細胞色素氧化酶CYP2C9基因多態性與個體化治療

李惠芬(綜述)，孟英韜(審校)

(天津市兒童醫院兒研所，天津300074)

細胞色素氧化酶 2C(cytochrome P450 2C，CYP2C)亞家族是目前研究最廣泛、最深入的細胞色素P450酶系亞家族之一，主要由CYP2C8、CYP2C9、CYP2C17、CYP2C18和 CYP2C19等組成。其中CYP2C9在人肝臟微粒體中含量豐富，約占總CYP蛋白量的20%，僅次于 CYP3A，約占總細胞色素P450代謝藥物的10%。在腎臟、腦、腸道和血管平滑肌中也有分布。CYP2C9參與一些重要內源性物質的代謝，并可活化代謝多種藥物(如苯妥英、華法林、環氟拉嗪、甲苯磺丁脲等)。CYP2C9基因具有遺傳多態性，導致CYP2C9酶活性存在差異，這是藥物代謝種族與個體差異的原因之一。近年來，研究發現越來越多的單堿基突變，迄今為止已發現30個等位基因［1］。這些新的等位基因在人群中的分布頻率及功能意義已受到越來越多的關注。現主要對CYP2C9基因多態性、基因功能意義及個體化治療進行介紹。

1 CYP2C9的基因結構

CYP2C9是CYP2C亞家族中的一種同工酶，主要分布在肝臟組織，約占肝微粒體CYP酶總量的20%。CYP2C9基因位于染色體10q24.2上，全長約為55 kb，有9個外顯子，8個內含子，其編碼的蛋白含490個氨基酸。在CYP2C9基因5'端3 kb左右區域存在表達調控序列，包括糖皮質激素反應元件和可能的轉錄因子結合位點，呈現高度多態性［2］。Shintani等［3］報道5'區域至少存在7個單核苷酸多態性，分別是:1912T＞C、1886C＞G、1566C＞T、1538G＞A、C1189＞T、G982＞A 和162A＞G。Takahashi等［4］對 5'上游至2.1 kb 區域分析發現除了上述單核苷酸多態性外，還有7個新的點突變:2080C＞T、2079T ＞A、A2078 ＞G、1097A ＞G、620G ＞T、485T＞A和484C＞A，1個插入突變:Ins T-839和2個缺失突變:Del T-828和Del A-820。研究發現，這些5'上游區域的突變攜帶者對S-華法林清除有不同程度的影響。

2 CYP2C9基因編碼區的多態性

越來越多的證據顯示人類CYP2C9基因外顯子具有高度多態性，迄今為止已發現了30種單核苷酸多態性。早期發現的突變等位基因是CYP2C9*2～*6。經鑒定證實的常見等位基因突變是CYP2C9*2，在3號外顯子發生430C＞T的突變，導致產生 Arg144Cys氨基酸置換。常見的突變是CYP2C9*3，在7號外顯子上1075位發生A→C突變，造成Ile359Leu氨基酸改變，CYP2C9*4是罕見的錯義突變。CYP2C9*5在7號外顯子發生C1080＞G突變，導致Asp360Glu氨基酸改變，CYP2C9*6在818位發生A堿基缺失［5］。

隨著對CYP2C9基因全序列測序，近期陸續發現CYP2C9*7～*30。CYP2C9*7～*12是對白種人(美國人和歐洲人)、亞洲人和非洲人3種主要人種的92例gDNA樣本的CYP2C9全基因測序時發現的［6］。CYP2C9*13位于第2外顯子，發生269T＞C突變，導致L90P氨基酸改變［7］。該突變是在中國人群中評價CYP2C9底物藥物氯諾昔康生物等效性時發現的。CYP2C9*14～*20是在研究東南亞人群CYP2C9基因多態性對華法林維持劑量的影響時發現的［8］。

CYP2C9*21～*23是在研究192例華法林藥物治療的歐洲裔美國患者CYP2C9基因單倍型結構及其對藥物治療的影響時發現的［9］。CYP2C9*24是在202例華法林藥物治療的斯洛文尼亞人樣本CYP2C9測序時發現的［10］。CYP2C9*25～*30是在263例日本人樣本CYP2C9全基因測序時發現的［11］。

3 CYP2C9等位基因的功能意義

等位基因突變導致酶活性改變(表1)，酶活性降低或酶本身合成減少，最終體現在藥物代謝減慢，清除率下降，藥物代謝動力學發生改變。

研究表明，CYP2C9突變蛋白的催化活性下降使Km(與底物親和力)值升高或Vmax(最大反應速率)下降，導致Vmax/Km(內在清除率)下降。但CYP2C9*2對內在清除率的影響要弱于CYP2C9*3。同時，CYP2C9*3對不同的底物藥物催化代謝的影響不同，具有顯著的底物依賴性［12］。

