細胞色素P450活性與癌癥治療

劉健

浙江大學醫學院附屬第一醫院臨床藥學研究中心，浙江 杭州 310003

個體對抗癌藥物的反應性差異很大，部分原因是藥代動力學方面的差異。減少個體間藥動學差異最常見的方法是采用患者的體表面積(BSA)計算藥物劑量。這種方法是建立在假設每一個人都具有相同的藥物代謝的能力的基礎上。然而，以體表面積為基礎的給藥劑量計算方法并不能減少大多數化療藥物在個體間的藥動學差異[1]。因此，必定有其他因素影響了藥物的處置，從而影響了療效和毒副作用。個體對藥物反應的差異來源之一，在于個體對藥物反應的內在因素的差異。遺傳學的因素估計占了療效和毒性差異的20～95%。藥物基因組學研究的目的是闡明基因在藥物處置過程中所起的決定因素[2]。遺傳因素影響了藥物處置的各個環節，包括藥物的吸收、代謝、分布和排泄。本文主要介紹了藥物的代謝，特別是細胞色素P450介導的藥物代謝，以及癌癥治療、內源性和外源性因素影響這些酶的活性。

1 活化和耐藥

肝臟是細胞色素P450介導藥物代謝最重要的場所，在肝臟酶被廣泛表達。由于細胞色素P450酶3A(CYP3A)介導的主要是口服藥物的代謝，所以胃腸道也是非常重要的代謝場所。乳腺癌、膀胱癌、結腸癌、食道癌、腎癌、肺癌、卵巢癌、前列腺癌、胃癌、以及軟組織肉瘤也選擇性表達細胞色素P450部分亞型。腫瘤內細胞色素P450的表達是腫瘤耐藥的機制之一。

前體藥物通過細胞色素P450介導的生物活化可能會導致毒性反應。基因導向性酶轉化前體藥物治療癌癥是一種可行的方法來限制毒性作用[3]。它使靶向治療只破壞腫瘤細胞，但不影響健康組織。該基因編碼的酶被傳遞到腫瘤細胞，然后給予一種前體藥物通過酶在局部被轉化成細胞毒素。

2 影響P450酶活性的因素

很多不同的因素都能改變細胞色素P450酶的活性。這些酶的表達可受內源性因素影響，如個人的年齡、性別、伴發疾病(如癌癥、肝功能不全、或腎功能不全)、以及遺傳多態性[4–7]。

2.1 生理因素和并發癥 已有許多性別對CYP3A活性影響的研究。女性的細胞色素P450酶3A4(CYP3A4)的蛋白質含量和樣品中的CYP3A4 mRNA表達均高于男性。該方面的研究結果已經促使美國FDA考慮將女性受試者列入生物等效性研究中。但是性別對細胞色素P450代謝活性影響的結果還是不一致的。

年齡影響許多生理因素，這些因素包括肝臟的質量和肝臟的血流量、血漿蛋白結合、和肝代謝酶的活性(包括細胞色素P450酶)，從而會影響藥物的處置。隨著年齡的增長細胞色素P450體內和體外代謝均減少。此外，男性的藥物清除率似乎比女性更易受到年齡的影響。這一結論與CYP3A的表達女性是男性兩倍的發現是一致的。健康人隨著年齡增加，細胞色素P450酶2E1(CYP2E1)的活性增加，細胞色素P450酶2C19(CYP2C19)的活性減少。然而，在體外評估健康人肝臟的CYP3A4的含量時，沒有表現出隨著年齡增加活性減少的現象。

大多數抗癌藥物主要通過肝臟清除。癌癥患者給藥后情況很復雜，由于他們以前的治療或自己的疾病使得許多人有肝損害，導致了細胞色素P450含量較少而減少藥物消除。許多患有嚴重肝功能障礙的患者，是不能進行細胞毒性化療，因為這些藥很有可能造成嚴重的毒副作用。因此，肝功能不全患者應用抗腫瘤藥物后引起藥代動力學改變資料很少。重度或中度肝損患者在應用長春花生物堿類藥物或紫杉烷類化合物時需要調整劑量以防止中性粒細胞減少和神經毒性。中度肝功能損害患者并不需要減少劑量。

