黃玉，劉李

1.南京醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院 藥學部，江蘇 南京 210008

2.中國藥科大學 藥學院，江蘇 南京 210009

甲基化反應是由甲基轉移酶介導的一種生物轉化。甲基轉移酶根據甲基供體分為依賴S-腺苷甲硫氨酸（SAM）甲基轉移酶、不依賴SAM 甲基轉移酶（以N5,N10-亞甲基四氫葉酸為甲基供體）[1-2]；根據甲基化底物的不同主要分為組蛋白甲基轉移酶、DNA 甲基轉移酶、RNA 甲基轉移酶以及天然化合物甲基轉移酶[1]。根據甲基化反應靶向底物原子的不同，可以將其細分為O-甲基轉移酶、N-甲基轉移酶、S-甲基轉移酶、C-甲基轉移酶和其他甲基轉移酶[3]。甲基轉移酶參與調節(jié)體內多種的生物過程，如信號轉導、蛋白質合成和修復等[4]。

天然化合物-O-甲基轉移酶（NPOMT）是天然化合物甲基轉移酶的重要組成部分，占比54%[3]，在動物、植物、微生物和人中都有表達，其中在植物、微生物中存在多種NPOMT[5]，而在動物、人體內主要以兩種形式存在[3]：兒茶酚-O-甲基轉移酶（COMT）[6]、羥基吲哚-O-甲基轉移酶（HIOMT，又稱N-乙酰血清素轉移酶）[7]。COMT 基因位于人類第22 號染色體長臂的q11[8]，受遠端啟動子P2、近端啟動子P1 的調節(jié)。P1 啟動子介導較短轉錄本1.3-kb mRNA（在大鼠體內為1.6-kb mRNA）的形成，P2 啟動子主要負責較長轉錄本1.5-kb mRNA（在大鼠體內為1.9-kb mRNA）的表達。1.3-kb mRNA 僅產生可溶性型COMT，而1.5-kb mRNA 能夠指導可溶性型COMT 和膜結合型COMT 合成[9]。可溶性型COMT 和膜結合型COMT 的區(qū)別在于膜結合型COMT 多了50 個疏水氨基酸[10]，使其錨定在細胞膜的表面（主要在粗面內質網上）。HIOMT基因位于人類X（Xp22.3）和Y（Yp11.3）的性染色體區(qū)域[11]，受近端啟動的調節(jié)，體內存在3 種HIOMTmRNA[12]，分別是373、345、298 亞型，其中373 亞型是全長異構體，而345、298 亞型是剪接產物。COMT、HIOMT 代謝多種內源性物質（主要是鄰苯二酚類以及羥基吲哚類化合物），參與體內信號轉導、生長增殖、能量代謝、節(jié)律調控等一系列生理學過程?；诖耍疚膶POMT 的體內分布和表達、底物、功能、在體內的表達調控和抑制劑進行綜述，以期為用于治療相關代謝性疾病的NPOMT 特異性激動劑/抑制劑的研發(fā)以及相關疾病的診斷和預后評估提供參考。

1 NPOMT 體內分布和表達

1.1 COMT 體內分布和表達

COMT 在體內分布較廣，不僅存在于常見的與代謝相關的器官肝、腎、腸、腦中，而且在表皮、乳腺、胎盤、子宮、腮腺、角化細胞、黑素細胞、脂肪細胞、紅細胞、淋巴細胞、巨噬細胞等細胞中也檢測出COMT 活性（含量較少）[12-14]。COMT 的兩種亞型可溶性型COMT 和膜結合型COMT 在體內有不同的分布，研究表明可溶性型COMT 主要分布在肝臟、腎臟、肺、腎上腺、乳腺、脾臟、胃上皮、十二指腸、回腸、大腦皮層、下丘腦、丘腦、小腦、腦橋和垂體中[15-16]，而膜結合型COMT 存在于肝、腎、腦、腎上腺、肺、腸、唾液腺和導管、甲狀腺、視網膜、眼纖毛細胞和胰腺中[15-16]。有學者通過Western blotting 法測定人體和大鼠中各組織中可溶性型COMT 和膜結合型COMT 的相對表達情況，發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)外周組織中，主要以可溶性型COMT 為主（約占COMT 總體含量的75%），而在大腦、腎上腺髓質中可溶性型COMT 只占總體COMT 含量的30%，大部分表型以膜結合型COMT為主[14]。