體外試驗表明［13］，CYP2C9*4與野生型相比，其催化活性顯著降低。與CYP2C9*3一樣，CYP2C9*5與野生型比較，可使不同藥物的Km值顯著增高，這表明其對CYP2C9藥物催化活性的影響具有底物依賴性。與CYP2C9*1野生型相比，CYP2C9*11和CYP2C9*12催化活性明顯降低。CYP2C9*7～*10與野生型相比，催化活性沒有顯著性差異［9］。CYP2C9*13對不同底物均可使CYP2C9催化活性下降，但催化活性下降程度不一致，具有底物特異性的特點［14］。CYP2C9*15和CYP2C9*18可能影響CYP2C9的正常表達，使其活性下降。CYP2C9*14、CYP2C9*16對甲苯磺丁脲催化活性下降80%以上。CYP2C9*17、CYP2C9*19對催化活性沒有顯著性影響［15］。CYP2C9*25導致終止密碼子出現，不能表達正常CYP2C9蛋白。CYP2C9*26、CYP2C9*28和CYP2C9*30顯著降低甲苯磺丁脲的催化活性。CYP2C9*26的Km值沒有顯著改變，但Vmax下降93%，內在清除率下降約 83%。CYP2C9*28、CYP2C9*30的Km值升高，Vmax分別下降55%和63%，內在清除率分別下降77% 和81%［11］。CYP2C9*27和CYP2C9*29對酶催化活性沒有顯著性影響。CYP2C9*20～*24尚未有體外活性研究報道。

體內研究試驗顯示［16］，CYP2C9基因多態性對底物代謝的影響具有基因劑量效應。與野生型CYP2C9*1/*1相比，CYP2C9*3的雜合子與純合子受試者的華法林口服清除率分別下降66%和90%。CYP2C9*3純合子受試者平均所需華法林劑量最低，而CYP2C9*1純合子受試者平均所需華法林劑量最高。許多CYP2C9底物藥物的弱代謝者為CYP2C9*3/*3基因型攜帶者。CYP2C9*1/*5基因型攜帶者與CYP2C9*1/*1組相比，氯沙坦與活性代謝產物比值明顯升高［17］。CYP2C9*6純合子攜帶患者可產生嚴重苯妥英毒性［18］。

4 基因多態性與個體化治療

CYP2C9參與人體內多種藥物的代謝［19］。CYP2C9基因突變的個體在使用主要由CYP2C9代謝的藥物后可能有致藥物不良反應或毒性的危險。

基因突變的多樣性決定了其表型的多樣性。等位基因突變導致酶活性降低，其表型大致可分為4種:慢代謝型、中間代謝型、快代謝型和超快代謝型。一般認為，超快代謝型是由于功能基因的復制(多個拷貝)或擴增所引起的酶活性增強，快代謝型至少攜帶一個功能基因，中間代謝型攜帶一個功能缺陷基因和一個無功能基因，而約99%的慢代謝型都攜帶兩個無功能等位基因［20］。此外，野生型等位基因純合子或野生型與酶缺失/活性降低的等位基因雜合子(可能是生物自我調節機制:一個基因拷貝缺陷可促進另一個基因拷貝表達)可表現為快代謝型，而酶缺失/活性降低等位基因雜合子或純合子則表現為慢代謝型。對于不同表型的個體，同一種藥物的血藥濃度會有很大區別，從而導致藥物的療效差異較大。在長期用藥過程中，慢代謝型的血藥濃度要明顯高于其他表型，可以提高藥效，但對于治療安全范圍窄的藥物更容易引起藥物不良反應。因此，臨床用藥時應予以高度注意。肝臟細胞色素P450酶活性決定藥物的代謝速率，與藥物清除率具有直接關系。如果代謝某種藥物的酶缺失或活性減弱，則表現為該藥物的血藥濃度升高，半衰期延長;如果該藥物的治療安全范圍窄甚至可導致毒性反應。經由CYP2C9氧化代謝的藥物治療時，藥物代謝和藥效存在個體差異，這種現象與CYP2C9存在高度基因多態性有關。

5 結語

隨著人類基因組計劃歷史性的突破發展和國際人類基因組單倍型圖譜計劃的啟動，從藥物基因組學水平開展單核苷酸多態性分析的個體化藥物治療研究指日可待。根據個體基因變異與藥效差異的關系，設計臨床個體化用藥方案，以充分發揮藥物對機體的作用效應，從而依據自身基因型安全，有效地選用藥物，以充分發揮藥物療效，減少或避免不良反應的發生(尤其是治療安全范圍窄的藥物)，為指導臨床合理用藥提供科學依據。

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