细胞色素P450研究进展

、翩 ⋯⋯套 蠢 研究进展 胡之璧 ’ 贺丽虹 ’ 赵淑娟 ’ 中医药大学中药研究所 , 上海 万苏州大学生命科学学院 , 江 苏苏州 细胞色素 的结构与命名 细胞色素 酶系作为功能单位由 许多组分组成 。 主要包括 种细胞 色素 细胞 色素 和细胞色素 、 种黄 素蛋白 一细胞色素 还原酶和 一细胞色素 还原酶 、 磷脂等 , 其 中以细胞色素 和细胞色素 还 原酶最为重要 。 细胞色素 是 酶系 的末端 氧化酶 , 是酶系的关键组分 。 以铁原叶琳 为辅基 , 是一种单链 的 族细胞色素蛋 白 。 因其具有血色素类似的结构 ,且其还原 态与 作用后 , 在 处有一个吸收 高峰而得名 。 细胞 色素 是一 个 古老 的超 家 族 , 已有 亿年的历史 。 在动物 、植物 、微 生物的各种组织中广泛存在 。 包括许多的 同工酶 。 以英文缩写 代表细胞色素 。 根据细胞色素 蛋 白质的氨基 酸序列及其同源性将其分为多个家族 、亚 家族 。 家族以阿拉伯数字命名 , 同一个家 族的氨基酸序列须有 以上是一致的 , 如 、 亚家族以阿拉伯数字后加 一个英文字母来表示 , 同一个亚家族的氨 基 酸 序 列 须 有 以 上 是 相 同 的 , 如 提 要 细胞 色素 是 一 种含 高铁血 红素的蛋 白 , 已有 亿年的历 史 , 在生物界 中广泛存在 。 作为一种 末端氧化醉 , 细胞 色素 主要催化机体 内源和外源性 物质在体 内的氧化反应 , 参与 大部分药物的氧化代谢和杀 虫剂 、 除苹别等外源物 的解毒 , 以及 固醉类 、 菇类 、 黄酮 类 等次级天然产物的生物合成 。 细胞 色素 在 医学和药 学领域的研究一直非常引人注 目 。 、 单个酶以英文字母后再加一个阿拉伯数字 来表示 , 如 、 等 , 其序列同源性 。 在一 个物种内 , 等位基因命名为该基因后附加一个 , · · ⋯ , 如 即 。 由于鉴定的 的序列不断增加 , 用家 族及家族以下的分类单元构建的 种系发生树经常因 新序列的加人发生较大的变化 , 有些序列不能与其他序列 聚类在一起 , 种系发生树呈 “ 夹人 ” 式结构 。 因此 , 提出了家族以上更高一级的聚类单元 , 称为“ 集团 ” , 即来源于某一共同祖先的不同家族 的集合 。 如图 显示了植物 的种系发生与分布 , 大部分植物 家族 可 归 为 个 大 的 集 团 , , , 。 细胞色索 卜朽 的研究简史 年从大鼠肝微粒体中发现了第一个 。 在 世纪 年代对细胞色素 的研究工作主要集中在其生 店全 项 上 海 中医 药 大 学“ 名 师 一毛 作室 ”资助 课题 ⋯毓。 疾 , 个亚家族 , 共 印 条单一细胞色 素 基 因 , 其中动物 条 , 植物 条 , 细菌 条 , 真菌 条 , 原生 主物 条 , 古生菌 条 政 。 细胞色案 的功能 细胞色素 以膜结合和可溶性 冲形态存在于生物体内’。 主要分布于内质 冈 、微粒体 、线粒体上 , 也有的存在于液泡 漠和质膜上 。 其反应活性严格地依赖于一 个电子供体 一细胞色素 还 京酶 。 后者通过 个辅基 和 , 从 呵 转移 个电子给不同的 酶 系。 由细胞色素 与 一 还 系酶组 成的单加氧酶系能够催化 多种 内 原 、外源物在体内的氧化反应 , 使化学物质 约活性或毒性 、药物的药效发生变化 。 细胞色素 对许多内源性和外源 比的化学物质尤其是对环境有害化学物质 存在氧化代谢作用 , 其种类 、催化反应类型 狗多样性及底物的广谱性使其成为自然界 中最具催化多样性的生物催化剂阎 。在动物 中 , 主要参与大部分药物和杀虫剂等 外源物的生物氧化作用 , 以及固醇类的生 吻合成 、 脂肪酸和类固醇激素等内源性底 吻的氧化代谢作用 。 它使进人机体的外源 物经代谢后向两个方向发展 代谢解毒和 代谢活化 。 代谢活化后的产物有较强的毒 性 , 甚至产生致畸 、 致癌效应 。 在植物中 介导的反应范围更广 , 包括植物激 ⋯⋯ 图 基 因研究历 史 叮 亩 物化学 、生物物理学特征的鉴定及酶学功 能上 。 