1.2 HIOMT 體內分布和表達

HIOMT 主要分布在松果體內。Ribelayga 等[17]通過在體原位雜交實驗證明了在大鼠腦內HIOMT主要存在于松果體的表層，在松果體的莖、松果腺中分布較少。褪黑素主要由松果體合成，在松果體之外的組織，如視網膜、小腸、肝臟、骨髓、淋巴細胞、巨噬細胞和胸腺中也可以合成褪黑素[18]，由于HIOMT 在褪黑素合成中發(fā)揮重要的作用，所以針對這些組織進行HIOMT 的活性檢測，結果表明HIOMT 主要分布在視網膜中[19]，僅有部分文獻支持在哈德氏腺、小腸、胸腺、肝臟、腎臟、心臟中存在HIOMT 的活性[20-22]。

2 NPOMT 底物

2.1 COMT 底物

COMT 催化鄰苯二酚類化合物的O-甲基化反應[23]。COMT 的內源性底物主要包括兒茶酚胺類神經遞質多巴胺（DA）[24]、去甲腎上腺素（NE）[25]、腎上腺素（EPI）[26]以及他們的羥化代謝產物[27]，兒茶酚類激素[28]（主要是兒茶酚類雌激素，如2-羥雌二醇、4-羥雌二醇），抗壞血酸[29]和黑色素的二羥基吲哚中間體[30-31]。COMT 的外源性底物主要分為生物類黃酮[32-36]（兒茶素、表兒茶素、沒食子兒茶素等）和含有鄰苯二酚結構的藥物，如氨基酸脫羧酶抑制劑[37-38]（如卡比多巴、芐絲肼）、左旋多巴[39]、異丙腎上腺素[40]、利米特羅[41]、多巴胺受體激動劑（如阿樸嗎啡、多巴酚丁胺）[25,42]。研究發(fā)現(xiàn)COMT的兩種不同的亞型催化不同的底物，膜結合型COMT 被認為主要參與多巴胺和去甲腎上腺素能突觸神經傳遞的終止[43]；可溶性型COMT 被認為主要負責消除生物活性或毒性，特別是外源性的兒茶酚類化合物[44]。

2.2 HIOMT 底物

HIOMT 主要催化羥基吲哚類化合物，目前關于HIOMT 的底物研究較少，體內研究主要集中在與代謝、情緒、生長相關的兩種內源性成分：褪黑素前體N-乙酰-5 羥色胺[43]和5-甲氧色胺酸（5-MTP）前體5-羥色胺酸[45]。目前沒有文獻報道關于HIOMT 的外源性底物。鑒于HIOMT 分布在視網膜、肝臟、腎臟、腸黏膜等組織中，所以HIOMT 的外源性底物值得進一步研究[43,45]。

3 NPOMT 功能

3.1 COMT 的功能

COMT 通過催化鄰苯二酚類化合物的代謝清除含有生物活性/毒性的兒茶酚胺類化合物及其羥基代謝產物，發(fā)揮屏障功能和維持內源性物質代謝平衡。

3.1.1 屏障功能 COMT 滅活鄰苯二酚類化合物，減少活性氧和醌類中間體的形成，在神經元、胎盤和胃腸道中發(fā)揮屏障功能[46]。M?nnist? 等[25]研究發(fā)現(xiàn)在妊娠期，COMT 可以減少外源性芳烴羥基化合物對胚胎的損傷。目前認為DA 氧化代謝產生的羥基自由基、多巴胺醌/半醌的中間體對于多巴胺能神經元有明顯的損傷作用[32]，COMT 通過調節(jié)大腦各個區(qū)域的DA 水平，減少DA 氧化代謝通量，發(fā)揮其神經元屏障功能，保護多巴胺能神經元[47]。多環(huán)芳烴是煙草中的致癌物，會引起體內DNA 損傷[48]，COMT 通過催化多環(huán)芳烴的O-甲基化反應，減少多環(huán)芳烴氧化還原循環(huán)過程中產生的醌類中間體，從而降低多環(huán)芳烴醌類中間體對DNA 的損傷[49]。2-羥雌二醇和4-羥雌二醇在P450 酶的催化作用下會進一步氧化，形成親電性極強的兒茶酚雌激素醌類中間體結構和活性氧，引起DNA 損傷，增加癌癥突變的風險[50-51]。研究發(fā)現(xiàn)COMT 催化的甲基化反應是肝外組織中2-羥雌二醇和4-羥雌二醇的主要滅活途徑[28]，認為COMT 可以通過減少2-羥雌二醇、4-羥雌二醇的通量減少醌類中間體結構和活性氧的形成，減少DNA 損傷，發(fā)揮其屏障功能[49]。

