中国药科大学中药学院生药学系，江苏 南京

收稿日期：2024年2月9日；录用日期：2024年3月8日；发布日期：2024年3月15日

摘要

近年来中药在临床上的应用日益广泛，但其成分复杂，易导致药物相互作用和不良反应的发生。细胞色素P450酶(Cytochrome P450, CYP450)家族作为最重要的I期代谢酶，负责众多内源性及外源性物质的氧化代谢。核受体(Nuclear Receptors, NRs)是CYP450酶的关键转录调节因子。本文将阐述常见中药及其相关成分通过NRs介导CYP450酶转录调节机制的研究进展。

关键词

细胞色素P450酶，核受体，中药

Advances on the Effects of Traditional Chinese Medicine to the Regulation Mechanism of Nuclear Receptors-Mediated CYP450 Transcription

Wenfeng Liu, Yufeng Xia^*

Department of Pharmacognosy, School of Traditional Chinese Pharmacy, China Pharmaceutical University, Nanjing Jiangsu

Received: Feb. 9^th, 2024; accepted: Mar. 8^th, 2024; published: Mar. 15^th, 2024

ABSTRACT

Traditional Chinese Medicine (TCM) can be a viable supplement for clinical applications. Unlike conventional drug substances, TCM is composed of a complex of biologically active compounds, which can easily lead to drug-drug interaction and adverse reactions. Cytochrome P450 (CYP450), the most important phase I metabolic enzymes, exert pivotal roles in the oxidative metabolism of endogenous and exogenous substances. The metabolic activity of CYP450 is regulated by varieties of nuclear receptors (NRs). In this review, we provide an overview of previous research on the NRs-mediated transcriptional regulation mechanism of CYP450 by TCM and its components.

Keywords:Cytochrome P450, Nuclear Receptors, Traditional Chinese Medicine

Copyright © 2024 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 引言

细胞色素P450 (Cytochrome P450, CYP450)酶是广泛存在于动物、植物及微生物等不同生物体内的一类亚铁血红素蛋白的超家族酶系 [1] ，在机体解毒、细胞代谢和体内稳态平衡中发挥着关键作用 [2] 。由于该酶被还原后与一氧化碳结合形成复合物，且在450 nm波长处呈现最大吸收峰，故称为CYP450酶 [3] 。当CYP450酶的活性受到抑制或者诱导时，易产生药物药物相互作用，对药物的安全性和有效性造成很大威胁。中药中含有许多天然活性成分，具有丰富的生理功能，临床应用广泛。但是中药成分和药理作用十分复杂，长期使用可能对肝脏和肠道等中CYP450酶的活性或者表达产生影响，进而影响其他联合应用药物的转运和代谢 [4] 。近年来在对CYP450酶机制研究过程中发现，核受体在编码CYP450酶的转录调控中起着重要的作用。由核受体介导的CYP450酶活性的改变是影响中药临床联用的重要因素之一。深入了解中药对核受体调控CYP450酶活性的机制，有助于指导临床合理用药，减轻或避免发生中药相关的药物相互作用引起的不良反应。本综述即重点介绍此方面的研究进展。

2. CYP450酶

CYP450酶是最重要的I期代谢酶，主要存在于生物体肝脏内质网内，同时在小肠、肾脏等器官也有表达 [5] 。其作用是介导各种内源性物质，如甾体激素、维生素及类花生四烯酸类化合物等以及包括药物、化学品在内的外源性物质的代谢。主要方式有羟基化、硫氧化、环氧化、N-，O-和S-脱烷基化、氧化芳香羟基化、脱硫、脱氮和脱卤反应等 [6] 。临床上超过75%的药物由CYP450酶代谢 [7] ，其介导的代谢性相互作用可显著改变联合用药的药动学、药效及毒性。

CYP450酶根据其基因序列的氨基酸同源性被分为18个家族和42个亚家族。在P450酶系统中，CYP1，CYP2和CYP3至少占人体肝脏P450酶总量的70%，这三个家族主要参与外源化合物的I相代谢，而其他家族则主要发挥内源性作用 [8] 。人体主要代谢酶有11种，包括1A2、1B1、2A6、2B6、2C8、2C9、2C19、2D6、2E1、3A4和3A5 [6] ，参与大部分外源性物质的生物转化过程 [9] 。

