药学学报  2014, Vol. 49 Issue (10): 1377-1386   PDF    
肿瘤细胞中药物代谢酶表达和活性的研究与进展
肖文璟, 王广基, 阿基业     
中国药科大学药物代谢动力学重点实验室, 江苏 南京 210009
摘要:肿瘤细胞具有十分独特的生存与代谢模式,研究肿瘤细胞的药物代谢特征对于了解药物在肿瘤细胞中的代谢和消除快慢进而评估并预测药效、基于代谢特征优化抗肿瘤药物/前体药物设计具有重要意义。本文综述了肝、肠、乳腺和肺等常见癌组织的主要药物代谢相关酶的表达/活性及其与正常组织的差异,阐述了部分典型抗肿瘤药物在肿瘤组织中的代谢特征,结合对应的常用体外培养肿瘤细胞株中药物代谢酶的表达/活性特征,探讨实体肿瘤组织(体内)和肿瘤细胞株(体外)中酶表达与功能的异同性及差异的产生原因。
关键词肿瘤组织/细胞     体外培养细胞株     药物代谢酶     药物设计    
A review of the expression and activity of drug metabolism enzymes in tumorous cells
XIAO Wen-jing, WANG Guang-ji, A Ji-ye     
Key Lab of Drug Metabolism and Pharmacokinetics, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China
Abstract: Tumorous cells are characterized by distinctive metabolic reprogramming and living conditions. Understanding drug metabolizing features in tumor cells will not only favor the estimation of metabolic rate, elimination half life and the assessment of potency, but also facilitate the optimal design of anti-tumor drugs/prodrugs. This article reviewed the expression and activity features of major drug metabolizing enzymes (DMEs) in solid tumorous tissues, such as liver, intestine, breast and lung, and the difference from the correspondingly normal tissues, exemplified by the metabolic properties of some classic antitumor-agents in tumorous tissues. In combination with the data retrieved in vitro tumor cell lines, we discussed the similarities and differences of DMEs expression and function between tumor tissues (in vitro) and tumor cells (in vitro), and proposed the possible factors that cause the differences.
Key words: tumor tissue/cell     in vitro cell line     drug metabolizing enzyme     drug design    

肿瘤细胞在生长过程中形成了独特的代谢模式——瓦伯格效应 (Warburg effect),即肿瘤细胞内的葡萄糖很少进入三羧酸循环的高效率代谢产能模式,而是大部分经过无氧糖酵解快速代谢形成乳酸。Warburg效应造成肿瘤细胞低糖、缺氧、微环境酸性的内环境和异常的氧化应激状态[1],不仅使细胞的内源性代谢发生剧烈变化,与外源性物质代谢相关的药物代谢酶 (drug metabolizing enzymes,DMEs) 的表达与活性也异于正常[2, 3]。肿瘤细胞的特殊生存环境和代谢模式,以及胞内DMEs表达和活性的变化,不可避免地会使药物在肿瘤细胞内的代谢强度和消除速度与在正常细胞内不同,直接影响药物在肿瘤靶细胞内的暴露和药效,以及在正常组织细胞中的暴露和毒性。然而长期以来,肿瘤细胞内DMEs的表达与活性研究一直没有引起人们足够的重视,对肿瘤组织的药物代谢特征认识不清使得药物在肿瘤组织中的暴露程度、药代和药效评价极为困难。

在抗肿瘤前药的设计中,常利用前药在肿瘤细胞中代谢 (氧化、水解等) 形成活性代谢物这一思路[4, 5]。最理想的抗肿瘤前药是在进入肿瘤细胞被其特异性酶代谢之前完全无活性,或仅处于肿瘤独特的生理条件下才能被有效代谢激活。因此,我们有必要对各种肿瘤组织/细胞内DMEs的活性和药物在其中的代谢特征进行比较和归纳总结,研究肿瘤细胞对前体抗肿瘤药物的代谢激活或对常规抗肿瘤药物的代谢失活 能力,用于指导抗肿瘤药物的结构设计和改造。

