《藥學研究》 Journal of Pharmaceutical Research 2022 Vol.41, No.6

作者

周楠，李婷婷 ，陳西敬

中國藥科大學基礎醫(yī)學與臨床藥學學院

中國藥科大學藥學院

摘要

尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶( UGT) 催化的葡萄糖醛酸化反應是的是Ⅱ相代謝中重要的代謝反應之 一,對于維持內源性化合物如膽紅素?膽汁酸的動態(tài)平衡和藥物?致癌物等外源性化合物的處置過程起著至關重要 的作用?尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶的表達和酶活性受多維機制的調控?深入研究其調控網絡以及尿苷二磷 酸葡萄糖醛酸轉移酶介導的相關中藥-藥物相互作用,對于臨床更安全?有效的使用中藥提供了指導?

因此, 本文總結了尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶的轉錄前?轉錄水平?翻譯后修飾等分子調節(jié)機制,以及由尿苷二磷酸葡萄糖 醛酸轉移酶介導的中藥-藥物相互作用相關的研究進展?

關鍵詞

尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉移酶; 中藥－藥物相互作用; 中藥

正文

UDP-葡萄糖醛酸基轉移酶( UGT) 是參與人體Ⅱ相代謝 最主要的酶,大約有40% ~ 70%的藥物和中藥經UGT 代 謝[1-2]?這種生物轉化在解毒和清除多種外源性( 致癌物? 藥物等) 和內源性物質( 類固醇激素?膽汁酸等) 方面起著至 關重要的作用[3]?在絕大多數(shù)情況下,經UGT 代謝產生的 極性和水溶性葡萄糖醛酸,通常活性不高或者無毒,因此 UGT 是一類非常重要的解毒酶[4]?抑制或誘導藥物代謝酶 可顯著增加中藥- 藥物相互作用( herb - drug interactions, HDIs) 的發(fā)生,但大多集中對在Ⅰ相代謝酶細胞色素P450 的 研究上,UGT 介導的中藥-藥物相互作用研究較少?UGT 介 導的代謝不僅為外源物質提供了必要的解毒途徑,而且也導 致了許多藥物的治療時間縮短和藥理活性喪失[5]?

近年來,由UGTs 介導的藥物相互作用在臨床使用過程中不斷被報 道,引起了人們廣泛的關注?本文就UGT 的調控機制及其 引起的中藥-藥物相互作用進行總結,為今后中藥在臨床上 更加安全?有效的使用提出新思路?

UGT 簡介

1.1 UGT 家族及其功能

UDP - 葡萄糖醛酸基轉移酶 ( UGT) 屬于膜蛋白結合家族中的一類糖基轉移酶,主要以單 體?二聚體或具有同源和異源酶的寡聚體的形式存在于內質 網中[6]?根據(jù)氨基酸序列的同源性,UGT 分為4 個家族 ( UGT1?UGT2?UGT3 和UGT8) 和5 個亞家族( 1A?2A?2B?3A 和8A) [7]?UGT1A 家族的9 個蛋白質編碼基因( 1A1?1A3- 1A10) 是通過將由獨特的外顯子1 拼接到共同的外顯子是由 獨特的外顯子1 和共同的外顯子( 編號2 ~ 5) 上產生的, UGT2B 家族則由7 個功能性蛋白編碼基因組成( 2B4?2B7? 2B10?2B11?2B15?2B17 和2B28) ,每一個基因由6 個獨特的 外顯子編碼?目前研究表明,UGT1 和UGT2 家族可能參與 了中藥-藥物不良反應事件的發(fā)生?UGT1 和UGT2 催化以 UDP-葡萄糖醛酸為共底物的葡萄糖醛酸化反應,影響大約 55%處方藥以及內源性分子( 包括膽紅素?膽汁酸等) 的轉 化[8-9]?相比之下,UGT3 家族的兩個成員,UGT3A1? UGT3A2 分別利用UDP -N-乙酰氨基葡萄糖和UDP -葡萄 糖/木糖結合了膽汁酸?類固醇和生物黃酮,而UGT8 家族成 員UGT8A1 則利用UDP -半乳糖合成半乳糖神經酰胺和膽汁酸[8]?

