細(xì)胞色素P450活性與癌癥治療

劉健

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院臨床藥學(xué)研究中心，浙江 杭州 310003

個體對抗癌藥物的反應(yīng)性差異很大，部分原因是藥代動力學(xué)方面的差異。減少個體間藥動學(xué)差異最常見的方法是采用患者的體表面積(BSA)計(jì)算藥物劑量。這種方法是建立在假設(shè)每一個人都具有相同的藥物代謝的能力的基礎(chǔ)上。然而，以體表面積為基礎(chǔ)的給藥劑量計(jì)算方法并不能減少大多數(shù)化療藥物在個體間的藥動學(xué)差異[1]。因此，必定有其他因素影響了藥物的處置，從而影響了療效和毒副作用。個體對藥物反應(yīng)的差異來源之一，在于個體對藥物反應(yīng)的內(nèi)在因素的差異。遺傳學(xué)的因素估計(jì)占了療效和毒性差異的20～95%。藥物基因組學(xué)研究的目的是闡明基因在藥物處置過程中所起的決定因素[2]。遺傳因素影響了藥物處置的各個環(huán)節(jié)，包括藥物的吸收、代謝、分布和排泄。本文主要介紹了藥物的代謝，特別是細(xì)胞色素P450介導(dǎo)的藥物代謝，以及癌癥治療、內(nèi)源性和外源性因素影響這些酶的活性。

1 活化和耐藥

肝臟是細(xì)胞色素P450介導(dǎo)藥物代謝最重要的場所，在肝臟酶被廣泛表達(dá)。由于細(xì)胞色素P450酶3A(CYP3A)介導(dǎo)的主要是口服藥物的代謝，所以胃腸道也是非常重要的代謝場所。乳腺癌、膀胱癌、結(jié)腸癌、食道癌、腎癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、胃癌、以及軟組織肉瘤也選擇性表達(dá)細(xì)胞色素P450部分亞型。腫瘤內(nèi)細(xì)胞色素P450的表達(dá)是腫瘤耐藥的機(jī)制之一。

前體藥物通過細(xì)胞色素P450介導(dǎo)的生物活化可能會導(dǎo)致毒性反應(yīng)。基因?qū)蛐悦皋D(zhuǎn)化前體藥物治療癌癥是一種可行的方法來限制毒性作用[3]。它使靶向治療只破壞腫瘤細(xì)胞，但不影響健康組織。該基因編碼的酶被傳遞到腫瘤細(xì)胞，然后給予一種前體藥物通過酶在局部被轉(zhuǎn)化成細(xì)胞毒素。

2 影響P450酶活性的因素

很多不同的因素都能改變細(xì)胞色素P450酶的活性。這些酶的表達(dá)可受內(nèi)源性因素影響，如個人的年齡、性別、伴發(fā)疾病(如癌癥、肝功能不全、或腎功能不全)、以及遺傳多態(tài)性[4–7]。

2.1 生理因素和并發(fā)癥 已有許多性別對CYP3A活性影響的研究。女性的細(xì)胞色素P450酶3A4(CYP3A4)的蛋白質(zhì)含量和樣品中的CYP3A4 mRNA表達(dá)均高于男性。該方面的研究結(jié)果已經(jīng)促使美國FDA考慮將女性受試者列入生物等效性研究中。但是性別對細(xì)胞色素P450代謝活性影響的結(jié)果還是不一致的。

年齡影響許多生理因素，這些因素包括肝臟的質(zhì)量和肝臟的血流量、血漿蛋白結(jié)合、和肝代謝酶的活性(包括細(xì)胞色素P450酶)，從而會影響藥物的處置。隨著年齡的增長細(xì)胞色素P450體內(nèi)和體外代謝均減少。此外，男性的藥物清除率似乎比女性更易受到年齡的影響。這一結(jié)論與CYP3A的表達(dá)女性是男性兩倍的發(fā)現(xiàn)是一致的。健康人隨著年齡增加，細(xì)胞色素P450酶2E1(CYP2E1)的活性增加，細(xì)胞色素P450酶2C19(CYP2C19)的活性減少。然而，在體外評估健康人肝臟的CYP3A4的含量時，沒有表現(xiàn)出隨著年齡增加活性減少的現(xiàn)象。