本文综述了体内主要器官组织肿瘤,如肝、肠、乳腺和肺等常见癌组织的DMEs表达情况及部分典型抗肿瘤药物在其中的代谢特征,并结合相应的常用体外培养肿瘤细胞株中DMEs的表达特征,旨在为评估药物在肿瘤组织中的代谢和消除速度以及抗肿瘤药物设计提供依据。 1 肿瘤组织与体外培养肿瘤细胞株中药物代谢酶的表达和活性 1.1 肝肿瘤组织与体外培养细胞株 肝脏富含药物Ⅰ、Ⅱ相代谢所需的各种酶。肝脏发生病变后,肝内DMEs的表达与活性改变 (表 1),使得药物经肝脏代谢的能力和速度受到影响,全面影响药物或其代谢产物的血药浓度,从而影响药效。

表 1 肝脏及常用体外培养细胞株的DMEs表达与活性特征

人们对肝细胞瘤中DMEs的活性进行了研究,结果发现肝肿瘤的生长特征对酶的含量有影响,恶性肝肿瘤中CYP3A4的mRNA含量比良性肝肿瘤降低得更为显著[6]。与癌旁非肿瘤肝组织相比,肝肿瘤组织中CYP3A、2C的活性明显下降; 原发性肝肿瘤细胞中细胞色素氧化酶P450 (CYPs)、尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶 (UGTs)、谷胱甘肽-S-转移酶 (GSTs)、磺基转移酶 (SULTs) 和硫酸酯酶 (SULFs) 的活性均明显低于正常肝组织,其中GSTs降低一半多,芳基硫酸酯酶的活性降低最为显著,仅为正常组织的14%[7]。然而,肝癌组织中CYP1B1的表达与活性上调,CYP1B1的高表达利于致癌物产生从而又增加了肝癌风险[8]。本课题组的实验结果显示,肝细胞瘤组织中CYP1A2、2C9、2C19、2D6、3A4表达(mRNA) 与活性 (底物Vmax) 均明显低 于癌旁组织,UGT1A1、1A6、1A9的平均mRNA水平高于而蛋白水平与功能低于相应癌旁组织,白藜芦醇和霉酚酸的葡萄糖醛酸化水平在肿瘤组织中更低,UGT2B4的mRNA水平与癌旁无显著差异,几乎不表达UGT2B7,且肿瘤组织中酶表达的个体间差异更大[9]

HepG2细胞是应用最为广泛的肝肿瘤细胞系之一,来源于一名15岁白人少年的肝母细胞瘤组织。迄今为止,人们对HepG2细胞DMEs的表达做了较多的研究分析,认为HepG2细胞具有完整的Ⅰ、Ⅱ相酶。Donato等[10]发现CYP1A1、1A2、2A6、2B6、2C8、2C9、2C19、2D6、2E1和3A4在HepG2细胞中虽均有转录,但大多数CYPs的mRNA水平显著低于原代人肝细胞,代谢活力不够强。另一方面,与原代人肝细胞相比,HepG2细胞内SULT1A1、1A2、1E1、2A1与GST1、GSTmu1、NAT1、EPHX1的表达水平相当而UGT1A1与1A6表达低[11]。本课题组实验发现奎尼丁和酮康唑可剂量依赖性地显著抑制HepG2细胞代谢右美沙芬和睾酮的能力,即抑制CYP2D6与3A4的活性,这说明HepG2细胞的代谢活性与体外微粒体系统类似,其CYP2D6和3A4的酶活性可被调节,而且,胞内p53与磷酸戊糖通路 (PPP) 的活性对HepG2细胞的药物代谢能力有显著影响: 抑制p53或激动PPP可增加右美沙芬和睾酮在HepG2细胞中的代谢率,反之,激活p53或抑制PPP使其降低,同时,这些调控作用并不会影响胞内酶的表达水平。

另外,近年来一种较新的人肝细胞系,HepaRG细胞被逐渐广泛应用于药物代谢和毒性研究中。HepaRG细胞并非肿瘤细胞,它是从慢性丙型肝炎病毒感染的肝癌患者体内非瘤组织分离而得的细胞株,能分化成胆管上皮细胞和肝细胞,分化的HepaRG细胞能保持许多代谢酶的活性,可与原代人肝细胞相媲美,且酶的表达可被诱导[12, 13],如CYP1A1、1A2、2B6、2C8、2C9、2C19和3A4[14],但CYP2D6例外,推测HepaRG细胞本身来源于CYP2D6弱表达的患者。值得注意的是,HepaRG细胞内DMEs的表达与培养条件密切相关,其中对DMSO最为敏感的是CYP2B6、2E1和3A4。HepaRG具有高活性CYPs与其表达完整的核受体有关,而HepG2细胞由于PXR、CAR和AhR的表达下调使得CYP3A4的含量低于原代人肝细胞和HepaRG细胞10~100倍[15],另外,HepaRG细胞中Ⅱ相代谢酶如GSTA1/2、A4、M1和UGT1A1的mRNA水平都高于HepG2细胞,即使在分化的HepaRG细胞中,Ⅱ相代谢酶也维持着很 好的表达水平。 1.2 结直肠肿瘤组织与体外培养细胞株

