賈金雪， 薛永志

(包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014060)

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核因子和核受體調(diào)控細(xì)胞色素P450酶系的研究進(jìn)展*

賈金雪， 薛永志

(包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014060)

細(xì)胞色素P450(cytochrome P450，CYP)作為最重要的Ⅰ相代謝酶，參與了許多內(nèi)源和外源的化合物的代謝，在調(diào)節(jié)機(jī)體與外界環(huán)境的相互作用以及保持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定中起重要的作用。近年來(lái)，核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)和核受體(nuclear receptor，NR)在CYP酶系調(diào)控中的作用機(jī)制尚未明確，因此，對(duì)核因子和核受體的研究已經(jīng)成為分子藥理學(xué)領(lǐng)域和免疫藥理學(xué)領(lǐng)域里研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[1]。目前，已有許多關(guān)于NF-κB參與CYP調(diào)控轉(zhuǎn)錄機(jī)制的研究，這些機(jī)制大致分為兩個(gè)部分[2]，首先，通過(guò)NF-κB和許多參與CYP調(diào)控的NR之間的相互抑制作用來(lái)調(diào)控CYP基因的表達(dá)[3]。其次，在CYP基因的啟動(dòng)區(qū)域上，通過(guò)與NF-κB的應(yīng)答元件結(jié)合，直接調(diào)控CYP基因的表達(dá)。然而，還有第三種機(jī)制，而這種機(jī)制卻總是被忽略，那就是通過(guò)對(duì)酶中的血紅素或者蛋白成分的穩(wěn)定性的影響，研究NF-κB對(duì)CYP酶系的活力的影響[4]。綜上所述，NF-κB是通過(guò)這三種機(jī)制對(duì)CYP的表達(dá)和活力進(jìn)行調(diào)控的。本文就NF-κB和NR之間的相互作用在CYP調(diào)控中的地位做一綜述。

1.1 NF-κB和芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AhR) AhR作為一類配體激活性受體，活化后與配體進(jìn)入核內(nèi)形成芳香烴受體/芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(aryl hydrocarbon receptor /Ah receptor nuclear translocator，AhR/Arnt)復(fù)合物，并迅速結(jié)合于相應(yīng)基因(CYP1A1)5＇區(qū)的外源物反應(yīng)元件(即CYP1A1增強(qiáng)子)上，通過(guò)AhR羧基端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域與其他轉(zhuǎn)錄因子形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，激活CYP1A1的轉(zhuǎn)錄及其他相關(guān)基因的表達(dá)。AhR調(diào)控的多種CYP基因的表達(dá)中主要包括CYP1家族中的成員CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1，此外還有CYP2S1。一般認(rèn)為一些能夠活化NF-κB的炎性刺激能夠抑制AhR。因此，我們可以推測(cè)NF-κB在抑制AhR調(diào)控基因方面的作用有著重要的作用。目前，提出了很多NF-κB抑制AhR信號(hào)通路的作用機(jī)制。一種可能性是AhR和NF-κB中的RelA形成了一個(gè)沒(méi)有活性的化合物，并阻止了AhR轉(zhuǎn)移進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)或者結(jié)合到異源性應(yīng)答元件(xenobiotic responsive element，XRE)上。然而，Doctor Zordoky[1]提出質(zhì)疑，原因是AhR結(jié)合到啟動(dòng)子的區(qū)域上是不受由電泳遷移率分析得到的NF-κB的活化所影響的。另一種可能性是通過(guò)誘導(dǎo)一個(gè)含有芳香烴受體核轉(zhuǎn)位蛋白(Ah receptor nuclear translocator，Arnt)并且能夠與AhR競(jìng)爭(zhēng)配體的異二聚體，即AhR抑制物，然而，這一機(jī)制也受到了質(zhì)疑，原因就在于僅僅在2 h以內(nèi)，NF-κB的活化就可能抑制CYP1A1的轉(zhuǎn)錄，而AhR抑制劑的活化可能需要更長(zhǎng)的一段時(shí)間才能發(fā)生。因此，大多數(shù)的研究比較支持的一個(gè)機(jī)制就是由于p300/CBP 和SRC-1的共激活因子的轉(zhuǎn)錄，配體AhR-Arnt復(fù)合物和RelA之間存在的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

