药物代谢酶CYP2D6和CYP2C19的基因多态性与个体

中国医药生物技术2009年8月第4卷第4期ChinMedBiotechnol,August2009,Vol.4,No.4299DOI:10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2009.04.014·综述·药物代谢酶CYP2D6和CYP2C19的基因多态性与个体化治疗周健，吕虹，康熙雄药物代谢酶的活性高低是决定药物代谢强度和持久性的主要因素。参与药物代谢的酶主要有细胞色素P450（cytochromep450，CYP450）同工酶、N-乙酰转移酶（N-acefyltransferase，NAT）、醇脱氢酶（alcoholdehydrogenase，ADH）和酯酶（esterase）等，而在众多代谢酶中，CYP450酶起着非常重要的作用，它可代谢降解大约40%~50%的药物。CYP450酶又称混合功能氧化酶或单加氧酶，是一种以血红蛋白为辅基的B族细胞色素超家族蛋白酶，广泛存在于动物、真核有机体、植物、真菌和细菌中，是必不可少的结构酶。人CYP450酶由血红蛋白、黄素蛋白和磷脂三部分组成，主要存在肝脏微粒体中。现已确定357个人CYP450基因和33个假基因，可分为18个家族和42个亚家族，各基因尚存在着大量等位基因，共调控180多种人类CYP450亚型蛋白质。CYP450酶的另一个重要特性是可诱导性，很多药物既是酶的底物又可以对酶活性产生诱导或抑制作用，其作用机制也不尽相同。尽管目前已知大约有30多种CYP450同工酶参与药物代谢[1]，但占主导地位的酶类主要有CYP2D6、CYP3A4、CYP2C19和CYP2C9，其中CYP2D6和CYP2C19基因多态性与个体差异有很大关联，是目前研究较为深入的两类CYP450同工酶。本文就CYP2D6和CYP2C19的基因多态性及其个体化用药的临床应用等方面做一综述。1CYP2D6分布与基因结构人类CYP2D6又称异喹胍4-羟化酶，昀早于1984年从快代谢者肝脏微粒体中提纯获得[2]，主要分布于肝脏、小肠和脑组织中。编码CYP2D6的基因位于第22号染色体长臂q13.1CYP2D6-8基因簇，与CYP2D7P和CYP2D8P假基因连锁，共存于29kb的片段中。CYP2D7基因与CYP2D6基因具有97%的核苷酸序列同源性，并带有TATA盒，但由于CYP2D7基因在外显子1的第226位点插入了一个胸腺嘧啶（T），导致开放阅读框架改变，使得转录提前终止；而CYP2D8基因是一个含多个断裂点的突变假基因[3]。CYP2D6基因是一个完整的功能基因，可表达有功能的蛋白质，基因全长为7kb，含有9个外显子和8个内含子，编码碱基序列全长1491bp，共编码497个氨基酸。CYP2D6是已知CYP450酶系统中具有两态分布的一个亚族，主要参与代谢的药物谱较为广泛，其大致有三环类抗抑郁药、抗心律失常药、抗精神病药、镇吐药、麻醉药、β-肾上腺素受体阻断剂、选择性5羟色胺再吸收抑制剂、神经镇静药以及一些抗癌药物等。2CYP2D6基因多态性众所周知，大多数药物在人体内代谢都存在着个体差异和种族差异，而这些差异主要受遗传因素和环境因素两大方面的共同影响[4]。遗传因素是指参与药物代谢的酶的遗传多态性，即一个或几个等位基因产生的遗传突变，在人群中呈不连续多峰分布。在不同种群中，CYP2D6大约有70多个突变体[5]，按基因突变体产物的功能可分为功能基因、功能缺陷基因和无功能基因。CYP2D6*1为野生型基因，除个别碱基有差异外，CYP2D6*2与CYP2D6*1在5’侧翼1.6kb的片段几乎具有相同的序列，–1584CG也使得CYP2D6*2的酶活性有所提高[6]。