miRNAs對藥物代謝酶的轉錄后調控

王 沛，李曉天，張莉蓉

（鄭州大學1．藥學院藥理學系、2．基礎醫(yī)學院藥理學教研室，河南鄭州 450001）

miRNAs對藥物代謝酶的轉錄后調控

王 沛1，2，李曉天1，張莉蓉2

（鄭州大學1．藥學院藥理學系、2．基礎醫(yī)學院藥理學教研室，河南鄭州 450001）

中國圖書分類號：R-05；R342．2；R345．5；R345．99；R977.3

摘要：microRNAs（miRNAs）是一類小分子非編碼RNAs，通過與靶基因互補配對在轉錄后水平調控基因表達。生理環(huán)境的改變（藥物、致癌物、激素、壓力或癌癥等）會導致miR-NA表達的改變而影響藥物代謝或藥效的改變。對藥物代謝酶相關的miRNA進行評價可為個體化治療提供有價值的信息。該文就miRNA對Ⅰ相和Ⅱ相代謝酶的轉錄后調控作用進行綜述。

關鍵詞：miRNAs；代謝酶；CYP450；UGT；GST；轉錄后調控

網絡出版時間：2015－7－22 10：42 網絡出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／34．1086．R．20150727．0901．004．html

藥物代謝酶在內源性和外源性物質的生物轉化中起著至關重要的作用，其主要包括參與Ⅰ相代謝的細胞色素P450酶（cytochrome P450，CYP450）和參與Ⅱ相代謝的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶（UDP-glucuronosyltransferases，UGTs）、谷胱甘肽-S-轉移酶（glutathione S-transferases，GSTs）。藥物代謝酶的表達存在廣泛的個體差異，是導致臨床藥物療效不足或發(fā)生毒副作用的重要因素［1］。遺傳藥理學研究表明，遺傳多態(tài)性是引起藥物代謝個體差異的主要原因［2］，但是這些靜態(tài)的基因組信息并不能解釋代謝酶mRNA與蛋白表達不相關［3］，及其在不同組織或不同個體間的差異性表達［4］。近年來，miRNA的發(fā)現及其功能的報道，為研究藥物反應個體差異的機制提供了新的思路。本文將從miR-NA的作用機制及其對主要代謝酶的轉錄后調控等方面進行綜述。

1　miRNA及其作用機制

miRNAs是一組內源性非編碼小分子（～22個核苷酸）RNAs，其主要通過與靶基因mRNA 3’UTR的特異性序列結合，引起mRNA降解或翻譯抑制，從而抑制靶基因蛋白表達。隨著對miRNA研究的深入，Duursma等［5］發(fā)現miRNAs也可以通過與靶基因mRNA的編碼區(qū)結合，使靶基因表達受到抑制；Place等［6］和rom等［7］則相繼發(fā)現，miRNAs可以通過與靶基因mRNA的啟動子區(qū)或5’UTR結合，從而抑制靶基因表達。迄今為止，miRBase 21．0中登記注冊的人源性miRNAs已達到2 600多種。經生物學驗證表明，60%人類基因的mRNA均為miRNAs的潛在靶標［5］。單個miRNA可以調節(jié)多個靶基因（平均約500個）的轉錄，一個靶基因也可同時受多種miRNAs的調節(jié)。越來越多的研究表明，miRNAs不僅在細胞生長、增殖、分化和凋亡等生理過程中發(fā)揮重要作用，而且可以直接或間接調控Ⅰ相、Ⅱ相代謝酶的表達（Tab 1）。

Tab 1 Regulation of drug metabolic enzymes by miRNAs

2　miRNAs對Ⅰ相代謝酶的調控

CYP450是重要的Ⅰ相代謝酶，主要參與內源性物質（如脂肪酸、甾體等）和外源性物質（如藥物、致癌物質）的代謝。2006年，Tsuchiya等［9］發(fā)現miR-27b可以調節(jié)靶基因CYP1B1的表達，從而改變CYP1B1代謝酶的活性。這是有關miRNA參與CYP450s酶轉錄后調控的首篇報道。利用生物信息學技術，Ramamoorthy等［25］研究發(fā)現miRNAs參與12種主要CYPs代謝酶的調控，以及兩者結合位點處的單核苷酸多態(tài)性影響miRNAs對靶基因的調控作用。Lamba等［26］則研究了肝臟miRNAs對CYP2C19、CYP3A4、CYP2B6、CYP2C9等藥物代謝酶的調控。該研究通過相關性分析及中介效應分析發(fā)現，miR-34a在多個常見肝臟代謝酶的調控中起重要作用。