1.2 UGT 的分布和種屬差異

UGT 廣泛分布于各種組織, 其中肝臟?胃腸道和腎臟是UGT 表達的主要器官?成人肝 臟組織具有較多的UGT 亞型,包括UGT1A 家族中的1A1? 1A6?1A9 和UGT2B 家族中的2B4?2B7?2B15,而1A3?1A6? 2B10?2B11 和2B17 等亞型也能在相對較低的表達水平上測 定?UGT2B7 是肝臟中最豐富的亞型( 約占40%) ,其次為 UGT1A1?UGT1A9?UGT2B4?UGT2B7 和UGT2B17 [10]?

UGT1A1?UGT1A10?UGT2B7?UGT2B17 以及極低水平的 UGT1A3 和UGT1A4 在腸道均有表達,而在腎臟中僅檢測到 3 種UGT,即UGT1A9?UGT2B7 和UGT1A6 [11]?

目前臨床前藥代動力學和毒理學研究中最常使用的嚙 齒類動物是大鼠和小鼠?盡管人與嚙齒動物的UGT 家族具 有很高的相似性和同源性,但是UGT 的不同亞型在分布?酶 活性以及酶表達的水平存在極大的差異,這是臨床前的動物 實驗與臨床實際用藥后產生差異的原因之一?例如,大鼠的 UGT1A1?1A5 和1A8 和小鼠的UGT1A1? 1A5?1A6 和1A9 是 肝臟中表達最高的亞型,然而嚙齒動物的UGT2B 家族的定 量比較相對不足[12]?

1.3 UGT 基因多態(tài)性

UGT 基因的遺傳多樣性研究比較廣 泛,其中UGT1A1 是肝臟中研究比較多的UGT 亞型? UGT1A1 啟動子含有一個功能性多態(tài)TATA 盒[A( TA) 5/6/7/8 TAA]?這4 個A( TA) 5/6/7/8 TAA 等位基因中,TA6 ( UGT1A1 * 1) 和TA7 ( UGT1A1* 28) 在所有人群中都是普遍存在的, 而TA5 ( UGT1A1 * 36) 和TA8 ( UGT1A1 * 37) 變體很少?

UGT1A1* 1 變異被認為是野生型; UGT1A1* 37 轉錄活性較 低,相比之下,UGT1A1* 36 的轉錄活性則高于UGT1A1* 1?

UGT2B7 基因具有高度的遺傳多態(tài)性,目前非同義?同 義?啟動子和內含子的單核苷酸多態(tài)性均有報道[11]?其中 研究最多?最具有爭議的是UGT2B7 * 2 ( 802C > T; rs7439366) ?與UGT2B7 802C 等位基因純合子的受試者相 比,攜帶UGT2B7 802T 等位基因的受試者使用嗎啡可以具有 更高的鎮(zhèn)痛峰值和延長的鎮(zhèn)痛時間,這表明802T 等位基因 可能導致葡萄糖醛酸化活性降低[12]?然而,也有研究證明 802T 等位基因與治療結果的可變性之間不存在關聯(lián)[13]?卡 馬西平所需劑量與UGT2B7* 2 基因型顯著相關,UGT2B7* 2 突變導致酶活性增加,因此卡馬西平排泄過程中的葡萄糖醛 酸代謝增加,導致標準化卡馬西平水平低于UGT2B7 野生型 患者,提示UGT2B7* 2 突變患者需要服用更大劑量卡馬西 平,而UGT2B7* 2( 211G>T; rs12233719) 對其無影響[14]?

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UGT 的調控機制

UGT 的遺傳變異可以改變藥物的代謝和處置過程,這只 能部分解釋UGT 活性在個體間產生廣泛差異的原因?目前 研究表明,UGTs 的多水平調控可分為轉錄前( DNA 甲基化? 組蛋白修飾等) ?轉錄水平( 如組織特異性因子?核受體等) ? 轉錄后調節(jié)( 如microRNA) 和翻譯后調節(jié)( 如糖基化?磷酸 化) 等?此外,剪接和寡聚使得UGT 的功能進一步多樣化?