此外，其他常见的CYP2D6等位基因突变体主要有：剪接位点替换形成的无功能等位基因CYP2D6*4和CYP2D6*10；开放阅读框架突变形成的CYP2D6*3、CYP2D6*6、CYP2D6*13、CYP2D6*15；整个基因缺失形成的CYP2D6*5；终止密码子提前形成的表1常见CYP2D6等位基因突变体等位基因核苷酸变化预测酶活性CYP2D6*1无正常CYP2D6*2ABD–1584G，C1039T，G1661C，C2850T，G4180C正常CYP2D6*32549Adel无CYP2D6*4ABDJKC100T，C1039T，G1661C，G1846A，C2580T，G4180C无CYP2D6*5EntireCYP2D6genedeleted无CYP2D6*6ABC1707Tdel，G1976A，G4180C无CYP2D6*7A2935C无CYP2D6*8G1661C，G1758T，C2850T，G4180C无CYP2D6*92613-2615delAGA降低CYP2D6*10ABC100T，C1039T，G1661C，G4180C降低CYP2D6*14AC100T，G1758A，C2850T，G4180C无CYP2D6*14BG1661C，G1758A，C2850T，G4180C未知CYP2D6*15T138ins无CYP2D6*41–1584C，G1661C，C2850T，G4180C降低作者单位：100050北京，首都医科大学附属北京天坛医院教育处（周健），检验科（吕虹、康熙雄）通讯作者：康熙雄，Email：[e-mail]收稿日期：2009-02-03300中国医药生物技术2009年8月第4卷第4期ChinMedBiotechnol,August2009,Vol.4,No.4CYP2D6*8；无义突变形成的CYP2D6*7；氨基酸序列变更形成的CYP2D6*9、CYP2D6*10、CYP2D6*41等（表1）[7]。CYP2D6基因多态性在不同种族间存在着明显差异。功能和无功能基因在高加索人群呈高频率分布，而功能缺陷基因如CYP2D6*10在亚非人群代谢型中出现概率昀大，尤其在东亚（大于50%），而CYP2D6*17则在非洲比较多见[8]。在白种人群中，54.3%的个体具有2个活性等位基因，34.3%的个体是具有一个失活等位基因的杂合子，而11.4%的个体具有2个失活等位基因[9]。白种人群慢代谢型多由CYP2D6*3、CYP2D6*4、CYP2D6*5、CYP2D6*6、CYP2D6*15等位基因突变或缺失所导致，东方（中国、日本、韩国）人群这些突变等位基因的基因频率很低，慢代谢型发生率仅约1%[3,10-11]。有报道在中国慢代谢型人群中可检测到CYP2D6*14，故推测该亚型可能也与代谢相关[12]。CYP2D6基因多态性的地区分布差异同样具有统计学意义，其中CYP2D6基因复制频率在瑞典为1%、德国为3%、意大利为10%、西班牙为7%~10%、土耳其为9%；在欧洲的南北地区也存在差异，CYP2D6基因复制频率在衣索比亚为29%[13]。虽然CYP2D6仅占CYP450酶系总量的2%，但却可参与25%的药物代谢[14]，大约5%~10%的高加索人群缺乏这类基因编码的酶类，从而产生药物代谢差异，而亚洲人几乎99%的慢代谢型都是由于CYP2C19基因突变所导致。3CYP2C19分布与基因结构1993年Wrighton等[15]从人类肝脏中分离获得了一种可参与美芬妥英羟化的酶，并将其命名为CYP2C19。cDNA原位杂交法发现与美芬妥英羟化代谢有关的多基因家族定位于10号染色体（10q24.110q24.3），其中CYP2C基因群跨度约500kb，只含有4个基因，其排列顺序由着丝粒端向外依次为Cen-CYP2C18-CYPAC19-CYP2C9-CYP2C8-Tel[16]。除CYP2C18外，CYP2C8、CYP2C9、CYP2C19均含有GRE、ERE、HPE-1调控元件，CYP2C19潜在转录因子结合位点主要有TATA、HPE-1、GRE、ERE、PPAR和CAR[17]。