3. 核受体

3.1. 核受体家族及分类

核受体(Nuclear Receptors, NRs)是一类脂溶性配体依赖的转录因子。它们可以作为细胞外和细胞内信号的传感器，在调控生物发育、细胞分化、维持代谢平衡和抵御外源性应激方面发挥着关键作用 [10] 。核受体调控的基因与人类重大疾病密切相关，如糖尿病 [11] ，肿瘤 [12] ，心血管疾病 [13] ，炎症 [14] 等等。此外，核受体还参与多种物质如药物，致癌物，污染物，食品添加剂及内源性物质的代谢过程。因此，核受体是药物研发的重要靶标。

核受体广泛存在于脊椎动物，节肢动物和线虫类动物中，是多细胞生物体内含量最丰富的转录因子超家族成员之一 [15] 。目前在人体中共发现了48种核受体，包括经典核受体和非经典核受体 [16] 。经典核受体，即其能与特定内源性配体(如激素和类固醇)产生高亲和力的结合。相比之下，非经典性核受体通常缺乏已鉴定的高亲和力内源性配体，而是被丰富且低亲和力的代谢物或外源性物质激活 [17] ，因此也称为孤儿核受体。

3.2. 核受体的结构和功能

在结构上，所有核受体都具有较高的序列同一性和保守的结构域。经典的核受体主要包括四个功能结构域：N端转录激活域(N-terminal, NTD)、DNA结合域(DNA binding domain, DBD)、配体结合域(Ligand binding domain, LBD)以及连接DBD和LBD的铰链区(Hinge domain, H) [18] 。NTD含N端的激活功能区1 (Activation function-1, AF1)，AF1可不依赖配体独立发挥转录激活作用 [19] ，但受配体结合的影响。DBD高度保守，各种核受体的DBD具有很高的同源性。在结构上DBD含两个锌指结构，能与9-顺式视黄酸类受体(9-cis Retinoid Acid X Receptor, RXR)形成异二聚体，结合特异的DNA反应元件。LBD保守性较高，含配体结合袋。LBD通过与配体结合，调控配体的转录激活。其C端还包含一个激活功能区2 (Activation function-2, AF2)，可以调节依赖配体的转录激活以及辅调节因子的募集。但并非所有的核受体都含有经典的四个结构域。例如NR0亚家族，其成员的结构中常不具有DBD或LBD。如Dax-1和SHP两个核受体都只包含LBD结构，不具备DBD，但它们仍然可以与其他转录因子结合调控下游基因的表达 [20] 。

3.3. 核受体的作用机制

核受体家族成员的作用机制大致相同。当处于未激活状态时，核受体有两种形态。一种是与热休克蛋白和亲免疫蛋白陪伴分子形成复合物，在细胞质中维持稳态。另一种形态是在细胞核中与辅阻遏物如组蛋白去乙酰化酶(Histone deacetylase, HDCA)结合形成抑制复合体。当配体结合到LBD中的配体结合口袋时，AF-2的构象发生变化，促进核受体和阻遏物的解离，招募共激活蛋白如甾体激素受体辅激活物(Steriod receptor coactivator, SRC/p160)，反应结合蛋白(CREB binding protein/p300, CBP/p300)和反应结合蛋白联合因子(p300/CBP associated factor, P/CAF) [21] ，同时细胞质中的核受体移位至细胞核中。

核受体入核后，可采用三种不同的模式(核受体单体，同源二聚或者异源二聚)与DNA结合发挥转录调控作用。具体采用哪种模式与核受体的类型有关，如维甲酸受体相关孤儿受体γ (Retinoic acid receptor-related orphan receptor γ, RORγ)通过单体形式与靶基因调控区的激素响应元件相互结合调控基因的转录和表达 [22] 。

3.4. 核受体与CYP450

CYP450是人体最重要的药物代谢酶，对药物代谢和药物之间的相互作用具有重要影响。酶抑制或酶诱导作用的发生就是由于一种药物通过诱导或抑制特定的CYP450，从而改变另一种药物的代谢清除特性，此情况很容易导致药物相互作用的产生。

CYP450酶的表达受核受体家族调控，相关的核受体包括孕烷X受体(Pregnane X receptor, PXR)，雄甾烷受体(Constitutive androstane receptor, CAR)，芳烃受体(Aryl hydrocarbon receptor, AhR)等。这些核受体作为关键的核转录因子调节CYP450酶的表达，保护机体免受外源化合物或内源毒性物质的损伤。以下将对两种与CYP450酶密切相关的核受体PXR和CAR进行介绍。

