18］Houston J P，Kohler J，Ostbye K M，et al.Association of catechol-O-methyltransferase variants with duloxetine response in major depressive disorder［J］.Psychiatry Res，2011，189(3):475－7.

［19］Houston J，Zou W，Aris V，et al.Evaluation of genetic models for response in a randomized clinical trial of duloxetine in major depressive disorder［J］.Psychiatry Res，2012，200(1):63－5.

［20］Kocabas N A，Faghel C，Barreto M，et al.The impact of catechol-O-methyltransferase SNPs and haplotypes on treatment response phenotypes in major depressive disorder:a case-control association study［J］.Int Clin Psychopharmacol，2010，25(4):218－27.

［21］Bertolino A，Caforio G，Blasi G，et al.Interaction of COMT(Val(108/158)Met)genotype and olanzapine treatment on prefrontal cortical function in patients with schizophrenia［J］.Am J Psychiatry，2004，161(10):1798－805.

［22］Bertolino A，Caforio G，Blasi G，et al.COMT Val158Met polymorphism predicts negative symptoms response to treatment with olanzapine in schizophrenia［J］.Schizophr Res，2007，95(1－3):253－5.

［23］Woodward N D，Jayathilake K，Meltzer H Y.COMT val108/158met genotype，cognitive function，and cognitive improvement with clozapine in schizophrenia［J］.Schizophr Res，2007，90(1－3):86－96.

［24］Yamanouchi Y，Iwata N，Suzuki T，et al.Effect of DRD2，5-HT2A，and COMT genes on antipsychotic response to risperidone［J］.Pharmacogenomics J，2003，3(6):356－61.

［25］Tybura P，Samochowiec A，Beszlej A，et al.Some dopaminergic genes polymorphisms are not associated with response to antipsychotic drugs in schizophrenic patients［J］.Pharmacol Rep，2012，64(3):528－35.

［26］Pelayo-Teran J M，Perez-Iglesias R，Vazquez-Bourgon J，et al.Catechol-O-methyltransferase Val158Met polymorphism and negative symptoms after acute antipsychotic treatment in first-episode non-affective psychosis［J］.Psychiatry Res，2011，185(1－ 2):286－9.

［27］Bakker P R，Bakker E，Amin N，et al.Candidate gene-based association study of antipsychotic-induced movement disorders in long-stay psychiatric patients:a prospective study［J］.PLoS One，2012，7(5):e36561.