1.2 NF-κB和組成型雄甾烷受體(constitutive androstane receptor，CAR) CAR和視黃醇X受體(retinoid X receptor ，RXR)的異二聚體化合物能夠結(jié)合到一系列的核受體的結(jié)合位點(diǎn)上。這些結(jié)合位點(diǎn)在CYP2B6、CYP2C9、CYP3A4等主要的CYP亞型中都存在。而且，CAR還能夠調(diào)控CYP還原酶的表達(dá)。在正常肝細(xì)胞中CAR處于無(wú)活性狀態(tài)，當(dāng)接觸苯巴比妥時(shí)，經(jīng)過(guò)磷酸化依賴機(jī)制，CAR 從細(xì)胞漿轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核(此過(guò)程稱為易位)[5]。CAR與抑制性雄甾烷結(jié)合能力降低，然后CAR再與RXR組成異二聚體，通過(guò)與孕烷X受體反應(yīng)元件(pregnane X receptor responsive element，PBRE)結(jié)合激活CYP2B的表達(dá)。盡管還沒(méi)有證據(jù)表明苯巴比妥是否直接與CAR 結(jié)合，但苯巴比妥誘導(dǎo)的CAR易位確實(shí)導(dǎo)致了細(xì)胞核CYP2B6基因轉(zhuǎn)錄的增加。CAR還可以激活CYP3A4 基因上游區(qū)的PXRE的ER6和DR3序列，啟動(dòng)其轉(zhuǎn)錄。有很多報(bào)道證實(shí)了NF-κB在CAR調(diào)控中的作用。首先，白細(xì)胞介素-6(interleukin -6，IL-6)或者脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)以及NF-κB的激活劑增多后，CAR的表達(dá)就會(huì)減少。另外，在人CAR啟動(dòng)子與熒光素酶受體基因相關(guān)聯(lián)的研究中表明，在轉(zhuǎn)錄水平上，LPS和白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)抑制了CAR基因的表達(dá)。因此，通過(guò)抑制糖皮質(zhì)激素受體(glucocorticoid receptor，GR)，由LPS或者IL-1β介導(dǎo)的CAR的表達(dá)也受到抑制，在這一過(guò)程中NF-κB的活化是必須的?？傊琋F-κB通過(guò)其在CAR調(diào)控中的作用，能夠間接的調(diào)控很多CYP基因的表達(dá)。

