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细胞色素P450酶与药物代谢的研究现状作者：刘丽班级：2013级药学四班学号：201304020435摘要：细胞色素P450(cytochromeP450、CPY)是重要的药物代谢酶,参与多种内源和外源化合物代谢,特别是多种临床药物的生物转化。近年来,对细胞色素P450的结构、功能特别是时其在药物代谢中的作用的研究有了较大的进展；本文综述了CYP450在体内的分布和生物学意义以及在药物代谢中的研究方法与应用。关键词：细胞色素P450;药物代谢；研究方法；立体选择性CytochromeP450andDrugMetabolismLiuLiClass：PharmacyclassfourNO.201304020435Abstract:CytochromeP450isanimportantenzymeaboutthedrugmetabolism,takingpartinmanyendogenousandexogenousmetabolismofcompound,specially,inthebiologicaltransformationaboutclinicalmedicine.Recently,thereisaverybigprogressintheresearchabouttheCytochromeP450’sstructureandfunctionspecialthefunctionindrugmetabolism;thisarticlerepresentedCYP450’sdistributeandsignificanceinbiologyandtheinvestigativemethodsandapplicationinthedrugmetabolism.KeyWords:CytochromeP450;DrugMetabolism;InvestigativeMethods;stereo-selectivity1.引言细胞色素P450酶,主要存在于肝微粒体中,在内源和外源性化合物(包括药物和毒物)的生物转化中起着十分重要的作用。它的活性决定药物的代谢速率,与药物的清除率有着直接关系,是药物代谢的I相酶,因而又称为药物代谢酶。临床上,大约60%的普通处方药需要通过细胞色素P450系统进行生物转化。另外，细胞色素P450酶还具有广泛的生物学意义,与疾病、肿瘤易感性及机体耐药性的产生有着密切关系,因此一直是药物代谢研究中的一个热点。2.细胞色素P450概述2.1细胞色素P450的分布及生物学意义[1-5]细胞色素P450(CPY450)是肝微粒体混合功能氧化酶中最重要的一族,它是一组结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶。在人体内,人体中涉及大多数药物代谢的CYP酶系主要有CYP1、CYP2和CYP3三大家族；主要分布于肝脏和小肠,此外,在心、肺、肾和脑等组织也有少量分布,外源性物质的代谢主要由肝脏和小肠中的P450酶处置,但对分布于其他组织中的少量P450酶,其生物学意义尚不十分清楚。P450酶的主要生物学功能表现在两个方面:内源性物质(如类固醇、脂肪酸、生物胺等)的代谢;外源性物质(如药物、致癌物等)的处置上。2.2细胞色素P450代谢过程中出现的立体选择性[6-24]2.2.1P450酶的选择性作为生物大分子的P450有其特定空间结构,这就要求能被它催化的底物也要有相应的空间结构,故而每个P450均有其特定底物群。一个酶可以有几个不同的活性部位,不同酶的活性部位的空间结构也可有相似性。因此一种底物可经不同的酶催化生成相同或不同的产物。2.2.2底物的立体选择性代谢P450对不同药物选择性不同,对同一药物的不同旋光异构体的亲和力和催化能力往往也不同,此即立体选择性。2.2.3产物的立体选择性P450不仅在手性药物代谢中有立体选择性,在代谢产物的生成中也能产生立体选择性。