2.2 遺傳變異 一些細胞色素P450酶基因的遺傳變異會導致代謝的表型變異從而影響藥物的藥代動力學。某些基因的多態性也與藥物的毒性、耐藥性有關。在基因型–表型關聯的情況下，反應或毒性作用可以通過在治療前測定患者的基因型或表型來預測。有些基因突變也能增加酶的活性，例如超快代謝的細胞色素P450酶2D6(CYP2D6)基因。純合子活性的差異比雜合子更明顯，這使得解釋遺傳變異的重要性進一步復雜化。

2.3 合并用藥 同時服用兩種或更多的抗癌藥物可導致藥物代謝的變化，從而影響藥物的藥代動力學和臨床療效。藥物代謝酶的誘導和抑制是藥物之間相互作用兩個主要機制。預測藥物相互作用需要持續關注的方面是某些細胞色素P450酶的多態性表達。在已知有不良反應的藥物中，86%是通過具有多態性的細胞色素P450酶所代謝。

合并用藥抑制代謝酶的活性是導致許多藥物不良反應的原因，因為它引起藥物全身暴露量的增加。當患者同時服用對細胞色素P450亞型有很高親和力的藥物和一種通過該亞型代謝的藥物，那么高親和力的藥物就會影響另一個藥物的代謝。低親和力藥物的藥理作用可能被改變，導致藥物暴露增加，或更高的療效或更高毒性反應。

一些臨床上重要的藥物之間的相互作用，其機制并不一定完全由細胞色素P450的抑制引起，也有可能是由P–糖蛋白(ABCB1)介導或通過P–糖蛋白和細胞色素P450共同作用。P–糖蛋白是一種細胞膜相關蛋白，其轉運各種藥物底物的能力以及作為腫瘤多藥耐藥的介質已被廣泛研究。

3 細胞色素P450酶代謝的抗癌藥物

本文介紹臨床上常用的化療藥，環磷酰胺、異環磷酰胺、他莫昔芬、多西紫杉醇、紫杉醇、伊立替康的生物轉化途徑，以闡明細胞色素P450酶在抗癌藥物代謝中的作用。

3.1 環磷酰胺和異環磷酰胺等烷化劑 該類藥物通過肝細胞色素P450催化代謝而產生細胞毒性。環磷酰胺的活性代謝物(4–羥基衍生物)主要通過CYP2B6代謝生成，異環磷酰胺通過CYP3A4代謝生成有活性的4–羥基衍生物[8]。 其他P450酶也參與到該類藥物的代謝中。共有六個代謝酶(CYP2A6，CYP2B6，CYP3A4，CYP2C8， CYP2C9，CYP2C19)參與環磷酰胺代謝成羥基衍生物的反應。兩個主要的代謝產物，4–羥環磷酰胺和醛磷酰胺，無論是在體外還是體內都具有細胞毒性。醛磷酰胺代謝成磷酰胺芥子氣，它是環磷酰胺活性最強的代謝產物，能引起大部分DNA的交聯(該制劑的主要臨床活性)。異環磷酰胺4–羥基代謝物同樣產生一個抗腫瘤活性的烷化劑芥子氣。代謝中產生的一種副產品，丙烯醛，是這類藥物尿毒性的原因。

N–二氯乙基化的結果是使這些化合物失活和形成有毒的副產品氯乙醛。環磷酰胺通過CYP3A4催化這種反應，CYP3A4和CYP2B6共同催化異環磷酰胺的這種反應。給藥劑量一半左右的異環磷酰胺發生N–二氯乙基化，但只有10%的環磷酰胺發生這種反應。給予異環磷酰胺的患者生成更多的氯乙醛，因此，比那些給予環磷酰胺的患者更有可能產生腎毒性或神經毒性。改變細胞色素P450活性因素會影響激活(4 –羥基化)和失活 (N–二氯乙基化)兩條代謝途徑之間的平衡，從而導致這類藥物藥代動力學和藥效學的變化。

由于個體間對環磷酰胺臨床反應的差異，許多研究試圖找出在該藥物代謝活化中起作用的所涉及的酶的種類。CYP2B6，CYP2C19，CYP2C9和CYP3A5 都存在等位基因的變異，而改變了代謝活性，從而有可能使不同患者的藥代動力學發生改變。