3.4.1. PXR

1) PXR的概述

PXR是1998年于小鼠体内发现的NR超家族1亚家族成员 [23] ，最初发现该受体以内源性孕烷为配体而称为孕烷X受体，同时因其能被类固醇类激素和外源性物质激活，故又被称为类固醇和外源性物质受体(Steroid and xenobiotic receptor, SXR) [24] 。随后狗、兔、大鼠以及人类等陆续被发现和克隆出PXR [25] 。

PXR的结构与典型的NRs结构基本一致，但其LBD的可变性与其他NRs相比要大很多。对其LBD的三维结构的解析表明，它有一个巨大的球形配体结合腔，里面含有的极性基团数量较少 [26] ，这种特殊的结构特征使其可作为一种广义传感器，发挥保护机体免受外源性化学损伤的重要作用。

PXR存在种属差异。人和大鼠PXR的LBD仅有76%氨基酸序列相同，提示不同种属的PXR可以调控相同或类似的靶基因表达，但对配体的结合活性却具有很大的差别。例如SR12813是迄今为止鉴定的最有效的人类PXR激活剂之一，但其仅仅是是啮齿类动物PXR的弱激活剂 [27] 。这种特异性的配体结合性能可能和特定的氨基酸序列有关。

PXR调控着广泛的药物代谢酶，包括I相代谢酶如CYP3A4、CYP2B6、CYP2C8、CYP2C9和CYP2C19等 [26] ，II相代谢酶如尿苷二磷酸葡糖醛酸转移酶、谷胱甘肽-S-转移酶和硫酸基转移酶等 [28] 。

2) PXR对CYP3A4的转录调控作用

研究表明PXR对CYP3A4的表达具有重要的调控作用。其一，PXR和CYP3A4均选择性高表达于肝脏和肠道；其二，PXR能与目前已知的CYP3A4基因启动子上的激素响应元件结合，如直接重复序列3 (Directed repeat 3, DR3)或逆向重复序列6 (Reverted repeat 6, ER6)元件，PXR可与其结合诱导CYP3A4的表达从而调节外源性化学物的代谢；其三，PXR激动剂几乎均为CYP3A4的诱导剂，如利福平、苯巴比妥等 [27] 。

PXR-CYP3A4途径受到多种因素影响。首先，PXR基因调控区域除了激素响应元件外，还包含了特异性蛋白1 (Sp1)，CCAAT增强子结合蛋白α (C/EBPα)，肝细胞核因子4α (HNF4α)等多种转录因子结合位点 [29] 。上述转录因子结合位点大多位于转录起始位点上游的250 bp内，PXR受这些转录因子的影响，对CYP3A4的基础和诱导表达产生影响。研究证实，PXR可与HNF4α和Sp1等多个因子相互作用，从而显著增强利福平对CYP3A4基因的转录激活 [30] 。

其次，细胞信号转导途径对PXR-CYP3A4途径也有调控作用 [26] 。据报道，被炎症激活的NF-κB通过与PXR启动子区结合抑制PXR的活性下调CYP3A4的表达 [31] 。另有研究发现cAMP-PKA通路激动剂8-Br-cAMP通过显著上调cAMP-PKA通路，增强PXR表达，从而使CYP3A活性增强。使用cAMP-PKA通路的抑制剂H-89对细胞中PXR表达、CYP3A4的活性影响不大。说明cAMP-PKA信号通路可以调控CYP3A4的表达，但当cAMP-PKA信号通路受到抑制时，可能存在其他途径诱导PXR介导的CYP3A4的表达，导致PXR和CYP3A4活性无明显变化 [32] 。

最后，核受体间的相互串扰。在CYP3A4的基因启动子区内，CAR能与PXR的反应元件和共激活剂竞争性结合。有研究表明，人参三醇主要通过PXR来调节CYP3A4的表达。但人参三醇对PXR激活以及CYP3A4的诱导会被高表达的CAR所拮抗 [33] 。研究学者证实这种情况的产生与CAR和PXR竞争性与SRC-1以及响应元件ER-6和DR-3的结合有关 [34] 。此外，Bwayi等人报道PXR和CAR可在物理上相互作用，导致它们相互抑制。细胞和生物物理结果表明，相互作用发生在每个受体LBD上的RXR二聚化界面，并且PXR-CAR异二聚体可以通过RXR的共表达被破坏，从而恢复PXR和CAR活性 [35] 。

3.4.2. CAR

1) CAR的概述

CAR也是核受体超家族中的一员，结构与PXR比较接近但其配体结合腔较小。与PXR相似，CAR作为一种化学传感器广泛调节位于肝肠的代谢酶和转运体。CAR与PXR在对外源性物质的应答存在交叉性，即识别相似的反应元件，共享多个靶基因 [36] 。由于CAR诱导靶基因的表达不依赖配体结合，所以CAR调节异物代谢的方式与PXR存在差异。

