CYP2D亞家族基因在脊椎動(dòng)物中的研究進(jìn)展*

馮 平

（1廣西師范大學(xué)珍稀瀕危動(dòng)植物生態(tài)與環(huán)境保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣西桂林 541006 2廣西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 廣西桂林 541006）

0 細(xì)胞色素P450酶及CYP2D亞家族基因概述

細(xì)胞色素P450（CYP）酶催化外源物和內(nèi)源物的氧化，例如催化藥物、環(huán)境化合物、植物代謝物、脂肪酸和生物堿物質(zhì)的氧化［1］。該酶是膜結(jié)合血紅素蛋白，在原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中廣泛表達(dá)［2］。大量的底物需要各種各樣的CYP蛋白起作用，同時(shí)種類豐富的底物也反映了生存環(huán)境和食性的物種特異性［1］。盡管CYPs在很多組織中被發(fā)現(xiàn)，在人和其他哺乳動(dòng)物卻主要集中于肝臟，在肝臟催化第一相代謝反應(yīng)中許多內(nèi)源性和外源性化合物的氧化［3］，將外源化合物，包括藥物、化學(xué)致癌物和毒素通過各種氧化反應(yīng)進(jìn)行代謝以增加其水溶性，為第二相代謝反應(yīng)中形成高度可溶的復(fù)合物以便排出體外做準(zhǔn)備［4］。P450酶是藥物代謝過程中的一類非常重要的酶，對(duì)這類酶的研究對(duì)評(píng)估藥物-藥物相互作用、臨床個(gè)體化用藥有很大的意義；P450酶技術(shù)在新藥研發(fā)過程中運(yùn)用于預(yù)知候選化合物在體內(nèi)的代謝情況、產(chǎn)生的毒性等，為新藥研發(fā)提供技術(shù)保障，同時(shí)也為有針對(duì)性地尋找更為安全有效的化合物提供指導(dǎo)，極大減少新藥研發(fā)的費(fèi)用［4-7］。

按照初級(jí)結(jié)構(gòu)的相似性程度不同，CYP超家族可以分為家族（例如 CYP1、CYP2、CYP3等，其相似性大于40%）和亞家族（用字母例如A、B、C標(biāo)記，其相似性大于55%），最后再加上阿拉伯?dāng)?shù)字則代表具體某一個(gè)酶［2，8］。CYP 家族 1、2、3 傾向于代謝藥物和外源性物質(zhì)，同時(shí)它們也參與大量?jī)?nèi)源性化合物例如維他命、膽汁酸和激素的代謝轉(zhuǎn)化；其他家族的CYP酶一般參與內(nèi)源性過程，特別是激素的生物合成［9］。

CYP2家族是脊椎動(dòng)物CYPs中數(shù)量最多和變化最大的家族［10-11］。哺乳動(dòng)物CYP2s負(fù)責(zé)各種結(jié)構(gòu)多樣的藥物、類固醇和致癌物的代謝，在各種內(nèi)源性和外源性化合物的代謝中起著關(guān)鍵的作用［1］。由于在人類藥品氧化Ⅰ相中起重要的催化作用，CYP2研究主要集中在哺乳動(dòng)物中的模式物種，而在其他脊椎動(dòng)物中的研究基本是缺乏的［12］。而因?yàn)榭梢源x很多臨床上比較重要的藥品（例如s-殺鼠靈和抗抑郁藥），哺乳動(dòng)物CYP2D基因吸引了大量的注意力［13］。

CYP2D在人類中由一個(gè)有功能的CYP2D6和2個(gè)旁系同源基因 CYP2D7和 CYP2D8組成［14］，后2個(gè)基因是沒有功能的。在該家族成員中，對(duì)CYP2D6的研究相對(duì)成熟。CYP2D6酶含量在肝臟P450含量中所占比例雖然只有大約4%，但它參與代謝的藥物量卻占P450藥物代謝總量的25%～30%［4-5］。CYP2D 在哺乳類、鳥類、兩棲類及其他物種中都有發(fā)現(xiàn)。下文對(duì)CYP2D在這些動(dòng)物類群中的研究及不同物種中發(fā)現(xiàn)的CYP2D的分布部位及其與人類該基因的同源關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 哺乳類CYP2D基因的進(jìn)化研究