肠道表达丰富的DMEs和膜转运蛋白,尤其是CYP3A含量和活性高,且肠黏膜的DMEs具有可饱和性和可诱导性,这些特征都显著地影响着药物的吸收和代谢过程。

正常小肠中DMEs的表达和分布情况为: 主要分布于上皮细胞,绒毛尖端活性最强并朝着腺窝方向逐渐降低,十二指肠和空肠的代谢活性高于回肠和结肠。肠中代谢酶催化结合反应的能力远超过催 化分解反应的能力。人小肠微粒体中已确定含有CYP3A、2C8-10和2D6,UGT2B17、GSTP1和CES2在整个小肠中均表达丰富[16]。饮食是肠CYPs活性的主要影响因素 : 缺铁或硒使肠CYPs快速降低; 维他命A缺乏使肠CYPs活性增加,过剩则使活性降低; 饮食中过量的胆固醇会增加CYPs活性。同时,引发结直肠癌的最主要风险是食物中的各式多环芳烃 (PAHs)[17, 18],它们多经由CYPs代谢。关于肠DMEs在外源性物质毒性产生或解毒中的作用已逐步被阐释清楚,肠CYPs如CYP1、CYP26水平的升高间接地与胃肠道癌症的发生发展相关[2, 5]

各CYPs亚型的表达和活性在结肠癌中的变化 并不一致 (表 2)。从25位结肠腺瘤患者中获得结肠腺瘤和周围正常结肠组织的黏液,从27位未患病对照组中获得正常结肠黏液的生检样本,检验其中CYP2C、2E1、3A4和3A5的表达模式与蛋白水平,结果显示,与结肠腺瘤患者的周围正常组织相比,除CYP3A5在腺瘤组织中的表达更高 (约高48%) 外,其他几种CYPs的蛋白浓度在结肠腺瘤和周围正常结肠组织黏液中并无差异,但腺瘤患者正常组织中CYP2C8 (~86%)、3A4 (~69%) 和3A5 (~54%) 的蛋白水平均明显低于未患病对照组[19],即结肠腺瘤组织 ~ 瘤旁组织 未患病正常组织。CYP3A不仅催化某些抗癌药物如环磷酰胺和异环磷酰胺的激活,还介导两类常用的紫杉烷类药物——紫杉酚、多西紫杉醇以及长春花生物碱类的代谢失活,因此,结直肠癌细胞内的CYP3A活性减弱或许会降低机体对一些抗结肠癌药物的敏感性[20, 21]。近期Androutsopoulos的一项研究结果表明,结肠癌组织中CYP1(1A1、1B1) 的平均mRNA表达水平与活性均明显高于正常组织,且CYP1B1可作为癌症治疗的潜在靶点[2]。CYP2W1是一种较新发现的P450酶亚型,主要在胎儿的结肠组织和肿瘤组织中表达,检测162名Ⅱ 和 Ⅲ 期结直 肠癌患者CYP2W1的表达情况,发现约64% 低水平表达CYP2W1,36% 高水平表达。CYP2W1的表达可作为总存活数的一个独立预测因子 (P = 0.007),其高表达往往意味着坏的临床结果[22, 23]。另外,维甲酸 (体内维生素A的代谢中间产物) 的异常代谢常与肿瘤发生相关,其代谢相关酶CYP26A1、26B1在结直肠癌组织中过表达,且CYP26B1的高表达会导致差的预后[5]

