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《药学研究》 Journal of Pharmaceutical Research 2022 Vol.41, No.6 作者 周楠，李婷婷 ，陈西敬 中国药科大学基础医学与临床药学学院 中国药科大学药学院 摘要 尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶( UGT) 催化的葡萄糖醛酸化反应是的是Ⅱ相代谢中重要的代谢反应之 一,对于维持内源性化合物如胆红素､胆汁酸的动态平衡和药物､致癌物等外源性化合物的处置过程起着至关重要 的作用｡尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶的表达和酶活性受多维机制的调控｡深入研究其调控网络以及尿苷二磷 酸葡萄糖醛酸转移酶介导的相关中药-药物相互作用,对于临床更安全､有效的使用中药提供了指导｡ 因此, 本文总结了尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶的转录前､转录水平､翻译后修饰等分子调节机制,以及由尿苷二磷酸葡萄糖 醛酸转移酶介导的中药-药物相互作用相关的研究进展｡ 关键词 尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶; 中药－药物相互作用; 中药
正文 UDP-葡萄糖醛酸基转移酶( UGT) 是参与人体Ⅱ相代谢 最主要的酶,大约有40% ~ 70%的药物和中药经UGT 代 谢[1-2]｡这种生物转化在解毒和清除多种外源性( 致癌物､ 药物等) 和内源性物质( 类固醇激素､胆汁酸等) 方面起着至 关重要的作用[3]｡在绝大多数情况下,经UGT 代谢产生的 极性和水溶性葡萄糖醛酸,通常活性不高或者无毒,因此 UGT 是一类非常重要的解毒酶[4]｡抑制或诱导药物代谢酶 可显著增加中药- 药物相互作用( herb - drug interactions, HDIs) 的发生,但大多集中对在Ⅰ相代谢酶细胞色素P450 的 研究上,UGT 介导的中药-药物相互作用研究较少｡UGT 介 导的代谢不仅为外源物质提供了必要的解毒途径,而且也导 致了许多药物的治疗时间缩短和药理活性丧失[5]｡ 近年来,由UGTs 介导的药物相互作用在临床使用过程中不断被报 道,引起了人们广泛的关注｡本文就UGT 的调控机制及其 引起的中药-药物相互作用进行总结,为今后中药在临床上 更加安全､有效的使用提出新思路｡ UGT 简介 1.1 UGT 家族及其功能 UDP - 葡萄糖醛酸基转移酶 ( UGT) 属于膜蛋白结合家族中的一类糖基转移酶,主要以单 体､二聚体或具有同源和异源酶的寡聚体的形式存在于内质 网中[6]｡根据氨基酸序列的同源性,UGT 分为4 个家族 ( UGT1､UGT2､UGT3 和UGT8) 和5 个亚家族( 1A､2A､2B､3A 和8A) [7]｡UGT1A 家族的9 个蛋白质编码基因( 1A1､1A3- 1A10) 是通过将由独特的外显子1 拼接到共同的外显子是由 独特的外显子1 和共同的外显子( 编号2 ~ 5) 上产生的, UGT2B 家族则由7 个功能性蛋白编码基因组成( 2B4､2B7､ 2B10､2B11､2B15､2B17 和2B28) ,每一个基因由6 个独特的 外显子编码｡目前研究表明,UGT1 和UGT2 家族可能参与 了中药-药物不良反应事件的发生｡UGT1 和UGT2 催化以 UDP-葡萄糖醛酸为共底物的葡萄糖醛酸化反应,影响大约 55%处方药以及内源性分子( 包括胆红素､胆汁酸等) 的转 化[8-9]｡相比之下,UGT3 家族的两个成员,UGT3A1､ UGT3A2 分别利用UDP -N-乙酰氨基葡萄糖和UDP -葡萄 糖/木糖结合了胆汁酸､类固醇和生物黄酮,而UGT8 家族成 员UGT8A1 则利用UDP -半乳糖合成半乳糖神经酰胺和胆汁酸[8]｡ 1.2 UGT 的分布和种属差异 UGT 广泛分布于各种组织, 其中肝脏､胃肠道和肾脏是UGT 表达的主要器官｡