1.3 NF-κB和孕烷X受體(pregnane X receptor，PXR) PXR表達(dá)的組織特異性分布和CYP3A是相似的。PXR或者它的人同源類固醇X受體主要調(diào)控CYP3A基因的表達(dá)。PXR經(jīng)配體活化后形成受體-配體復(fù)合物，然后與RXR形成異二聚體，最后作用于CYP3A基因啟動(dòng)子上的外源性化合物反應(yīng)組件，促進(jìn)CYP3A轉(zhuǎn)錄，PXR對(duì)CYP3A的調(diào)節(jié)可呈現(xiàn)誘導(dǎo)或抑制，這可能與PXR的配體相關(guān)?；罨蟮腜XR可以使下游的CYP3A、CYP2C、MDr-1及MRP-2等的基因表達(dá)均明顯上調(diào)。但值得一提的是，敲除PXR的大鼠做同樣處理后，上述的基因表達(dá)未發(fā)生明顯改變。通過(guò)基因敲除實(shí)驗(yàn)同樣可以證實(shí)，利福平誘導(dǎo)CYP2C9的主要結(jié)合位點(diǎn)也是PXR反應(yīng)組件，所以PXR參與了CYP2C9的誘導(dǎo)，而這一位點(diǎn)也是CAR的反應(yīng)組件。紫杉醇可以激活PXR并誘導(dǎo)肝細(xì)胞CYP2C8和CYP3A4的表達(dá)，在人肝細(xì)胞中，PXR還可以調(diào)控CYP2B6和CYP1A2的表達(dá)。有很多NF-κB和PXR信號(hào)通路之間相互抑制作用的相關(guān)真實(shí)報(bào)道。首先被提出來(lái)的機(jī)制就是通過(guò)抑制PXR基因表達(dá)，引起在給老鼠注射LPS以后的CYP3A和CYP2B基因的表達(dá)降低，并伴隨著一個(gè)明顯的肝臟中PXR和CAR轉(zhuǎn)錄水平的降低。然而，對(duì)這一機(jī)制的說(shuō)法不一，在腸內(nèi)細(xì)胞中，類固醇X受體(steroid X receptor，SXR)基因的表達(dá)是不受腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)的影響，并且在人的原代肝細(xì)胞或腸細(xì)胞內(nèi)下調(diào)CYP3A4在轉(zhuǎn)錄水平的表達(dá)，并不伴有SXR表達(dá)的改變。此外，PXR-RXRα異源二聚體結(jié)合到CYP3A4的啟動(dòng)子是被NF-κB抑制的，NF-κB抑制了PXR介導(dǎo)熒光素酶受體基因的活性。因此，第二個(gè)提出的機(jī)制就是抑制共激活因子的表達(dá)。TNF-α能夠顯著減少核受體共激活因子SRC-1和SRC-2的表達(dá)，限制PXR介導(dǎo)的反式激活。第三種機(jī)制是通過(guò)抑制NF-κB對(duì)RXR的作用，RXR與PXR是共同二聚體。綜上所述，NF-κB 對(duì)PXR調(diào)控基因的抑制效應(yīng)非常有可能是通過(guò)不同的機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。NF-κB的活性通過(guò)其對(duì)PXR的抑制效應(yīng)，能夠間接的抑制CYP2B、CYP2C和CYP3A的作用。

