细胞色素P450在肿瘤治疗中的研究进展

【关键词】 细胞色素P450;肿瘤;治疗

细胞色素P450(CYP450)是一组含亚铁血红素蛋白的超家族，因它与一氧化碳的结合物在450 nm附近有特征吸收而得名。它分布于人体内各种组织、器官，参与许多内源性物质的代谢转化以及外源性化合物的活化与降解。肿瘤的发生是一个多基因多阶段发展的复杂过程，不同基因代谢不同的致癌化合物，与不同种族人群不同类型肿瘤的易感性有关〔1〕。近年来对CYP450基因型和表型相关性的研究越来越受到重视，人们企图寻找CYP450基因多态性与肿瘤易感性的关系。从临床合理用药方面来说，人们希望利用基因型来了解个体药物代谢酶的活性，期望在提高药物治疗水平的同时，降低不良反应的发生。

　　1 CYP450基因多态性与肿瘤易感性

　　1.1 CYP450基因多态性 目前，科学家已确定了人类57个CYP450基因和33个假基因，共分为18个家族、42个亚家族。现已证实CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1、CYP2A6、CYP2C9、CYP2C19、CYP2D6、CYP2E1、CYP3A4、CYP3A5等基因存在多态性。另外，特定代谢酶表型在不同地区、不同种族、不同人群中分布也不同。CYP450基因多态性是药物代谢速率存在明显个体差异的主要原因之一〔2〕。CYP450基因的改变可以导致酶的活性增加或者活性减弱甚至失活。酶的失活主要发生在当基因被删除或由于基因突变造成的基因剪接、停止密码子、停止转录启动子和基因被有害氨基酸改变等情况下。此外，底物识别位点的突变可以导致酶的专一性的改变。CYP450家族中比较重要的多形态酶有CYP2C9、CYP2C19和CYP2D这3个亚型。

　　1.2 CYP450参与致癌物质的生物活化 CYP450参与许多前致癌物和前毒素的代谢活化，生成亲电性很强的中间产物或终产物，与细胞内的大分子物质如DNA、RNA、蛋白质的亲核基团等相互作用，破坏细胞结构，使酶失活或异常，诱发基因突变或抑制一些基因的表达，造成细胞损害，诱发程序性死亡或诱发肿瘤〔3〕。

　　CYP1A可活化许多外源性的环境前致癌物。如CYP1A1可活化苯并芘等多种多环芳烃。苯并芘是一种具有很强致癌性的多环芳烃类化合物，需经CYP1A1活化后方能致癌。苯并芘首先被CYP1A1环氧化，经环氧化物水解酶水解后形成二羟基化合物(二羟二醇)，经CYP1A1再一次环氧化形成致癌物二醇环氧化物，具有显著的致癌和诱变作用。据报道〔4〕，90%的已知前致癌物是由CYP1A1和CYP1A2代谢活化。因此，许多化学致癌研究者倾向于将化合物对CYP1A的诱导能力作为评价其致癌性的重要指标。CYP3A4参与人体肺中黄曲霉素B1的生物激活;CYP2C9在致癌物前体3，4二羟醇的形成中最为活跃;CYP2C9，CYP1A1，CYP2B6共同作用形成致癌物前体11，12二氢二醇。对30多种动物的研究已确定N亚硝胺类化合物有致癌作用，CYP450使N硝基邻位的碳原子发生羟化作用成为致癌前体，后者再转变成具有致癌活性的碳离子。CYP450在生物对致癌物的反应方面也非常重要，在某些情况下，致癌物不会引起生物损害，除非有特异性的CYP450存在。

　　1.3 CYP450与肿瘤易感性 在CYP450多态性与肿瘤易感性的研究中，CYP1A1和CYP2E1研究得最为广泛。尽管他们参与了许多不同前致癌物的活化，等位基因的变异并不一定显示功能性的变异。例如，在CYP1A1基因多态性与乳腺癌的关系的研究中，并没有得出两者之间的关联〔5〕。CYP1A1基因型与食管癌的易感性也没有相关性〔6〕。华中科技大学同济医学院的研究者用Meta分析的方法总结了1989年～2006年46个关于中国人CYP1A1 MsapI等基因多态性与肺癌易感性关系的研究，认为CYP1A1变异与肺癌易感性有关〔7〕。对膀胱癌患者进行CYP2E1 RasI基因多态性分析并没有发现其与膀胱癌易感性有关〔8〕，但是CYP2E1的DraⅠ的多态性与肺癌的易感性有关，与此同时，CYP2E1变异基因型在食管癌患者中占有较大比例，但与食管癌易感性无关〔9〕。CYP17基因编码与性激素合成有关的CYP17α酶，即类固醇17α羟化酶和17，20羟化酶，该基因型决定血清中激素水平。CYP17A2等位点突变使妇女在绝经前血清中积聚较多雌二醇和黄体酮，绝经后乳腺癌危险性增加。但是对中国妇女的一项大规模的研究发现，编码芳香化酶的CYP19A1等位基因变异与乳腺癌易感性没有相关性〔10〕。