代谢的产物由于立体结构不同，在体内产生的药理作用自然也不同，从而影响药物的效能，所以代谢产物的立体性研究也必不可少。2.3P450酶与药物代谢2.3.1药物代谢药物代谢是指药物在生物体内发生的有机化学反应过程。药物代谢通常在酶催化下进行，产物称为代谢物。药物主要在肝脏代谢，但也可在其他器脏代谢，如小肠、肾、血液皮肤和肺。多数药物通过代谢失活，但在少数情况下，代谢过程也可以将无活性物质转变为有活性物质。2.3.2CYP450酶在药物代谢中的作用[25-41]药物进入体内后一般以两种方式消除:一种是药物不经代谢而直接以原形排出体外;另一种是药物被代谢后以代谢物的形式排出体外。药物在体内的代谢主要经历两步反应,第一步为I相反应,催化I相反应的关键酶即为P450酶;第二步为II相反应,在此反应中药物及其代谢物与内源性物质结合后排出体外,催化II相反应的酶较多,重要的酶有葡萄糖醛酸转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶、N-乙酰基转移酶等。由P450酶所催化的I相反应是药物在体内代谢的关键一步,因为这一步反应常常是药物从体内消除的限速步骤,可影响药物的生物利用度,而药物在体内的药动学个体差异往往是由于参与代谢的P450酶活性存在较大个体差异所致,因为P450酶活性常受到遗传因素、年龄、疾病状态或其它药物相互作用的影响而发生改变。药物在体内的许多动力学特性(如药物的半衰期、清除率和生物利用度)均与参与其代谢的P450酶有关。人体内涉及药物代谢的细胞色素P450主要为CPY1、CPY2、CYP3家族中7种重要的亚型,包括有CPY1A2、CPY2A6、CYP2C9、CPY2C19、CYP2D6、CYP2E1、CPY3A4。1)CYP1A2人类CYP1家族中被发现的P450氧化酶有CPY1A1、CYP1A2和CPY1B1。其中CYP1A2与药物代谢关系最为密切,它是一种由多环芳香烃诱导的CYP亚型，占肝脏总P450氧化酶含量的21%,参与咖啡因、非那西丁、醋氨酚、17β-雌二醇、普洛萘尔等20几种药物的代谢，并且在十几种前致癌物的激活或灭活中发挥重要作用，其活性与药物的疗效或毒性及某些肿瘤的易感性密切相关。不同个体CYP1A2含量相差可达60倍,有明显的种族差异。2)CYP3ACYP3A基因亚族占人类肝脏存在的全部P450酶和小肠中存在的主要P450酶的30%，是一种重要CYP450酶系。在临床上约有50%的药物经由CYP3A代谢。CYP3A能催化许多药物的代谢，在类固醇（如睾酮）代谢中也起着重要作用。2.3.3CYP450酶与药物相互作用[42-44]CYP450是药物代谢的主要酶类，与药物代谢有着密切的关系，因此在药物与CYP450之间存在着一种循环：药物影响CYP450的活性，CYP450活性的改变又会对其他药物产生影响。因此可以利用药物对CYP450的作用来解释一些临床上常见的药物相互作用。比如药物对CYPIA2的抑制作用就与药物相互作用有关。氟伏沙明和利多卡因联合应用，健康个体利多卡因的清除率平均下降60％，轻度肝硬化的患者平均下降44％，药物半衰期相应增加，对严重肝功能异常的患者则没有这种影响，比较合理的解释为对肝功能正常个体来说，CYPlA2是利多卡因的主要代谢酶，氟伏沙明对CYPlA2的抑制作用使利多卡因代谢受抑制。随着肝脏功能变坏，肝脏CYPIA2水平下降，氟伏沙明对CYPlA2的影响减少，两药相互作用的程度就会下降。药物相互作用与CYPlA2水平有关。E7070是一种明显的磺胺类抗癌药，曾被用来与口服抗凝血药双香豆素合用，出现出血和凝血酶原时间延长的现象。低浓度的E7070即可减慢双香豆素的代谢，高浓度的E7070自降低双香豆素的血浆蛋白结合率，CYP2C9为双香豆素在人体主要的代谢酶，E7070与双香豆素发生的相互作用主要在于它作用于CYP2C9，减低双香豆素在体内的代谢和清除，另一个原因为它可将于蛋白结合的双香豆素置换出来，在弱代谢者中后者的作用相对重要。