大多數(shù)抗癌藥物主要通過肝臟清除。癌癥患者給藥后情況很復(fù)雜，由于他們以前的治療或自己的疾病使得許多人有肝損害，導(dǎo)致了細(xì)胞色素P450含量較少而減少藥物消除。許多患有嚴(yán)重肝功能障礙的患者，是不能進(jìn)行細(xì)胞毒性化療，因?yàn)檫@些藥很有可能造成嚴(yán)重的毒副作用。因此，肝功能不全患者應(yīng)用抗腫瘤藥物后引起藥代動力學(xué)改變資料很少。重度或中度肝損患者在應(yīng)用長春花生物堿類藥物或紫杉烷類化合物時需要調(diào)整劑量以防止中性粒細(xì)胞減少和神經(jīng)毒性。中度肝功能損害患者并不需要減少劑量。

2.2 遺傳變異 一些細(xì)胞色素P450酶基因的遺傳變異會導(dǎo)致代謝的表型變異從而影響藥物的藥代動力學(xué)。某些基因的多態(tài)性也與藥物的毒性、耐藥性有關(guān)。在基因型–表型關(guān)聯(lián)的情況下，反應(yīng)或毒性作用可以通過在治療前測定患者的基因型或表型來預(yù)測。有些基因突變也能增加酶的活性，例如超快代謝的細(xì)胞色素P450酶2D6(CYP2D6)基因。純合子活性的差異比雜合子更明顯，這使得解釋遺傳變異的重要性進(jìn)一步復(fù)雜化。

2.3 合并用藥 同時服用兩種或更多的抗癌藥物可導(dǎo)致藥物代謝的變化，從而影響藥物的藥代動力學(xué)和臨床療效。藥物代謝酶的誘導(dǎo)和抑制是藥物之間相互作用兩個主要機(jī)制。預(yù)測藥物相互作用需要持續(xù)關(guān)注的方面是某些細(xì)胞色素P450酶的多態(tài)性表達(dá)。在已知有不良反應(yīng)的藥物中，86%是通過具有多態(tài)性的細(xì)胞色素P450酶所代謝。

合并用藥抑制代謝酶的活性是導(dǎo)致許多藥物不良反應(yīng)的原因，因?yàn)樗鹚幬锶肀┞读康脑黾?。?dāng)患者同時服用對細(xì)胞色素P450亞型有很高親和力的藥物和一種通過該亞型代謝的藥物，那么高親和力的藥物就會影響另一個藥物的代謝。低親和力藥物的藥理作用可能被改變，導(dǎo)致藥物暴露增加，或更高的療效或更高毒性反應(yīng)。

一些臨床上重要的藥物之間的相互作用，其機(jī)制并不一定完全由細(xì)胞色素P450的抑制引起，也有可能是由P–糖蛋白(ABCB1)介導(dǎo)或通過P–糖蛋白和細(xì)胞色素P450共同作用。P–糖蛋白是一種細(xì)胞膜相關(guān)蛋白，其轉(zhuǎn)運(yùn)各種藥物底物的能力以及作為腫瘤多藥耐藥的介質(zhì)已被廣泛研究。

3 細(xì)胞色素P450酶代謝的抗癌藥物

本文介紹臨床上常用的化療藥，環(huán)磷酰胺、異環(huán)磷酰胺、他莫昔芬、多西紫杉醇、紫杉醇、伊立替康的生物轉(zhuǎn)化途徑，以闡明細(xì)胞色素P450酶在抗癌藥物代謝中的作用。

