核受体在药物代谢中的作用

摘要：核受体是一种配体依赖性转录因子，在外源性物质和内源性物质的代谢中具有重要作用。本文主要对核受体的基本结构、特性、二聚化以及参与核受体转录活化的辅助因子，参与药物代谢的I、II、III相酶做简要介绍，重点综述了核受体在药物代谢中的作用，尤其是PXR和CAR两种核受体在药物代谢中的作用和机制。

关键词：核受体；药物代谢酶；外源性物质；药物

中图分类号：R969.1文献标识码：A文章编号：1672-979X(2008)03-0064-05

Function of Nuclear Receptor in Drug Metabolism

LIU Yan-feng, LI Hong-xing, ZHAO Chang-qi, ZHAI Yong-gong*

(Biomedicine Research Institute, College of Life Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China)

Abstract：Nuclear receptor (NR) is a ligand-dependent transcriptional factor which plays an important role in the metabolism of xenobiotics and endobiotics. The structure, characteristic, dimerization of NR are briefly introduced in this paper, and the cofactor which participates in the transcriptional activation of NR is also interpreted. Moreover, the drug metabolizing enzymes in phase I, II, III were showed. The paper reviews the function of NR in drug metabolism, especially the function and mechanism of two NRs of PXR and CAR in drug metabolism.

Key words：nuclear receptor; drug metabolizing enzyme; xenobiotics; drug

核受体（nuclear receptor，NR）是一类在生物体内广泛分布的，配体依赖的转录因子，其成员众多，构成了一个大家族，包括：类固醇激素受体、非类固醇激素受体和孤儿核受体。核受体与相应的配体及其辅调节因子相互作用，调控基因的表达，从而在机体的生长发育、新陈代谢、细胞分化及体内许多生理过程中发挥重要作用。核受体能结合经药物设计而被修饰的小分子，从而调控相关疾病如代谢性疾病、癌症、骨质疏松、肥胖、糖尿病等[1]，并参与一大类物质，如药物、致癌物质、食品添加剂、污染物、杀虫剂或环境化学药品以及内源性物质的代谢[2]。核受体不仅可作为药物筛选靶点，而且在研究疾病发生机制、食品安全检测、环境有毒物质监测等方面具有重要意义和应用前景。

多数情况下外源性物质的生物转化产生药理学失活的代谢物，随后被排出体外。然而，生物转化也可以激活药物前体去药理学激活产物或者有毒代谢物。临床上的一些药物间相互作用通常与药物代谢酶和转运体有关，主要是药物与核受体作用，诱导代谢酶和转运体活性的改变，影响其他药物的处置过程，从而可能引起副作用。当服用的药物是这些核受体的激动或拮抗配体时，与受体相互作用，调节药物代谢酶或转运体表达，可能起协同或拮抗作用[3]。

因此，有关核受体与药物代谢酶基因诱导表达机制的研究成了热点，尤其是细胞色素P450同工酶在药物代谢和常见环境化合物的解毒、增毒过程中的作用，更是分子药理学和毒理学研究的重点[4，5]。近年很多研究发现，核受体作为关键的转录调控因子参与了药物代谢酶基因诱导表达，从而在分子水平上阐明了核受体减少外源性物质在体内蓄积的原因，同时也揭示了药物-药物相互作用模式的分子机制。从配体激活的核受体转录因子延伸到药物代谢酶系统，目前该领域已受到药物研发和安全性评价的广泛关注。

1核受体

1.1核受体概念

核受体是一种脂溶性配体依赖转录因子，通过调控靶基因的转录过程，在个体发育中参与多种生理功能的调节，如形态发育、细胞增殖分化、机体稳态维持及高级神经功能控制等。这些核受体与“未定配体的核内孤儿受体(orphan receptor)”组成结构类似的一个受体家族。现已明确核受体可根据配体分子的浓度调节靶基因的转录，在代谢调节、稳态维持及决定细胞命运等重要生命现象中发挥作用[6]。