2.1 轉錄前調控

表觀遺傳學是轉錄前調控的重要機制, 即在不改變原有核苷酸序列的基礎上,通過DNA 甲基化?組 蛋白修飾?非編碼RNA 等方式,引起基因功能上的激活或失 活[15]?研究表明,DNA 甲基化和組蛋白修飾參與了UGTs 的轉錄前調控?DNA 甲基化是通過招募轉錄抑制劑( CpG 結合蛋白) 與轉錄因子競爭啟動子結合位點或直接抑制轉錄 因子與啟動子的結合抑制基因表達?UGT1As 的表達具有明 顯的組織特異性,這一現(xiàn)象可能與不同組織中的DNA 甲基 化的程度密切相關[16]?例如,UGT1A1 可以在啟動子和遠端 增強子的CpG 的區(qū)域發(fā)生甲基化,且啟動子甲基化水平與 UGT1A1 表達呈負相關[17]?UGT1A1 啟動子附近富含CpG 的區(qū)域( - 85 至+ 40) ,該區(qū)域的甲基化在腎臟程度較高 ( 83%) ,而肝臟中較低( 37%) [18]?UGT1A10 的甲基化修飾 也是其在肝臟和腸道組織能夠特異性表達的原因之一[19]?

組蛋白修飾也是表觀遺傳調控基因表達的方式之一,包 括乙酰化?甲基化?磷酸化和泛素化等[20]?組蛋白修飾通常 與DNA 甲基化也可以共同調節(jié)UGT 基因表達?例如,組蛋白較低程度的乙?；洼^高程度的DNA 甲基化協(xié)同作用, 導致腎臟中UGT1A1 的表達缺陷[21]?因此,表觀遺傳調控 也可以引起UGT 的組織特異性分布?

2.2 轉錄因子對UGT 的調節(jié)

在所有的調控機制中,關于 UGT 的轉錄調控研究的最為廣泛?核受體( nuclear receptor, NRs) 作為配體調節(jié)的轉錄因子家族中最大的一類,可與激 素?膽汁酸和藥物等多種天然/合成配體相結合,調控各種基 因的表達[25]?過氧化物酶體增殖物激活受體( PPARα 和 PPARγ) ?孕烷X 受體( PXR) 和芳烴受體( AhR) 等NRs 主要 參與了調控UGT 轉錄?表1 簡要總結了核受體及其靶基因 UGT 的亞型?

值得注意的是,每個UGT 亞型并不是受到單 一核受體的調控?NRs 的激活或者抑制對UGT 表達的影響 可能是配體依賴性的,即并非所有的NRs 激動劑處理都引起 UGT 亞型的所有靶基因上調?當兩個或者多個配體存在時, NRs 對UGT 的調控變得更加復雜?例如,水飛薊賓是一種 PPARα 的弱激動劑,能夠輕微上調UGT1A1?UGT1A6 等多種 UGT 亞型表達,但是當水飛薊賓與強PPARα 激動劑非諾貝 特聯(lián)合使用時,則抑制了水飛薊賓對UGT 的上調作用[22]?

除了上述NRs 外,許多組織特異性轉錄因子也參與了 UGT 的調節(jié)過程?例如肝特異性肝細胞核因子( HNF1α 和 HNF4α) ?腸特異性尾部相關同源結構域蛋白2( CDX2) 等? HNF1α 調控幾種UGT 的在肝臟表達如UGT1A1?1A3?1A4? 2B7 和2B17 等[23]?CDX2 則調節(jié)了UGT1A8?UGT1A9 和 UGT1A10 在腸道中的表達,最新的研究表明CDX2 的這一作 用需要HNF4α 的協(xié)同[24]?

