二烯丙基硫醚通過靶向抑制CYP2E1對相關疾病治療的潛在作用

龐 碩，呂 丹,2，張連峰,3*

(1.中國醫學科學院醫學實驗動物研究所,北京協和醫學院比較醫學中心,國家衛生健康委員會人類疾病比較醫學重點實驗室,北京 100021； 2.中國醫學科學院醫學實驗動物研究所,北京協和醫學院比較醫學中心,北京市人類重大疾病實驗動物模型工程技術研究中心，北京 100021； 3.中國醫學科學院神經科學中心, 北京 100730)

CYP2E1是由細胞色素P-450基因超家族編碼的一種血紅素蛋白，這類血紅素蛋白主要參與類固醇、脂肪酸、前列腺素和外源性化學物質(包括藥物、致癌物質和環境污染物)的氧化代謝，并且催化許多化學反應，如過氧化、脫烷基化、單氧化、還原、環氧化和脫鹵反應。生理情況下，CYP2E1主要在人的肝臟中表達，在肺、小腸、大腦、心臟和血管中也有一定程度的表達。在細胞內其主要位于內質網、質膜、高爾基體上，在內源性以及外源性物質的代謝中起重要作用。

CYP2E1參與多種化合物的代謝過程，包括芳香化合物、N-亞硝基二甲基胺、鹵化烷烴、醇、醛、酮和其他對人類具有毒性的低分子化合物。同時它還參與對乙酰氨基酚、異煙肼、氟烷和安氟醚等藥物和鹵代麻醉藥的代謝，并在內源性酮體的糖異生過程中發揮關鍵作用。由于CYP2E1有較強的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)氧化酶活性，在代謝這些外源性物質時產生ROS，引起氧化應激，誘導細胞凋亡或死亡，造成體內重要器官的損傷。同時CYP2E1在無外源性物質刺激時，也可以與氧氣和NAPDH作用產生ROS，進而導致氧化應激和細胞凋亡。因此目前認為CYP2E1與多種疾病的發展密切相關。

二烯丙基硫醚(diallyl sulfide,DAS)是大蒜中的一種有效成分。大蒜切碎并研磨后誘導產生一種空泡的蒜氨酸酶，這種酶能夠迅速將大蒜中最重要的初始硫化物蒜堿轉化為蒜素，而這種蒜素極不穩定，極易被轉化為油溶性硫化合物：二烯丙基二硫醚(diallyl disulfide，DADS)、DAS、二烯丙基三硫化合物(diallyl trisulfide,DATS)。其中DAS具有抗癌活性并作為一種保護劑得到廣泛研究，進一步研究還發現DAS可以減輕酒精、藥物等外源性物質產生的毒性并選擇性抑制CYP2E1。由于CYP2E1參與多種疾病的病理進程，本文簡要綜述CYP2E1的抑制劑DAS靶向抑制CYP2E1，進而治療相關疾病的潛在作用。

1 CYP2E1與疾病進程

CYP2E1除了參與正常生理功能外，在病理條件下，CYP2E1過表達，并參與多種疾病的病理進程，包括酒精性肝炎、非酒精性肝炎、心血管疾病、帕金森綜合征，HIV等[9-13]。

CYP2E1過表達后，主要通過代謝體內外源性物質或者與氧氣和NADPH作用產生ROS以及代謝產物，一方面ROS或代謝產物與體內的蛋白質、脂質、DNA產生共價修飾，使其失去功能，造成人體各部位組織細胞的凋亡或死亡；另一方面產生氧化應激后使體內抗氧化系統的過氧化氫酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)等物質降低，體內的內環境穩態被打破，造成器官損傷，加快疾病進程。目前，普遍認為CYP2E1在病理情況下的表達增高是氧化應激造成組織損傷的主要機制之一。