成人肝 脏组织具有较多的UGT 亚型,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 等亚型也能在相对较低的表达水平上测 定｡UGT2B7 是肝脏中最丰富的亚型( 约占40%) ,其次为 UGT1A1､UGT1A9､UGT2B4､UGT2B7 和UGT2B17 [10]｡ UGT1A1､UGT1A10､UGT2B7､UGT2B17 以及极低水平的 UGT1A3 和UGT1A4 在肠道均有表达,而在肾脏中仅检测到 3 种UGT,即UGT1A9､UGT2B7 和UGT1A6 [11]｡ 目前临床前药代动力学和毒理学研究中最常使用的啮 齿类动物是大鼠和小鼠｡尽管人与啮齿动物的UGT 家族具 有很高的相似性和同源性,但是UGT 的不同亚型在分布､酶 活性以及酶表达的水平存在极大的差异,这是临床前的动物 实验与临床实际用药后产生差异的原因之一｡例如,大鼠的 UGT1A1､1A5 和1A8 和小鼠的UGT1A1､ 1A5､1A6 和1A9 是 肝脏中表达最高的亚型,然而啮齿动物的UGT2B 家族的定 量比较相对不足[12]｡ 1.3 UGT 基因多态性 UGT 基因的遗传多样性研究比较广 泛,其中UGT1A1 是肝脏中研究比较多的UGT 亚型｡ UGT1A1 启动子含有一个功能性多态TATA 盒[A( TA) 5/6/7/8 TAA]｡这4 个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) 变体很少｡ UGT1A1* 1 变异被认为是野生型; UGT1A1* 37 转录活性较 低,相比之下,UGT1A1* 36 的转录活性则高于UGT1A1* 1｡ UGT2B7 基因具有高度的遗传多态性,目前非同义､同 义､启动子和内含子的单核苷酸多态性均有报道[11]｡其中 研究最多､最具有争议的是UGT2B7 * 2 ( 802C > T; rs7439366) ｡与UGT2B7 802C 等位基因纯合子的受试者相 比,携带UGT2B7 802T 等位基因的受试者使用吗啡可以具有 更高的镇痛峰值和延长的镇痛时间,这表明802T 等位基因 可能导致葡萄糖醛酸化活性降低[12]｡然而,也有研究证明 802T 等位基因与治疗结果的可变性之间不存在关联[13]｡卡 马西平所需剂量与UGT2B7* 2 基因型显著相关,UGT2B7* 2 突变导致酶活性增加,因此卡马西平排泄过程中的葡萄糖醛 酸代谢增加,导致标准化卡马西平水平低于UGT2B7 野生型 患者,提示UGT2B7* 2 突变患者需要服用更大剂量卡马西 平,而UGT2B7* 2( 211G>T; rs12233719) 对其无影响[14]｡ 内容由凡默谷小编查阅文献选取，排版与编辑为原创。如转载，请尊重劳动成果， 注明【来源：凡默谷公众号】。 UGT 的调控机制 UGT 的遗传变异可以改变药物的代谢和处置过程,这只 能部分解释UGT 活性在个体间产生广泛差异的原因｡目前 研究表明,UGTs 的多水平调控可分为转录前( DNA 甲基化､ 组蛋白修饰等) ､转录水平( 如组织特异性因子､核受体等) ､ 转录后调节( 如microRNA) 和翻译后调节( 如糖基化､磷酸 化) 等｡此外,剪接和寡聚使得UGT 的功能进一步多样化｡ 2.1 转录前调控 表观遗传学是转录前调控的重要机制, 即在不改变原有核苷酸序列的基础上,通过DNA 甲基化､组 蛋白修饰､非编码RNA 等方式,引起基因功能上的激活或失 活[15]｡研究表明,DNA 甲基化和组蛋白修饰参与了UGTs 的转录前调控｡DNA 甲基化是通过招募转录抑制剂( CpG 结合蛋白) 与转录因子竞争启动子结合位点或直接抑制转录 因子与启动子的结合抑制基因表达｡UGT1As 的表达具有明 显的组织特异性,这一现象可能与不同组织中的DNA 甲基 化的程度密切相关[16]｡例如,UGT1A1 可以在启动子和远端 增强子的CpG 的区域发生甲基化,且启动子甲基化水平与 UGT1A1 表达呈负相关[17]｡