3.1 環(huán)磷酰胺和異環(huán)磷酰胺等烷化劑 該類藥物通過肝細(xì)胞色素P450催化代謝而產(chǎn)生細(xì)胞毒性。環(huán)磷酰胺的活性代謝物(4–羥基衍生物)主要通過CYP2B6代謝生成，異環(huán)磷酰胺通過CYP3A4代謝生成有活性的4–羥基衍生物[8]。 其他P450酶也參與到該類藥物的代謝中。共有六個代謝酶(CYP2A6，CYP2B6，CYP3A4，CYP2C8， CYP2C9，CYP2C19)參與環(huán)磷酰胺代謝成羥基衍生物的反應(yīng)。兩個主要的代謝產(chǎn)物，4–羥環(huán)磷酰胺和醛磷酰胺，無論是在體外還是體內(nèi)都具有細(xì)胞毒性。醛磷酰胺代謝成磷酰胺芥子氣，它是環(huán)磷酰胺活性最強(qiáng)的代謝產(chǎn)物，能引起大部分DNA的交聯(lián)(該制劑的主要臨床活性)。異環(huán)磷酰胺4–羥基代謝物同樣產(chǎn)生一個抗腫瘤活性的烷化劑芥子氣。代謝中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品，丙烯醛，是這類藥物尿毒性的原因。

N–二氯乙基化的結(jié)果是使這些化合物失活和形成有毒的副產(chǎn)品氯乙醛。環(huán)磷酰胺通過CYP3A4催化這種反應(yīng)，CYP3A4和CYP2B6共同催化異環(huán)磷酰胺的這種反應(yīng)。給藥劑量一半左右的異環(huán)磷酰胺發(fā)生N–二氯乙基化，但只有10%的環(huán)磷酰胺發(fā)生這種反應(yīng)。給予異環(huán)磷酰胺的患者生成更多的氯乙醛，因此，比那些給予環(huán)磷酰胺的患者更有可能產(chǎn)生腎毒性或神經(jīng)毒性。改變細(xì)胞色素P450活性因素會影響激活(4 –羥基化)和失活 (N–二氯乙基化)兩條代謝途徑之間的平衡，從而導(dǎo)致這類藥物藥代動力學(xué)和藥效學(xué)的變化。

由于個體間對環(huán)磷酰胺臨床反應(yīng)的差異，許多研究試圖找出在該藥物代謝活化中起作用的所涉及的酶的種類。CYP2B6，CYP2C19，CYP2C9和CYP3A5 都存在等位基因的變異，而改變了代謝活性，從而有可能使不同患者的藥代動力學(xué)發(fā)生改變。

合并用藥誘導(dǎo)或抑制細(xì)胞色素P450活性，可以更改環(huán)磷酰胺激活和失活代謝途徑之間的平衡。激活環(huán)磷酰胺的代謝途徑依賴于CYP3A4的活性，并可以通過藥物之間的相互作用改變代謝活性。

CYP2B6被認(rèn)為是環(huán)磷酰胺生物活化的主要同工酶，有報(bào)道指出個體間存在很大的活性差異。已知至少存在10個單核苷酸多態(tài)性，有些多態(tài)性導(dǎo)致氨基酸被替代，而導(dǎo)致酶的活性降低(例如，C1459T)。迄今為止，還沒有臨床研究評價(jià)環(huán)磷酰胺基因型改變與藥代動力學(xué)變化的相關(guān)性。因?yàn)橥瑫r有多個細(xì)胞色素P450參與環(huán)磷酰胺的代謝，在單個基因多態(tài)性不可能會導(dǎo)致臨床上藥代動力學(xué)的明顯變化。

3.2 他莫昔芬 該藥是一種人工合成的抗雌激素，多年來被用于治療乳腺癌，也作為化學(xué)預(yù)防劑被廣泛應(yīng)用于預(yù)防有這種癌癥風(fēng)險(xiǎn)的婦女。除了其抗癌活性，他莫昔芬對心血管系統(tǒng)和骨骼也有保護(hù)作用。然而，該藥臨床的療效和毒性反應(yīng)有很大的個體差異。有些患者對他莫昔芬耐藥。有很大比例的患者出現(xiàn)副作用，包括潮熱，血栓栓塞性事件，以及婦科并發(fā)癥。他莫昔芬療效個體差異的機(jī)制仍然不明。

