細胞色素P450酶CYP2W1研究進展

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)藥物代謝酶催化進行。藥物代謝酶包括Ⅰ相和Ⅱ相酶，前者主要是細胞色素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?；D(zhuǎn)移酶等。細胞色素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，而在成人正常組織中表達缺如[3]。CYP2W1可以將前藥倍癌霉素類化合物代謝為具有細胞毒性的產(chǎn)物，從而殺死癌細胞，而正常細胞由于不表達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，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)染進人結(jié)腸癌細胞株SW480的2個CYP2W1突變體CYP2W1.2和CYP2W1.6的表達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)險遺傳標志物。

3 CYP2W1表達的調(diào)控機制

CYP2W1在一個來自肝細胞癌細胞株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和蛋白表達情況，結(jié)果顯示，大鼠胎兒期結(jié)腸高表達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，只有某些腫瘤組織如結(jié)腸癌和腎上腺瘤以及癌細胞株如HepG2中檢測到CYP2W1的表達。CYP2W1是否高表達與其基因第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CYP2W1的細胞株B16A2明顯增加了CYP2W1的表達[11]。因此，CYP2W1是一個腫瘤特異性表達的藥物代謝酶，其表達與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)合進而促進其表達[12]。在穩(wěn)定表達CYP2W1的結(jié)腸癌細胞株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，但是這些藥物誘導(dǎo)CYP2W1 mRNA表達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]。未來需要進一步研究CYP2W1表達是否受到轉(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CYP2W1的HEK293細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，提示癌細胞局部視黃酸濃度的變化可能和癌細胞特異性表達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)膜拓撲結(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，可能與其代謝前致癌物為致癌物，促進癌細胞的發(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，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，使其成為一個潛在的診斷和預(yù)后的腫瘤標志物[30-33]。在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移和原發(fā)性肝細胞癌患者中，高表達的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及作為藥物代謝酶的特性，可以給予患者非細胞毒性的前藥，后者在特異表達CYP2W1的腫瘤細胞中可被CYP2W1代謝為具有細胞毒性的代謝產(chǎn)物，從而殺死腫瘤細胞。相關(guān)研究篩選到一類理想的化合物即倍癌霉素類，其原型藥物無細胞毒性，而經(jīng)過CYP2W1的特異性代謝可以產(chǎn)生對細胞具有殺傷性作用的代謝產(chǎn)物，進而殺死表達CYP2W1的腫瘤細胞[36-38]。這些研究在細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)等方面的研究進展。CYP2W1的表達譜說明其在胚胎發(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。