也有人试图把香豆素与非甾体抗炎药合用发生药物相互作用，增加出血的危险用CYP2C9来解释，却发现CYP2C9的基因多态性不是两药发生相互作用的相关危险因素。而经CYP2C9代谢的药物与其他药物发生相互作用不能用此酶解释的原因是否与肝外代谢有关还没有肯定的结论。使用阿斯匹林等抗血小板药对血小板抑制作用存在个体间差异，因它们由CYP3A4来激活，所以与CYP3A4代谢活性有关。低反应者或不反应者口服抗血小板药物效果差。另外，CYP3A4还介导许多具有临床意义的药物相互作用。临床上大多数他汀类及贝特类药物的代谢都与CYP3A4有关，它们和其他药物合用时常会发生副作用增加的现象。如红霉素与洛伐他汀合用可致严重的横纹肌综合症，甚至危及生命。其主要机理就与CYP3A4的活性有关，红霉素抑制CYP3A4的活性，从而使洛伐他汀的代谢减少，血药浓度增强，副作用随之增强。2.4中药与CYP450代谢的研究[45-47]多种中药能够抑制或诱导某个或某些细胞色素P450亚酶，从而影响合用药物的代谢，导致药物相互作用发生。对于中药的代谢研究，可提高中药使用的有效性和安全性，促进临床合理用药，同时推动中药研究的现代化进程。如黄酮类化合物对细胞色素P450的调控作用，黄酮类化合物是植物界分布较广泛的一大类天然化合物，是很多中药的重要组分。尤以银杏叶中含量最为丰富。黄芩的黄酮成分黄芩素、汉黄芩素以及菊花提取物可降低小鼠CYP2E1的代谢活性，汉黄芩素对CYPlAl、CYPlA2的活性有特异性，可降低其酶活性，黄芩甙可明显诱导CYPlAl、CYP281、CYP2C11三种同工酶的表达，而对CYP3A2、CYP2D1及CYP2E1无诱导作用，表明黄芩甙对CYP450同工酶的诱导作用也具有选择性。葛根中分离出的葛根素诱导CYPIAI、CYPlA2、CYP2A1、CYP2C11的活性，抑制CYP3A、CYP2E1、CYP281的活性，黄酮化合物金合欢素、洋芹素、黄酮醇类、双氢黄酮类化合物抑制CYPlA、CYP2B的活性，抑制强弱为黄酮类黄酮醇类双氢黄酮醇类。再如当归醇对CYP3A的影响，当归是中药中最常用的药物之一，有报道将当归注射液所废弃的当归醇淀物(ESA)提取出来，并研究了它对CYP系统的影响，发现ESA可使CYP3A的标志酶ERD(红霉素N．脱甲基酶)的活性增加，说明其具有CYP3A的诱导作用，由于CYP3A参与大多数临床口服药如免疫抑制剂、钙通道拮抗剂、抗癌药、抗组织胺药、镇痛药和人工合成雌激素等的代谢，所以当归对多种中西药物存在相互作用的可能，在中西医结合治疗中使用当归应引起足够的重视。ESA还可以抑制CYP2E的标志酶苯胺羟化酶(ANH)的活性，抑制小分子的乙醇、丙酮、扑热息痛等的氧化代谢和多种肝毒物的活化代谢，而发挥其抗氧化、细胞保护等作用。除此之外还发现，ESA提高了肝脏总CYP的含量，提示它还存在着对其他CYP同工酶的更广泛的影响.2.5细胞色素P450药物代谢在体外研究方法及应用[48-51]2.5.1探针药物法cocktail探针药物法是近年来比较新的研究领域。将两种及两种以上经不同酶代谢的探针药物同时给予的方法称为“Cocktail”探针药物法，即“鸡尾酒”探针药物法。Cocktail法的优点在于多个代谢途径的信息可通过单个实验过程获得，并可将个体间影响降至最低，该方法在药物代谢酶研究中起着重要作用。2.5.2肝切片法肝切片法作为介于器官与细胞水平之间、保存较完整的组织结构及多细胞联结为特点的体外模型。肝切片的制备及培养方法简便易行，不需要胶原酶，切片技术相对简单,且保持了正常的组织结构、胞间联系及细胞极性,故较其它体外模型更接近体内代谢模型,且在酶诱导中较其肝细胞时间短得多,也较其它离体方法更简便，但该方法在研究过程中要注意最大限度地保持组织的生存力。2.5.3肝微粒体体外温孵法迄今为止，体外研究方法任以生化反应为主，而采用干肝细胞微粒体为研究工具的约占80%。由于催化药物代谢反应的酶系主要存在于肝细胞的微粒体中，因此采用肝细胞微粒体体外温孵法也能比较全面地反映药物在生物体内的代谢情况。肝微粒体法制备简单，