馮 平

（1廣西師范大學珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室 廣西桂林 541006 2廣西師范大學生命科學學院 廣西桂林 541006）

0 細胞色素P450酶及CYP2D亞家族基因概述

細胞色素P450（CYP）酶催化外源物和內源物的氧化，例如催化藥物、環(huán)境化合物、植物代謝物、脂肪酸和生物堿物質的氧化［1］。該酶是膜結合血紅素蛋白，在原核細胞和真核細胞中廣泛表達［2］。大量的底物需要各種各樣的CYP蛋白起作用，同時種類豐富的底物也反映了生存環(huán)境和食性的物種特異性［1］。盡管CYPs在很多組織中被發(fā)現，在人和其他哺乳動物卻主要集中于肝臟，在肝臟催化第一相代謝反應中許多內源性和外源性化合物的氧化［3］，將外源化合物，包括藥物、化學致癌物和毒素通過各種氧化反應進行代謝以增加其水溶性，為第二相代謝反應中形成高度可溶的復合物以便排出體外做準備［4］。P450酶是藥物代謝過程中的一類非常重要的酶，對這類酶的研究對評估藥物-藥物相互作用、臨床個體化用藥有很大的意義；P450酶技術在新藥研發(fā)過程中運用于預知候選化合物在體內的代謝情況、產生的毒性等，為新藥研發(fā)提供技術保障，同時也為有針對性地尋找更為安全有效的化合物提供指導，極大減少新藥研發(fā)的費用［4-7］。

按照初級結構的相似性程度不同，CYP超家族可以分為家族（例如 CYP1、CYP2、CYP3等，其相似性大于40%）和亞家族（用字母例如A、B、C標記，其相似性大于55%），最后再加上阿拉伯數字則代表具體某一個酶［2，8］。CYP 家族 1、2、3 傾向于代謝藥物和外源性物質，同時它們也參與大量內源性化合物例如維他命、膽汁酸和激素的代謝轉化；其他家族的CYP酶一般參與內源性過程，特別是激素的生物合成［9］。

CYP2家族是脊椎動物CYPs中數量最多和變化最大的家族［10-11］。哺乳動物CYP2s負責各種結構多樣的藥物、類固醇和致癌物的代謝，在各種內源性和外源性化合物的代謝中起著關鍵的作用［1］。由于在人類藥品氧化Ⅰ相中起重要的催化作用，CYP2研究主要集中在哺乳動物中的模式物種，而在其他脊椎動物中的研究基本是缺乏的［12］。而因為可以代謝很多臨床上比較重要的藥品（例如s-殺鼠靈和抗抑郁藥），哺乳動物CYP2D基因吸引了大量的注意力［13］。

CYP2D在人類中由一個有功能的CYP2D6和2個旁系同源基因 CYP2D7和 CYP2D8組成［14］，后2個基因是沒有功能的。在該家族成員中，對CYP2D6的研究相對成熟。CYP2D6酶含量在肝臟P450含量中所占比例雖然只有大約4%，但它參與代謝的藥物量卻占P450藥物代謝總量的25%～30%［4-5］。CYP2D 在哺乳類、鳥類、兩棲類及其他物種中都有發(fā)現。下文對CYP2D在這些動物類群中的研究及不同物種中發(fā)現的CYP2D的分布部位及其與人類該基因的同源關系進行綜述。

1 哺乳類CYP2D基因的進化研究

Yasukochi 和 Satta［15］對人類和 4 個非人靈長類（黑猩猩、紅毛猩猩、恒河猴和普通狨猴）CYP2D基因亞家族的進化和基因結構特點進行研究，發(fā)現黑猩猩和紅毛猩猩中都有3個CYP2D基因（1個完整基因，2個假基因），而恒河猴和普通狨猴中有2個CYP2D基因（均為完整基因）。在進化關系上，黑猩猩、紅猩猩、人和恒河猴四者親緣關系較接近，而普通狨猴與上述4個物種的關系比較遠，但是恒河猴與普通狨猴CYP2D基因的數目卻相同，由此可見，CYP2D基因的數量與親緣關系的關聯性不大。進一步對這些基因進行聚類分析發(fā)現CYP2D7P是從CYP2D6復制而來，并且這種復制發(fā)生在人類和大猩猩發(fā)生分歧之前，而CYP2D6和CYP2D8P在新大陸猴和狹鼻猴的主干支系上即已存在，該研究揭示人類基因組中的CYP2D亞家族的起源可以追溯到羊膜動物和兩棲動物發(fā)生分歧之前［15］。通過對包括人在內的6種靈長類（人、黑猩猩、蘇門答臘猩猩、恒河猴、普通狨、倭黑猩猩）的CYP2D6亞家族基因進行分子進化研究，發(fā)現CYP2D6和CYP2D8基因的非底物識別位點由于基因轉換而聚到一起，但是底物識別位點并沒有聚到一起，意味著底物特異性的功能限制是底物識別位點受到純化選擇的原因［1］。

