細胞色素P450與心血管疾病的研究進展

程龍吳柱國

細胞色素P450與心血管疾病的研究進展

程龍①吳柱國①

心血管疾病已成為世界上發病率最高的疾病之一。想要減少心血管疾病的發病率，明確心血管疾病的發病機制尤其重要。近年來越來越多的研究表明，細胞色素P450（Cytochrome 450 enzymes，CYP）在心血管疾病的發病過程中起重要作用。并且研究表明CYP的表達在心血管疾病的發作和進展過程中起到保護性作用，現就其研究進展作一綜述。

細胞色素P450； 心臟； 活性氧簇； 心血管疾病

First-author's address：Guangdong Medical College，Dongguan 523808，China

細胞色素P450（Cytochrome 450 enzymes，CYP）是一種末端加氧酶超家族。其主要位于微粒體和線粒體中，這些酶參與代謝活化或失活大多數類型的激素、藥物以及毒素。不同亞型的CYP在生物轉化、藥物代謝、解毒等方面存在著差異性。這種差異性取決于CYP基因多態性導致所編碼的酶的表達及活性改變。然而，CYP表達也很大程度上受其他因素的影響，如藥物、激素、發展、飲食和細胞因子等。因此，要想對CYP做深入研究就必須要考慮之前所述等相關因素。CYP最初發現于肝臟中，其生物轉化、藥物代謝、解毒等方面已經有了許多廣泛深入的研究。而心臟需要為身體提供豐富的血流，其泵血需要大量的能量，來源主要是心肌細胞線粒體產生的，CYP在心臟的代謝過程中起到重要作用。近年來心臟CYP家族中的成員的功能逐一被發現，并且與心血管相關疾病密切相關的亞型也成為研究熱點。

1　CYP在心血管疾病中的作用

1.1CYP與缺血再灌注和心肌梗死 心肌梗死是已成為發病率和死亡率最高的疾病。雖然缺血再灌注后可以減少心肌損傷程度，但再灌注的同時可以導致組織損傷后活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）生成增加。最近，CYP已被證明與局部缺血再灌注損傷有關。心肌細胞中細胞色素P450 2J2 （CYP2J2）的表達對缺血再灌注起保護作用，內皮CYP2C8表達增加ROS的生成，這反過來又增加冠狀動脈血管收縮，減少左心室功能恢復并增加梗死面積［1］。CYP2E1主要在線粒體中表達，多項研究表明其通過氧化應激等生成ROS參與細胞凋亡的過程，缺血再灌注導致組織缺氧后線粒體中的CYP2E1過表達增加氧化應激從而生成更多的ROS對心肌產生損傷［2-4］。Visser等［5］通過對CYP2C9抑制劑包括氯霉素，西咪替丁和磺胺苯吡唑在心肌梗死缺血再灌注模型研究中發現用CYP2C9抑制劑處理心肌細胞后能顯著減少局部缺血的冠狀動脈梗死面積。有趣的是，磺胺苯吡唑也與患者的冠狀動脈疾病的內皮依賴性血管舒張的增長相關。總之，這些數據表明，減少CYP2C9活性可能有助于預防心肌梗死，特別是在對本身患有動脈粥樣硬化性疾病的患者。在心肌梗死的抗血小板治療中，常用氯吡格雷，CYP2C19的基因多態性直接影響心臟血管對氯吡格雷的敏感性，并有助于預測PPI藥物的在心梗并使用氯吡格雷患者中的療效［6-7］。