2．1miRNAs對CYP3A4的調控 CYP3A4酶參與了近50%臨床藥物的代謝，在人群中存在廣泛的基因多態(tài)性，是藥物代謝個體差異的重要原因之一。miRNAs可以通過調控核受體而影響CYP3A4表達。Takagi等［17］和Oda等［18］集中探討了miRNAs是否參與CYP3A4和核受體PXR／RXR的調節(jié)。結果表明，miRNAs通過調控PXR／RXR的表達，進而間接調控CYP3A4的表達。盡管Takagi等和Oda等并未進一步研究miRNAs對CYP3A4的調控機制，但是Pan等［15］研究發(fā)現，在LS180而非PANC1細胞株中高表達miR-27b會抑制CYP3A4 mRNA和蛋白表達，降低細胞對環(huán)磷酰胺的敏感性。這意味著干預miRNAs表達可能會導致CYP3A4表達水平和酶活性的改變。由于調控網絡的復雜性，為了準確證實這一結論尚需研究抑制內源性miRNAs對CYP3A4表達的影響。雖然以上研究為了解CYP3A4表達的復雜調控網絡提供了重要線索，但是一個基因可能受到多種miRNAs的調節(jié)。因此，Wei等［16］從已知人基因組miRNA前體的表達載體庫中進行了篩選，以期更為全面地了解參與調控CYP3A4表達的miRNAs。研究表明，除miR-27b以外，miR-577、miR-1、miR-532-3p和miR-627等miRNA也參與了CYP3A4表達的調控。

2．2miRNAs介導化學物對CYP450的調控 CYP450酶在內源性物質代謝及各種藥物的活化與消除過程中起著重要作用。通常藥物進入體內后經CYP450酶代謝而排出體外，但有些藥物（或化學物）卻能改變CYP450酶的表達，而導致藥物相互作用的發(fā)生。近年來的研究表明，miRNAs參與了外源性物質對代謝酶的調控。Kalscheuer等［28］連續(xù)20周給予F344大鼠NNK（煙草中特有的一種致癌物質）后，發(fā)現多種miRNAs（如miR-126、miR-101、miR-199及miR-34等）表達下調，而將NNK代謝成致癌物的關鍵酶CYP2A3的表達則上調。此外，miRBase數據庫分析結果提示，CYP2A3 是miR-126的一個靶基因。因此認為NNK的暴露可能與其在大鼠肺組織被CYP2A3酶活化有關。活化產物能夠抑制miR-126等相關miRNAs的表達，導致CYP2A3表達增高，從而進一步活化NNK，使NNK的毒性增強，成為潛在的肺癌誘導物質。

此外，miRNAs還參與了利福平誘導CYP450酶的調控，Ramamoorthy等［11］對利福平誘導后人原代肝細胞中miRNAs 和40種CYP450酶的表達水平進行了全面分析。結果表明，利福平誘導后表達水平明顯升高的CYP450酶（如CYP3A4、CYP2B6等）與miRNAs的表達水平呈正相關；而利福平誘導后表達水平無變化或變化較小的CYP450酶（如CYP1A2、CYP2C8、CYP3A5等）與miRNAs的表達呈負相關。究其原因可能是：CYP450和miRNA啟動子區(qū)的調控機制類似；利福平對CYP450的誘導作用很強，而miRNA的調控作用相對較弱；miRNA在CYP450基礎表達的調控中起重要作用，但在藥物誘導CYP450表達中的調控作用較弱。以上假想均需進一步研究證實。

最近，Chanyshev等［8］報道了miRNAs在化學物誘導CYP1A和CYP2B表達過程中的調控作用。研究發(fā)現，DDT （CYP2B誘導劑）、BP和MC（CYP1A誘導劑）暴露的大鼠肝組織中miR-21、miR-221、miR-222和miR-429的表達下調，而CYP1A1和CYP2B1表達則相應升高。在化學物暴露的♀大鼠卵巢組織中，相應miRNA及CYP1A1和CYP2B1的表達水平均有升高的趨勢，但無相應機制的報道。

以上研究表明，miRNA可通過調控CYP450酶表達，而影響藥物或化學物的代謝處置；藥物或化學物也可引起miRNA表達異常，而影響CYP450酶表達。這些研究對揭示藥物個體差異的機制和實施個體化治療有著重要的意義。

3　miRNAs對Ⅱ相代謝酶的調控

藥物Ⅱ相代謝酶主要催化生物體內的結合反應，參與內源性（酚和膽紅素類等）和外源性（多環(huán)芳烴、雜環(huán)胺等致癌物質）物質的解毒過程。

3．1miRNAs對UGTs的調控 UGTs主要由UGT1As和UGT2Bs兩大家族組成。UGT1A基因定位于染色體2q37，由13個不同的1號外顯子編碼產生9種UGT1A酶，它們共用編碼2-5號外顯子。Dluzen等［22］研究發(fā)現，miR-491-3p與UGT1A基因的3’UTR結合，從而抑制UGT1A1在HepG2和HUH-7細胞中的表達，但在肝組織中UGT1A1 mRNA與miR-491-3p的表達水平卻不相關。這一結果提示，miRNAs可能是通過與UGT1A 1 mRNA的非3’UTR結合，而調控UGT1A1的表達。盡管Dluzen等利用生物信息學手段初步確定，miR-125-3p可以和UGT1A1的編碼區(qū)結合起到調控作用，但未能在細胞水平上得到證實。因此，miRNA對UGT1A1的調控主要是通過與3’UTR結合實現的，而miR-491-3p對UGT1A1的調控不起主導作用，因而進一步從全基因組范圍研究調控UGT1A1表達的miRNA具有重要意義。