合并用藥誘導或抑制細胞色素P450活性，可以更改環磷酰胺激活和失活代謝途徑之間的平衡。激活環磷酰胺的代謝途徑依賴于CYP3A4的活性，并可以通過藥物之間的相互作用改變代謝活性。

CYP2B6被認為是環磷酰胺生物活化的主要同工酶，有報道指出個體間存在很大的活性差異。已知至少存在10個單核苷酸多態性，有些多態性導致氨基酸被替代，而導致酶的活性降低(例如，C1459T)。迄今為止，還沒有臨床研究評價環磷酰胺基因型改變與藥代動力學變化的相關性。因為同時有多個細胞色素P450參與環磷酰胺的代謝，在單個基因多態性不可能會導致臨床上藥代動力學的明顯變化。

3.2 他莫昔芬 該藥是一種人工合成的抗雌激素，多年來被用于治療乳腺癌，也作為化學預防劑被廣泛應用于預防有這種癌癥風險的婦女。除了其抗癌活性，他莫昔芬對心血管系統和骨骼也有保護作用。然而，該藥臨床的療效和毒性反應有很大的個體差異。有些患者對他莫昔芬耐藥。有很大比例的患者出現副作用，包括潮熱，血栓栓塞性事件，以及婦科并發癥。他莫昔芬療效個體差異的機制仍然不明。

他莫昔芬必須通過細胞色素P450活化生成抗雌激素作用的代謝產物來發揮作用，這些代謝產物的活性比母體化合物強很多倍。體外研究表明[9]，許多細胞色素P450亞型(如，CYP3A，CYP2D6，CYP2C9，CYP2C19，CYP2B6和CYP1A2)參與到他莫昔芬生物轉化中。他莫昔芬的主要代謝產物是N–去甲基他莫昔芬(經CYP3A4代謝生成)和4–羥基他莫昔芬和4–羥基–N–去甲基他莫昔芬(由CYP2D6代謝生成)。CYP2B6也參與他莫昔芬的代謝激活。N–去甲基衍生物與雌激素受體的親和力大于母體藥物幾百倍，4–羥基衍生物的親和力與他莫昔芬相當。因此，不同的細胞色素P450亞型可影響他莫昔芬的藥理作用。他莫昔芬代謝模式的改變或其主要代謝產物可能是產生個體間差異的主要原因。他莫昔芬的I項代謝增加，其活性也增加，以其活性代謝產物 4–羥基他莫昔芬增加為特點。這種代謝產物與雌激素受體有很高的親和力，其抑制雌激素依賴的細胞增殖能力是他莫昔芬的30～100倍。

藥物之間相互作用的評價不僅要考慮支持治療對化療的影響，還要考慮抗腫瘤藥對同時服用的其他藥物藥代動力學的影響。他莫昔芬和它的代謝產物N–去甲基他莫昔芬和4–羥基他莫昔芬通過抑制CYP3A4代謝途徑，有引起藥物相互作用的可能。

CYP2D6等位基因變異(慢代謝者)的患者，他莫昔芬治療的獲益比其他人要少，原因就在于活性代謝產物4 –羥基他莫昔芬生成減少。

3.3 紫杉醇 這是一種疏水性抗腫瘤藥，對人類的許多惡性腫瘤顯示了強大的抗腫瘤活性，包括乳腺癌，肺癌和卵巢癌。紫杉醇在肝臟通過CYP2C8氧化代謝，生成其主要代謝產物 6–α–羥基紫杉醇[10]。但在有些個體，CYP3A4被認為是主要的代謝酶。紫杉醇次要代謝物是3'–P–羥苯基紫杉醇，由CYP3A4/CYP3A5代謝生成。這兩個羥基代謝產物可以經過進一步代謝由CYP3A4/CYP3A5或CYP2C8生成雙羥基代謝物，6–α–羥基–3'–P–羥苯基紫杉醇。CYP2C8基因多態性也會影響紫杉醇療效和毒性。