　　2 CYP450在肿瘤组织中的表达

　　2.1 肝内CYP450 CYP450主要分布在肝脏，肿瘤细胞DNA高度不稳定性和染色质结构的改变导致CYP450转录的改变，进而引起CYP450量的改变。肿瘤细胞中存在一种潜在的耐药机制，通过CYP450的过表达引起抗癌药物的失活。很多研究报道了这种现象〔11～14〕。为了研究肿瘤组织CYP450对药物治疗效果的影响，Tanaka等〔15〕用19种人类肿瘤细胞和8种普通抗癌药物测定药物的细胞毒作用，用cDNA微阵列分析特定基因的表达和药效之间的关系。他们选择了12种和药物敏感性功能相关的基因，其中包括CYP2C8和CYP3A4，建立体外预测药物敏感性的模型。体内试验是测定5氟尿嘧啶治疗与胃癌患者生存时间，无症状生存期和肿瘤生长情况的关系。这个实验发现肿瘤的表型与5氟尿嘧啶的治疗效果有关。Miyoshi等〔16〕研究发现，乳腺癌组织中低表达CYP3A4会得到被CYP3A4代谢失活的多西他赛的好的治疗效果。Dhaini等〔17〕研究发现，骨肉瘤组织中高表达CYP3A暗示转移和预后不良。CYP3A参与常用抗骨肉瘤化疗药物的氧化代谢，如依托泊苷、异环磷酰胺、阿霉素、环磷酰胺等，其在肿瘤组织中的高表达预示着不良的药物治疗效果，增加转移的可能性。因此，如果肿瘤细胞表达参与药物代谢的CYP450酶可能会影响药物治疗的效果。

　　2.2 肝外CYP450 CYP450除了在肝脏中表达外，在小肠、肾脏、肺、胎盘、脑等组织中也有表达。肝外CYP450主要参与细胞内物质的代谢，不参与外源性物质的生物转化。肿瘤组织中也发现他们高表达，这包括CYP1B1、CYP2J2、CYP2W1和CYP4Z1。CYP2J2代谢花生四烯酸，在血管形成和抗凋亡中发挥作用〔18〕。在许多类型肿瘤中，例如食管鳞状细胞癌、食管腺癌、肺鳞状细胞癌、肺腺癌、小细胞肺癌、乳腺癌、胃癌、肝癌、结肠癌等，CYP2J2在肿瘤组织中的表达比临近正常组织的表达要高。CYP2W1只在胚胎形成的时候表达，而结肠癌或肾上腺癌患者CYP2W1的表达会增加〔19〕。CYP4Z1受糖皮质激素和孕酮受体的调节，在乳腺癌组织和乳腺腺体中均高表达〔20，21〕。CYP3A5只在正常前列腺组织中高表达，在前列腺癌组织中不表达〔22〕。

　　3 CYP450与肿瘤的治疗

　　3.1 CYP450与抗癌药物代谢 CYP450酶系包含50多种代谢细胞内外结构不相关化学物质的成员。他们在许多药物的代谢活化和/或代谢失活中发挥重要作用。CYP450降解的前药包括各种醌类、硝基咪唑类、杂环的氮氧化物和各种DNA烷化剂。含醌分子的前药包括阿霉素、丝裂霉素C、四硝基苯醌等。因CYP450的作用而活性加强的药物有抗乳腺癌药物三苯氧胺、足叶乙甙、替尼泊苷等。CYP2D6将三苯氧胺转化成4羟基三苯氧胺，后者对抗雌激素的能力是前者的50多倍。抗癌药物足叶乙甙、替尼泊苷的O去甲基作用主要由CYP3A4催化。不被CYP450作用活化且可能灭活的药物有紫杉醇，伊立替康等。85%的紫杉醇是通过CYP2C8转化成6αOH紫杉醇而代谢失活，15%的紫杉醇通过CYP3A4转化为3′pOH紫杉醇而代谢失活。伊立替康由CYP3A4代谢失活。常用抗癌药物及其参与代谢的CYP450亚型见表1。