表 2 肠及常用体外培养细胞株的DMEs表达与活性特征

随着结直肠癌的发展,其葡萄糖苷酸化的能力逐渐减弱。Wang等[24]对结直肠癌患者的癌组织、正常组织以及健康对照者的对照组织中UGT1A的mRNA表达进行了研究,结果发现UGT1A的mRNA表达水平高低顺序为: 健康对照者的对照组织 > 结直肠癌患者的正常组织 > 结直肠癌患者的癌组织。癌性组织中UGT1A1、1A3、1A4、1A6和1A9的mRNA表达下调,UGT1A8和UGT1A10上调,而UGT1A5和UGT1A7在任意组的结肠组织中均未表达。可见大部分UGTs的表达和活性随着结直肠癌的发生发展而逐渐降低。

CPT-11是一种常用于治疗转移性结直肠癌的抗癌前药,它首先被CES2水解代谢为具有拓扑异构酶Ⅰ毒性的SN-38 (抗肿瘤活性为原药的100倍),随后被代谢失活成葡糖苷酸形式——SN-38葡糖苷酸; 另一方面,非活性SN-38葡糖苷酸又可被β-葡糖醛酸 糖苷酶 (GUS) 重激活为活性SN-38。Tobin等[25]比较研究了21例病人的结直肠癌匀浆液和配对的正常结肠黏液将相同浓度的CPT-11和SN-38葡糖苷酸 (9.6 μmol·L-1) 分别代谢成活性SN-38的能力,结果发现肿瘤组织代谢转化CPT-11的能力比配对的正常结肠黏液样本低 (0.30 ± 0.14 pmol min-1 mg-1 protein vs. 0.77 ± 0.59 pmol min-1 mg-1 protein,P < 0.005) ,而代谢转化SN-38葡糖苷酸的能力没有显著差异 (P > 0.05),且在肿瘤和正常组织中均表现为GUS介导的SN-38生成率比CES更高 (P < 0.05),说明肿瘤细胞中的GUS或许对SN-38在体内的暴露起着重要的调节作用。5-氟尿嘧啶 (5-FU) 常与CPT-11合用,有报道称5-FU可诱导结直肠癌细胞系的CES2。给结直肠癌和非癌细胞以5-FU并检测CES2的表达,并在CES2抑制剂存在和不存在的条件下分别检测CPT-11的细胞杀伤能力。结果显示,p53表达的细胞系中检测到强烈的诱导作用,预给5-FU可显著增加CPT-11的细胞杀伤能力。可见反式激活并增加p53的mRNA稳定性可起到诱导CES2的作用[26]

Caco-2细胞来源于一种人克隆结肠腺癌细胞,其结构和功能类似于分化的小肠上皮细胞。与人体小肠甚至空肠微粒体相比,Caco-2细胞中的CYPs表达水平低,这是限制其作为口服给药化合物的小肠Ⅰ相代谢研究模型的一个最主要因素,尤其是人小肠上皮细胞中最主要的CYP3A4在Caco-2细胞中几乎不表达,因此Caco-2细胞主要用作研究药物小肠吸收转运的体外模型。与横结肠活检组织相比,Caco-2细胞中CES1、CYP27B1、CYP2W1、CYP4X1、GSTA4、NAT1、SULT1C2、SULT1C4、UGT1A6、UGT2B11和UGT2B7的mRNA水平更高,其余酶的表达均为不高于横结肠活检组织或未能检测到[16]。而另一项实验表明,Caco-2细胞Ⅰ相代谢酶CYP2 B6、2C8、2C9、2C19、2D6和3A5的mRNA表达强烈,CYP2A6和2E1表达弱,CYP1A2和3A4不表达; Ⅱ相代谢酶GSTO1-1、NAT2 、SULT1A1和UGT1A1的表达水平与肝脏组织相当,GSTA4-4、GSTP1-1和NAT1的mRNA表达甚至强于肝脏组织[27]。本课题组给予Caco-2细胞酶经典底物进行药物代谢实验的结果显示并未检测到CYP2C9、2C19、2D6和3A5活性。Schmie dlin-Ren等[28]的研究表明在Caco-2细胞融合时用1α,25-(OH)2-D3处理能剂量和时间依赖性地增加其CYP3A4的mRNA和蛋白表达,同时还能增加CYP450还原酶和P-糖蛋白的表达,而对CYP3A5、3A7、1A1和2D6的表达几乎没 有 影响 ,将该系统应用于CYP3A4底物咪达唑仑的代谢动力学研究显示出与体内研究相似的结果[29],充分说明这种改进的Caco-2细胞模型可用于药物肠道吸收和首过代谢研究。另外,奥替普拉能诱导Caco-2细胞CYP1A1的表达和活性[30],环境污染物PAHs如苯 并芘可诱导其CYP1A1、1B1和UGT1A6、1A7的表达[31],神经酰胺对其GSTA1具有显著的浓度依赖性诱导作用[32]。尽管CYPs在Caco-2细胞中的表达水平较低,但其他许多DMEs的表达水平不经诱导就可以用于药物小肠代谢的研究,某些CESs、UGTs、GSTs、SULTs、N-乙酰转移酶 (NATs) 和儿茶酚-O-甲基转移酶 (COMT) 等在Caco-2细胞中仍保持其功能特点[27, 33, 34],如1-萘酚在Caco-2中可由UGT1A6快速代谢为葡萄糖苷酸化产物[34],但其代谢活性不如人肝微粒体和肠微粒体。