1.2核受体结构与二聚化

核受体在结构上通常分为3部分（见图1）：N端可变区，C端保守区和中间高度保守的DNA结合域。DNA结合域（DBD）有66个氨基酸，包括2个锌指结构，其中4个高度保守的丝氨酸残基对于Zn2+离子的结合非常必要。每个锌指结构有1个α螺旋。N端是进化上最不保守的部分，长度和序列在不同受体间有很大的不同。但是，对于大多数受体来说，转录激活功能(AF-1)都位于N端，而且这种激活作用不依赖激素的存在。N端的α螺旋为识别螺旋，通过氢键和激素反应元件（HRE）的碱基结合。C端在进化上高度保守且具有多种功能：结合激素、转录激活（依赖激素结合AF-2）、转录抑制（也称为沉默）、核定位以及二聚化。配体结合区（LBD）的三维结构大体相同，都是由11～13个α螺旋组成。一旦和配体结合，热休克蛋白（HSP）的位置发生明显改变，这对NR的转录活性是必须的[7]。如雌激素（ER）的选择性拮抗剂Tamoxifen和ER结合时引起HSP变位，但变位的方向不同，结果使得共激活因子不能与ER结合[8]。

1.3核受体辅助因子

核受体与相应配体结合后形成二聚体能有效地同辅助因子结合来完成对基因表达的调控，核受体辅助因子有辅助激活因子(coactivator)和辅助抑制因子(corepressor)两类。当缺乏配体时核受体的同源或异源二聚体同抑制因子mSin3A 、SMRT、HADE等具有很强的结合力，它们共同作用使组蛋白去乙酰化进而抑制基因的转录。当有相应配体存在时使辅助抑制因子从核受体上解离，而使辅助激活因子CBP/P300、SRC-1、P/CAF、ACTR，P/CIP等聚集，通过它们共同作用使组蛋白乙酰化，组蛋白乙酰化后能使核小体的结构疏松有利于基因转录[9]。此外，辅助激活因子还具有乙酰化和调节DNA结合或产生转录因子的特点。

2药物代谢酶

药物在体内的代谢主要经历3步反应。第1步为I相反应，在I相反应酶的作用下，药物被氧化、还原和水解为极性更大的代谢物。各种氧化还原酶和水解酶等都属于I相酶类，最具代表性的为P450酶系；第2步为Ⅱ相反应，药物及其代谢物与内源性物质结合后排出体外，包括各种基团转移酶及结合酶，其中比较重要的酶有谷胱甘肽转移酶；第3步，一类被称为Ⅲ相反应酶类的药物流出泵，如P-糖蛋白(P-gP)、有机阴离子转运蛋白2（OATP2）、多药耐药蛋白（MDR1和MDR2），与前两相酶类共同组成了药物代谢及转运链。

2.1细胞色素P450

细胞色素P450（cytochromes P450，CYP450）是人体中重要的代谢酶类之一，主要存在于肝脏。迄今已发现了该酶家族的160余个成员，呈高度的多态性。P450在许多药物，包括类固醇、胆汁酸、脂肪酸、前列腺素、生物胺和类维A酸在体内的氧化、超氧化、还原代谢过程中起着重要的作用[8，10]。高等动物的P450家族成员在50～80个之间，在人类基因组中有57个，还有19个P450假基因。这些酶都是膜结合蛋白，定位在内质网或线粒体内膜上。此外，在人类57种P450中有15个参与了外来物质的代谢过程，包括药物、致癌物、食品添加剂、污染物质、杀虫剂或者环境中的化学物质。同时，P450参与的生物转化过程也能将一些称为“药物前体”转化成有药理学活性或毒性的代谢物[9-11]。