CYP2D6在人類藥物代謝遺傳多態(tài)性中研究得比較多。CYP2D6的多態(tài)性會導致不同個體對異哇胍的代謝率不同［16］。大約7%～10%的高加索人口種群遺傳了CYP2D6等位基因的突變作為一個常染色體隱性性狀［16］，導致在應對由CYP2D清除的藥物時會有不同的個體變化。按照基因突變對CYP2D6酶活性的影響及野生型等位基因拷貝數的多少，可以將CYP2D6酶的代謝表型劃分為弱代謝型（0拷貝）、中間代謝型（1個拷貝）、泛代謝型（2個拷貝）和超代謝型（多重拷貝），這些遺傳變異還與疾病和癌癥 （例如帕金森綜合征、肺癌、肝癌和黑素瘤）的高風險相關［9］。

2 鳥類CYP2D基因的進化研究

CYP2D49基因是雞中第1個被報道的CYP2D亞家族成員，由 Cai H 等［17］首次從原雞的肝臟中克隆獲得，CYP2D49的基因結構及其相鄰基因都是保守的，并且與人類CYP2D6相似，該基因主要在肝臟、腎臟和小腸中表達。Watanabe KP等［18］分析了原雞、火雞和斑胸草雀包括CYP2D在內的CYP2家族，認為鳥類多種類型的取食生境、特定的適應性和世界范圍內的分布，以及廣泛暴露于種類繁多的化合物（環(huán)境化合物），很可能導致它們形成了一系列新型外源物的代謝機制。此外，通過對包括古頜總目、雞雁小綱和新鳥下綱在內的36個目的48個物種CYP2家族基因的進化模式進行研究，Almeida D等［19］發(fā)現在鳥類中只有一個CYP2D基因，在37個鳥類物種中發(fā)現了36個基因和1個假基因，CYP2D亞家族在古頜總目支系中可能已經丟失。在一些哺乳類（例如嚙齒類、靈長類、兔子和馬）中的CYP2D與取食生境和代謝毒素例如生物堿［15］有關，鳥類CYP2D亞家族的正選擇位點可能對高效解毒有特別的優(yōu)勢，該研究同時也發(fā)現，鳥類CYP2D基因的一些正選擇位點位于先前認為的與代謝植物毒素相關聯的底物識別位點區(qū)域，并揭示一些鳥類中CYP2D基因的選擇限制性變化與不同的取食生境和遷徙行為相關［19］。

3 CYP2D基因在兩棲類和其他動物中的進化研究

CYP2D基因在其他動物中的研究比較少，Yasukochi和 Satta［15］對公共數據庫中已有基因組數據的脊椎動物，包括8個真獸亞綱、1個有袋類、1個單孔類、1個爬行類和2個兩棲類的CYP2D基因進行調查研究發(fā)現，有的動物（例如蜥蜴、雞、狗和豬）中僅有1個CYP2D基因，兩棲動物擁有多個CYP2D基因；嚙齒類有著5～9個CYP2D基因，兔子有 5 個，而馬有 6 個［4，15］，推測植食性動物CYP2D基因亞家族的擴張可能與CYP2D6酶對植物毒素例如生物堿有著很高的親和性有關［20］。

4 表達部位、與人類CYP2D基因的同源性

在基因同源性方面，不同猴類與人類的CYP2D基因同源性存在差異。食蟹猴中全長由497個氨基酸組成的CYP2D17與人類CYP2D6有93%的相似性［21］；恒河猴中，發(fā)現了 CYP2D42，并且該酶可能是人類CYP2D6的直系同源物；普通狨猴中發(fā)現了2個亞型CYP2D30和CYP2D19，這2種亞型有著高度的同源性也有著不同的催化活性，CYP2D30與人類CYP2D6相似，表現出高的異哇胍4-羥化酶活性和相對低的異哇胍5-、6-、7-和8-羥化酶活性，而CYP2D19表現出相反的催化活性；在日本猴（Macaca fuscata）中，一個全長為 497個氨基酸組成的蛋白（指定為CYP2D29）與人類CYP2D6、食蟹猴CYP2D17和普通狨猴CYP2D19分別具有96%、91%和88%的同源性；與人類CYP2D6功能類似，日本猴CYP2D29催化異哇胍和丁呋洛爾的代謝［9］。

在小鼠的9個CYP2D基因中（CYP2D9,-2D10，-2D11，-2D12，-2D13，-2D22，-2D26，-2D34 和-2D40）［10］，CYP2D22 被認為是人類 CYP2D6 的直系同源基因［22］，在肝臟大量表達，而在腎上腺、卵巢和乳腺中表達水平處于中間水平。在大鼠中，基因組分析鑒別出 6個亞型（CYP2D1、-2D2、-2D3、-2D4、-2D5和-2D18），這6個亞型在各種組織中表達例如在肝臟、腎臟和大腦中表達，6個亞型中CYP2D1與人類的CYP2D6直系同源；CYP2D5和CYP2D18分別與CYP2D1和CYP2D4的氨基酸序列有著 95%的相似性［9］。CYP2D15是狗的主要CYP2D，酶活性與人類CYP2D6相似，主要在肝臟中表達［23］，還在其他若干組織中低水平表達［9］。

5 總結與展望

CYP2D亞家族基因在人類中的研究相對成熟，而在其他動物中研究比較少，隨著科學研究的不斷向前發(fā)展和研究手段的不斷創(chuàng)新，相信會有越來越多的關于脊椎動物CYP2D亞家族基因的研究報道，進一步揭示CYP2D亞基因家族成員的結構、功能及其在不同動物之間的進化關系。