HT29细胞是另一种常用的来源于人结直肠腺癌细胞的肠细胞系。RT-PCR实验结果显示其CYP1B1、27B1、2W1、39A1、4F11和UGT1A6、GSTT1、NAT1、NNMT、SULT2B1基因的mRNA水平均高于横结肠活检组织,而其余基因均为不高于横结肠活检组织或未能检测到[16]。可见HT29细胞并不适用于一般药物I相代谢的体外评价。本课题组曾制备HT29细胞S9进行酶底物温孵实验,结果显示CYP1A2、2C9、2C19、2D6与3A4活性呈阴性。 1.3 乳腺癌组织与体外培养细胞株

乳腺组织中DMEs的种类并不如肝脏和结肠丰富 (表 3)。Iscan等[35]对人正常乳腺与乳腺癌组织的CYPs表达进行了研究,他们从乳腺浸润性导管癌女性患者中采集20对样本对——乳腺癌组织与癌旁组织 (周围正常乳腺组织,作为对照) 以分析其CYPs的表达情况,结果显示,肿瘤与癌旁正常组织均表达CYP1B1、2B6、2C、2D6、2E1、4B1与11A1,低表达CYP1A1,不表达CYP2A6、2A7、2A13、2F1、3A4、3A5与3A7。

表 3 乳腺及常用体外培养细胞株的DMEs表达与活性特征

El-Rayes等[36]着重比较了正常乳腺与恶性乳腺癌组织中GST-Pi和CYP1A1、2B6、2E1、3A4的表达差异,样本对来源于正在进行乳房复位成形术的女性乳腺癌患者。结果显示,CYP1A1、2E1、3A4在恶性乳腺癌组织中的表达显著低于形态正常的癌旁乳腺组织 (P < 0.05); 相反,GST-Pi在正常组织中的表达略低于癌组织 (P = 0.08); 在表达雌激素受体的肿瘤组织中,CYP2B6和GST-Pi的表达高于不表达雌激素受体的肿瘤组织 (P > 0.28)。而且,只要是在形态学上属正常的乳腺组织,不论来源于乳腺癌患者还是非乳腺癌患者,组织中这些酶的表达情况都相似。有报道称,GST-Pi高表达与乳腺癌的发生、耐药及预后密切相关: GST-Pi表达高,癌症风险高,对药物敏感性低,患者存活时间短[37]。另外,Starlard-Davenporta等[38]发现UGT1A10 和UGT2B7在乳腺癌组织中的整体表达量与正常乳腺组织相比明显降低 (UGT1A10: 68 ± 26 vs. 252± 86; P < 0.05; UGT2B7: 1.4 ± 0.7 vs. 12 ± 4; P < 0.05),且不同种族的UGT1A10和2B7减少的趋势有所差异。

Martinez等[39]利用微阵列基因组测定法分析了107个乳腺癌样本和17个正常乳腺组织对照样本,比较了众多CYP450超家族成员、谷胱甘肽代谢相 关基因以及与其他与药物代谢相关的转录因子的样本表达百分数,结果显示许多药物代谢相关基因的表达水平在正常组织和肿瘤组织中有显著性差异。如CYP1B1、CYP2A6、GST-A4和GST-omega2等在乳腺癌组织中的表达明显高于正常乳腺组织; 而GSH-Px1-4、GST-kappa1和GST-theta1在乳腺癌组织中的表达明显低于正常乳腺组织。

