細(xì)胞色素P450酶CYP2W1研究進(jìn)展

齊光照，李朵璐

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部，河南 鄭州 450052)

藥物效果的有效發(fā)揮與藥物的吸收、分布、代謝和排泄即藥物代謝動力學(xué)過程密切相關(guān)，其中代謝過程主要在肝臟經(jīng)藥物代謝酶催化進(jìn)行。藥物代謝酶包括Ⅰ相和Ⅱ相酶，前者主要是細(xì)胞色素P450酶(cytochrome P450，CYP450)，而后者包括葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶和N-乙酰基轉(zhuǎn)移酶等。細(xì)胞色素P450酶2W1(cytochrome P450 family 2 subfamily W member 1，CYP2W1)是在人類基因組計劃期間被發(fā)現(xiàn)的CYP450超家族的一個新成員[1-2]，其主要在胎兒期結(jié)腸組織和成人結(jié)直腸癌等腫瘤組織中表達(dá)，而在成人正常組織中表達(dá)缺如[3]。CYP2W1可以將前藥倍癌霉素類化合物代謝為具有細(xì)胞毒性的產(chǎn)物，從而殺死癌細(xì)胞，而正常細(xì)胞由于不表達(dá)CYP2W1而不受影響[4]。作為潛在的靶向藥物作用位點，CYP2W1近年來成為一個研究熱點，本文對相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 CYP2W1基因的結(jié)構(gòu)與遺傳多態(tài)性

人類CYP2W1基因位于染色體7p22.3，跨越 6 485 堿基對(base pair，bp)，包含9個外顯子。CYP2W1開放閱讀框共1 473 bp，編碼含490個氨基酸殘基的蛋白質(zhì)。CYP2W1已命名的等位基因有野生型CYP2W1*1A、變異型CYP2W1*1B和CYP2W1*2-*6，其中變異等位基因頻率超過10%的為CYP2W1*1B(166C>T，rs2272375，p.Leu56Leu)和CYP2W1*6(5601C>T，rs3808348，p.Pro488Leu)[5]。一項篩查200名日本人CYP2W1編碼區(qū)基因變異的研究發(fā)現(xiàn)，CYP2W1*1B和CYP2W1*6在日本人群的等位基因頻率分別為31.8%和36.8%，而QI等[6]報道的中國漢族和維吾爾族人群中CYP2W1*1B和CYP2W1*6的等位基因頻率分別為37.9%和28.0%，42.6%和17.3%。西北大學(xué)的一項類似研究顯示，中國漢族、維吾爾族和藏族人群CYP2W1*1B和CYP2W1*6的等位基因頻率分別為30.0%和24.0%、47.0%和13.0%、44.0%和30.0%[7]。迄今為止，對CYP2W1編碼區(qū)基因突變的篩查只在東亞人(中國的漢族、維吾爾族和藏族，日本人)中進(jìn)行，對于高加索人和非洲人尚無相關(guān)研究發(fā)表。

2項關(guān)于CYP2W1基因突變和結(jié)直腸癌易感性相關(guān)性的研究顯示，西班牙人和瑞典人(皆為相應(yīng)健康對照人群)中CYP2W1*6等位基因頻率分別為12.2%和21.3%[8-9]。西班牙人和瑞典人CYP2W1*2(2008G>A，rs3735684，p.Ala181Thr)等位基因頻率分別為9.1%和6.7%，與日本人(0.5%)、中國漢族(2.9%和2.0%)、維吾爾族(5.2%和7.0%)和藏族(1.0%)人群存在差異[6-9]。作者收集整理了2項大規(guī)模人群全基因組測序數(shù)據(jù)庫中上述3個CYP2W1的單核苷酸多態(tài)性(166C>T、5601C>T和2008G>A)的突變頻率，其中千人基因組工程包括非洲人、美洲人、東亞人、歐洲人和南亞人5個人群，而外顯子組集成聯(lián)合數(shù)據(jù)庫(exome aggregation consortium，ExAC)囊括了60 706 個受試者外顯子組序列信息。與已報道的結(jié)果一致，CYP2W1*1B、CYP2W1*6和CYP2W1*2在不同人群中的等位基因頻率存在差異。