這些組織特異性轉錄因子也可以通過與核因子κB( NF -κB) ?激活蛋白1( AP-1) ?叉頭盒蛋白A1( FOXA1) ?腫瘤抑 制蛋白p53 等協(xié)同調節(jié)UGT?NF-κB 能夠直接與UGT 啟動 子區(qū)域NF-κB 反應元件上的DNA 序列結合來調控UGT1A1 的轉錄,也可以間接作用于其他NRs 以調控UGT1A1?在炎 癥或氧化應激中,激活NF-κB 可以抑制多種NRs 的激活,包 括AhR?PXR?CAR?FXR 和PPAR, 從而影響了下游UGT 的 表達[25]?

2.3 MicroRNA 對UGTs 轉錄后的調控

miRNA 是一種由約22 個核苷酸組成的內源性?基因編碼的單鏈RNA?miRNA 不編碼蛋白質,而是通過與靶mRNA 的3'非翻譯區(qū)結合,影 響UGT 蛋白質表達?miR-141-3p 可下調LS180?人肝細胞 和Huh-7 等中UGT1A1 和1A6 mRNA 和活性表達[16]?然而 在已經分型的肝組織中,miR- 141 - 3p 的過表達或抑制對 UGT1A1 和UGT1A6 則沒有影響[26]?Dluzen 等[27] 還發(fā)現(xiàn) miR-491-3p 能下調Huh-7 細胞( UGT1A1?3?6) 和人肝細胞 ( UGT1A3?6) 中UGT1As 的表達,但對HepG2 中UGT1A1 的 表達和活性沒有影響?在UGT2B 家族中, miR-485-5p 參與 UGT2B7 和2B10 的調控[28],而miR - 376c 則參與了 UGT2B15 和2B17 的調控[29]?

2.4 UGT 蛋白的翻譯后修飾

新合成的蛋白質經歷了廣泛 的化學修飾,包括N-和O-連接的糖基化?泛素化?磷酸化? 乙?；图谆萚30]?目前,只有N-連接的糖基化和磷酸 化被發(fā)現(xiàn)在UGT 蛋白的翻譯后修飾過程中發(fā)揮作用?

UGT 經過磷酸化修飾才能發(fā)揮酶的活性,這一過程可以 通過不同蛋激酶的作用或者通過一個激酶作用于多個位點 而發(fā)生?已經在11 種UGT 亞型中發(fā)現(xiàn)了多個蛋白激酶C ( PKC) 磷酸化的位點,應用PKC 抑制劑或PKC 位點突變處 理可導致UGT1A1 活性降低?PKC 磷酸化在調節(jié)UGT1A6? 1A7 和1A10 的酶活性和底物選擇方面的重要作用也被證 實[22, 31]?UGT2Bs 中UGT2B7 的磷酸化需要依賴于Src 酪氨 酸激酶的酪氨酸磷酸化,而UGT2B15 的磷酸化需要PKC 和 Src 激酶[32]?

N-糖基化對酶催化活性不是必需的,但是對UGT 正確 的折疊和產生完全激活的催化和輔助因子結合位點,維持酶 的活性至關重要?N-糖基化位點的突變能夠降低UGT1A9? 2B7?2B15 和2B20 的葡萄糖醛酸化活性[22]?

2.5 選擇性剪接和寡聚化

選擇性剪接增加了蛋白質結構 的多樣化的可能?UGT1A 位點在共同外顯子4 和5 之間含 有一個選擇性剪接的外顯子5b,編碼截短蛋白UGT1A_i2,它 缺少了部分COOH 末端結構域,因此蛋白喪失了轉移酶活 性?體外研究表明,當UGT1A_i2 與全長UGT1A 蛋白共表達 時,可以與全長UGT1A 蛋白結合并抑制其功能[33]?各種 UGT2 基因轉錄過程中的選擇性剪接形式也已有報道,包括 UGT2B4?UGT2B7?UGT2B28 和UGT2A1 等[34]?

UGT 可以形成同質異二聚體或寡聚物從而改變UGT 的 活性?大鼠肝微粒體中不同的UGT1 亞型可與UGT2B1 蛋白 免疫共沉淀,這為UGT 亞型之間的相互作用提供了證據(jù)[35]?