UGT1A1 启动子附近富含CpG 的区域( - 85 至+ 40) ,该区域的甲基化在肾脏程度较高 ( 83%) ,而肝脏中较低( 37%) [18]｡UGT1A10 的甲基化修饰 也是其在肝脏和肠道组织能够特异性表达的原因之一[19]｡ 组蛋白修饰也是表观遗传调控基因表达的方式之一,包 括乙酰化､甲基化､磷酸化和泛素化等[20]｡组蛋白修饰通常 与DNA 甲基化也可以共同调节UGT 基因表达｡例如,组蛋白较低程度的乙酰化和较高程度的DNA 甲基化协同作用, 导致肾脏中UGT1A1 的表达缺陷[21]｡因此,表观遗传调控 也可以引起UGT 的组织特异性分布｡ 2.2 转录因子对UGT 的调节 在所有的调控机制中,关于 UGT 的转录调控研究的最为广泛｡核受体( nuclear receptor, NRs) 作为配体调节的转录因子家族中最大的一类,可与激 素､胆汁酸和药物等多种天然/合成配体相结合,调控各种基 因的表达[25]｡过氧化物酶体增殖物激活受体( PPARα 和 PPARγ) ､孕烷X 受体( PXR) 和芳烃受体( AhR) 等NRs 主要 参与了调控UGT 转录｡表1 简要总结了核受体及其靶基因 UGT 的亚型｡ 值得注意的是,每个UGT 亚型并不是受到单 一核受体的调控｡NRs 的激活或者抑制对UGT 表达的影响 可能是配体依赖性的,即并非所有的NRs 激动剂处理都引起 UGT 亚型的所有靶基因上调｡当两个或者多个配体存在时, NRs 对UGT 的调控变得更加复杂｡例如,水飞蓟宾是一种 PPARα 的弱激动剂,能够轻微上调UGT1A1､UGT1A6 等多种 UGT 亚型表达,但是当水飞蓟宾与强PPARα 激动剂非诺贝 特联合使用时,则抑制了水飞蓟宾对UGT 的上调作用[22]｡ 除了上述NRs 外,许多组织特异性转录因子也参与了 UGT 的调节过程｡例如肝特异性肝细胞核因子( HNF1α 和 HNF4α) ､肠特异性尾部相关同源结构域蛋白2( CDX2) 等｡ HNF1α 调控几种UGT 的在肝脏表达如UGT1A1､1A3､1A4､ 2B7 和2B17 等[23]｡CDX2 则调节了UGT1A8､UGT1A9 和 UGT1A10 在肠道中的表达,最新的研究表明CDX2 的这一作 用需要HNF4α 的协同[24]｡ 这些组织特异性转录因子也可以通过与核因子κB( NF -κB) ､激活蛋白1( AP-1) ､叉头盒蛋白A1( FOXA1) ､肿瘤抑 制蛋白p53 等协同调节UGT｡NF-κB 能够直接与UGT 启动 子区域NF-κB 反应元件上的DNA 序列结合来调控UGT1A1 的转录,也可以间接作用于其他NRs 以调控UGT1A1｡在炎 症或氧化应激中,激活NF-κB 可以抑制多种NRs 的激活,包 括AhR､PXR､CAR､FXR 和PPAR, 从而影响了下游UGT 的 表达[25]｡ 2.3 MicroRNA 对UGTs 转录后的调控 miRNA 是一种由约22 个核苷酸组成的内源性､基因编码的单链RNA｡miRNA 不编码蛋白质,而是通过与靶mRNA 的3'非翻译区结合,影 响UGT 蛋白质表达｡miR-141-3p 可下调LS180､人肝细胞 和Huh-7 等中UGT1A1 和1A6 mRNA 和活性表达[16]｡然而 在已经分型的肝组织中,miR- 141 - 3p 的过表达或抑制对 UGT1A1 和UGT1A6 则没有影响[26]｡Dluzen 等[27] 还发现 miR-491-3p 能下调Huh-7 细胞( UGT1A1､3､6) 和人肝细胞 ( UGT1A3､6) 中UGT1As 的表达,但对HepG2 中UGT1A1 的 表达和活性没有影响｡在UGT2B 家族中, miR-485-5p 参与 UGT2B7 和2B10 的调控[28],而miR - 376c 则参与了 UGT2B15 和2B17 的调控[29]｡ 2.4 UGT 蛋白的翻译后修饰 新合成的蛋白质经历了广泛 的化学修饰,包括N-和O-连接的糖基化､泛素化､磷酸化､ 乙酰化和甲基化等[30]｡目前,只有N-连接的糖基化和磷酸 化被发现在UGT 蛋白的翻译后修饰过程中发挥作用｡ UGT 经过磷酸化修饰才能发挥酶的活性,这一过程可以 通过不同蛋激酶的作用或者通过一个激酶作用于多个位点 而发生｡已经在11 种UGT 亚型中发现了多个蛋白激酶C ( PKC) 磷酸化的位点,应用PKC 抑制剂或PKC 位点突变处 理可导致UGT1A1 活性降低｡PKC 磷酸化在调节UGT1A6､ 1A7 和1A10 的酶活性和底物选择方面的重要作用也被证 实[22, 31]｡UGT2Bs 中UGT2B7 的磷酸化需要依赖于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-糖基化对酶催化活性不是必需的,但是对UGT 正确 的折叠和产生完全激活的催化和辅助因子结合位点,维持酶 的活性至关重要｡N-糖基化位点的突变能够降低UGT1A9､ 2B7､2B15 和2B20 的葡萄糖醛酸化活性[22]｡ 2.5 选择性剪接和寡聚化 选择性剪接增加了蛋白质结构 的多样化的可能｡UGT1A 位点在共同外显子4 和5 之间含 有一个选择性剪接的外显子5b,编码截短蛋白UGT1A_i2,它 缺少了部分COOH 末端结构域,因此蛋白丧失了转移酶活 性｡体外研究表明,当UGT1A_i2 与全长UGT1A 蛋白共表达 时,可以与全长UGT1A 蛋白结合并抑制其功能[33]｡各种 UGT2 基因转录过程中的选择性剪接形式也已有报道,包括 UGT2B4､UGT2B7､UGT2B28 和UGT2A1 等[34]｡ UGT 可以形成同质异二聚体或寡聚物从而改变UGT 的 活性｡大鼠肝微粒体中不同的UGT1 亚型可与UGT2B1 蛋白 免疫共沉淀,这为UGT 亚型之间的相互作用提供了证据[35]｡ 单独表达UGT1A1 和UGT2B1 的小鼠微粒体对吗啡没 有明显的代谢,而UGT1A1 和UGT2B1 共同表达形成的寡聚 物对吗啡的葡萄糖醛酸化反应活性增强[36]｡此外,UGT1 亚 型可以与UGT2B7 这一亚型产生同源的二聚反应｡除了 UGT 之间的相互作用外,还发现微粒体UGT 与CYP1A1 相 关,这表明UGT 可能与细胞色素P450 之间存在相互 作用[37]｡ UGT 酶介导的中药－药物相互作用 中药作为一种治疗和预防慢性病的替代或补充疗法,具有独特的优势｡然而,中药与治疗药物联合用药,可能会引起严重不良反应,导致药物疗效低下或毒性反应｡目前,有关中药-药物相互作用研究主要集中在CYP450 酶,葡萄糖醛酸化代谢的作用容易被忽视,实际上,UGT 也参与了许多中药与其他药物联用产生不良反应的过程｡ 3.1 黄酮类 甘草查尔酮A 和甘草素是甘草中的主要活性成分,来源于甘草属,因其调节/中和作用而被添加到各种中药制剂中｡然而,甘草配伍不良可能导致HDIs｡甘草查尔酮A 可被代谢成两个单葡糖苷酸,UGT1A1､UGT1A3､UGT1A 7-10 以及UGT2B7 代谢产生了4-O-葡萄糖醛酸,其中UGT1A9 贡献最大｡UGT1A1 和UGT1A3 则参与了4'-O-葡萄糖醛酸苷代谢[38]｡同时,甘草查尔酮A 也能显著抑制UGT1A1 和UGT1A9｡这表明甘草查尔酮A 不仅是UGT 的底物,还能抑制其相应代谢酶｡ 含有甘草查尔酮A 的中成药能够增加主要由UGT1A1 或1A9 代谢的底物的曲线下面积( AUC) ｡此外,甘草素也能明显抑制UGT1A9 的活性[39]｡这些结果共同表明甘草查尔酮A 与UGT 底物共同给药时应格外注意｡ 汉黄芩素､野黄芩素､黄芩素是黄芩提取物中的黄酮类化合物,具有多种药理活性,包括抗菌､抗炎和抗肿瘤作用等｡野黄芩素能够竞争性抑制UGT1A1､UGT1A6､UGT1A9和UGT2B7｡同时体外-体内外推,推测野黄芩素对UGT1A1的强烈抑制可能引起体内不良反应｡当UGT1A1 酶活性降低后,显著影响了SN-38( 伊立替康的活性代谢物) 葡萄糖醛酸化,导致发生伊立替康相关不良反应风险大大增加｡除此之外,黄芩素和汉黄芩素能显著抑制肠道UGT1A8 和UGT1A10 活性[40]｡ 水飞蓟素是从水飞蓟中提取出来的具有许多天然生物活性的黄酮类化合物,由水飞蓟宾､异水飞蓟宾､水飞蓟宁和水飞蓟亭四种异构体组成,已被于治疗多种急慢性肝病｡