药物代谢酶的遗传多态性

细胞色素氧化酶450（CYP450）即细胞色素氧化酶P450是一组结构和功能相关的超家族基因编码的同工酶。参与内源性物质（如脂肪酸、维生素、胆酸）的代谢，外源性物质（如药物）的解毒，前致癌物质（如芳香类物质）的激活，在药物代谢中发挥重要的作用。CYP450包括很多家族，目前发现500多种产物，归于74个家族，其中至少14个家族与人类有关，而且存在遗传多态性，如CYP1A1，CYP1A2，CYP1B1，CYP2A6，CYP2C9，CYP2C19，CYP2D6，CYP2E1，CYP3A4，CYP3A5。当药物在体内被某一种CYP450氧化代谢时，如果某一个代谢这种药物的CYP450基因发生某种变异，则代谢这种药物的CYP450酶活性下降，甚至表现为无活性，我们把这些酶活性低的个体称为弱代谢者（Poor metabolizers，PM）；而酶活性正常的个体统称为强代谢者（Extensive metabolizers，EM）。

几种高血压相关药物代谢酶/受体简介

CYP2D6：

细胞色素P450 2D6（Cytochrome P450 2D6，CYP2D6）是细胞色素药物代谢酶中较为重要的一种，由497个氨基酸组成，结合于内质网膜上，可在肝及其它组织（如肠、肾、人脑）中表达。除参与代谢一些内源性物质某些环境中毒性化合物外，主要是参与多种重要药物的代谢，包括多种抗心律失常药、β1受体阻滞药、抗高血压药及三环类抗抑郁药等。CYP2D6参与代谢的药物占总P450代谢药物的30%，同时对手性药物的代谢还呈现立体选择性。研究还发现CYP2D6对药物的代谢呈现明显的个体和种族差异。

CYP2D6是第一个被确定由单基因控制的P450酶，控制CYP2D6的等位基因在人类定位于22号染色体长臂上的2D基因座。正常的CYP2D6基因含有9个外显子，包含有14724个碱基，总长7kb左右，是一个完整的功能性基因。目前，CYP2D6基因的内含子和侧冀DNA的序列已被确定，这有助于对突变的CYP2C6等位基因进行克隆、测序和特异性诊断。

CYP2D6在人群中可分为弱代谢型（poor metabolism，PM）、中间代谢型（intermediate metabolism，IM）、强代谢型（extensive metabolism，EM）和极快代谢型（ultraextensive metabolism，UEM）四种表型。PM的发生是由于基因突变造成表达产物酶分子的改变，从而产生代谢缺陷，基因突变的主要方式是单个碱基的缺失或替换引起读码框架移位，或是大片段基因的丢失，如CYP2D6D（CYP2D6﹡5）。IM者应属于快代谢者中较慢的一部分，但又与慢代谢者差别很大，产生的原因是基因的突变导致酶活性的微略降低，如CYP2D6B（CYP2D6﹡10A）、CYP2D6J（CYP2D6﹡10B）。Em是正常人群的代谢表型，是纯合子正常等位基因产生的正常酶表达，但部分杂合子因为拥有一份正常等位基因，酶蛋白仍表达，也常表现为EM，如CYP2D6﹡1/﹡2的代谢能力较﹡1/﹡1野生型不存在统计学差别。UEM则是由于出现CYP2D6L（CYP2D6﹡2）。需要强调的是，同为EM者CYP2D6的活性是不相贩，野生基因纯合子者的酶活性大于野生基因和突变基因杂合子者的酶活性，此外CYP2D6﹡2/﹡5，﹡2/﹡10为弱代谢，需增加剂量。

影响CYP2D6活性的因素有多种，饮食可能也是影响CYP2D6的重要因素，影响CYP2D6活性的饮食主要是生食的蔬菜和包含多环芳香族碳氢化合物和甲基黄嘌呤的烤牛肉。但年龄并不影响CYP2D6的活性。肝、肾疾患对CYP2D6活性的影响还不清楚。但怀孕可以诱导CYP2D6，使酶活性升高，孕期使用由CYP2D6代谢的药物时会发生药物代谢和疗效改变的现象，要注意用药剂量的调整。