作者在ExAC數(shù)據(jù)庫中共收集到480個CYP2W1基因突變，其中72.3%發(fā)生在編碼區(qū)(錯義突變、同義突變和框移突變)。此外，這480個突變中約93.5%為罕見突變(等位基因頻率小于0.1%)。最近一項研究顯示，藥物轉(zhuǎn)運、代謝和排泄相關(guān)基因的表達(dá)和功能的個體間差異的31.9%歸因于這些基因的罕見變異體[10]。隨著測序成本的下降，利用基于測序的序列分析方法可以進(jìn)一步研究較多的低頻率突變對CYP2W1功能的影響。利用克隆方法對在日本人中發(fā)現(xiàn)的CYP2W1單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行連鎖分析發(fā)現(xiàn)，2008G>A與 166C>T完全連鎖[5]。雖然中國漢族、維吾爾族和藏族人群CYP2W1的連鎖不平衡有所差異[6-7]，但在中國人群中利用Haploview方法進(jìn)一步驗證了以上這些結(jié)論。現(xiàn)在用于鑒定CYP2W1單體型的技術(shù)還比較復(fù)雜，不能普及，但是上文所述的罕見編碼區(qū)突變是否發(fā)生在同一條同源染色體對于確定CYP2W1的酶活性非常重要，該問題值得未來進(jìn)一步研究。

2 CYP2W1遺傳多態(tài)性與結(jié)直腸癌易感性

藥物代謝酶對前致癌物的轉(zhuǎn)運、代謝和排泄能力受遺傳多態(tài)性的影響，因此，藥物代謝酶遺傳多態(tài)性與腫瘤易感性具有一定的相關(guān)性。鑒于CYP2W1在結(jié)腸癌的特異性表達(dá)，GERVASINI等[8]分析了150例西班牙結(jié)腸癌患者和263例健康對照者CYP2W1基因5個非同義突變頻率的差異，結(jié)果顯示，只有CYP2W1*2與結(jié)腸癌增加的發(fā)生風(fēng)險相關(guān)。但是，STENSTEDT等[9]比較了1 785例瑞典結(jié)腸癌患者和1 761例健康對照者CYP2W1*2和CYP2W1*6的基因頻率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，且轉(zhuǎn)染進(jìn)人結(jié)腸癌細(xì)胞株SW480的2個CYP2W1突變體CYP2W1.2和CYP2W1.6的表達(dá)水平和酶活性與野生型相比差異也無統(tǒng)計學(xué)意義。上述2項研究CYP2W1常見突變與結(jié)直腸癌發(fā)生風(fēng)險相關(guān)性的結(jié)果在高加索人中不一致[8-9]，相關(guān)研究在東亞人群尤其是中國人中仍未見報道，因此未來值得進(jìn)一步研究。隨著測序成本的下降，未來可以考察中國結(jié)直腸癌患者整個CYP2W1基因的突變情況，以期發(fā)現(xiàn)相關(guān)的癌癥風(fēng)險遺傳標(biāo)志物。

3 CYP2W1表達(dá)的調(diào)控機制

CYP2W1在一個來自肝細(xì)胞癌細(xì)胞株HepG2的cDNA文庫中被首次發(fā)現(xiàn)，隨后KARLGREN等[3]利用實時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)考察了人和大鼠各種組織中CYP2W1的mRNA和蛋白表達(dá)情況，結(jié)果顯示，大鼠胎兒期結(jié)腸高表達(dá)CYP2W1，而胎兒期其他組織和成年大鼠的各種組織(包括結(jié)腸)卻不表達(dá)CYP2W1。而在成人正常組織如腦、腎臟、肝臟、心臟、胃腸道、肌肉、血液、胎盤、膀胱、子宮、腎上腺、甲狀腺和肺等組織中均未檢測到CYP2W1的表達(dá)，只有某些腫瘤組織如結(jié)腸癌和腎上腺瘤以及癌細(xì)胞株如HepG2中檢測到CYP2W1的表達(dá)。CYP2W1是否高表達(dá)與其基因第1外顯子和內(nèi)含子交界處二核苷酸CG處胞嘧啶的甲基化相關(guān)，使用去甲基試劑氮雜胞苷后低表達(dá)CYP2W1的細(xì)胞株B16A2明顯增加了CYP2W1的表達(dá)[11]。因此，CYP2W1是一個腫瘤特異性表達(dá)的藥物代謝酶，其表達(dá)與CYP2W1基因第1外顯子和內(nèi)含子交界處CG位點胞嘧啶的甲基化水平密切相關(guān)。

CYP450家族基因的表達(dá)易受藥物等異源物的誘導(dǎo)或者抑制，最常見的調(diào)控方式是藥物等配體與核受體如芳香烴受體、組成性雄烷受體及孕烷X受體等結(jié)合形成復(fù)合體，后者以轉(zhuǎn)錄因子的形式與CYP450基因啟動子區(qū)結(jié)合進(jìn)而促進(jìn)其表達(dá)[12]。在穩(wěn)定表達(dá)CYP2W1的結(jié)腸癌細(xì)胞株HCC2998中分別加入14種不同濃度的藥物，結(jié)果顯示，只有酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼、氮雜胞苷和亞油酸(linoleic acid，LA)及其2種結(jié)合物(9Z11E-LA，11E12Z-LA)可以顯著誘導(dǎo)CYP2W1的表達(dá)，但是這些藥物誘導(dǎo)CYP2W1 mRNA表達(dá)上升并不是通過改變CYP2W1基因甲基化水平實現(xiàn)的，其具體的分子機制尚不清楚[13]。未來需要進(jìn)一步研究CYP2W1表達(dá)是否受到轉(zhuǎn)錄因子尤其是核受體的調(diào)節(jié)，以及表觀遺傳學(xué)機制如DNA甲基化與轉(zhuǎn)錄因子的相互作用在其表達(dá)調(diào)控中的角色。