2.2Ⅱ相药物代谢酶

参与药物代谢的Ⅱ相酶主要包括谷胱甘肽S-转移酶（GST）、尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸转移酶（UGT）、巯嘌呤甲基转移酶（TPMT）和二氢嘧啶脱氢酶（DPD）等。6-巯基嘌呤（6-MP）经TPMT代谢灭活，其血液学毒性（如急性白细胞减少、贫血、血小板减少等）具有明显的个体差异，这种差异主要是TPMT基因的多态性所致[12]。GST在药物解毒及肿瘤细胞对抗癌药的耐受性方面具有重要意义[12]。GST酶可分为α、μ、π、ξ和θ5个不同的亚型，3种遗传多态性（GSTπ-1、GSTθ-1、GSTμ-1）降低甚至丧失GST活性。UGT参与人体药物代谢Ⅱ相结合反应，对致癌物具有代谢解毒作用[13]。

2.3Ⅱ相药物转运体

P-gp是MDRl基因编码的细胞膜上能量依赖性转运蛋白。现已证实，P-gp能与亲脂性抗肿瘤药物结合，在ATP参与下将药物转运到细胞外，使细胞内药物浓度下降，产生P-gp介导的耐药。多药耐药相关蛋白（MRP）家族主要包括3个主要成员，MRP1、MRP2和MRP3。其中，MRP1对细胞毒性药物的耐药有重要作用[14]。最近研究发现，核受体PXR在转录水平调节转运蛋白，这些转运蛋白的激活可能导致药物的非期望排出[15]。

3核受体对药物代谢的影响

为保护机体免受外源性化合物或内源毒性脂类的损伤，在体内由两类核受体负责对它们的解毒和排泌过程。组成型雄烷受体（constitutive androstane receptor，CAR）介导苯巴比妥样物质诱导的反应；人固醇类异生物受体（steroid xenobiotic receptor，SXR）和啮齿目动物中与之同源的孕烷X受体（pregnane X receptor，PXR）则介导对许多临床处方用药、环境污染物、类固醇和毒性脂类的代谢解毒。两类核受体均主要在肝脏和小肠表达。当受苯巴比妥样物质、雄激素和氯苯唑胺等激活时，CAR启动CYP2B的表达；CAR基因缺陷的小鼠CYP2B表达缺失，致使血清中未代谢产物增加。研究发现苯巴比妥可有效地提高胆红素的结合从而降低血胆红素，这一药理效应与苯巴比妥对CAR的激活有关。而此前的研究也发现UGT1A1、GST和MRP2都是CAR的靶基因。CYP3A负责代谢清除机体内60％以上的临床用药和肝毒性脂类，其基因表达可由广谱异生物激活的SXR/PXR所诱导；两类异生物转运蛋白ABCBI（MDR1）和ABCC2（MRP2）在肝和小肠细胞的表达也相应上调[16]。

3.1组成型雄烷受体

在CYP2B PBRU结构中，两个DR-4位点（NR1和NR2）在药物代谢方面的作用是不同的。在人类、啮齿类以及家禽（鸡）中距离DR-4位点越远越保守[17，18]。因此，NR1位点可用来在亲和纯化中分离与相关核苷酸序列相结合的蛋白。这种方法曾用于鉴定小鼠核受体CAR，在CYP2B10 NR1位点上CAR和RXR结合为异型二聚体，但不诱导有微小差异的CYP2B9片段[19]。除小鼠外，人类、猴子和大鼠中同样发现CAR普遍存在 [20-22]。随后发现，在转录结合因子Sp1结合于CYP2B1启动子近端的条件下，CAR同样也调节大鼠中的CYP2Bs[23，24]。瞬时转染和稳定转染的HepG2细胞中，CAR可诱导由小鼠CYP2B10和人CYP2B6 PBREMs调节的报告基因的高本底水平[25]，这和CAR作为组成型活性受体的初始报道一致[26]。到现在为止，有关CAR如何被药物激活已经有好几种不同的机制，但其中没有一个能完整解释信号转导的整个过程。首先，在未处理的小鼠肝脏和肝细胞中，CAR通常定位于胞质，但PB刺激后其经历了一个细胞质―核的易位 [27]。这个过程被蛋白质磷酸化调控，可以被蛋白磷酸酶抑制剂（okadaic acid）抑制。而且，易位过程被位于CAR C说母缓涟彼岬耐庠聪煊π藕潘鹘28]。最近报道，在未处理小鼠中存在一种核受体共激活因子―糖皮质激素受体相互作用蛋白1（GRIP1）可增强CAR活性，同时增加CAR的细胞质―核易位[29]。在稳定转染CAR的HepG2细胞中，CAR定位于核内，其激活可以被一些雄激素类药物所抑制[25]。这些雄激素类物质有CAR活性抑制剂的作用，抑制效果可以被诱导化合物所逆转[27]。但是，这种抑制逆转是否由于和CAR诱导物直接相互作用所引起尚不清楚。化合物TCBOPOB是小鼠CAR受体的强诱导物之一，但不影响人CYP2B的水平。小鼠和人CAR激活方式不同很可能是不同种属间CAR 的LBD差异性所致[30]。