CYP2C19：

细胞色素P450 2C19（Cytochrome P450 2C19，CYP2C19）是细胞色素药物代谢酶中一员，由490个氨基酸组成，主要存在于肝脏微粒体内，在药物代谢中具有重要作用。CYP2C亚家族中的酶均可被诱导，长期应用美芬妥因可发生自身诱导，巴比妥类药物、利福平均是其酶诱导剂。

现已证实CYP2C19为代谢S-美芬妥英的氧化酶，也称S-美芬妥英4′-羟化酶。S-美芬妥英为抗癫痫药，其4′-羟化途径由CYP2C19催化代谢。根据该酶活性大小，人群有强代谢者（EM_S）和弱代谢者（PM_S）之分。S-美芬妥英羟化代谢多态性不仅存在个体差异，而且存在种群差异。即不同种群之间，PM的发生率存在显著差异。白种人群中PM的发生率为3%～5%，沙特阿拉伯人与之很接近，黑人介于白种人与东方人之间，而东方人中PM的发生率高达13%～23%。中国人的总的PM_S发生率为14.32%（CI：12.26%～16.38%）。

CYP2C19等位基因位于第10号染色体q 24.1～q 24.3区带上，编码490个氨基酸，具有9个外显子。编码正常酶活性的基因是CYP2C19﹡1。目前发现至少CYP2C19存在5种突变基因，9种等位基因（目前已经发现的CYP2C19等位基因见表1）。

中国人中CYP2C19PM表型几乎均为CYP2C19﹡2和CYP2C19﹡3，罕见突变基因仅发现CYP2C19﹡5。不同民族的CYP2C19酶活性差异相关，成为它们之间酶活性种族差异的遗传基础。影响CYP2C19活性的因素有多种，一些非遗传因素如年龄、性别、身体状况、疾病、肝肾功能异常、吸烟、其它药物的抑制或诱导等，也可影响该酶的活性。但是CYP2C19基因对CYP2C19酶活性的影响起着决定性的作用，在不同的基因型个体中，酶含量也不相同，表现出正常基因纯合子＞正常基因与突变基因杂合子＞突变基因纯合子。与此同时，CYP2C19蛋白含量与其酶活性呈正相关。人群中，美芬妥英羟化代谢多态性表现为双态分布。EM的羟化酶活性显著高于PM。同时，不同种族之间，如白种人与东方人种之间，其活性也存在差异。在进行体外肝微粒体酶学动力学研究时，早期Meier等发现，PM的S-美芬妥英羟化代谢Km值比EM高约4倍，Vmax是EM的1/6。最近，Inoue等报道，各基因型之间的Km值无明显变化，但Vmax变化显著，在m1/m1纯合子PM中Vmax值非常地低。酶活性的改变会发生药物代谢和疗效改变的现象，要注意用药剂量的调整。

β1肾上腺素受体

β1肾上腺素受体是表达在心肌细胞上的最重要的一类β受体，它是一种G蛋白偶联受体，当它与配体儿茶酚胺（如肾上腺素，去甲肾上腺素）结合后，激活与其偶联的激动型G蛋白，使细胞内腺苷酸环化酶活性升高，_CAMP生成增多，进而激活蛋白激酶A引起生物学效应一正性变时与正性肌力作用。研究表明，短暂的β1受体有激活是机体应对失血，外伤等伤害的重要保护功能，但如果机体β1受体长期处于激动的病理生理基础。Β1受体是一种G蛋白偶联受体，N端位于细胞外区，是与受体转移有关的功能区；C端位于细胞内区，是与G蛋白偶联有关的功能区。中间段7次跨膜形成3个胞外环和3个胞内环，与配体识别有关。编码β1受体的基因位于10q24-q26，无内含子，其cDNA全长2.4Kb，编码的蛋白质由477个氨基酸组成。已知的β1受体的两种突变一个位于受体蛋白N端49位，由甘氨酸取代丝氨酸（Ser49Gly），另一个位于C端389位，由甘氨酸取代精氨酸（Arg389Gly389）。