1.4 NF-κB和GR 在1995年曾經(jīng)證明了糖皮質(zhì)激素(glucocorticoid，GC)可以增加IκBα的表達(dá)，將NF-κB保留在細(xì)胞質(zhì)中，使它不能轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮作用。然而，后續(xù)的研究又提出另外一個(gè)GC抑制NF-κB的機(jī)制。糖皮質(zhì)激素受體突變分析和配體結(jié)合研究的結(jié)果，表明激素誘導(dǎo)的IκBα合成和抑制NF-κB活性分屬不同的生化過(guò)程。除此之外，各種抑制NF-κB的機(jī)制已經(jīng)得到實(shí)驗(yàn)證明。包括NF-κB與核內(nèi)GC占據(jù)的受體之間直接的物理作用；p65與相關(guān)的蛋白激酶A催化(protein kinase A catalytic，PKAc)亞單位的分離；RNA聚合酶磷酸化的抑制；通過(guò)募集組蛋白脫乙?；?抑制NF-κB相關(guān)的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性。這些機(jī)制可能不是阻斷NF-κB的核轉(zhuǎn)位，而是抑制它反式激活前炎癥因子表達(dá)的能力?？傊?，GC抗炎作用的分子機(jī)制是抑制NF-κB，這個(gè)結(jié)論已經(jīng)得到動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的支持。GR在CYP調(diào)控中的作用一直備受爭(zhēng)議。20多年來(lái)，雖然GC例如地塞米松，是CYP3A在轉(zhuǎn)錄水平上的誘導(dǎo)劑。但是，CYP3A啟動(dòng)子的克隆序列不能結(jié)合到GR上。而且，CYP3A的基礎(chǔ)表達(dá)并不能受到小鼠GR的影響。先前的研究表明，地塞米松干預(yù)能夠?qū)е翯R介導(dǎo)的PXR或者CAR的表達(dá)增加，而PXR或者CAR能夠引起CYP3A4的轉(zhuǎn)錄[6]。此外，如果有地塞米松的刺激，GR能夠結(jié)合到CAR的啟動(dòng)區(qū)域。然而，PXR的作用受到了質(zhì)疑，因?yàn)橥ㄟ^(guò)單對(duì)堿基配對(duì)，GC介導(dǎo)的CYP3A4的誘導(dǎo)是降低的，這個(gè)堿基對(duì)在PXR介導(dǎo)的CYP3A4的誘導(dǎo)中是無(wú)效的。最近的研究表明，通過(guò)GC和PXR激動(dòng)劑誘導(dǎo)的CYP3A4是GR活化所必須的。與CYP3A4相似的是，地塞米松有可能使由幾個(gè)PXR配體誘導(dǎo)的CYP2B6表達(dá)。然而，當(dāng)單獨(dú)給予某一種配體時(shí)，卻并不能增加CYP2B6的表達(dá)。此外，糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件經(jīng)鑒定在CYP2C9啟動(dòng)子的調(diào)控區(qū)域上?？傊珿R參與了很多的CYP亞型的調(diào)控。NF-κB的活化能夠抑制GR的轉(zhuǎn)錄。由于GR和NF-κB之間的生理性相互作用，GR的轉(zhuǎn)錄活性能夠被RelA特異性抑制。體內(nèi)研究也表明了GRα和NF-κB之間可以生理性的結(jié)合。此外，p300/CBP或者SRC-1的功能是在GR和NF-κB的通路中作為共激活因子。因此，在已經(jīng)觀察到的相互作用中，NF-κB和GR對(duì)共激活因子的競(jìng)爭(zhēng)可能是另一個(gè)潛在的機(jī)制[7]。

1.5 NF-κB和過(guò)氧化物酶體增殖活化受體(peroxisome proliferator activated receptor，PPAR) PPAR在核內(nèi)和RXR形成二聚體而存在，并同進(jìn)入核內(nèi)的配體結(jié)合構(gòu)成PPAR-RXR異二聚體而活化，繼而結(jié)合于位于靶基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游的PPAR應(yīng)答區(qū)域(peroxisome proliferator response elements，PPREs)，即RNA聚合酶，激活靶基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，從而發(fā)生重要的調(diào)節(jié)基因表達(dá)的作用[8]。研究表明CYP4A基因是通過(guò)PPAR調(diào)控的，其可能也會(huì)被一些過(guò)氧化物酶體增殖子比如氯貝丁酯所誘導(dǎo)[9]。PPAR可通過(guò)與輔助抑制因子結(jié)合并維持其穩(wěn)定性參與基因的反向調(diào)節(jié)[10]。黃穎等[11]的研究提示，PPAR可能在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)NF-κB有抑制作用。鞏鵬等人的研究表明PPAR對(duì)NF-κB的負(fù)性調(diào)節(jié)作用被抑制，導(dǎo)致了NF-κB激活。然而，PPARα和RelA之間的一個(gè)直接的蛋白與蛋白間的相互作用提示PPARα能夠介導(dǎo)NF-κB信號(hào)肽應(yīng)答。我們推測(cè)蛋白與蛋白間的相互作用可能也會(huì)導(dǎo)致NF-κB介導(dǎo)的PPARα信號(hào)肽的應(yīng)答[12]。

1.6 NF-κB和RXR RXR作為一個(gè)共配體，它能夠和其他的核受體形成異二聚體。與RXR形成的異二聚體是結(jié)合和活化PXR、CAR、PPAR必不可少的一步。由此可見(jiàn)，RXR在CYP的轉(zhuǎn)錄調(diào)控中起著重要的作用[13]。NF-κB和RXR直接的生理性相互作用可能參與到了兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子的相互抑制作用中。在LPS干預(yù)的情況下，通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯的機(jī)制，NF-κB的活化降低了RXR亞型的轉(zhuǎn)錄水平[14]。