体外人肝微粒中,水飞蓟宾和水飞蓟素是UGT1As 和UGT1Bs的底物,同时水飞蓟素是人UGT1A6 同工酶的抑制剂,Ki值为( 51±10) μmol·L -1 [41]｡水飞蓟宾是PPARα 的弱激动剂,能够诱导多种UGTs 轻微上调[22]｡ 3.2 木脂素类 三白草酮是一种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｡在人肝微粒体中,三白草酮能够抑制UGT1A1､1A3､1A6 和2B7 的活性,IC 50 值分别为8. 83､43. 9､0. 758 和0. 279 μmol·L -1 ,还能非竞争性地抑制UGT1A6 和2B7,Ki值分别为1.08 和0. 524 μmol·L -1 ｡三白草酮抑制小鼠体内由UGT2B7 介导的齐多夫定代谢,导致齐多夫定的全身暴露增加｡齐多夫定浓度的轻微变化或因UGT2B7 抑制而意外增加齐多夫定暴露可引起毒性( 例如,骨髓毒性或遗传毒性) [42]｡ 五味子甲素和五味子酯甲是从五味子中提取的,能够改善肝细胞损伤｡五味子甲素和五味子酯甲对UGT1A3 产生浓度依赖性抑制｡五味子甲素为竞争性抑制剂( Ki 0.48 μmol·L -1 ) ,而五味子酯甲则是为非竞争性抑制( Ki 11.3 μmol·L -1 ) [43]｡ 3.3 萜类 熊果酸和齐墩果酸是普遍存在的五环三萜化合物,分别竞争性抑制UGT1A3 和UGT1A4, 此外熊果酸对UGT1A3 和1A4 也存在混合抑制[44]｡此外,熊果酸和齐墩果酸可显著诱导HepG2 细胞中UGT1A1､UGT1A3､UGT1A4和UGT1A9 的mRNA 和蛋白表达,其对UGT1A1 的诱导是通过PXR 激活[45]｡由于UGT1A1 酶活性的上调,可能引起由其代谢的药物代谢速度加快,导致血药浓度降低,影响药物疗效｡ 穿心莲内酯及其衍生物是二萜内酯类化合物,具有抗炎､抗肿瘤､抗HIV 等一系列药理作用｡穿心莲内酯和脱氢穿心莲内酯在人肝微粒体以及重组UGT 酶中均出现了对UGT2B7 具有高度特异性抑制,这一抑制作用导致齐多夫定AUC 将分别增加110% 和58%,影响血药浓度及疗效[46]｡ 3.4 蒽醌类 芒果苷是从杧果的果实､叶子和树皮中提取的蒽醌类化合物,具有抗炎和抗菌活性｡而芒果苷元则是芒果苷经肠道菌群代谢后产生,具有抗氧化､抗炎､抗肿瘤等作用｡实验表明,芒果苷脱糖后转化为芒果苷元,明显增强了对11 种重组UGTs 的抑制作用｡其中,芒果苷元能够竞争性抑制UGT1A3､UGT1A7 和UGT1A9, IC 50 分别为8. 2､4. 4 和12.3 μmol·L -1 , Ki 分别为1.6､2.0 和2.8 μmol·L -1 [47]｡ 小 结 UGT 是体内最重要的Ⅱ相代谢酶之一，参与许多体内体外物质的代谢、解毒过程。UGTs 发挥生物学作用可以通过表观遗传水平DNA 甲基化、组蛋白修饰进行调控。不同的核受体可以配体依赖的方式影响UGTs 的mＲNA 水平，其他转录因子如HNF1α、HNF4α、AP－1、NF－κB 也可以在转录水平上调节UGT。UGT 蛋白可以通过各种翻译后修饰、剪接和寡聚化直接调节。UGT 的调控网络非常复杂，以上这些因素在调节UGT 的过程中可能相互交织在一起。随着传统中药被广泛应用，许多中药－药物相互作用不断被发现。包括黄酮类、木脂素类、萜类和蒽醌类在内的许多中药被逐渐证明是UGT 的底物或抑制剂，这些中药在联合UGT 底物用药时，可能导致意外的不良反应事件发生。同时，许多中药也能影响核受体以及一些转录因子等对UGT 的调控，影响酶的活性和功能。因此，深入探究UGT 酶的调控机制，明确中药对UGT 酶的影响，为临床更加安全、有效的使用传统中医药提供了理论基础。 参考文献 详见《药学研究》 Journal of Pharmaceutical Research 2022 Vol.41, No.6
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