Yasukochi 和 Satta［15］對(duì)人類和 4 個(gè)非人靈長(zhǎng)類（黑猩猩、紅毛猩猩、恒河猴和普通狨猴）CYP2D基因亞家族的進(jìn)化和基因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黑猩猩和紅毛猩猩中都有3個(gè)CYP2D基因（1個(gè)完整基因，2個(gè)假基因），而恒河猴和普通狨猴中有2個(gè)CYP2D基因（均為完整基因）。在進(jìn)化關(guān)系上，黑猩猩、紅猩猩、人和恒河猴四者親緣關(guān)系較接近，而普通狨猴與上述4個(gè)物種的關(guān)系比較遠(yuǎn)，但是恒河猴與普通狨猴CYP2D基因的數(shù)目卻相同，由此可見，CYP2D基因的數(shù)量與親緣關(guān)系的關(guān)聯(lián)性不大。進(jìn)一步對(duì)這些基因進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)CYP2D7P是從CYP2D6復(fù)制而來，并且這種復(fù)制發(fā)生在人類和大猩猩發(fā)生分歧之前，而CYP2D6和CYP2D8P在新大陸猴和狹鼻猴的主干支系上即已存在，該研究揭示人類基因組中的CYP2D亞家族的起源可以追溯到羊膜動(dòng)物和兩棲動(dòng)物發(fā)生分歧之前［15］。通過對(duì)包括人在內(nèi)的6種靈長(zhǎng)類（人、黑猩猩、蘇門答臘猩猩、恒河猴、普通狨、倭黑猩猩）的CYP2D6亞家族基因進(jìn)行分子進(jìn)化研究，發(fā)現(xiàn)CYP2D6和CYP2D8基因的非底物識(shí)別位點(diǎn)由于基因轉(zhuǎn)換而聚到一起，但是底物識(shí)別位點(diǎn)并沒有聚到一起，意味著底物特異性的功能限制是底物識(shí)別位點(diǎn)受到純化選擇的原因［1］。

CYP2D6在人類藥物代謝遺傳多態(tài)性中研究得比較多。CYP2D6的多態(tài)性會(huì)導(dǎo)致不同個(gè)體對(duì)異哇胍的代謝率不同［16］。大約7%～10%的高加索人口種群遺傳了CYP2D6等位基因的突變作為一個(gè)常染色體隱性性狀［16］，導(dǎo)致在應(yīng)對(duì)由CYP2D清除的藥物時(shí)會(huì)有不同的個(gè)體變化。按照基因突變對(duì)CYP2D6酶活性的影響及野生型等位基因拷貝數(shù)的多少，可以將CYP2D6酶的代謝表型劃分為弱代謝型（0拷貝）、中間代謝型（1個(gè)拷貝）、泛代謝型（2個(gè)拷貝）和超代謝型（多重拷貝），這些遺傳變異還與疾病和癌癥 （例如帕金森綜合征、肺癌、肝癌和黑素瘤）的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)［9］。

2 鳥類CYP2D基因的進(jìn)化研究

CYP2D49基因是雞中第1個(gè)被報(bào)道的CYP2D亞家族成員，由 Cai H 等［17］首次從原雞的肝臟中克隆獲得，CYP2D49的基因結(jié)構(gòu)及其相鄰基因都是保守的，并且與人類CYP2D6相似，該基因主要在肝臟、腎臟和小腸中表達(dá)。Watanabe KP等［18］分析了原雞、火雞和斑胸草雀包括CYP2D在內(nèi)的CYP2家族，認(rèn)為鳥類多種類型的取食生境、特定的適應(yīng)性和世界范圍內(nèi)的分布，以及廣泛暴露于種類繁多的化合物（環(huán)境化合物），很可能導(dǎo)致它們形成了一系列新型外源物的代謝機(jī)制。此外，通過對(duì)包括古頜總目、雞雁小綱和新鳥下綱在內(nèi)的36個(gè)目的48個(gè)物種CYP2家族基因的進(jìn)化模式進(jìn)行研究，Almeida D等［19］發(fā)現(xiàn)在鳥類中只有一個(gè)CYP2D基因，在37個(gè)鳥類物種中發(fā)現(xiàn)了36個(gè)基因和1個(gè)假基因，CYP2D亞家族在古頜總目支系中可能已經(jīng)丟失。在一些哺乳類（例如嚙齒類、靈長(zhǎng)類、兔子和馬）中的CYP2D與取食生境和代謝毒素例如生物堿［15］有關(guān)，鳥類CYP2D亞家族的正選擇位點(diǎn)可能對(duì)高效解毒有特別的優(yōu)勢(shì)，該研究同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，鳥類CYP2D基因的一些正選擇位點(diǎn)位于先前認(rèn)為的與代謝植物毒素相關(guān)聯(lián)的底物識(shí)別位點(diǎn)區(qū)域，并揭示一些鳥類中CYP2D基因的選擇限制性變化與不同的取食生境和遷徙行為相關(guān)［19］。