總之，上述研究涉及CYP在缺血性心臟疾病的發病機制。在心血管疾病發展過程中，由于CYP表達會生成ROS，其能促使細胞凋亡從而減少內皮型一氧化氮所介導的血管舒張。

1.2CYP與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是導致心肌梗死、腦卒中、心絞痛和下肢靜脈栓塞等疾病的主要原因。血管動脈粥樣硬化的過程與脂蛋白密切相關。高密度脂蛋白（High-density lipoprotein，HDL-C）和載脂蛋白A1（Apolipoprotein A1，apo A1）表達水平的增高與冠心病的發病率呈負相關。而低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL-C）和載脂蛋白B（Apolipoprotein B，apo B）的表達水平升高則使冠心病的死亡風險增加。那么可通過誘導CYP的表達增加血漿中的HDL-C及apo A1的表達水平及降低LDL-C的表達水平，達到治療冠狀動脈硬化性疾病的目的。Luoma等［8-9］發現，CYP通過提高氧化型膽固醇（oxysterols，CH-Ox）的生成從而激活膽固醇清除機制來維持細胞內膽固醇代謝平衡。其中CYP7A1，CYP27A1，CYP46A1和CYP3A4主要通過生成氧化型膽固醇進入血液循環。這種氧固醇通過核受體、ATP結合盒轉運蛋白A1 （ABCA1）和其他基因來激活膽固醇清除機制消除多余的膽固醇防止血管粥樣硬化。Uno等［10］發現，苯并［a］芘（BAP）是香煙煙霧和焦炭爐產生的環境污染物，其參與動脈粥樣硬化的發病機制。CYP1A1的表達能夠對BAP引起的血管毒性起保護作用。同時證明ROS的產生有助于BAP加劇動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化與氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）形成相關，ROS的生成可增加ox-LDL，同時可以增加黏附分子的表達而導致內皮功能受損并加速斑塊的形成。CYP單加氧酶已經被證實通過抑制CYP的表達使ROS生成減少從而進一步減少ox-LDL的生成來防止血管粥樣硬化［11］。CYP的產物，如環氧-二十碳三烯酸（epoxyeicosatrienoic acid，EETs）和20-羥-二十烷四烯酸（20-hydroxyeicosatetraenoic acid，20-HETE）通過增加灌注和側支血管形成等對于血管穩態、血管生成是有益的。其中，內源性花生四烯酸（arachidonic acid，AA）經P450酶途徑的代謝產物對心血管系統的影響近年來也日益受到重視。除了產生AA代謝物，CYP還產生ROS，由于ROS生產過程中不斷出現微粒體單加氧酶NADPH消耗，CYP可能在血管炎癥的發生和進展中發揮關鍵作用。He等［12］通過評估CYP3A4基因多態性與冠心病的關系。發現CYP3A4基因多態性能增加中國漢族患冠心病的風險，并對幾種治療冠心病藥物治療后對CYP3A4基因多態性的影響進行了研究。使用氯吡格雷治療的患者中CYP3A4基因的多態性可調節血小板活化與氯吡格雷的結合率。其次，CYP3A4涉及性激素的代謝，和CYP3A4基因多態性已牽涉性激素依賴性疾病，如乳腺癌和前列腺癌。并且冠心病在女性中發病率較男性低，可能是由于雌激素的作用。卵巢雌激素被認為是減少女性冠心病的主要激素，它的表達主要是血管內皮細胞和血管平滑肌細胞介導的。然而，循環內源性性激素和雌激素可能對男性在心血管疾病的影響并不明顯。這項研究是還表明，CYP3A4可能與個體易感性有關，特別是在中國漢族人群相關的冠心病。它可以幫助改善冠狀動脈心臟疾病的預防和治療，特別是在中國女性人口。這些研究證明CYP對動脈粥樣硬化的發生和發展有著重要的影響。但相關機制仍需進一步探索。

1.3CYP與心肌肥大和心力衰竭 心臟衰竭是因心臟功能不全而導致射血能力受損的臨床綜合征。心衰發病主要是因為心肌纖維化及重塑，導致心室功能障礙。心肌肥大被認為是心力衰竭的發生與發展中的一個重要中間階段。許多CYP酶已經在心臟肥大和心力衰竭期間被證實參與了其發展過程。Zordoky等［13］發現在心力衰竭期間，心臟CYP1B 和 CYP2A，CYP2B，CYP2E，CYP2J，CYP4A和CYP11 mRNA水平和相關酶活性通常增加。此外，存在CYP介導的內源性代謝物和心臟肥大和心臟衰竭的發病機制之間有很強的相關性。有些代謝產物賦予心臟保護作用，如雌二醇，環氧二十碳三酸和PGI2；然而，其他代謝物可能是有害的，如雄激素，醛固酮和血栓素A2。El-Sherbeni等［14］發現，在肥厚的心肌中，CYP代謝產物EETs和20-HETE的水平增高，其中EETs的生成與CYP 2B2有關，而CYP1B1發揮心臟毒性作用。 CYP2B2，CYP2J3和CYP4A2/3在心力衰竭中起重要保護作用。Alsaad等［15］發現20-HETE和EETs通過影響細胞內信號級聯，如活化的T細胞，核因子κB，絲裂原活化蛋白激酶，的Rho激酶，GP130/信號轉導和轉錄，細胞外基質降解，細胞凋亡級聯的活化，炎性細胞因子的核因子活化，和氧化應激等來保護心臟功能，減少心臟損傷及纖維化。CYP2J2，CYP2C8生成四種環氧二十碳三酸異構體（5，6-，-8，9-，11，12-，14，15-EET），它具有有效的血管舒張和抗炎作用。EETs可迅速水解環氧化物水解酶（epoxide hydratase，EH）。與此相反，ω羥基化的花生四烯酸（ω-HETE）通過CYP4A11和CYP4F2產生20-HETE，其具有血管收縮和促炎癥作用。眾多臨床前研究已經證明了通過增強EET生物合成或抑制EH介導的EET水解或抑制20-HETE合成是保護心血管細胞［16］。該研究進一步證實了CYP在 EETs和20-HETE在心肌肥厚和心力衰竭發展中的作用。