世纪 年代 , 酶系在致癌 物代谢中的功能得到证实 , 纯化 及 重 组 酶系活性 的研究使得对 的化学反应机制有了更深人的了解 。 世 纪 年代 , 随着分子生物学技术的发展 , 克隆 基因 , 分析其序列并利用特异 性探针测定影响 分布和合成的因素 成为该领域研究的热点 。 年第一个 基因克隆 、测序 。 进人 世纪 年代 , 研究重点转向 基因表达机制和结构与功能的关系上 图 。 近 年来对该酶的研究已深人到医 药 、农业 、 环境 、基础研究等各个领域 。 截至 《 拓 年 月 , 已发布 个家 素 、 信号分子 、 防御相关的化合物和结构次级天然产物 脚 的生物合成 , 以及除 草剂的解毒等 。 细胞色素 在医药领域研究中的 , 要性 自 世纪 年代发现以来 , 在药物代谢 、 肿瘤 生化 、肝脏疾病 、帕金森综合征等疾病的发生机制中的作用 就一直受到重视 。 由细胞色素 酶系催化的药物的生物转化是药物 代谢中最重要的一个系统 。 位于人肝细胞中内质网膜上的 与 以上的药物降解有关 。 通常代谢物比母体 药物活性低 , 但代谢活化后的产物有较强的毒性 , 甚至产生 致畸 、致癌效应 。 该系统可被多种机制诱导或抑制 , 且有显 翅鲤日里曰泣圈口 年第 卷第 期 ,。扁 ⋯⋯ 著的个体差异 。 因此 , 鉴定更 多由 催化代谢的药物 , 对其基 因表达与调控进行分子机制的研究 , 阐明酶个体差 异和种族差 异的机理 , 将为临床合理用药提供科学的依 据 , 从而真正做到用药剂量个体化 , 以提高疗效 , 减少不 良 反应“ 。 早在 世纪 年代细胞色素 在致癌物代谢中 的功能即得到证实 。 随着研究的深人 , 人们发现 不仅 参与大量抗癌药物的代谢转化 , 而且在一些与细胞增殖分 化有关的 内源性物质 如类 固醇激素 、维生素 、脂肪酸 的 代谢中发挥重要作用 , 是机体清除致癌物 , 防止癌变的重 要屏障 。 另一方面 , 、 、 等多种酶参与 了前致癌物的激活过程 , 在某些癌症 的发生 中起重要作 用 。 而 基因的多态性变化可能与人体对某些肿瘤 发病的易感性有关 。 在肺癌病人中 , 该基因的缺失率明显 比健康人低 , 推测肺癌的发生可能与体内 活化某 些致癌物质有关 。 、 基因的多态性变化可能 与乳腺癌的易感性有关 。 因此研究 同功酶的遗传多 态性 、多底物特异性 , 对酶的活性进行合理调控 , 将会对肿 瘤的防治产生深远的影响 , ’叼 ’。 研究发现 , 帕金森氏病可能与 在神经元细胞 内催化 一些反应所产生 的代谢产物引起神经毒性有关 。 的 基 因 多 态性 与 帕 金 森 氏病 的敏 感 性 有关 。 、 和 能够延缓 、 甚至 防止 等有潜在神经毒性的物质引起的帕金森 氏病 。 与 酒精性肝损伤有关 , 酒精可以诱导肝脏 的表达 。 糖 尿 病 可 在 和 蛋 白水 平 提 高 的 表 达 。 表达增高可能是酒精性肝硬化的致病因素之一 · ’ 。 而慢性胰腺炎可引起胰腺组织 中 , , , 和 的变化 , 这些 酶活性 明显加 强 , 因此胰腺组织 内 的变化可能与慢性胰腺炎的 发生有关 植物细胞色素 的研究概况 年 等人首次报道 了植物 棉花 中也存 在 ’ 。 随后在小麦 、蓖麻等许多植物中均发现 。 年第一个植物细胞色素 序列发表 , 这是 从鳄梨中分离的与成熟有关的基 因 。 近年来 , 随着分子生物学方法和技术的发展 , 被克隆的植物 基因数 目不断增加 , 但主要局限于少数的种类 。 在 已公布 的 条植物 基 因序列中 , 居前 位的分别是黑三 叶杨 , 占 水稻 。 , 占 拟南芥 苗 , 站 以 , 占 , 烟草 ‘ , 占 苔醉 , 占 。 自然界中已命名的被子植物 约有 ,《 〕 种 , 植物 基 因估计约有 , 以 , 城 个 以上 。 如此 丰富的种类和数量使得其功能研究工作非常艰巨 。 目前只 有约 个植物 的活性在分子水平 上 得 到 了 明 确 盯 。 在已发布的植物 中 , 来源于药用 植物 的 基 因则较 少 。 