CAR基因敲除小鼠肝脏和小肠中TCPOBOP和PB对CYP2B10没有诱导效果[26]。此外，CAR基因敲除小鼠肝脏中，TCPOBOP和PB诱导的CYP1A1，CYP2A4，CYP3A11以及Ⅱ相酶和转运体都有不同程度的受损或缺失[31，32]。用乙酰氨基酚处理野生型小鼠可通过CAR依赖方式激活乙酰氨基酚的代谢酶CYP1A2，CYP3A11和谷胱甘肽S-转移酶，但在CAR敲除小鼠中没有这种变化[33]。CAR介导的信号转导分子机制以及CAR对整体的药物-基因表达相关作用仍有很多不清楚处[26]。

3.2孕烷 X 受体

1998年3个研究组分别用同源克隆和数据库技术在人和小鼠中独立地发现孕烷活化受体/类固醇及外源性物质受体PXR [34]。后来在大鼠、兔子、狗、猪和猴子中也克隆得到了PXR[35]。随后发现PXR可结合到位于CYP3A药物响应增强子上的DR-3和ER-6元件，可以被很多类固醇、药物和其他外源性物质所激活。和CAR一样，GR激活剂也可以激活PXR转录。相比于核受体超家族中的其它成员，不同PXR亚型的LBD氨基酸序列具有异常高的差异性。这种差异性可以解释不同药物诱导P450所表现出的种属差异性[36]。到目前为止所发现的人PXR最有效诱导物之一是从草本植物St. John’s wort 中提取得到的化合物 hyperforin[28]。St. John’s wort 仅是草药中的一个例子，草药现在广泛用于可能和药物相互作用以及引导未知的草药―药物相互作用的筛选[37]。因此，从相互作用上阐明分子机制来阻止草药的副作用是相当重要的[38]。

在PXR基因敲除动物中，PCN诱导CYP3A11的作用减弱，但CYP3A11仍可被PB激活[26，39]。与此类似，在肝脏和小肠中PCN对CYP2B10也没有诱导作用。与PCN处理的野生小鼠相比，在PXR缺失的小鼠小肠中CYP1A1的表达也受到了抑制。尽管在标准实验室条件下CAR和PXR基因敲除小鼠都不表现出明显的形态差异，但转基因小鼠持续激活表达融合有VP16-激活区域的PXR则引起一系列表现型的改变，包括生长缓慢、肝肥大和肝中毒。显然，PXR在药物诱导代谢方面具有关键性的作用，同时由于配体可直接激活PXR，所以PXR是一个很有吸引力的药物靶标。PXR的激活剂包括钙通道阻断剂、他汀类药物（statins）、抗糖尿病药物、HIV蛋白酶抑制剂和抗肿瘤药物等[28]。

4结束语

核受体克隆及其参与药物代谢酶的转录调控，是近年药物代谢领域的重要进展，特别是在新药研发领域利用核受体的分子生物学特性可以实现对化合物库的高通量筛选。从类固醇激素对CYP3A具有诱导作用的现象到近年此信号通路的阐明，从内源性激素信号转导通路到药物代谢酶系统，相信随着生命科学的发展，越来越多核受体及其执行的功能会得到阐明。但是，在不同的组织中，起作用的核受体可能会不同，核受体调节药物代谢酶是人体内存在的正常生理现象，但其真正的生理意义还未阐明。研究核受体对药物代谢酶基因转录的调节以及核受体之间的相互作用，有助于更好地了解药物代谢酶的药理作用和基因调控表达，促进其在药物代谢、药物-药物相互作用和人类疾病预防方面的应用。

参考文献

[1]张艳，秦琴，周度金，等. 核受体超家族及其辅调节子的研究进展[J]. 局解手术学杂志，2007, l6（1）：58-59.