2 DAS靶向抑制CYP2E1對相關疾病治療的潛在作用

既然CYP2E1是氧化應激造成組織損傷的主要機制之一，CYP2E1抑制劑就成為防止氧化應激引起組織損傷的藥物研發的關注點。3-氨基-1，2，4-三唑(3-amino-1,2,4-triazole, 3-AT)、二氫辣椒堿(dihydrocapsaicin, DDC)和雙硫侖(disulfiram)等CYP2E1抑制劑雖然能夠抑制CYP2E1的活性，但同樣會抑制體內其他P450酶的活性，并且毒性較高。二烯丙基硫醚(diallyl sulfide, DAS)是大蒜中的一種有效成分。較其他抑制劑而言，DAS與其主要代謝產物DASO2毒性較低，特異性較高。因此DAS已經廣泛的用于多種疾病的治療研究。

2.1 酒精性肝病

酗酒造成的酒精性肝病(alcoholic liver disease, ALD)目前仍然沒有有效的治療措施。酒精在體內的代謝途徑主要有兩種類型，體內乙醇濃度較低時，乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH)、醛脫氫酶、過氧化氫酶和CYP2E1共同參與，對酒精進行正常代謝。而當體內乙醇過高或者在長期飲酒的人體內，CYP2E1表達增高并成為乙醇代謝的主要途徑，產生乙醛、ROS、羥基自由基。乙醛在其他生物大分子(主要為蛋白質)上形成穩定的共價修飾，使蛋白功能受損。同時ROS、羥基自由基能夠促進脂質降解和兩種中間體丙二醛與4-羥基-2-壬醛的產生，丙二醛和4-羥基-2-壬醛同乙醛一樣，能夠與蛋白質、脂質、DNA等大分子形成穩定的共價修飾。這些反應隨后導致肝細胞損傷，導致酒精性脂肪肝、酒精性纖維化、脂肪性肝炎、肝硬化和肝細胞癌等疾病的發生。

細胞以及動物實驗發現，DAS可通過以CYP2E1為靶點治療CYP2E1表達上調所導致的氧化應激和細胞凋亡。有文獻報道，先用 DAS預處理細胞，然后乙醇孵育，觀察其對氧化應激及細胞毒性的影響。乙醇可上調CYP2E1的表達和ROS的產生，但是DAS可抑制或阻斷乙醇介導的ROS和半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3(caspase-3)的活化，DAS還能抑制乙醇誘導的DNA片段化和細胞毒性。這表明DAS可能通過抑制CYP2E1介導的乙醇代謝和氧化應激來抑制乙醇代謝過程中產生的肝損傷。進一步研究發現，大鼠灌胃DAS一個月后，DAS降低CYP2E1 mRNA水平以及CYP2E1蛋白在肝臟中的分布，提示DAS參與CYP2E1轉錄及其定位。此外，乙醇攝入還參與CYP2E1依賴的脂肪酸代謝和脂質過氧化的過程。以DAS喂養小鼠，部分恢復了乙醇引起的肝臟脂肪酸組成和組分的異常變化[23]。

2.2 非酒精性脂肪肝病

隨著肥胖癥和相關代謝紊亂的發病率越來越高，非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver diseases, NAFLD)成為慢性肝病最常見的病因之一，大約10%～20%的單純性脂肪肝可發展成非酒精性脂肪肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)。部分NASH可以進一步發展為肝硬化和肝細胞癌。氧化應激、線粒體功能障礙、脂毒性和細胞因子等不同因素參與了脂肪肝向NAFLD轉化。體外實驗發現棕櫚酸和油酸等脂類能夠增加人HepaRG肝癌細胞的CYP2E1 mRNA或蛋白水平，高脂飲食可提高大鼠肝臟CYP2E1的表達和活性，在小鼠，敲除CYP2E1基因可改善動物的血脂，抑制與高脂肪飲食相關的肥胖。以上研究揭示，脂類促進CYP2E1的表達是觸發氧化應激、誘導細胞凋亡或死亡，并造成肝損傷的主要機制，而抑制其活性可以改善脂代謝。