CAR可以通过两种途径激活，一种是基于配体的直接途径，另一种是间接的、不依赖配体的途径 [37] 。在配体依赖性激活途径中，配体直接与细胞质中的CAR结合。配体结合后，蛋白磷酸酶2A (PP2A)被募集，使CAR去磷酸化，从而引发CAR与热休克蛋白90 (HSP90)和细胞质CAR保留蛋白(CCRP)等伴侣蛋白解离。这导致它易位到细胞核内，与RXR异二聚化 [17] 。

CAR的非配体或间接激活是通过表皮生长因子受体(EGFR)进行的。如果没有配体，表皮生长因子(EGF)将与EGFR结合，从而通过激活丝裂原活化蛋白激酶激酶(MEK)和SRC激酶引发信号级联反应。MEK的激活导致细胞外信号调节激酶(ERK)的激活。随后，该激酶抑制CAR易位到细胞核中。活化C激酶受体(RACK-1)介导PP2A的募集以磷酸化CAR，从而使其伴侣蛋白解离。SRC激酶在EGFR信号转导下具有活性，可抑制RACK-1，从而阻止其与CAR的相互作用 [37] 。总而言之，EGFR下游的两个信号分支MEK-ERK和SRC-RACK1在细胞质CAR上整合以抑制其核易位 [38] 。然而，在CAR配体存在的情况下，CAR激活剂会与EGF竞争与细胞表面的EGFR结合，并拮抗其下游途径的后续激活。例如，CAR配体苯巴比妥与EGFR结合，并通过负调节MEK/ERK和SRC激酶活性来促进CAR信号通路。随后，SRC激酶的抑制负向调节RACK-1，从而允许PP2A募集以进行CAR的核易位 [39] 。

CAR调控着多种CYP酶的表达，如CYP3A4，CYP2C，CYP2A6，CYP1A1以及CYP1A2。另外，CAR也可以调控II相酶的表达，如磷酸尿苷葡萄糖苷基转移酶UGT的亚型(UGT1A1，UGT1A6，UGT1A9)、谷胱甘肽-S-转移酶和硫酸基转移酶等。

2) CAR对CYP2B6的转录调控作用

CAR是CYP2B6基因转录的主要调控途径。人CYP2B6基因的上游有两个反应增强元件，苯巴比妥反应增强元件PBREM和外源物反应增强元件XREM [40] ，研究发现在hCAR转染的HepG2细胞中，CYP2B6基因可以被苯巴比妥诱导，并且通过CYP2B6基因PBREM的NR1和NR2起作用 [41] 。有实验证明 [42] ，在原代培养的肝细胞内，CAR存在于胞浆中，在苯巴比妥的作用下CAR从胞浆转移至细胞核，与RXR形成异二聚体，同时招募SRC-1等共激活因子，结合到PBREM上，调节CYP2B6的转录。转染CAR表达载体的细胞，未用苯巴比妥作用时，CAR自发向细胞核移动并聚集，激活基因的NR1位点；相反，在体内肝细胞，CAR对基因的激活依赖于苯巴比妥等诱导剂的作用。在CAR基因敲除小鼠中，苯巴比妥或苯巴比妥类诱导剂均不能诱导CYP2B6基因的表达。不同于PXR，CAR活化的关键步骤不是配体的激活，而是受体从细胞浆到细胞核的迁移，该过程受磷酸化调控 [43] 。

4. 常见中药及其活性成分通过核受体对CYP450酶的调节作用

4.1. 青蒿

青蒿素为菊科植物黄花篙的主要活性单体，具有多种药理作用，临床上主要用于治疗恶性疟疾。在HepG2细胞中通过双荧光报告基因考察青蒿素和双氢青蒿素对hPXR和hCAR介导的CYP3A4和CYP2B6的转录调节作用。结果表明青蒿素和双氢青蒿素均可通过hCAR来调节CYP3A4和CYP2B6的转录 [44] 。在LS174T细胞中通过双荧光素酶报告基因检测系统检测青蒿素、双氢青蒿素和蒿甲醚3种活性单体激活hPXR和hCAR的能力，以及对CYP2B6和CYP3A4的诱导作用。结果表明青蒿素能通过hPXR和hCAR诱导CYP2B6和CYP3A4的表达 [45] 。此外，青蒿素衍生物及其代谢产物也在不同程度上影响PXR和CAR的部分异构体，比如，蒿甲醚以及青蒿素的脱氧代谢物是CAR1和CAR3的激动剂 [46] 。