[2]Waxman D J, Azaroff L. Phenobarbital induction of cytochrome P-450 gene expression[J]. Biochem J, 1992, 281:577-592.

[3]李小林，朱心强. 胆汁酸代谢相关核受体的研究进展[J]. 中国药理学与毒理学杂志，2007, 21（2）：152-156.

[4]Patterson L H, Murray G I. Tumour cytochrome P450 and drug activation[J]. Curr Pharm Des. 2002, 8(15):1335-1347.

[5]Murray G I. The role of cytochrome P450 in tumour development and progression and its potential in therapy[J]. J Pathol. 2000,192(4): 419-426.

[6]胡楠. 现代医学200词：核受体(Nuclear receptor) [J]. 日本医学介绍，2004，25（5）：239.

[7]Tenbaum S, Baniahmad A. Nucear receptor: structure, function and involvement in disease[J]. Int J Biochem Cell Biol, 1997, 29(12): 1325-1341.

[8]Aranda A, Pascual A. Nuclear hormone receptors and gene expression[J]. Physiol Rev, 2001, 81(3): 1269-1304.

[9]穆小民，刘以训. 核受体及其转录活化机制研究的新突破-辅活化子和辅阻遏子[J]. 生物化学与生物物理进展，1998，25（3）：222-226.

[10] 赵红斌，梁涛. 核受体辅助因子及其信号转导[J]. 国外医学・分子生物学分册，2001，23（1）：3-6.

[11] 张冬，刘广贤，宋三泰. 乳腺癌药物耐药与药物代谢酶的相关性[J]. 国际肿瘤学杂志，2006，33（2）：135-138.

[12] 徐峰，甄永苏，邵荣光. 肿瘤化疗与药物代谢酶[J]. 生理科学进展，2005，36（4）：295-298.

[13] 任华益. 肿瘤化疗与药物代谢酶遗传多态性的关系[J]. 中南药学，2004，2（1）：34-36.

[14] King C D, Riso G R, Green M D, et al. UDP-glucuronyl transferases[J]. Curr Drug Metab, 2000, 1: 143-161.

[15] Kast H R, Goodwin B, Tarr P T, et al. Regulation of multidrug resistance associated protein 2(ABCC2)by the nuclear receptors pregnane X receptor，farnesoid X-activated receptor，and constitutive androstane receptor[J]. J Bid Chem, 2002, 277(4): 2908-2915.

[16] Suzuki H, Sugiyama Y. Role of metabolic enzymes and efflux transporters in the absorption of drugs from the small intestine[J]. Eur J Pharm Sci, 2000, 12(1): 3-12.

[17] 张松波，周宏灏. 药物代谢性别差异及与核受体的关系[J]. 中国药理学通报，2007，23（3）：292-294.

[18] Paquet Y, Trottier E, Beaudet M J, et al. Mutational analysis of the CYP2B2 phenobarbital response unit and inhibitory effect of the constitutive androstane receptor on phenobarbital responsiveness[J]. J Biol Chem, 2000, 275(49):38427-38436.

[19] Zelko I , Negishi M. Phenobarbital-elicited activation of nuclear receptor CAR in induction of cytochrome P450 genes[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2000, 277(1):1-6.

[20] Honkakoski P, Negishi M. Regulatory DNA elements of phenobarbital-responsive cytochrome P450 CYP2B genes[J]. J Biochem Mol Toxicol, 1998,12(1): 3-9.

[21] Baes M, Gulick T, Choi H S, et al. A new orphan member of the nuclear hormone receptor superfamily that interacts with a subset of retinoic acid response elements[J]. Mol Cell Biol, 1994,14(3):1544-1552.