常用的人乳腺癌细胞株为MCF-7细胞。雌激素的氧化代谢产物在肿瘤的发展过程中起重要作用,它可由CYP1B1催化生成致癌性的4-羟雌甾二醇 (4-OHE2),也可由CYP1A1和3A4催化生成无致癌性的2-羟雌甾二醇 (2-OHE2)。因此,CYP1A1和1B1是MCF-7细胞中研究得最多的两种代谢酶。CYP1A1和1B1在耐药型MCF-7细胞株中的表达比抗雌激素敏感型细胞株高,而一些环境污染物如二噁英通过改变CYP1B1、1A1的表达和活性从而影响雌激素的代谢,对机体产生毒害[40]。另外,MCF-7细胞表达SULT1A1、1A3,不表达SULT1A2、2A1、1E1[41]1.4 肺癌组织与体外培养细胞株

肺组织中存在CYPs,尽管其表达大多远低于肝脏,但少数几个酶亚型,包括CYP2A13、2F1、2S1和4B1优先在肺部表达。肺部的代谢会影响某些抗癌药物的生物活化,早在20世纪90年代关于CYPs在人肺肿瘤组织中表达已有大量详细报道 (表 4)。

表 4 肺及常用体外培养细胞株的DMEs表达与活性特征

肺是可吸入性毒物的最主要靶器官,环境污染物和香烟是肺癌的两大诱因[42, 43],许多本身无毒的化学试剂在代谢酶的作用下被激活,烟草中的多种组分如亚硝胺和苯并芘可被CYPs代谢激活,生成活性毒性中间体。正常人肺组织中Ⅰ相代谢酶的表达水平及活性如下: 不表达CYP1A1 (吸烟者例外); 存在CYP1A2、1B1、2A6活性但其表达水平很低; 存在明显的CYP2B6/7、2E1、2J2、3A5表达与活性; CYP2C、2D6、3A7的表达与活性不确定; 表达CYP2S1、4B1、EHs和FMOs但无活性。值得注意的是,这些酶的表达并非在整个肺中一致。肺含有40种不同类型的细胞,CYPs在这些细胞中的表达变异很大,主要在支气管和细支气管上皮细胞、细支气管细胞、Ⅱ型肺泡壁细胞和肺泡巨噬细胞内表达。几种Ⅱ相代谢酶的表达情况如下: UGTs表达情况不确定; 表达GSTA1、A2、M1-3、P1和NATs,弱表达SULT1A1、2B1b。

CYP1A1在肺毒性和癌变中起非常重要的作用,CYP1A1依赖的单加氧酶能催化烟草中的前致癌物PAHs生成有效的致癌代谢产物。McLemore等[44]发现原发性肺腺癌组织与吸烟者的正常肺组织 (17/19) 中表达CYP1A1而非吸烟者的正常肺组织不表达 (0/5)。此外,曾吸烟的个体其正常肺组织中CYP1A1的表达在停止吸烟的两周后呈时间依赖性降低,且所有病人在停止吸烟超过6周后其肺组织中均不能再检测到CYP1A1,说明吸烟会诱导正常以及癌变肺组织中CYP1A1的表达,且肺癌病人 (30%) 比健康实验对象 (9%) 的CYP1A1可诱导性更高[45]

为了更好地理解人类非小细胞肺癌中DEMs在致癌和抗癌药物敏感性上的重要性,Toussaint等[46] 研究了12位患者肺肿瘤及其癌旁非肿瘤肺组织中的主要DMEs的情况,Western Blot定量分析CYPs (1A1/2、2B1/2、2C8-10、2E1、3A4)、EH和GSTs的蛋白水平,并运用光谱或荧光测定GSTs、总谷胱甘肽、UGTs、GUS、SULTs和SULFs的活性,结果显示肿瘤组织中CYPs和EH的表达水平明显低于癌旁非瘤组织,而谷胱甘肽系统、葡糖苷酸与硫酸化反应途径及相应的水解酶类在肿瘤和非肿瘤组织中无显著性差异。总的来说,肺癌组织的酶表达呈整体减弱趋势[47],非小细胞肺癌与非肿瘤组织中CYPs和EH存在显著差异,这些药物代谢酶在肿瘤和癌旁组织之间的差异可用于反映肿瘤恶变,也可能会对机体对抗癌药物的敏感性产生影响。