日本 红 豆 杉 恤。 尸翻 中有 个 , 、 、 及 个 基因 , 参与红豆杉醇 的生物合 成 ’‘ ,刀。 长春花 伽人少叭忿 。。 中有 个 , 参与长春花生物碱的生物合成 。 人参 阴山汉谈 娜 中有 个 , , 但 功能未知 。 在长春花和假荆芥单菇类叫噪生物碱 的生物合成中 , 橙花醇一 一经化酶 一 催化单菇烯醇 香叶醇和 橙花醇 转化为 一经基衍生物 。 在长春 花生物碱合成途径 中 , 咙牛儿醇一 一轻化 酶 罗 一 , 、 水 甘 草 碱 一 一 经 化 酶 一 , 、 裂环 马钱子昔合 成酶 , 、脱 氧马钱子昔一 一 经化酶 , 一 等都是膜结合的 单加氧 酶 , 在长春碱 、 长春新碱 、 阿玛碱和蛇根碱 等药用 生物碱 的生物合成 中发挥重要作 用 。 对这些 酶的基 因表达与调控机 制的研究也已展开 卿 。 细胞色素 在植物体内催化许多 次级代谢反应 , 参与合成大量的重要次生 代谢产物 , 如生物碱 、黄酮类 、异类黄酮 、香 豆素和峡喃香豆素等 。 因此 , 利用分子生 物学手段鉴定更多的药用植物中的 基因 , 通过基因工程异源表达和突变体互 补 、差别显示 、差别筛选等方法鉴定基因的 功能 , 并对基因表达和调控的分子机制进 行研究 , 将为合理调控药用植物次生代谢 产物的生物合成 , 提高药用成分的产量提 供便利 。 参考文献 , , , 目 而 闪 , , 一 一 , , , 脚 , , 晚月峪 独切捌拢助 罗 角 〕 , 兀瞬 , 冷欣 夫 , 卑 星 夫 细 胞 色素 酶 系的 结 构 、 功 能与应 用前景 北 京 科学出版社 , 】 , , · , 【 , , 碎 一 , 】李国 昌 , 陈卫 军 , 蒲宇红 细 胞 色素 酶 系 与 药物 的代谢 农垦 医学 , 抖 , 刘移 民 , 王翔 朴 细 胞 色素氧化醉 研 究 新进展 卫 生毒理 学杂志 , 《 旧 , 【 柳 晓泉 , 王 广基 , 钱之 玉 细 胞 色素 酶在 药物 代谢及 开发研 究 中的 应 用 药学进展 , 《 , 杨 秀芬 , 曾繁典 人类细 胞 色素 与 免疫 对药物代谢 、 疾病 的影响 中国临床药理 学杂 志 , , 【 陆 宏 , 李燕 细 胞 色素 与 肿瘤 生 理科 学进展 , 【川 邱 星辉 , 冷欣 夫 细 胞 色素 与癌症基 因 治 疗 生命的化学 , 〕以 , 】夏伟 细 胞 色素 的研 究进展 国外 医 学 · 卫 生学分册 , , , 一 一 代 一 刁 · , , 一 【 』 , , 鳍 , 伴 一 八兄 , , 孙 , , 一日 一 , 扣畔 , 卜 【 】 , , , 恤 一 伴 吠 , , , 肠 , , 化 能 一 一 , , 【 , , , 一 罗 一 一 孵 呵 沁 , 《洲抖 , 【 】 , , 飞 洲 , , , 一 , 肠 叫 晚 , , 【 , 肠 一 一 毗 ’ , , 一 【 , 创 , 一 讹 , 明 即 , 以】, 【 , , , 【 , , 卜 , 即 讲 卿 , 【 耐 , , , 吐 城 伪 」伴 ‘ 切玩 肠 此 , , 即 , , , 邵 , 。以〕, ⋯⋯ 院士简介 胡之璧 一 , 女 , 安徽 潜山人 , 中国工程院院士 , 我 国中药生物 工程研究的创始人之一 。 年华东药学 院 现 中国药科大学 副博士毕业 。 年获联郊德 国 图平根大学理学博士 。 现为上海中医药大学中药研究所 名誉所长 、研究员 。 主要从事中药生物技术研究 , 应 用现 代细胞生物工程技术 , 在国际上首先培育出转化得率最 高的洋地黄细胞株 , 即著名 的 “ 胡氏细胞林 ” 将近代分 子生物学 、植物基因工程等高新技术 , 应 用于中药研究 , 在国际上首先将农杆菌形 质拉 , 成功地引入几十种中 草药基 因组 中 , 为克服 中药资源 紧张 , 开创 中药生产与 研究的新局 面 , 做 出了重大贡故 。 多次获得全 国和上海 市重 大科技成果奖 , 年荣获香港求是科技基金会 “ 中医药现代化杰 出科技成就奖 ” 。