[22] Choi H S, Chung M, Tzameli I, et al .Differential transactivation by two isoforms of the orphan nuclear hormone receptor CAR[J]. J Biol Chem, 1997, 272(38): 23565-23571.

[23] Yoshinari K, Sueyoshi T, Moore R, et al. Nuclear receptor CAR as a regulatory factor for the sexually dimorphic induction of CYP2B1 gene by phenobarbital in rat livers[J]. Mol Pharmacol, 2001, 59(2): 278-284.

[24] Muangmoonchai R, Smirlis D, Wong S C, et al. Xenobiotic induction of cytochrome P450 2B1 (CYP2B1) is mediated by the orphan nuclear receptor constitutive androstane receptor (CAR) and requires steroid co-activator 1 (SRC-1) and the transcription factor Sp1[J]. Biochem J, 2001, 355: 71-78.

[25] Xiong H, Yoshinari K, Brouwer K L, et al. Role of constitutive androstane receptor in the in vivo induction of Mrp3 and CYP2B1/2 by phenobarbital[J]. Drug Metab Dispos, 2002, 30(8): 918-923.

[26] Raucy J L. Regulation of CYP3A4 expression in human hepatocytes by pharmaceuticals and natural products[J]. Drug Metab Dispos, 2003, 31(5): 533-539.

[27] Sueyoshi T, Kawamoto T, Zelko I, et al. The repressed nuclear receptor CAR responds to phenobarbital in activating the human CYP2B6 gene[J]. J Biol Chem, 1999, 274(10): 6043-6046.

[28] Handschini C, Meyer U A. Induction of drug metabolism: the role of nuclear receptors[J]. Pharmacol Rev, 2003, 55 (4): 649-673.

[29] Zelko I, Negishi M. Phenobarbital-elicited activation of nuclear receptor CAR in induction of cytochrome P450 genes[J]. Biochem Biophys Res Commun.2000,277(1):1-6.

[30] Min G, Kemper J K, Kemper B.Glucocorticoid receptor-interacting protein1 mediates ligand-independent nuclear translocation and activation of constitutive androstane receptor in vivo[J]. J Biol Chem, 2002, 277: 26356-26363.

[31] Moore L B, Parks D J, Jones S A, et al. Orphan nuclear receptors constitutive androstane receptor and pregnane X receptor share xenobiotic and steroid ligands[J]. J Biol Chem, 2000, 275(20): 15122-15127.

[32] Maglich J M, Stoltz C M, Goodwin B,et al.Nuclear pregnane X receptor and constitutive androstane receptor regulate overlapping but distinct sets of genes involved in xenobiotic detoxification[J]. Mol Pharmacol, 2002, 62(3):638-646.

[33] Xie W, Evans R M. Pharmaceutical use of mouse models humanized for the xenobiotic receptor[J]. Drug Discov Today, 2002, 7(9):509-515.

[34] Zhang J, Huang W, Chua S S, et al. Modulation of acetaminophen-induced hepatotoxicity by the xenobiotic receptor CAR[J]. Science, 2002,298(5592):422-424.

[35] Kliewer S A, Moore J T, Wade L, et al. An orphan nuclear receptor activated by pregnanes defines a novel steroid signaling pathway[J]. Cell, 1998, 92(1): 73-82.

[36] Jones S A, Moore L B, Shenk J L, et al. The pregnane X receptor: a promiscuous xenobiotic receptor that has diverged during evolution[J]. Mol Endocrinol, 2000,14(1): 27-39.

[37] Sueyoshi T, Negishi M. Phenobarbital response elements of cytochrome p450 genes and nuclear receptors[J]. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 2001, 41:123-143.

[38] Zhou S, Gao Y, Jiang W,et al. Interactions of herbs with cytochrome P450[J]. Drug Metab Rev, 2003, 35(1): 35-98.

[39] Xie W, Barwick J L, Downes M, et al. Humanized xenobiotic response in mice expressing nuclear receptor SXR[J]. Nature, 2000, 406(6794): 435-439.