3.1.2 維持內源性物質代謝平衡

（1）COMT 在神經系統(tǒng)中的作用

（a）調節(jié)認知功能：COMT 參與體內DA 的代謝，DA 在認知、記憶、情感表達等過程中發(fā)揮重要的作用，推測COMT 可能通過調節(jié)腦內DA 的含量來影響認知功能。目前研究發(fā)現(xiàn)COMT 活性的變化與認知過程功能的改變密切相關，而COMT 介導的這一行為學的變化與DA 含量之間無明顯相關性。Laatikainen 等[52]通過比較COMT 抑制劑托卡朋對大鼠各個腦區(qū)的DA 及其代謝產物的影響，發(fā)現(xiàn)ip 托卡朋30 mg/kg 后顯著抑制COMT 活性，僅增加海馬腹外側區(qū)域DA 濃度，不影響皮層、紋狀體、小腦中的DA 含量，而DA 的主要代謝產物多巴克和高香草酸在皮層、紋狀體、小腦中均隨著COMT 活性的變化會發(fā)生相應的變化，Tammim?ki等[53]在COMT 基因敲除的小鼠中也發(fā)現(xiàn)相同的現(xiàn)象，抑制COMT 活性可以明顯改善認知活動，而抑制COMT 活性不改變大腦各個區(qū)域的DA 的水平。

（b）調節(jié)疼痛敏感性：COMT 通過調節(jié)CA 的含量以及抑制氧化應激來影響疼痛敏感性[54]。抑制COMT 表達可以明顯增加動物的疼痛敏感性[55]。研究發(fā)現(xiàn)，在人類中，遺傳變異導致的COMT 活性降低與顳下頜關節(jié)疾病和纖維肌痛癥的易感性增加密切相關[55]。

（c）其他：有學者推測COMT 的基因多態(tài)性可能是阿爾茨海默病發(fā)病的獨立危險因素[56-57]。少數(shù)研究發(fā)現(xiàn)COMT 基因型的變化與抑郁癥的臨床發(fā)病風險密切相關[58]。目前報道主要集中在COMT 不同基因型與各種精神疾病的發(fā)病風險之間的關聯(lián)性，關于COMT 是否參與這些精神疾病的發(fā)生、發(fā)展過程以及在相應的疾病狀態(tài)下COMT 的表達與活性是否發(fā)生改變的報道很少，所以COMT 在這些精神疾病中的作用需要進一步的研究。

（2）COMT 在心血管系統(tǒng)中的作用：COMT 在體內最重要的作用就是代謝CA（主要是NE、EPI），其中CA 可以促進血管收縮、括約肌收縮、糖原分解[59-60]，COMT 通過影響腎上腺素能神經遞質的含量在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。Voutilainen 等[61]研究發(fā)現(xiàn)COMT 的活性與心血管健康相關，COMT活性越低，急性冠狀動脈綜合征風險更高。研究發(fā)現(xiàn)在高血壓患者中COMT 的活性和表達明顯降低，且在自發(fā)性高血壓大鼠的肝臟和皮層中也發(fā)現(xiàn)同樣的結果[62]。

（3）COMT 在糖代謝中的作用：CA 會影響胰島素分泌、葡萄糖代謝[59-60]，所以COMT 在糖代謝中的作用也受到了很多學者關注。Hegazy 等[63]發(fā)現(xiàn)高脂飲食會下調大鼠肝臟、腎臟中COMT 表達，增加血漿CA 濃度，從而引起胰島素抵抗、糖耐量受損等一系列連鎖反應，ip 胰島素增敏劑吡格列酮20 mg/kg，連續(xù)給藥84 d，可以提高高脂飲食大鼠中COMT 表達，增加COMT 的活性，降低血漿中CA水平，部分逆轉高脂飲食誘導的糖耐量損傷和相關的代謝紊亂，這些結果提示COMT 參與葡萄糖糖穩(wěn)態(tài)的調節(jié)。Kanasaki 等[64]發(fā)現(xiàn)高脂飲食小鼠肝臟COMT 表達明顯降低，并且使用COMT 抑制劑Ro41-0960（ip，25 mg/kg，連續(xù)給藥14 d）/Si-RNA沉默COMT 后會加重體內的糖耐量損傷，外源性補充2-甲氧基雌二醇（ih，10 ng/kg，連續(xù)給藥14 d）可以明顯逆轉這一現(xiàn)象，因此推測COMT 通過催化2-羥雌二醇形成甲基化產物2-甲氧基雌二醇，通過2-甲氧基雌二醇誘導胰島素分泌和誘導肝細胞、胰島細胞中AMPK 磷酸化，從而影響糖耐量。結果提示COMT 是一種通過影響2-甲氧基雌二醇的生成從而來維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)的酶。綜上，可以認為COMT 通過影響血漿CA 的水平以及2-甲氧基雌二醇的生成從而參與葡萄糖糖穩(wěn)態(tài)的調節(jié)。