4.2. 甘草

甘草是临床最常用的中药材，甘草酸及甘草次酸是其主要的活性成分，具有抗炎、止痒、抗菌、抗病毒等药理作用。甘草水溶性提取物能够通过激动hPXR，使CYP3A4的荧光素酶表达呈5倍增加。对小鼠给药甘草提取物，发现小鼠体内的华法林代谢增加，证实甘草通过激活PXR，诱导CYP3A4酶活性，导致药物药物相互作用的产生 [47] 。Manal Alhusban等人对甘草中的518种成分与PXR进行分子对接，找到对接分数最高53种候选成分，在体外对其进行报告基因检测，发现光甘草定是活性最强的PXR激动剂 [48] 。Mona等人研究五种甘草提取物的药物相互作用潜力，结果显示所有提取物均可上调PXR和AhR的转录活性，并增加CYP3A4和CYP1A2的酶活性 [49] 。

4.3. 黄芩

黄芩为唇形科黄芩属的植物。黄芩根的有效成分主要是黄酮类化合物，如黄芩素，黄芩苷等，具有清热解毒、抗癌、抗菌、抗病毒、抗心律失常等药理作用。在HepG2和Caco2细胞中通过瞬时转染hPXR和hCAR，结果显示在转染hPXR的HepG2细胞中，给药黄芩苷后能够显著增加CYP3A4，CYP2C19和MDR1启动子活性 [50] 。同时，黄芩素能显著上调LS174T细胞中CYP3A4的mRNA和蛋白表达水平。进一步对其机制进行研究发现黄芩素激活PXR和CAR介导的CYP3A4的荧光素酶水平 [51] 。

4.4. 前胡

前胡为伞形科植物白花前胡的干燥根。前胡中有效成分为白花前胡素A、C、D、E，具有抗心肌缺血，抗氧化，抗菌，抗肿瘤等药理作用。白花前胡素A，C，D在不同浓度下能通过刺激CAR通路显著增加CYP3A4的催化活性 [52] 。同时白花前胡素A、C亦能通过PXR通路诱导CYP3A4荧光素酶活性 [53] 。另有学者发现白花前胡素E能通过促进氨茶碱对NF-κB的抑制，从而增加PXR及其主要靶基因CYP3A4的表达 [31] 。

4.5. 丹参

丹参是唇形科鼠尾草属植物，主要化学成分为脂溶性和水溶性两部分，前者为丹参酮类，主要有丹参酮I、丹参酮IIA、丹参酮IIB、隐丹参酮等；后者主要为酚酸类，包括丹参素、原儿茶醛和丹参酸等。对12名健康志愿者进行试验，发现多剂量给药丹参片明显降低CYP3A4的底物咪达唑仑的口服生物利用度，证明了丹参片能够增加人体内CYP3A4的活性 [54] 。使用PXR表达质粒HepG2细胞进行瞬时转染，发现丹参的脂溶性成分丹参酮IIA和隐丹参酮剂量依赖性激活PXR，诱导CYP3A4的转录。同时CAR也参与丹参酮介导的CYP3A4诱导，但其贡献程度不如PXR [55] 。

5. 总结与展望

核受体作为生物体的外源感受器调控CYP450酶的表达以及其他的复杂的生物过程，如脂肪代谢，糖代谢，胆汁酸代谢和炎症等等。它们在外源性的物质代谢中起着尤为重要的作用。大量临床使用的药物都是核受体的配体或者激活剂。中草药、中药活性成分及中药复方制剂对CYP450酶的调控是复杂而多样的。其调控主要由核受体来完成的。本文主要对中药对核受体介导的CYP450酶的调控作用进行总结和梳理，一方面CYP酶活性的诱导和抑制是临床上产生中药相关的代谢性药物相互作用的重要原因之一，通过对CYP酶调控机制的研究，希望对促进临床合理用药、提高中药使用的安全性有所帮助。另一方面，中药及其活性成分是核受体配体的重要来源，核受体作为中药的作用靶点对揭示中药理论物质基础并诠释中药理论的现代科学内涵至关重要。

文章引用

刘文凤,夏玉凤. 中药对核受体介导的CYP450酶转录调节机制的研究进展
Advances on the Effects of Traditional Chinese Medicine to the Regulation Mechanism of Nuclear Receptors-Mediated CYP450 Transcription[J]. 药物资讯, 2024, 13(02): 73-81. https://doi.org/10.12677/PI.2024.132010

参考文献