　　3.2 CYP450与肿瘤疫苗 大多数抗肿瘤药物除了对肿瘤细胞有特异性杀伤，对正常细胞也有损伤，肿瘤一个重要的研究方向是发展针对肿瘤细胞特异性强的药物。基于肿瘤组织和正常组织CYP450表达的差异，肿瘤组织内高水平的CYP450可以提高依赖CYP450代谢的药物的选择性和敏感性，为抗癌药物选择性作用提供依据，使药物作用局限于肿瘤组织。根据这一点应用前景最好的是CYP1B1，因为尽管CYP1A，CYP2C和CYP3A在一些肿瘤组织中高表达，他们在正常组织中尤其是肝脏也有很高的表达。CYP1B1的mRNA和蛋白在恶性肿瘤和转移性疾病中差别很大，但是CYP1B1蛋白在正常组织中几乎检测不到。根据这一点设计的CYP1B1疫苗(Zyc300)已经进入Ⅰ、Ⅱ期临床实验，通过T细胞介导杀伤肿瘤细胞〔23〕。

　　表1 常用抗癌药物及其参与代谢的CYP450亚型

　　抗癌药物参与代谢的CYP450亚型环磷酰胺2A6，2B6，2C8，2C9，2C19，3A4异环磷酰胺2A6，2B6，2C8，2C9，2C19，3A4阿霉素3A替尼泊苷2C19，3A4，3A5长春新碱3A长春地辛3A紫杉醇2C8，3A4多西紫杉醇3A4，3A5他莫西芬2D6，3A4伊立替康3A4足叶乙甙3A4

　　3.3 CYP450与肿瘤的基因治疗 肿瘤的基因治疗是依据肿瘤组织与正常组织CYP450表达的差异，外源性的CYP450和被CYP450活化的前体药物通过特定途径运送至肿瘤组织。基因引导酶前体药物治疗目的是取得最佳的治疗效果和最小的毒副作用。处于试验阶段的CYP450基因引导酶前体药物治疗系统有胞嘧啶脱氨酶与5氟尿嘧啶，CYP2B1与环磷酰胺，羧酸酯酶与伊立替康。Nawa等〔24〕研究表明，紫杉醇的前体药物2′碳酸乙酯紫杉醇被羧酸酯酶活化成紫杉醇，在耐紫杉醇的卵巢癌细胞珠中仍可发挥抗肿瘤作用。在体外实验中，CYP450使很多细胞系对环磷酰胺更为敏感。体外试验和动物模型证实了〔25，26〕联合应用环磷酰胺和另一种减弱肝CYP450还原酶表达进而减弱肝组织内环磷酰胺活化的药物，取得更好的临床治疗效果。

　　人肿瘤细胞具有很低的生物活化内源性物质及许多抗癌前药的能力。将CYP2B1导入乳腺癌MCF7细胞系，可以增强环磷酰胺和异环磷酰胺的细胞毒性。Joundaidi等〔27〕已用重组体反转录病毒向胶质肉瘤细胞中运送了6个不同的可以代谢环磷酰胺和异环磷酰胺的人CYP450基因(CYP2B6、CYP2C8、CYP2C9、CYP2C18、CYP2C19、CYP3A4)。转染CYP2C18Met(CYP2C18的Met385等位基因)的细胞尽管CYP450蛋白的表达水平很低(仅为2B6表达水平的1/60)，也表现了较强的对环磷酰胺的化学敏感性。肿瘤内表达的CYP450使癌细胞产生对环磷酰胺的敏感性，其中CYP2B6最为显著。对异环磷酰胺的细胞毒性，最强为转染CYP3A4的细胞，其次为CYP2B6及CYP2C18Met。