Kivisto等[48]检验了8位病人的正常肺组织和肺癌组织中CYP3A4和3A5的表达差异: 所有正常肺组织和半数肺癌组织表达CYP3A5,肺癌组织不表达CYP3A4。因此,CYP3A5能催化抗癌前药环磷酰胺和异环磷酰胺在肺癌和癌旁正常组织中的局部活化,而需经CYP3A4代谢的抗肿瘤前药如CPT-11并不能在肺癌中被代谢激活。

Gharavi等[49]全面详细地综述了肺肿瘤中CYPs的表达情况。与正常肺组织相比,肺肿瘤中CYP1A1、1B1的表达与活性升高,CYP1A2、2B7、4B1表达降低,CYP2E1、3A4的表达和活性均降低,CYP3A5变化不大; 而吸烟者的CYP1A1、2C、2D6和3A5表达升高,CYP2A6活性增强。值得注意的是,CYPs的表达模式在肺原发癌和转移癌中并不一致。

关于肺癌组织中Ⅱ相代谢酶的表达与活性的研究并不多见,多为研究UGTs如UGT1A6、2A1[50,51]和GSTs[52]的基因多态性与肺癌的发生和易感性的关系。

A549细胞系来源于人肺腺癌上皮细胞,常用于肺CYP系统诱导机制的研究。A549细胞中可检测到CYP1A1、1B1、2B6、2C、2E1、3A5和3A7的mRNA,CYP1A2、2A6、2A7 、2A13、2F1、3A4和4B1的mRNA水平低于检测限。CYP1A1的mRNA水平可被2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英 (TCDD) 诱导升高56倍,同时这 种诱导作用可被酪氨酸激酶抑制剂染料木黄酮和蛋白激酶C抑制剂星状孢子所抑制; TCDD也可诱导CYP1B1的mRNA水平升高2.5倍,同时这种诱导作用可被蛋白磷酸酶抑制剂黑软海绵素和花萼海绵诱癌A轻度增强; 地塞米松、苯巴比妥可分别诱导CYP3A5的mRNA水平升高8倍和11倍; 而CYP3A4不能被任何经典的CYP3A4诱导剂所诱导[53]1.5 其他类型肿瘤组织

正常食管上皮细胞中可检测到CYP1A、2A、3A、4A、4B和2E1表达[54]; 食管癌组织中可鉴定出CYP1A、2A、3A、1B1等[55],CYP2A6、2A7和2E1在食管癌部位优先表达,可能与食管癌的发生有关。

正常前列腺和前列腺癌组织均表达CYP1A2、3A5、1B1、4B11、2C19和2D6,而CYP3A4和CYP3A7仅在正常前列腺组织中表达[56]

正常脑组织中表达CYP1A、2C9、2E1和3A,星形细胞瘤中表达CYP1A、1B1、2B1、2A6、2C、2E1和3A[57],多种脑瘤中均检测到CYP3A5和CYP2C9的mRNA[58]

Murray等[59]在膀胱肿瘤中发现了CYP1A (68%)、CYP2C (29%) 和CYP3A (68%),且CYP1A的表达 水平与膀胱肿瘤分级相关。然而,Yokose等[60]有相反报道称在正常膀胱和膀胱肿瘤组织中均未检测到CYP2C和CYP3A。

51% 和28% 的胃癌中存在CYP1A和CYP3A,而正常胃组织中未见二者的表达[61]

正常肾组织和肾肿瘤组织中均可鉴定出CYP3A,但CYP3A4在肾细胞癌中的mRNA表达少于正常肾组织[62]。多种分子生物学方法检测发现GST-α主要在近端肾小管细胞中表达而GST-π主要存在远侧肾单位,GST-α可作为一种高特异性的原发性肾细胞癌的生物标志物[63]2 总结和展望

人体内DMEs的表达与活性因受多种因素如年龄、性别、遗传变异、饮食习惯和病理状态等影响而具有个体差异,本文综述了癌症患者肿瘤组织DMEs变异的整体趋势: 与正常或癌旁组织相比,肿瘤组织的DMEs表达与活性多表现为降低,具有组织特异性,且与肿瘤的等级有关,通常肿瘤恶化程度越高,酶的活性越低。肿瘤组织局部DMEs的表达与前致癌物的活化、抗癌药物的激活或失活密切相关,同时一些代谢酶还参与内源性物质的代谢从而影响肿瘤的发生发展。