他莫昔芬必須通過細(xì)胞色素P450活化生成抗雌激素作用的代謝產(chǎn)物來發(fā)揮作用，這些代謝產(chǎn)物的活性比母體化合物強(qiáng)很多倍。體外研究表明[9]，許多細(xì)胞色素P450亞型(如，CYP3A，CYP2D6，CYP2C9，CYP2C19，CYP2B6和CYP1A2)參與到他莫昔芬生物轉(zhuǎn)化中。他莫昔芬的主要代謝產(chǎn)物是N–去甲基他莫昔芬(經(jīng)CYP3A4代謝生成)和4–羥基他莫昔芬和4–羥基–N–去甲基他莫昔芬(由CYP2D6代謝生成)。CYP2B6也參與他莫昔芬的代謝激活。N–去甲基衍生物與雌激素受體的親和力大于母體藥物幾百倍，4–羥基衍生物的親和力與他莫昔芬相當(dāng)。因此，不同的細(xì)胞色素P450亞型可影響他莫昔芬的藥理作用。他莫昔芬代謝模式的改變或其主要代謝產(chǎn)物可能是產(chǎn)生個體間差異的主要原因。他莫昔芬的I項(xiàng)代謝增加，其活性也增加，以其活性代謝產(chǎn)物 4–羥基他莫昔芬增加為特點(diǎn)。這種代謝產(chǎn)物與雌激素受體有很高的親和力，其抑制雌激素依賴的細(xì)胞增殖能力是他莫昔芬的30～100倍。

藥物之間相互作用的評價(jià)不僅要考慮支持治療對化療的影響，還要考慮抗腫瘤藥對同時服用的其他藥物藥代動力學(xué)的影響。他莫昔芬和它的代謝產(chǎn)物N–去甲基他莫昔芬和4–羥基他莫昔芬通過抑制CYP3A4代謝途徑，有引起藥物相互作用的可能。

CYP2D6等位基因變異(慢代謝者)的患者，他莫昔芬治療的獲益比其他人要少，原因就在于活性代謝產(chǎn)物4 –羥基他莫昔芬生成減少。

3.3 紫杉醇 這是一種疏水性抗腫瘤藥，對人類的許多惡性腫瘤顯示了強(qiáng)大的抗腫瘤活性，包括乳腺癌，肺癌和卵巢癌。紫杉醇在肝臟通過CYP2C8氧化代謝，生成其主要代謝產(chǎn)物 6–α–羥基紫杉醇[10]。但在有些個體，CYP3A4被認(rèn)為是主要的代謝酶。紫杉醇次要代謝物是3'–P–羥苯基紫杉醇，由CYP3A4/CYP3A5代謝生成。這兩個羥基代謝產(chǎn)物可以經(jīng)過進(jìn)一步代謝由CYP3A4/CYP3A5或CYP2C8生成雙羥基代謝物，6–α–羥基–3'–P–羥苯基紫杉醇。CYP2C8基因多態(tài)性也會影響紫杉醇療效和毒性。

3.4 多西紫杉醇 這種微管穩(wěn)定劑用于治療乳腺癌，前列腺癌，非小細(xì)胞肺癌。它主要通過CYP3A4代謝成羥基衍生物，少量由CYP3A5代謝[11]。多西紫杉醇個體間的藥代動力學(xué)存在著很大的變異性。

CYP3A4是最豐富的細(xì)胞色素P450亞型，占人體肝臟中的30%的細(xì)胞色素P450含量。個體間CYP3A家族的活性差別很大。至目前為止，已確定CYP3A4有19個蛋白質(zhì)變異。體內(nèi)CYP3A4活性對多西紫杉醇代謝的貢獻(xiàn)已有相關(guān)研究。CYP3A4的活性對藥物清除和毒性反應(yīng)的影響表明，肝CYP3A4的活性能預(yù)測多西紫杉醇的清除情況，同時也是患者之間清除情況差異的主要原因。