1.7 NF-κB與肝X受體(liver X receptor，LXR) LXR被內(nèi)源性配體氧化固醇或人工合成配體激活后，需與RXR結(jié)合形成異二聚體,才具有轉(zhuǎn)錄因子活性，LXR/RXR異二聚體通過(guò)與靶基因中稱為肝X受體反應(yīng)應(yīng)答元件(liver X receptor responsive element，LXRE)的特定核苷酸序列結(jié)合而調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄。而在基礎(chǔ)狀態(tài)下，LXR/RXR與共抑制子相結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)，當(dāng)體內(nèi)配體濃度達(dá)到一定量時(shí)，可通過(guò)改變異二聚體空間構(gòu)象使共抑制子與之解離，啟動(dòng)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄，隨后，各種共激活子將被招募并與LXR/RXR形成復(fù)合物，進(jìn)一步推動(dòng)LXR對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控進(jìn)程，這一正向轉(zhuǎn)錄調(diào)控進(jìn)程可因LXR去乙?；?，進(jìn)入泛素化蛋白酶體途徑降解而終止[15]。CYP7A被認(rèn)為是LXR的第一個(gè)靶基因。CYP7A1是膽汁酸的經(jīng)典合成途徑中的限速酶，當(dāng)肝細(xì)胞中有過(guò)多的氧化固醇時(shí)，由于氧化固醇是LXR的配體，所以就會(huì)激活LXR，從而上調(diào)CYP7A1的表達(dá)，因此，膽固醇能夠?qū)YP7A進(jìn)行正性調(diào)節(jié)。但是值得一提的是，人類的情況與此不同，人CYP7A1中缺乏LXRE，因而并不受氧化固醇的影響，也就是說(shuō)在人的肝細(xì)胞在高膽固醇飲食的刺激時(shí)并不能上調(diào)CYP7A1的表達(dá)。在性腺甾體激素合成過(guò)程中，卵泡膜細(xì)胞內(nèi)膽固醇在CYP11A1作用下合成孕烯醇酮，而使其活化的配體均為L(zhǎng)XR 激動(dòng)劑。LXR激動(dòng)劑可以抑制一系列炎癥介質(zhì)的表達(dá)，這與LXR抑制NF-κB的表達(dá)有關(guān)。同時(shí)，LXR的表達(dá)受到小鼠腎臟中LPS以及人的近曲小管和肝細(xì)胞的IL-1β和TNF-α的抑制。由此可見(jiàn)，NF-κB的活化表明在體內(nèi)和體外都能夠抑制法尼酯衍生物X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)介導(dǎo)的基因表達(dá)。

1.8 NF-κB與FXR 在1999年，研究發(fā)現(xiàn)膽汁酸能夠激活FXR，膽汁酸既是CYP7A1的酶促催化反應(yīng)產(chǎn)物，又對(duì)CYP7A1的表達(dá)具有負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)膽汁酸的濃度增加時(shí)，就能使膽汁酸結(jié)合至FXR 配體結(jié)合區(qū)并激活FXR靶基因SHP的轉(zhuǎn)錄，SHP能與LRH-1形成二聚體而抑制LRH-1對(duì)CYP7A1的轉(zhuǎn)錄激活作用，最終使CYP7A1的表達(dá)下調(diào)。但FXR卻不可以直接結(jié)合到CYP7A1的啟動(dòng)子上。所以，與LXR不同，F(xiàn)XR能夠負(fù)性調(diào)節(jié)CYP7A。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CYP7A1基因的啟動(dòng)子區(qū)域存在膽汁酸反應(yīng)元IR -1，并且IR-1與LXR結(jié)合元件DR -4有重疊，F(xiàn)XR與IR-1結(jié)合后阻止LXR與DR-4的結(jié)合，從而抑制CYP7A1基因的表達(dá)。

[1] Zordoky BN,El-Kadi AO.Role of NF-kappaB in the regulation of cytochrome P450 enzymes[J]. Curr Drug Metab,2009，10(2):164-178.