（4）COMT 在腫瘤細胞增殖中的作用：雌激素的兩種代謝產物2-甲氧基雌二醇和4-ME 已被報道具有抗癌、抗增殖、抗炎的活性[57,65]，有學者猜測并證明了在MCF-7 細胞中COMT 的表達與細胞增殖密切相關[57,66]，在MCF-7 細胞中，COMT 通過影響磷脂肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）信號通路的激活情況，從而影響細胞增殖。Wu 等[67]研究發(fā)現(xiàn)COMT 過表達可以明顯降低胰腺細胞中Akt的磷酸化水平以及其下游P53 以及cyclinD1 的激活，影響細胞周期的轉變。Zahid 等[68]研究發(fā)現(xiàn)在MCF-10F、MCF-7 中抑制COMT 活性可以增加DNA 氧化損傷，增加癌癥突變的風險。研究發(fā)現(xiàn)在妊娠晚期子癇前期患者的胎盤中COMT 蛋白水平和酶活性較低[69-70]。在人子宮平滑肌瘤細胞過表達2-甲氧基雌二醇時，COMT 可以促進微管穩(wěn)定，降低低氧誘導因子-1α（HIF-1α），拮抗TNF-α 誘導的CYP19 的表達，抑制增生[71]。可見COMT 本身可以通過調節(jié)與增殖相關的信號通路來抑制細胞增殖。COMT 催化2-羥雌二醇、4-羥雌二醇兒茶酚雌激素的羥基甲基化反應，不僅可以降低2-羥雌二醇、4-羥雌二醇參與進一步氧化的代謝通量，減少DNA 的氧化損傷，而且可以生成具有保護作用的代謝產物2-甲氧基雌二醇和4-甲氧基雌二醇，降低雌激素依賴性疾病引起的細胞增殖。因此認為COMT有望成為一個與腫瘤增殖密切相關的生物標志物。

3.2 HIOMT 的功能

HIOMT 主要介導單羥基吲哚胺類化合物的甲基化反應（體內主要是N-乙酰-5 羥色胺、5-羥色胺酸）。HIOMT 催化N-乙酰-5 羥色胺甲基化是體內催化合成褪黑素的最后一步，是褪黑素合成過程中的限速酶。褪黑素調節(jié)體內多種生理學過程，主要包括睡眠-覺醒周期、激素分泌、體溫等[72]。褪黑素還具有抗抑郁、神經保護、抗炎和抗氧化作用[73]。HIOMT 也可以催化5-羥色胺酸的甲基化反應生成5-MTP，從而發(fā)揮抗增殖作用。5-MTP 是體內細胞守衛(wèi)素的重要組成部分[74]，在體內的合成主要受色氨酸羥化酶、HIOMT 調控，抑制癌細胞COX-2 的表達，從而減少COX-2 介導的細胞增殖和遷移[45]。5-MTP 還可以抑制MMP-9 的表達，從而減少癌細胞的侵襲[74]。5-MTP 通過阻斷p38 MAPK、NF-κB和p300 HAT 的激活，從而發(fā)揮其抗癌作用[74-75]。因為HIOMT 是催化5-MTP 合成的關鍵步驟，所以癌癥的發(fā)展與HIOMT 之間的聯(lián)系受到了越來越多的關注。目前研究發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)結腸直腸癌、胰腺癌和乳腺癌中，色氨酸羥化酶的表達沒有明顯的變化，而HIOMT 表達會明顯下調[45]，從而導致5-MTP的稀缺，用HIOMT 穩(wěn)定轉染A549 細胞，提高5-MTP 的含量，降低癌細胞的侵襲性。HIOMT 轉染可抑制芳香氨基酸脫羧酶的表達和細胞中血清素的含量（現(xiàn)有文獻表明血清素能促進肝細胞癌、乳腺癌和前列腺癌的生長），HIOMT 過表達可將癌細胞轉化為較少惡性表型[45]。基于此，推測HIOMT可能是癌癥發(fā)生、發(fā)展的一個生物標志物。