Gly49位突变

体外试验证明，Gly49位突变主要与受体下调有关，突变影响激动剂所导致的受体向细胞内转移的过程。但49位两种基因的受体对激动剂的亲和力以及激动剂引起的腺苷酸环化酶活性都没有差别。长时间暴露在β受体激动剂作用下的β1受体会发生下调，受体下调是心脏的一种自我保护，但是这种下调在Gly49受体更明显，证明Gly49个体更能保护心脏细胞长期暴露在高水平儿茶酚胺下，减少心肌持续的收缩导致的心肌受损。而在不受激动剂刺激时，两种受体自然降解的速度是一样的。证明这种下调与激动剂有关。

Arg389位突变：

体外试验已经证实389位野生型（Arg389）的β1受体其激活腺苷酸环化酶活性的能力是突变型（Gly389）的2到3倍。转基因动物的研究表明，糼年表达Arg389型β1受体小白鼠的心肌细胞其受到激动剂后，其cAMP水平比Gly389要高，即Arg389小白鼠心肌收缩力较强；但是当持续的儿茶酚胺刺激的小鼠成年之后，这种现象却发生了改变，Arg389小白鼠受激动剂刺激的cAMP水平明显较Gly389小白鼠低。在心衰病人的心脏中，β1受体发生了下调，这可能是由于持续的高水平的去甲肾上腺素激活受体系统所导致。在这些病人中，Arg389病人腺苷酸环化酶活性明显较Gly389病人为低，此外，以上两种成年小白鼠心脏上的β1受体都发生了下调，但是Arg389小白鼠下调远不及Gly389小白鼠（44%vs74%），以上说明Arg389小白鼠的这种自我保护机制受到了损害。并且随着时间增加，Arg389小白鼠心肌细胞逐渐出现纤维化，而在其他小白鼠则没有这样的情况。Arg389纯合子个体在年较时可能较杂合子或野生型个体有更好的心脏功能，不会表现出任何症状，但随着年龄增长，在外界环境因素的作用下（如长期紧张工作或压力过大，过量运动，高血压等等），Arg389纯合子个体这种失保护作用的缺陷就凸现出来了，导致个体心功能下降，心肌纤维化，最终有可能发展为心衰。

参考文献

1. Jie Liu, Gly389Arg polymorphism of β1-adrenergic receptor is associated with the cardiovascular response to metoprolol . Clinical Pharmacology ＆ Therapeutics 2003; 74: 372-9.

2. Aiming yu , Expression, Purification, Biochemical Characterization, and Comparative Function of Human Cytochrome P450 2D6.1, 2D6.2, 2D6.10, and 2D6.17 Allelic Isoforms. The Journal Of Pharmacology And Experimental Therapeutics（2002）303: 1291-1300,

3. De Morais, The Major Genetic Defect Responsible for the Polymorphism of S-Mephenytoin Metabolism in Humans. J Biol Chem 1994; 269（22）: 15419-22

4. Xiao ZS, Differences in the Incidence of the CYP2C19 Polymorphism Affecting the S-Mephenytoin Phenotype in Chinese Han and Bai Populations and Identification of a New Rare CYP2C19 Mutant Allele . J Pharmacol Exp Ther 1997; 281(1): 604-9.

5. Xie HG, Genetic variations of S-mephenytoin 4′- hydroxylase (CYP2C19) in the Chinese population. Life Sci 2000 Feb 25; 66 (14): 175-181.

6. Ulf de Faire, Adrenoreceptor genes and hypertension: contribution from genetic polymorphisms. J Hypertens. 2002 Jun; 20 (6) : 1047-8.

7. Otto-Erich Brodde, The Gly389Arg β1-adrenergic receptor polymorphism: A predictor of response to β1-blocker treatment ? Clinical Pharmacology  ＆ Therapeutics 2003; 74: 299-301.

8. Alastair Sandilands, Functional responses of human beta 1 adrenoceptors with defined haplotypes for the common 389 R ＞ G and 49 S ＞G polymorphisms. Pharmacogenetics. 2004 Jun; 14 (6) : 343-9.

9. Werner Steimer, Pharmacogenetics : a new diagnostic tool in the management of antidepressive drug therapy. Clinica Chimica Acta 2001; 309:3341

10. Abernethy DR, Molecular basis of cardiovascular drug metabolism: Implications for predicting clinically important drug interactions. Circulation 2000; 101 : 1749-53