[2] Schuliga M.NF-kappaB Signaling in Chronic Inflammatory Airway Disease[J].Biomolecules, 2015，5(3):1266-1283.

[3] Burkina V,Zlabek V,Zamaratskaia G.Effects of pharmaceuticals present in aquatic environment on Phase I metabolism in fish[J].Environ Toxicol Pharmacol,2015，40(2):430-444.

[4] Hu BF,Bi HC,Huang M.Advances in the research of pregnane X receptor and constitutive androstane receptor[J].Yao Xue Xue Bao,2011，46(10):1173-1177.

[5] Kreutz RP,Owens J,Jin Y,et al.Cytochrome P450 3A4*22,PPAR-α,and ARNT polymorphisms and clopidogrel response[J].Clin Pharmacol,2013，5:185-192.

[6] Hawkes HJ,Karlenius TC,Tonissen KF.Regulation of the human thioredoxin gene promoter and its key substrates: a study of functional and putative regulatory elements[J].Biochim Biophys Acta,2014，1840(1):303-314.

[7] Ghose R,Omoluabi O,Gandhi A,et al.Role of high-fat diet in regulation of gene expression of drug metabolizing enzymes and transporters[J].Life Sci,2011，89(1-2):57-64.

[8] Lim S,Lee KS,Lee JE,et al.Effect of a new PPAR-gamma agonist,lobeglitazone, on neointimal formation after balloon injury in rats and the development of atherosclerosis[J]. Atherosclerosis,2015，243(1):107-119.

[9] Zhao XR,Gonzales N,Aronowski J.Pleiotropic role of PPARγ in intracerebral hemorrhage:an intricate system involving Nrf2, RXR,and NF-κB[J].CNS Neurosci Ther,2015，21(4):357-366.

[10] Kusunoki Y,Ikarashi N,Hayakawa Y,et al.Hepatic early inflammation induces downregulation of hepatic cytochrome P450 expression and metabolic activity in the dextran sulfate sodium-induced murine colitis[J].Eur J Pharm Sci,2014，54:17-27.

[11] Ning RB,Zhu J,Chai DJ,et al.RXR agonists inhibit high glucose-induced upregulation of inflammation by suppressing activation of the NADPH oxidase-nuclear factor-κB pathway in human endothelial cells[J].Genet Mol Res,2013，12(4):6692-6707.

[12] Cras A,Politis B,Balitrand N,et al.Bexarotene via CBP/p300 induces suppression of NF-κB-dependent cell growth and invasion in thyroid cancer[J].Clin Cancer Res,2012，18(2):442-453.

[13] Nizamutdinova IT,Guleria RS,Singh AB,et al.Retinoic acid protects cardiomyocytes from high glucose-induced apoptosis through inhibition of NF-κB signaling pathway[J].J Cell Physiol,2013，228(2):380-392.

[14] Avior Y,Levy G,Zimerman M,et al.Microbial-derived lithocholic acid and vitamin K2 drive the metabolic maturation of pluripotent stem cells-derived and fetal hepatocytes[J]. Hepatology,2015，62(1):265-278.

[15] Crisafulli C,Di Paola R,Mazzon E,et al.Liver X receptor agonist treatment reduced splanchnic ischemia and reperfusion injury[J].J Leukoc Biol,2010，87(2):309-321.

國(guó)家自然科學(xué)基金(30760289，81460567)，內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金(2009MS1104，2014MS0813)，內(nèi)蒙古教育廳資助項(xiàng)目(NJ03148，NJZY13244)，內(nèi)蒙古衛(wèi)生廳項(xiàng)目(201302099)

薛永志

2015-11-02)