2.3 心血管疾病

除了肝臟外，CYP在肝外組織中也有表達，包括心臟和血管。越來越多的證據表明，這些酶在許多心血管疾病的發病機制中起著重要作用。擴張型心肌病、糖尿病誘發的心肌功能紊亂的動物模型和患者體內均可觀察到CYP2E1表達上調。將遺傳型擴心病模型cTnTR141 W小鼠和用阿霉素誘導型擴心病小鼠的CYP2E1基因敲低后發現擴心病導致的左心室擴張、室壁變薄、間質纖維化、肌原纖維聚集、線粒體腫脹并伴隨脊丟失等問題得到了顯著的改善，并且實驗發現CYP2E1基因敲除小鼠體內細胞凋亡與ROS、氧化應激對比正常小鼠也有顯著的降低。在乙醇刺激產生的心肌病小鼠模型中，給予DAS治療后，觀察其對乙醇刺激的酒精性心肌病的影響以及凋亡應激信號的變化。發現DAS還可預防或改善乙醇引起的心肌收縮功能障礙、細胞內鈣離子的改變、自由基產生和凋亡蛋白的產生等，表明DAS作為一種潛在的CYP2E1抑制劑在心肌病方面具有潛在的作用。

糖尿病患者和動物模型常伴隨有心肌收縮功能紊亂等并發癥，體內CYP2E1表達升高，進而引起氧化應激、ROS的增加，內皮功能障礙等。最近文獻報道，在胰島素抵抗模型中出現細胞內Ca2+功能受損、線粒體超微結構損傷、O2 -生成升高、自噬和有絲分裂抑制，NLRP3(pyrin domain-containing 3)炎癥小體和誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)水平升高等現象，造成心肌收縮功能紊亂并且細胞大量凋亡。CYP2E1的選擇性抑制劑DAS(100 mg/(kg·d))治療4周后，模型小鼠心肌收縮功能以及線粒體損傷等問題有顯著的改善。這提示通過阻斷CYP2E1的作用，可減少糖尿病心肌收縮功能紊亂等相關并發癥，有望改善糖尿病患者的生活質量。

2.4 艾滋病

人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)的由env基因編碼的結構蛋白包膜糖蛋白GP120(envelope glycoprotein 120, GP 120)是病毒在宿主體內生存所必需的。越來越多的證據表明，這些病毒蛋白誘導產生各種自由基，隨后導致HIV陽性人群的慢性氧化應激，而CYP2E1表達升高是產生ROS的主要途徑。

HIV-1病毒蛋白可能是通過誘導CYP2E1產生ROS和反應性代謝物的增加，進而增加病毒的復制。研究發現，GP 120對CYP2E1有明顯的誘導作用，DAS通過抑制GP 120誘導的ROS作用，對誘導損傷的細胞凋亡起到保護作用。同時DAS還可降低HIV感染者的病毒載量[34-35]，進而對于HIV患者發病有一定的抑制作用。

2.5 帕金森綜合征

帕金森病(Parkinson’s disease, PD)是繼阿爾茨海默氏病(Alzheimer’s disease, AD)之后第二常見的神經退行性疾病, 帕金森病主要臨床表現包括:震顫、運動緩慢和肌肉僵硬。PD病理表現為黑質致密部多巴胺能神經元的逐漸喪失，導致基底神經節繼發性功能障礙[36]。

研究發現，CYP2E1蛋白在黑質神經元(neurons of the substantia nigra)表達，而膠質細胞不表達CYP2E1。PD患者腦組織內CYP2E1甲基化程度降低，CYP2E1表達(mRNA水平)升高，提示CYP2E1表觀遺傳學調控可能在PD易感性中發揮相關作用[13]。此外，早前的一份報告顯示，在瑞典人群中，CYP2E1的單核苷酸多態性與PD的發生具有顯著的相關性，進一步提示了CYP2E1在PD中假定的作用。因此，一種新的選擇性CYP2E1抑制劑，如DAS，將有助于檢測CYP2E1在PD發展中的作用，以及作為PD患者潛在的藥物候選[30]。

3 結語

CYP2E1是體內主要位于內質網上能夠代謝內源性或外源性物質的細胞色素P450酶，參與多種內源性和外源性物質的氧化代謝。在病理狀況下CYP2E1的表達水平升高，并產生ROS和氧化應激，進而造成組織損傷。因此在多種疾病的進程中，DAS通過靶向抑制CYP2E1具有潛在的治療作用。