4 CYP2W1對內(nèi)源性底物和外源性異物的代謝

CYP2W1從被發(fā)現(xiàn)以來，一直被作為一個“孤兒”細(xì)胞色素酶，因為其主要的內(nèi)源性底物尚未被證實[14-15]。利用過表達(dá)CYP2W1的HEK293細(xì)胞株和大腸埃希菌等培養(yǎng)體系，檢測到花生四烯酸可以被氧化代謝為二羥基二十碳烯酸[16-17]，但后來的一些類似研究并未發(fā)現(xiàn)花生四烯酸、月桂酸和性激素等是CYP2W1的生理性底物。有研究證實，吲哚和溶血磷脂酸可被其氧化代謝[4,18]。ZHAO等[19]的研究發(fā)現(xiàn)，視黃酸與CYP2W1具有較高的親和力，盡管代謝速率比較低，提示癌細(xì)胞局部視黃酸濃度的變化可能和癌細(xì)胞特異性表達(dá)CYP2W1相關(guān)。以上這些研究內(nèi)源性底物的結(jié)果不一致，可能與CYP2W1的三維晶體結(jié)構(gòu)和反向的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)[20-22]，未來需要用生物物理學(xué)的方法闡明CYP2W1的立體蛋白結(jié)構(gòu)，并確證在氧化反應(yīng)中的電子供體。

CYP2W1在癌組織中的特異性表達(dá)，可能與其代謝前致癌物為致癌物，促進(jìn)癌細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，一些前致癌物如黃曲霉毒素和芳香胺可以經(jīng)CYP2W1代謝轉(zhuǎn)化為具有致癌性的代謝產(chǎn)物[23-24]。此外，基于CYP2W1的癌組織特異性表達(dá)，可以考慮將CYP2W1作為抗腫瘤的藥物靶點。AQ4N(二羥基蒽類)、GW-610(氟苯并噻唑類)和ICT2706(氯甲基吲哚類)等化合物經(jīng)CYP2W1代謝可以成為具有細(xì)胞毒性的抗腫瘤化合物[25-29]。

5 作為潛在藥物靶點的CYP2W1

CYP2W1在癌組織尤其是結(jié)直腸癌的特異性表達(dá)，使其成為一個潛在的診斷和預(yù)后的腫瘤標(biāo)志物[30-33]。在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移和原發(fā)性肝細(xì)胞癌患者中，高表達(dá)的CYP2W1與患者的預(yù)后較差相關(guān)。CYP2W1蛋白在腎上腺組織和腎上腺瘤組織中的表達(dá)尚存在爭議，可能與其特異性抗體的制備途徑相關(guān)[34-35]。利用CYP2W1在腫瘤組織的特異性表達(dá)及作為藥物代謝酶的特性，可以給予患者非細(xì)胞毒性的前藥，后者在特異表達(dá)CYP2W1的腫瘤細(xì)胞中可被CYP2W1代謝為具有細(xì)胞毒性的代謝產(chǎn)物，從而殺死腫瘤細(xì)胞。相關(guān)研究篩選到一類理想的化合物即倍癌霉素類，其原型藥物無細(xì)胞毒性，而經(jīng)過CYP2W1的特異性代謝可以產(chǎn)生對細(xì)胞具有殺傷性作用的代謝產(chǎn)物，進(jìn)而殺死表達(dá)CYP2W1的腫瘤細(xì)胞[36-38]。這些研究在細(xì)胞株以及荷瘤小鼠中均證實了倍癌霉素類化合物的前藥特質(zhì)，為結(jié)直腸癌和肝癌等惡性腫瘤的治療提供了新的策略。

6 總結(jié)與展望

本文綜述了關(guān)于藥物代謝酶CYP2W1的遺傳多態(tài)性及其與結(jié)直腸癌易感性的相關(guān)性、CYP2W1的表達(dá)調(diào)控機制、代謝底物和作為藥物靶點的特質(zhì)等方面的研究進(jìn)展。CYP2W1的表達(dá)譜說明其在胚胎發(fā)育和癌發(fā)生中具有重要的作用。未來對CYP2W1的晶體結(jié)構(gòu)及其代謝特征的闡明可以逐步揭示CYP2W1的分子生物學(xué)特征，并為以其為藥物靶點的新藥研發(fā)提供更多的基礎(chǔ)理論支持。