3 CYP2D基因在兩棲類和其他動(dòng)物中的進(jìn)化研究

CYP2D基因在其他動(dòng)物中的研究比較少，Yasukochi和 Satta［15］對(duì)公共數(shù)據(jù)庫中已有基因組數(shù)據(jù)的脊椎動(dòng)物，包括8個(gè)真獸亞綱、1個(gè)有袋類、1個(gè)單孔類、1個(gè)爬行類和2個(gè)兩棲類的CYP2D基因進(jìn)行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，有的動(dòng)物（例如蜥蜴、雞、狗和豬）中僅有1個(gè)CYP2D基因，兩棲動(dòng)物擁有多個(gè)CYP2D基因；嚙齒類有著5～9個(gè)CYP2D基因，兔子有 5 個(gè)，而馬有 6 個(gè)［4，15］，推測(cè)植食性動(dòng)物CYP2D基因亞家族的擴(kuò)張可能與CYP2D6酶對(duì)植物毒素例如生物堿有著很高的親和性有關(guān)［20］。

4 表達(dá)部位、與人類CYP2D基因的同源性

在基因同源性方面，不同猴類與人類的CYP2D基因同源性存在差異。食蟹猴中全長(zhǎng)由497個(gè)氨基酸組成的CYP2D17與人類CYP2D6有93%的相似性［21］；恒河猴中，發(fā)現(xiàn)了 CYP2D42，并且該酶可能是人類CYP2D6的直系同源物；普通狨猴中發(fā)現(xiàn)了2個(gè)亞型CYP2D30和CYP2D19，這2種亞型有著高度的同源性也有著不同的催化活性，CYP2D30與人類CYP2D6相似，表現(xiàn)出高的異哇胍4-羥化酶活性和相對(duì)低的異哇胍5-、6-、7-和8-羥化酶活性，而CYP2D19表現(xiàn)出相反的催化活性；在日本猴（Macaca fuscata）中，一個(gè)全長(zhǎng)為 497個(gè)氨基酸組成的蛋白（指定為CYP2D29）與人類CYP2D6、食蟹猴CYP2D17和普通狨猴CYP2D19分別具有96%、91%和88%的同源性；與人類CYP2D6功能類似，日本猴CYP2D29催化異哇胍和丁呋洛爾的代謝［9］。

在小鼠的9個(gè)CYP2D基因中（CYP2D9,-2D10，-2D11，-2D12，-2D13，-2D22，-2D26，-2D34 和-2D40）［10］，CYP2D22 被認(rèn)為是人類 CYP2D6 的直系同源基因［22］，在肝臟大量表達(dá)，而在腎上腺、卵巢和乳腺中表達(dá)水平處于中間水平。在大鼠中，基因組分析鑒別出 6個(gè)亞型（CYP2D1、-2D2、-2D3、-2D4、-2D5和-2D18），這6個(gè)亞型在各種組織中表達(dá)例如在肝臟、腎臟和大腦中表達(dá)，6個(gè)亞型中CYP2D1與人類的CYP2D6直系同源；CYP2D5和CYP2D18分別與CYP2D1和CYP2D4的氨基酸序列有著 95%的相似性［9］。CYP2D15是狗的主要CYP2D，酶活性與人類CYP2D6相似，主要在肝臟中表達(dá)［23］，還在其他若干組織中低水平表達(dá)［9］。

5 總結(jié)與展望

CYP2D亞家族基因在人類中的研究相對(duì)成熟，而在其他動(dòng)物中研究比較少，隨著科學(xué)研究的不斷向前發(fā)展和研究手段的不斷創(chuàng)新，相信會(huì)有越來越多的關(guān)于脊椎動(dòng)物CYP2D亞家族基因的研究報(bào)道，進(jìn)一步揭示CYP2D亞基因家族成員的結(jié)構(gòu)、功能及其在不同動(dòng)物之間的進(jìn)化關(guān)系。