4 NPOMT 在體內的表達調控

4.1 COMT 在體內的表達調控

目前，研究表明許多內源性物質（類固醇激素、神經遞質、炎癥因子）會影響COMT 的表達，并且這一調控在不同的不同組織和細胞系中是不一樣的。有學者研究發(fā)現(xiàn)孕酮、地塞米松通過作用于PRA 受體上調平滑肌瘤細胞中COMT 的表達[76]，而孕酮、雌激素則通過PR-B 受體下調乳腺癌細胞系的COMT[77]。Tchivileva 等[78]研究發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子-α（TNF-α）可通過降低遠端啟動子P2 活性，下調大鼠原代星型膠質細胞中COMT 的表達。Wentz等[79]通過使用COMT P1 啟動子-熒光素酶報告基因以及Northern blotting 研究了二氫睪酮、胰島素和全反式維甲酸對COMTmRNA 表達的影響，發(fā)現(xiàn)胰島素、二氫睪酮、全反式視黃酸通過上調COMT 啟動子P1 的活性上調卵巢顆粒細胞中COMT 的表達。關于17β-雌二醇在體內對COMT 的影響目前仍存在爭議。外源性給予17β-雌二醇后，可以通過雌激素受體依賴機制下調COMT 近端啟動子和遠端啟動子的活性，降低MCF-7 細胞中COMTmRNA的水平，然而不影響膠質細胞系中COMTmRNA 的水平[80]。Schendzielorz 等[81]研究發(fā)現(xiàn)外源性17β-雌二醇可以明顯下調雄性大鼠中對腎臟和前額葉皮質COMT 蛋白表達，上調海馬、小腦和前列腺中COMT 蛋白水平，而對肝臟和額葉皮質COMT 蛋白表達無明顯影響。17β-雌二醇在體內對COMT 不同的作用可能是因為組織特異性和細胞特異性，具體原因仍需進一步的實驗研究。見表1。

表1 NPOMT 在體內的表達調控Table 1 Regulation of NPOMT expression in vivo

4.2 HIOMT 在體內的表達調控

Ribelayga 等[82]研究發(fā)現(xiàn)，去甲腎上腺素能神經通過刺激β1 腎上腺素能突觸后受體上調細胞內的cAMP 的水平（增加至原來的100 倍），從而調節(jié)體內HIOMT基因表達。異丙腎上腺素（β1 腎上腺素能突觸后受體激動劑）可以升高松果體中HIOMTmRNA 的含量，而去氧腎上腺素（α1-腎上腺素能受體激動劑）不影響HIOMTmRNA 水平[82]。Sandrock等[83]發(fā)現(xiàn)大鼠垂體切除后松果體中HIOMT 水平顯著下降，外源性使用地塞米松或SAM 可以部分恢復HIOMT 的表達，推測糖皮質激素和SAM 在松果體HIOMT 調節(jié)中也發(fā)揮重要作用，具體如何作用仍需進一步實驗研究。見表1。

5 NPOMT 抑制劑

基于NPOMT 在外源性化合物、中樞神經遞質代謝中的重要作用，其抑制劑和激動劑的研發(fā)受到了越來越多的關注。由于NPOMT（COMT、HIOMT）只有在特定條件、特定組織中才會被激活，所以市面上缺乏合適的NPOMT 激動劑。關于HIOMT 的抑制劑的研究目前文獻沒有報道。常見的COMT 抑制劑尼泰卡朋[84]、恩他卡朋[85]、托卡朋[86]、內比卡朋[87]、奧比卡朋[88]均已被美國食品藥品管理局批準作為帕金森病治療的輔助藥物上市。盡管這些抑制劑提高左旋多巴的半衰期，為帕金森病的治療帶來了改善，但其嚴重的肝毒性、較短的半衰期限制了這些抑制劑的廣泛應用[89]。基于分子對接和分子動力學技術，發(fā)現(xiàn)一種同時靶向甲基化供體SAM 和底物結合位點的雙底物抑制劑，這種新型COMT 雙底物抑制劑表現(xiàn)出較低的Ki值[90]，成為目前研究的熱點。

6 結語

NPOMT 在體內主要是COMT、HIOMT，參與神經遞質（DA、NE、EPI）、雌激素（2-羥雌二醇、4-羥雌二醇）、褪黑素、5-甲氧色胺酸等內源性物質的合成和代謝，這些內源性物質參與細胞信號轉導、生長增殖、能量代謝、節(jié)律調節(jié)等一系列生理學過程，基于此NPOMT 在體內的生理學功能以及與代謝性疾病之間的關聯(lián)受到了越來越多的關注。NPOMT 主要通過調節(jié)內源性物質的合成和代謝來發(fā)揮其生理學功能，而其表達、活性又可以被內源性物質所調節(jié)。在疾病狀態(tài)下，內源性物質代謝紊亂，相應的NPOMT 的活性、表達也發(fā)生改變，推測NPOMT 可以作為相關內源性成分代謝平衡的生物標志物，因此本研究可為用于治療相關代謝性疾病的NPOMT 特異性激動劑/抑制劑的研發(fā)以及相關疾病的診斷和預后評估提供參考價值。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突