3.4 多西紫杉醇 這種微管穩定劑用于治療乳腺癌，前列腺癌，非小細胞肺癌。它主要通過CYP3A4代謝成羥基衍生物，少量由CYP3A5代謝[11]。多西紫杉醇個體間的藥代動力學存在著很大的變異性。

CYP3A4是最豐富的細胞色素P450亞型，占人體肝臟中的30%的細胞色素P450含量。個體間CYP3A家族的活性差別很大。至目前為止，已確定CYP3A4有19個蛋白質變異。體內CYP3A4活性對多西紫杉醇代謝的貢獻已有相關研究。CYP3A4的活性對藥物清除和毒性反應的影響表明，肝CYP3A4的活性能預測多西紫杉醇的清除情況，同時也是患者之間清除情況差異的主要原因。

基于BSA的個體化給藥方法可以減少多西紫杉醇藥代動力學變異，但不影響臨床上的毒性反應的個體差異。酮康唑是CYP3A4抑制劑。當多西紫杉醇與酮康唑合用，其清除率將減少49%。該發現表明，多西紫杉醇與CYP3A4抑制劑或誘導劑合用，將產生有臨床意義的藥物相互作用，其結果將導致毒副作用增大或療效降低。

3.5 伊立替康 其代謝和遺傳多態性已被廣泛研究。該藥用于治療轉移性結腸癌或直腸癌。它是一種喜樹堿衍生物，它作用于拓撲異構酶I造成的DNA損傷。伊立替康是一種前體藥物，通過羧酸酯酶1和2水解生成有藥理活性化合物7–乙基–10–羥基喜樹堿。該化合物可通過尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶UGT1A1，UGT1A3，UGT1A7，UGT1A9，和UGT1A10經過葡萄糖醛酸化滅活[12]。 通常情況下，伊立替康代謝與UGT1A1基因多態性有關，特別是UGT1A1*28基因多態性，這將減少活性代謝產物轉換成其葡糖苷酸化合物。伊立替康也可以通過CYP3A4轉換成非活性代謝產物[13]。抑制CYP3A4活性的患者接受伊立替康治療后，毒性代謝產物的生成顯著增加。

采用伊立替康治療的患者不能同時服用圣約翰草(CYP3A4的誘導劑)，因為血漿中活性代謝產物濃度會有所降低，這將影響療效。

利用細胞色素P450來調節伊立替康藥代動力學特性，可以作為減少嚴重毒副作用的方法。

4 結論

癌癥藥理學的一個最重要的難點是從腫瘤反應和毒副作用兩個方面預測治療的結果。測定癌癥患者細胞色素 P450活性非常復雜，同時要考慮遺傳背景和復雜的生理變化(由伴隨的疾病狀態，繼發于以往治療方法的器官功能障礙，腫瘤入侵，營養不良，和服用多種藥物引起)。

個體間癌癥化療的藥代動力學差異會引起治療的療效和安全性的不同結果。年齡，性別，器官的功能，和伴隨疾病單一因素并不能闡明個體間對藥物反應的差異性。大部分的注意力已經集中在遺傳多態性在藥物代謝中的作用，但缺乏許多多態性功能性特點的信息以及對不同底物作用。這些都需要未來進一步研究。

許多化療方案涉及多個藥物的組合，所以很可能存在一種藥物誘導或抑制一種酶的活性，而該酶又代謝第二個藥物。這種相互作用在臨床上的重要性是被低估的。不能闡明的個體間的代謝差異會導致劑量過低或過量，可能會導致毒性作用。

迄今為止，藥物基因組學的研究主要集中單個基因多態性的影響。單個基因多態性研究作為治療效應的標志物，通常很少能闡明臨床上重要的變化。與野生型相比，藥物代謝酶變異形式只顯示很少的活性降低，許多只是復雜代謝途徑的一部分。許多與極端藥物毒性反應相關的遺傳變異是罕見的，僅占觀察到的變異的一小部分。

為了更好地評估細胞色素P450酶類對機體代謝的作用，需要找到更全面的方法。藥物的吸收、排泄、活化、代謝整個藥代動力學途徑涉及的酶的多態性都應進行研究。旨在闡明癌癥化療藥代動力學的前瞻性研究，可能有助于提高治療效果，安全性，以及便于預測臨床藥物之間的相互作用。

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