CYP2C19cDNA全长1940bp，其中编码区为1473bp，始于ATG而终止于TGA，共编码490个氨基酸，其中第421~432位氨基酸是血红蛋白结合位点，基因启动子区域有一个15bp的保守序列，可能与巴比妥的诱导表达有关。CYP2C19主要参与代谢的药物谱也较为广泛，其大致有质子泵抑制剂、三环类抗抑郁药、抗癫痫药、抗精神病药、降糖药、抗凝药、抗疟疾药以及一些抗癌药物等。4CYP2C19基因多态性目前发现CYP2C19至少存在14种突变基因和18种等位基因，均为常染色体隐性遗传[18]。CYP2C19*1为具有催化活性的野生型基因，而其余突变型均无催化活性；CYP2C19*2和CYP2C19*3在亚洲发生突变的频率较高，与药物代谢关系昀为密切，CYP2C19*2是由于外显子5第681位碱基发生G→A突变，形成一个异常剪切位点，使得在转录时外显子5起始端丢失40个碱基对（643~682bp），从而在核糖体翻译时丢失了第215~227位氨基酸，导致第215位氨基酸起始阅读框架发生移动，由此在第215位氨基酸下游第20个氨基酸处提前产生1个终止密码子，使得蛋白合成过早被终止，导致这一截短的含234个氨基酸的蛋白质丧失了催化活性；CYP2C19*3是由于外显子4第636位碱基发生G→A突变，从而提前产生的终止密码子使得蛋白合成也提前终止，昀终导致酶催化活性降低；CYP2C19*4主要发现于高加索人群，是由于启始密码子发生A→G突变，从一个起始密码子蛋氨酸（ATG）转变为缬氨酸（GTG）密码子，从而抑制了蛋白质的翻译；CYP2C19*5是由于外显子9第1297位碱基发生C→T突变，使得血红蛋白结合位点中一个精氨酸残基转变为色氨酸残基，导致酶活性丧失；CYP2C19*6是由于外显子3第395位碱基发生G→A突变，导致氨基酸发生改变（Arg132Gln）；CYP2C19*7是由于第5内含子发生T→A碱基突变，从而使得剪接位点发生改变；CYP2C19*8是由于外显子3第358位碱基发生T→C突变，使得氨基酸发生改变（Trp120Arg）（表2）。而其余突变基因的发生频率极低，与药物代谢个体性差异临床意义的关系不大。表2常见CYP2C19等位基因突变体等位基因核苷酸变化预测酶活性CYP2C19*1无正常CYP2C19*2G681A无CYP2C19*3G636A无CYP2C19*4initiationcodonA-G无CYP2C19*5C1297T无CYP2C19*6G395A未知CYP2C19*8T358C未知在CYP2C19基因多态性中尚未发现基因复制现象。与CYP2D6类似，CYP2C19基因多态性分布也具有明显的种族和地域差异。CYP2C19基因慢代谢型在高加索、非洲和美国人群中约占3%~5%，在亚洲人群中约占18%~23%[19]。日本人群CYP2C19*3的发生频率要高于中国人群[20]，免疫印迹分析法发现人肝脏微粒体中CYP2C19蛋白含量在日本人群和白种人群中分别占CYP450酶系总量的0.8%和1.4%[21]。此外，以往研究发现CYP2C19基因变异还存在着性别差异[22]，但现在一般认为这种差异不明显，CYP2C19酶活性主要与年龄呈负相关，其随着年龄的增大而逐渐下降[23]。中国医药生物技术2009年8月第4卷第4期ChinMedBiotechnol,August2009,Vol.4,No.43015CYP2D6和CYP2C19基因多态性与个体化治疗个体化药物治疗又称个体化治疗（personalizedtherapy），是一种基于个体药物遗传学和药物基因组学信息，根据特定人群甚至特定个体的病情、病因以及遗传基因[单核苷酸多态性（SNP）、单倍性、基因表达]信息提供针对性治疗和昀佳处方用药的新型疗法。药物进入体内一般以代谢物的形式排出体外或不经过代谢而直接以原形排出体外。药物在体内代谢主要经过氧化、还原和水解等过程，目的是将极性基团如羟基、氨基、羧基导入药物分子中，使之成为极性更大的代谢物（I相反应），然后药物或代谢物与内源性小分子葡萄糖醛酸、谷胱甘肽或乙酰基相结合，形成极性化合物随尿液或胆汁排出体外