3．2miRNAs對GSTs的調控 GSTs是體內重要的Ⅱ相解毒酶家族，在正常細胞和癌細胞的許多生理過程（如異生物質的代謝、細胞凋亡等）中均起重要作用。人類GSTs包括α、μ、π、σ和θ等5個家系13種酶，分別由GSTA、GSTM、GSTP、GSTS和GSTT基因編碼。GSTP1在多種腫瘤組織中表達異常升高，在臨床上可作為腫瘤標志物或治療的靶點。大量證據表明miR-133a在多種腫瘤中表達均下調。Uchida等［23］研究發(fā)現miR-133a參與了GSTP1的調控，人膀胱癌組織中miR-378和GSTP1表達呈負相關則進一步證實了這一結論。該研究還發(fā)現，膀胱癌細胞株轉染miR-133a或敲除GSTP1基因均能抑制細胞凋亡，提示膀胱癌中GSTP1介導的抗細胞凋亡作用可能受到miR-133a的調控。類似的機制在頭頸鱗癌中也得到了證實［29］，盡管尚無miR-133a與細胞凋亡的相關性研究，但上述發(fā)現為了解癌癥機制以及癌癥治療提供了新思路。

此外，Zhang等［24］從miRNA的角度給出了腫瘤耐藥性產生原因的合理解釋。其研究發(fā)現，對順鉑耐藥的人肺癌細胞系A549／CDDP中miR-513a-3p表達明顯下調，而GSTP1 mRNA和蛋白表達則上調。外源性miR-513a-3p可以提高人肺癌細胞系（A549／CDDP和SPC-A-1）對順鉑的敏感性，同時下調GSTP1的表達。由此推測，miR-513a-3p可通過抑制GSTP1表達提高人肺癌細胞系（A549／CDDP和SPC-A-1）對順鉑的敏感性。該研究為理解腫瘤耐藥的機制提供了新方向。

4　結語

隨著對miRNA研究的不斷深入，已經證實miRNA不但在生理過程中發(fā)揮重要作用，而且在腫瘤發(fā)生和藥物代謝過程中也發(fā)揮重要的調控作用。miRNA可以直接調控藥物代謝酶的表達，也可以通過調控轉錄因子而間接調控代謝酶表達。此外，藥物或化學物質也可通過調控miRNAs表達改變藥物的代謝，但具體機制尚不明確。已有的研究表明，miR-NA可以作為疾病的生物標記物應用于臨床，或成為藥物靶點，其拮抗劑有可能作為候選藥物進行開發(fā)。因此，對miR-NAs調控代謝酶表達的機制進行深入研究，不但有利于臨床藥物個體差異的預測以及尋找新的藥物作用靶點，而且對指導臨床用藥及新藥開發(fā)具有深遠意義。

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Post-transcription regulation of drug metabolic enzymes by miRNAs

WANG Pei1，2，LI Xiao-tian1，ZHANG Li-rong2
（1．Pharmacy College，2．Dept of Pharmacology，Basic Medical College，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China）

Abstract：microRNAs（miRNAs）are a family of short non-cod-ing RNAs that regulate the expression of target genes by binding to complementary regions．The miRNAs expression is readily al-tered by drugs，carcinogens，hormones，stress or diseases，and that might lead to changes in the drug metabolism，pharmacoki-netics or potency．Moreover，the evaluation of drug metabolic enzyme-related miRNAs would provide useful information for per-sonalized medicine．This review describes the current knowledge on the post-transcription regulation of drug metabolic enzymes by miRNAs．

Key words：miRNA；metabolic enzymes；CYP450；UGT；GST；post-transcription regulation

作者簡介：王 沛（1989－），女，碩士生，研究方向：藥理學，E-mail：15637138809＠sina．cn；張莉蓉（1964－），女，博士，教授，博士生導師，研究方向：藥物基因組學，通訊作者，Tel：0371-67781855，E-mail：lrzhang＠zzu．edu．cn

基金項目：國家自然科學基金資助項目（No 81173127）

收稿日期：2015－03－30，修回日期：2015－04－30

文獻標志碼：A

文章編號：1001－1978（2015）08－1037－04

doi：10．3969／j．issn．1001－1978．2015．08．001