顯然，CYP在心臟肥大和心力衰竭的發展過程中起著關鍵作用，進一步研究這個家庭的其他成員對心衰的預防及治療有重大意義。

1.4CYP與高血壓 高血壓是導致心肌肥大、衰竭甚至梗死的主要原因。雖然高血壓的發病機制目前還不完全清楚，但研究表明CYP在高血壓的發病過程中起到不可或缺的作用。CYP的代謝產物EETs及20-HETE依然與之關系密切。EETs是由表達在血管內皮細胞表氧化酶的產生并參與內皮細胞增殖，遷移和血管生成。EETs還具有抗炎特性，其可以減輕單核細胞浸潤［17］。有研究指出一氧化氮（nitric oxide，NO）對部分CYP具有抑制作用［18］，因此，在NO存在的情況下EET是怎么對血管舒張進行調節的？可能與CYP在生成EETs的同時產生的活性氧簇（ROS）有關。ROS中的氧自由基可以和NO生成亞硝酸鹽，因此降低了NO的生物利用度和血管活性。另一途徑是AA被CYPω-羥化酶即CYP4A，CYP4F代謝為20-HETE。在腎和腦循環中，20-HETE的生成由平滑肌細胞中產生的血管緊張素Ⅱ和內皮素等調控。在心臟及肺動脈中，20-HETE更多的是作為一種血管舒張劑，其已被證明能通過引起鈣內流通過鈣離子激活鉀離子通道從而抑制血管收縮［19］。Lee等［20］研究表明血管內皮CYP4A2，CYPω羥化酶通過催化20-HETE的生物合成，其通過增加氧化應激和內皮型一氧化碳（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）解偶聯引起內皮功能障礙和高血壓。CYP2J2和CYP2C8的表達可增加EETs的生物合成，其使動脈血管擴張從而降低血壓。CYP1B1通過激活ERK1/2和p38蛋白等信號通路生成ROS，其可增加血管收縮的敏感性，并促進血管炎癥及重塑的發生。因此選擇性抑制CYP1B1的表達，減少ROS的生成可能成為降低或預防高血壓的方法之一［21-22］。Kuang等［23］用DNA微陣列研究小鼠CYP3A2和CYP3A9發現其能參與氧化還原反應，激活G蛋白偶聯受體信號，活化的T細胞，腎素-血管緊張素-醛固酮（RAA）系統等過程生成ROS，促使血管損害的發生。而小鼠CYP3A2和CYP3A9與人類CYP3A4和CYP3A5具有高度同源性，推測CYP3A4和CYP3A5可以通過氧化還原反應生成ROS誘發高血壓。可為高血壓病的防治提供生物標志物。Zheng等［24］發現使用eNOS抑制劑能降低血壓。增加CYP2J2的表達同樣可減低血壓。CYP2J2這些效應可能與促進eNOS的表達的增加eNOS的活性，抑制炎癥反應以及TGF-b/BMPRII-Smads信號調節有關。心臟CYP2J2過度限制心臟損傷的進展，并保留在小鼠心臟功能在兩種不同的給藥方案與治療阿霉素后。事實上，如評估通過各種生化和功能終點，朝向心臟損傷的發展更先進的進展，觀察WT小鼠與阿霉素治療后CYP2J2 Tr的小鼠相比。這些研究是首次記錄CYP2J2在霉素誘導的心臟保護作用，并且可以具有用于治療心臟損傷的影響［25］。這些結果表明，CYP2J2基因治療有可能成為治療高血壓的一種手段。醛固酮在調節電解質和鹽皮質激素穩態的作用是明確的，在病理情況下，過多的醛固酮參與很多慢性疾病，包括高血壓，心纖維化，充血性心臟衰竭，心室重構，和糖尿病腎病。因此，醛固酮合酶的抑制劑即CYP11B2，其是在醛固酮生物合成中的關鍵的酶，被提出作為治療高血壓的方法之一。預期藥效學作用已在動物模型和臨床試驗中被證實。選擇性比其他類固醇合成CYP酶更強，特別是11beta羥化酶（CYP11B1）。最近，更有選擇性CYP11B2抑制劑已經被報道，這可能是有希望的候選藥物的醛固酮有關高血壓的疾病的治療［26］。

2　結語

CYP在動脈粥樣硬化、心肌缺血、再灌注損傷、高血壓、心力衰竭等心血管疾病的發生發展中發揮著重要的作用。但由于CYP在心血管疾病中的影響的細胞因子及其信號通路的復雜性，至今沒有一個公認的機制。并且現在絕大多數的研究還只停留在動物實驗階段，并未有相關的臨床應用。所以對于CYP的生物學功能以及其心血管疾病的發生發展中的調節機制的進一步深入研究，以期從源頭上減少心血管疾病的發生及發展將為心血管疾病的預防和治療提供新思路。

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Advance Research for Cytochrome 450 Enzymes and Cardiovascular Disease

CHENG Long，WU Zhu-guo.//Medical Innovation of China，2016，13（14）：133-136

Cardiovascular disease has become one of the most serious diseases in the world.In order to reduce the incidence of cardiovascular disease，make sure of the pathogenesis of cardiovascular disease is particularly important.In recent years，more and more studies show that Cytochrome 450 enzymes（CYP）play an important role in the pathogenesis of cardiovascular disease and CYP expression play a protective role in the onset and progression of cardiovascular disease.

Cytochrome 450 enzymes； Heart； Reactive oxygen species； Cardiovascular disease

①廣東醫學院 廣東 東莞 523808

程龍

10.3969/j.issn.1674-4985.2016.14.035

2015-12-23） （本文編輯：蔡元元）