單獨表達UGT1A1 和UGT2B1 的小鼠微粒體對嗎啡沒 有明顯的代謝,而UGT1A1 和UGT2B1 共同表達形成的寡聚 物對嗎啡的葡萄糖醛酸化反應活性增強[36]?此外,UGT1 亞 型可以與UGT2B7 這一亞型產生同源的二聚反應?除了 UGT 之間的相互作用外,還發(fā)現(xiàn)微粒體UGT 與CYP1A1 相 關,這表明UGT 可能與細胞色素P450 之間存在相互 作用[37]?

UGT 酶介導的中藥－藥物相互作用

中藥作為一種治療和預防慢性病的替代或補充療法,具有獨特的優(yōu)勢?然而,中藥與治療藥物聯(lián)合用藥,可能會引起嚴重不良反應,導致藥物療效低下或毒性反應?目前,有關中藥-藥物相互作用研究主要集中在CYP450 酶,葡萄糖醛酸化代謝的作用容易被忽視,實際上,UGT 也參與了許多中藥與其他藥物聯(lián)用產生不良反應的過程?

3.1 黃酮類

甘草查爾酮A 和甘草素是甘草中的主要活性成分,來源于甘草屬,因其調節(jié)/中和作用而被添加到各種中藥制劑中?然而,甘草配伍不良可能導致HDIs?甘草查爾酮A 可被代謝成兩個單葡糖苷酸,UGT1A1?UGT1A3?UGT1A 7-10 以及UGT2B7 代謝產生了4-O-葡萄糖醛酸,其中UGT1A9 貢獻最大?UGT1A1 和UGT1A3 則參與了4'-O-葡萄糖醛酸苷代謝[38]?同時,甘草查爾酮A 也能顯著抑制UGT1A1 和UGT1A9?這表明甘草查爾酮A 不僅是UGT 的底物,還能抑制其相應代謝酶? 含有甘草查爾酮A 的中成藥能夠增加主要由UGT1A1 或1A9 代謝的底物的曲線下面積( AUC) ?此外,甘草素也能明顯抑制UGT1A9 的活性[39]?這些結果共同表明甘草查爾酮A 與UGT 底物共同給藥時應格外注意?

漢黃芩素?野黃芩素?黃芩素是黃芩提取物中的黃酮類化合物,具有多種藥理活性,包括抗菌?抗炎和抗腫瘤作用等?野黃芩素能夠競爭性抑制UGT1A1?UGT1A6?UGT1A9和UGT2B7?同時體外-體內外推,推測野黃芩素對UGT1A1的強烈抑制可能引起體內不良反應?當UGT1A1 酶活性降低后,顯著影響了SN-38( 伊立替康的活性代謝物) 葡萄糖醛酸化,導致發(fā)生伊立替康相關不良反應風險大大增加?除此之外,黃芩素和漢黃芩素能顯著抑制腸道UGT1A8 和UGT1A10 活性[40]?

水飛薊素是從水飛薊中提取出來的具有許多天然生物活性的黃酮類化合物,由水飛薊賓?異水飛薊賓?水飛薊寧和水飛薊亭四種異構體組成,已被于治療多種急慢性肝病?體外人肝微粒中,水飛薊賓和水飛薊素是UGT1As 和UGT1Bs的底物,同時水飛薊素是人UGT1A6 同工酶的抑制劑,Ki值為( 51±10) μmol·L -1 [41]?水飛薊賓是PPARα 的弱激動劑,能夠誘導多種UGTs 輕微上調[22]?

3.2 木脂素類

三白草酮是一種由三白草地上部分中提取出的活性木脂素成分,具有抗氧化?抗炎和抗HIV 病毒活性?在人肝微粒體中,三白草酮能夠抑制UGT1A1?1A3?1A6 和2B7 的活性,IC 50 值分別為8. 83?43. 9?0. 758 和0. 279 μmol·L -1 ,還能非競爭性地抑制UGT1A6 和2B7,Ki值分別為1.08 和0. 524 μmol·L -1 ?三白草酮抑制小鼠體內由UGT2B7 介導的齊多夫定代謝,導致齊多夫定的全身暴露增加?齊多夫定濃度的輕微變化或因UGT2B7 抑制而意外增加齊多夫定暴露可引起毒性( 例如,骨髓毒性或遺傳毒性) [42]?