基于BSA的個體化給藥方法可以減少多西紫杉醇藥代動力學(xué)變異，但不影響臨床上的毒性反應(yīng)的個體差異。酮康唑是CYP3A4抑制劑。當(dāng)多西紫杉醇與酮康唑合用，其清除率將減少49%。該發(fā)現(xiàn)表明，多西紫杉醇與CYP3A4抑制劑或誘導(dǎo)劑合用，將產(chǎn)生有臨床意義的藥物相互作用，其結(jié)果將導(dǎo)致毒副作用增大或療效降低。

3.5 伊立替康 其代謝和遺傳多態(tài)性已被廣泛研究。該藥用于治療轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌或直腸癌。它是一種喜樹堿衍生物，它作用于拓?fù)洚悩?gòu)酶I造成的DNA損傷。伊立替康是一種前體藥物，通過羧酸酯酶1和2水解生成有藥理活性化合物7–乙基–10–羥基喜樹堿。該化合物可通過尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶UGT1A1，UGT1A3，UGT1A7，UGT1A9，和UGT1A10經(jīng)過葡萄糖醛酸化滅活[12]。 通常情況下，伊立替康代謝與UGT1A1基因多態(tài)性有關(guān)，特別是UGT1A1*28基因多態(tài)性，這將減少活性代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)換成其葡糖苷酸化合物。伊立替康也可以通過CYP3A4轉(zhuǎn)換成非活性代謝產(chǎn)物[13]。抑制CYP3A4活性的患者接受伊立替康治療后，毒性代謝產(chǎn)物的生成顯著增加。

采用伊立替康治療的患者不能同時服用圣約翰草(CYP3A4的誘導(dǎo)劑)，因?yàn)檠獫{中活性代謝產(chǎn)物濃度會有所降低，這將影響療效。

利用細(xì)胞色素P450來調(diào)節(jié)伊立替康藥代動力學(xué)特性，可以作為減少嚴(yán)重毒副作用的方法。

4 結(jié)論

癌癥藥理學(xué)的一個最重要的難點(diǎn)是從腫瘤反應(yīng)和毒副作用兩個方面預(yù)測治療的結(jié)果。測定癌癥患者細(xì)胞色素 P450活性非常復(fù)雜，同時要考慮遺傳背景和復(fù)雜的生理變化(由伴隨的疾病狀態(tài)，繼發(fā)于以往治療方法的器官功能障礙，腫瘤入侵，營養(yǎng)不良，和服用多種藥物引起)。

個體間癌癥化療的藥代動力學(xué)差異會引起治療的療效和安全性的不同結(jié)果。年齡，性別，器官的功能，和伴隨疾病單一因素并不能闡明個體間對藥物反應(yīng)的差異性。大部分的注意力已經(jīng)集中在遺傳多態(tài)性在藥物代謝中的作用，但缺乏許多多態(tài)性功能性特點(diǎn)的信息以及對不同底物作用。這些都需要未來進(jìn)一步研究。

許多化療方案涉及多個藥物的組合，所以很可能存在一種藥物誘導(dǎo)或抑制一種酶的活性，而該酶又代謝第二個藥物。這種相互作用在臨床上的重要性是被低估的。不能闡明的個體間的代謝差異會導(dǎo)致劑量過低或過量，可能會導(dǎo)致毒性作用。

迄今為止，藥物基因組學(xué)的研究主要集中單個基因多態(tài)性的影響。單個基因多態(tài)性研究作為治療效應(yīng)的標(biāo)志物，通常很少能闡明臨床上重要的變化。與野生型相比，藥物代謝酶變異形式只顯示很少的活性降低，許多只是復(fù)雜代謝途徑的一部分。許多與極端藥物毒性反應(yīng)相關(guān)的遺傳變異是罕見的，僅占觀察到的變異的一小部分。

為了更好地評估細(xì)胞色素P450酶類對機(jī)體代謝的作用，需要找到更全面的方法。藥物的吸收、排泄、活化、代謝整個藥代動力學(xué)途徑涉及的酶的多態(tài)性都應(yīng)進(jìn)行研究。旨在闡明癌癥化療藥代動力學(xué)的前瞻性研究，可能有助于提高治療效果，安全性，以及便于預(yù)測臨床藥物之間的相互作用。

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