　　3.4 CYP450与激素依赖性肿瘤 很长时间以来人们忽视了CYP450在抗肿瘤药物中的作用，认为它仅仅参与抗肿瘤药物的I相代谢过程。第一个成功靶向CYP450酶系的抗肿瘤药物是治疗乳腺癌的芳香化酶抑制剂，靶点是CYP19。绝经后雌激素依赖性乳腺癌患者的标准内分泌治疗药物是他莫西芬，通过抑制雌激素与雌激素受体结合而抑制细胞增殖。他莫西芬在应用时遇到很多障碍。首先，很多组织中存在雌激素受体的部分激动剂，这使得子宫内膜癌的发生率显著升高。其次，对他莫西芬的耐药是不可避免的。另一个可以替代的方法是通过抑制雄激素向雌激素转化的关键酶抑制雄激素向雄激素的转化，从而抑制雌激素的合成。第一个应用于临床的芳香化酶抑制剂是福美坦，随后，几种芳香化酶抑制剂，如依西美坦、弗隆、阿那曲唑也进入临床使用，他们在绝经后妇女激素敏感性乳腺癌患者中表现出比他莫西芬更好的疗效。芳香化酶抑制剂代表了第一个成功靶向CYP450酶系的治疗肿瘤的方法。

　　芳香化酶抑制剂在治疗乳腺癌方面的成功引起人们思考能不能用抑制雄激素的方法治疗前列腺癌等雄激素依赖性肿瘤。直至今天，雄激素去势疗法依然是治疗进展期前列腺癌的标准治疗方法。在分子水平，雄激素——主要是睾酮和双氢睾酮，与靶细胞内的雄激素受体结合触发基因转录，引起细胞增殖〔28，29〕。睾酮合成的最后一步需要CYP17催化的两个连续性反应。CYP17抑制剂通过抑制CYP17的活性抑制睾酮的合成，从而抑制细胞增殖。

　　3.5 CYP450与化疗用药个体化 化疗是治疗恶性肿瘤的主要方法之一，化疗药物的剂量通常是根据体表面积来计算的。临床上我们经常可以看到个体间对化疗药物反应的差异，这种差异是由于药物在机体吸收、分布，尤其是转运和代谢方面差异引起的。个体间对很多化疗药物的系统清除有很大的差别，主要是源于肝脏药物代谢率的差异。CYP450催化整个代谢的限速过程，参与很多药物的最终清除。目前越来越多的学者把研究方向转移到CYP450基因的功能多态性的研究，希望通过病人的基因型来指导临床用药。虽然这是一个很重要的研究方向，很多因素限制了CYP450基因型在肿瘤人群中的应用。CYP450的活性可以极大地受到一些非基因因素的影响，例如营养状态、炎症状态、同时使用的酶活性诱导或抑制剂、肝脏疾病或者是肝转移。

　　多西紫杉醇(DOC)主要被CYP3A4代谢为羟基化衍生物。DOC的药代动力学在患者中有显著的差异，CYP3A对DOC清除率和毒性的体外研究表明：CYP3A能够预测DOC的清除率并解释DOC在患者中清除率存在的个体差异的原因。Yamamoto等〔30〕通过应用外源性可的松并对其尿中代谢物6β可的松检测，测定CYP3A4的活性在患者中的差异性，分析比较DOC个体化剂量与体表面积(BSA)剂量两种给药方式的药代学和药效学的差异性。59例进展期非小细胞肺癌随机按BSA计算给药剂量和个体化计算给药剂量，平均时间浓度曲线下面积在BSA组为2.71 mg·L-1·h-1〔标准差(S)=0.40〕，在个体化组是2.64 mg·L-1·h-1(S=0.22)，时间浓度曲线下面积的S个体化组显著低于BSA组(P<0.01)，在中性粒细胞减少的变异度上两组差异显著。

　　从理论上讲，临床用药应该是因人而异，首先应该确定患者的CYP450基因型，然后判断其表型是快代谢者还是慢代谢者，从而确定个体的用药量，以避免达不到应有的疗效或者产生严重不良反应。但是目前临床个体化用药的目标还远没有达到，主要原因有两个：一是CYP450基因型鉴定技术还不完善;二是CYP450基因型与表现型的关系研究得还不够深入。因此发展准确、快速、廉价的CYP450基因型鉴定技术，并且深入大量地研究CYP450基因型与表现型的关系，对于指导临床个体化用药具有非常重要的意义。

　　综上所述，CYP450在前致癌物和抗癌物质的代谢活化和代谢清除中发挥着重要作用。环境和遗传因素引起了个体间CYP450活性的差异。由于编码CYP450基因的相对高的保守性，遗传因素并不是肿瘤易感性的重要的决定性因素。而CYP450的诱导剂，像吸烟、饮酒，与肿瘤易感性有更高的相关性。把CYP450作为药物治疗的靶点具有很好的应用前景，是肿瘤治疗的一个新的有效方法。

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