五味子甲素和五味子酯甲是從五味子中提取的,能夠改善肝細胞損傷?五味子甲素和五味子酯甲對UGT1A3 產生濃度依賴性抑制?五味子甲素為競爭性抑制劑( Ki 0.48 μmol·L -1 ) ,而五味子酯甲則是為非競爭性抑制( Ki 11.3 μmol·L -1 ) [43]?

3.3 萜類

熊果酸和齊墩果酸是普遍存在的五環(huán)三萜化合物,分別競爭性抑制UGT1A3 和UGT1A4, 此外熊果酸對UGT1A3 和1A4 也存在混合抑制[44]?此外,熊果酸和齊墩果酸可顯著誘導HepG2 細胞中UGT1A1?UGT1A3?UGT1A4和UGT1A9 的mRNA 和蛋白表達,其對UGT1A1 的誘導是通過PXR 激活[45]?由于UGT1A1 酶活性的上調,可能引起由其代謝的藥物代謝速度加快,導致血藥濃度降低,影響藥物療效?

穿心蓮內酯及其衍生物是二萜內酯類化合物,具有抗炎?抗腫瘤?抗HIV 等一系列藥理作用?穿心蓮內酯和脫氫穿心蓮內酯在人肝微粒體以及重組UGT 酶中均出現(xiàn)了對UGT2B7 具有高度特異性抑制,這一抑制作用導致齊多夫定AUC 將分別增加110% 和58%,影響血藥濃度及療效[46]?

3.4 蒽醌類

芒果苷是從杧果的果實?葉子和樹皮中提取的蒽醌類化合物,具有抗炎和抗菌活性?而芒果苷元則是芒果苷經腸道菌群代謝后產生,具有抗氧化?抗炎?抗腫瘤等作用?實驗表明,芒果苷脫糖后轉化為芒果苷元,明顯增強了對11 種重組UGTs 的抑制作用?其中,芒果苷元能夠競爭性抑制UGT1A3?UGT1A7 和UGT1A9, IC 50 分別為8. 2?4. 4 和12.3 μmol·L -1 , Ki 分別為1.6?2.0 和2.8 μmol·L -1 [47]?

小 結

UGT 是體內最重要的Ⅱ相代謝酶之一，參與許多體內體外物質的代謝、解毒過程。UGTs 發(fā)揮生物學作用可以通過表觀遺傳水平DNA 甲基化、組蛋白修飾進行調控。不同的核受體可以配體依賴的方式影響UGTs 的mＲNA 水平，其他轉錄因子如HNF1α、HNF4α、AP－1、NF－κB 也可以在轉錄水平上調節(jié)UGT。UGT 蛋白可以通過各種翻譯后修飾、剪接和寡聚化直接調節(jié)。UGT 的調控網絡非常復雜，以上這些因素在調節(jié)UGT 的過程中可能相互交織在一起。隨著傳統(tǒng)中藥被廣泛應用，許多中藥－藥物相互作用不斷被發(fā)現(xiàn)。包括黃酮類、木脂素類、萜類和蒽醌類在內的許多中藥被逐漸證明是UGT 的底物或抑制劑，這些中藥在聯(lián)合UGT 底物用藥時，可能導致意外的不良反應事件發(fā)生。同時，許多中藥也能影響核受體以及一些轉錄因子等對UGT 的調控，影響酶的活性和功能。因此，深入探究UGT 酶的調控機制，明確中藥對UGT 酶的影響，為臨床更加安全、有效的使用傳統(tǒng)中醫(yī)藥提供了理論基礎。

參考文獻

詳見《藥學研究》 Journal of Pharmaceutical Research 2022 Vol.41, No.6