肝肿瘤中DMEs表达和活性的变化往往会产生较为广泛的影响,除影响抗癌药物的代谢外,还可能影响其他药物的暴露情况。大多数CYPs在肝肿瘤组织中的表达均低于正常肝组织,而肝肿瘤中Ⅱ相结合酶类的活性变化较小,肝脏病变时,所有临床用药都需注意调整剂量,以提高安全性和有效性; 结直肠肿瘤中大多DMEs的表达和活性减弱,尤其CYP3A活性的改变会影响机体对某些抗结肠癌药物的敏感性,同时UGTs的表达下调使其葡萄糖苷酸化能力减弱,对外源性化合物 的解毒作用降低; 形态正常的乳腺癌组织中多数DMEs的表达情况与正常乳腺组织并无显著差异,个别酶表达的变化或许具有重要的临床意义,值得进一步深入研究; 肺癌组织CYPs的表达与活性整体呈减弱趋势,关于肺癌组织中Ⅱ相代谢酶表达与活性的研究并不多见; 吸烟对酶的表达/活性影响甚大,与肺癌风险密切相关。

常用的体外培养肿瘤细胞株,其DMEs的表达和活性与体内情况往往并不一致。与其他组织相比,体外肝细胞株的代谢酶功能相对较完善。HepG2(肿瘤) 和HepaRG(正常) 细胞可较完整地表达DMEs,但前者的DMEs表达水平和活性多不如后者,HepaRG细胞与体内情况更相似,更适用于药物的代谢和毒性研究; Caco-2和HT29细胞的Ⅰ相代谢酶表达稀少,很少用于药物代谢评价而主要用于吸收和转运实验,但胞内其他许多Ⅱ相代谢酶的表达和功能较完整; MCF-7细胞表达少量的DMEs,仅用于雌激素代谢 研究; A549细胞的CYPs表达水平低但可诱导性高,主要用于肺CYP系统诱导机制的研究。可见,通常体外培养细胞株的DMEs功能不完整,其表达水平与活性多低于相应在体组织,分析产生这种差异的可能原因有: ① 细胞来源单一: 如HepG2细胞来源于一名15岁白人少年的肝癌组织,其代谢酶的表达特征受限于这一特定个体; ② 培养条件不能完全模拟体内环境: 细胞离体后,失去了神经体液与细胞间相互影响等多方面的调控,从而产生不同于体内细胞的性状; ③ 培养代数不同: 细胞的状态随传代而不断变化,类似于人体组织功能随年龄增长而不断变化一样,胞内代谢酶的表达改变,多表现为降低; ④ 是否表达完整的核受体: PXR、CAR、PPAR和AhR等核受体可调控CYPs、UGTs、GSTs、SULTs等的表达[64, 65],如HepG2细胞因PXR、CAR和AhR表达低而CYP3A4低表达。不过,多数体外培养细胞株的DMEs表达和活性可通过改变培养条件如加入诱导剂等得到提高。因此,体外培养细胞株仅能为药物代谢研究提供参考,并不能作为药物体外代谢系统的完全替代。

总的来说,研究肿瘤组织中DMEs的表达与活 性意义重大,它将有助于我们: ① 更好地理解某些化合物致癌作用产生的机制; ② 肿瘤组织中某些特定的DMEs表达可作为肿瘤标志物; ③ 某些酶依赖的代谢反应可应用于肿瘤靶向治疗; ④ 肿瘤中表达的DMEs介导的某些特异性代谢反应可用于抗癌药物的筛选。研究肿瘤组织局部DMEs的表达可为致癌机制和肿瘤内的抗癌药物的代谢特征研究以及抗肿瘤前药的药物设计提供依据,若能克服众多困难筛选出肿瘤组织与正常组织中差异性足够显著并可用于研发前药的特定代谢酶,可基于这种代谢酶差异进行前药设计,如高表达CES2的肿瘤组织对抗肿瘤药吉西他滨敏感[66],同时还能促进现今的order-made治疗模式向tailor-made模式转化,临床意义重大。

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