調控藥物代謝酵素之訊息傳遞路徑

近年來有許多研究指出，大部分的 CYP 基因表現可透過 ligand-activated nuclear receptors (NRs)或轉錄因子(transcription factors)加以調節。目前已知有 49 種 NR subfamily，但仍有許多 NRs 的 ligand 仍不清楚，因此稱為 orphan receptors，或可能 不存在的稱為 true orphans。核接受器的 ligand 在自然情況下通常為小的且是親脂性 的分子，待其以擴散(diffuse)方式進入細胞。

目前較廣泛被研究的三種 orphan 核接受器次家族為 Constitutive androstane receptor (CAR，NR1I3)、Pregnane X receptor (PXR，又稱 NR1I2)與 peroxisome proliferative activating receptors (PPARs，有α、δ 與 γ 三種形式)，分別調節肝臟中的 CYP2、CYP3 與 CYP4 家族基因的轉錄作用，一般實驗中常見的典型誘發劑(inducer) 分別是 phenobarbital (CAR)、pregnenolone 16α-carbonitrile 和 rifampicin(PXR)與 clofibric acid (PPAR) (Waxman, 1999)。此外，AhR 相較於 PXR 與 CAR，更具基因多 型性(genetic polymorphism)。其他參與 CYP 基因調控的核接受器，還有調控 CYP7 的 liver X receptor (LXR)、調控膽酸生合成的 farnesoid X receptor (FXR)。這些接受 器結合到 DNA 上前，還須先與另一核蛋白質結合為異質二聚體(hetrodimer)，比如

AhR 與 ARNT、PXR 和 CAR 分別與 retinoid X receptor (RXR)，才能調控藥物代謝 酵素基因的轉錄。刺激上述之核接受活化的內生性 ligands 以及各自的 DNA response element 如表六所示，此外，外來物質或內生性物質對核接受器與 CYP450s 之間的 交互影響路徑如圖十二所示。

表五、調節 CYPs 的核接受器(Waxman, 1999)

P450 誘導物 影響大鼠肝臟的 CYPs 核接受器

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) 1A1、1A2、1B1 AhR^a

Phenobarbital 2B1、2B2 CAR

Dexamethasone 3A1、3A2、3A23 PXR

Fibrate drugs 4A1、4A2、4A3 PPARα

Cholesterol 7A1 LXRα

Bile acid 7A1 FXR

aBasic helix-loop-helix protein belonging to the Per-Arnt-Sim family of transcription factors.

表六、核接受器：內生性 ligands 與 DNA response element (Waxman, 1999) Nuclear

receptor Endogenous ligands AGGTCA-based

DNA response element CAR Androstanol, androstenol DR4 (direct repeat4 bp)

PXR Pregnenolone, corticosterone DR3, ER6 (everted repeat 6 bp) PPARα Linoleic acid, arachidonic acid DR1

圖十二、外來物質或內生性物質對核接受器與 CYP450s 之間的交互影響 (Waxman, 1999)

1. Aryl hydrocarbon receptor (AhR)

AhR 為 basic helix-loop-helix (bHLH) 蛋白質，屬於 Per-Arnt-Sim 家族的轉錄因 子(transcription factor)，除了負責誘發人類 CYP1A1、1A2 以及 1B1 的轉錄作用外 (Quattrochi et al., 1994; Tang et al., 1996; Whitlock, 1999)，也會誘發許多其他的基 因，例如 phase II 的藥物代謝酵素，比如：NQO-1、GST 與 UGT 等， (Schmidt and Bradfield, 1996)。當 AhR ligand 未與受質(ligand)結合稱之為 unligand AhR，可與 chaperon 蛋白，如 HSP90 (heat shock protein 90)等形成雙體(dimer)，這些蛋白可穩定 AhR 並做出正確的摺疊(folding)，因此留在細胞質中(Gu et al., 2000)，一旦 AhR 與 其受質結合後，將與 chaperon 蛋白解離，並轉位進入細胞核中，再與 ARNT (AhR nuclear translocator)形成 heterodimer (Hoffman et al., 1991)，隨後與目標基因調控區 (promoter)上的 XRE /DRE (xenobiotic response element/didoxin response element)上 (圖十三 A)，因此活化 CYP 基因進行轉錄作用(Hankinson, 1994)。

2. PXR

PXR 為 orphan receptors，負責調節 CYP3A4、3A7 與 2C9 等，但其中以 CYP3A4 為最重要的目標基因，主要表現在肝臟、小腸與結腸中(Bertilsson et al., 1998)。PXR 的 ligand 具有多樣性的，其中包括親和性較低的內生性物質與化學物質，例如：固 醇類荷爾蒙和固醇類代謝物等以及食物來源的成份(coumestrol (香豆素)和類胡蘿蔔 素等) (Pichard-Garcia L, 2000)；此外，PXR 也已知可被一些藥物所活化，例如 rifampicin、phenobarbital、RU486 等(Moore et al., 2000)。當活化的 PXR 和 RXR (retinoid X receptor)形成 heterodimer 後，將接合在 PXRRE (PXR response element) 上，因而上調 CYP 基因進行轉錄作用(Waxman, 1999)，其路徑如圖十三(B)所示。至 於 CAR 主要以 CYP2B 為目標基因，當 CAR 與 ligand 結合後，活化的 CAR 會與 RXR 形成 heterodimer，隨之與 CARRE (CAR response element )結合(圖十三 C)。

除了 phase I 的 CYPs 調控外，Phase II 解毒酵素基因轉錄作用的調控機制也廣 受研究，後來更發現 phase II 結合酵素與 phasr III 膜轉運蛋白在活化轉錄因子間有 著共同調節的關係(Yang et al., 2010)。綜合許多研究證實，植物化學物質可透過 phosphoinostide 3-kinase (PI3K)、protein kinase C (PKC)以及 mitogen-activated protein kinases (MAPK)等訊號路徑誘發 phase II 結合酵素與 phase III 轉運蛋白表現(Yang et al., 2010)，這些訊號進一步活化下游轉錄因子後，將上調 phase II 結合酵素與 phase III 轉運蛋白基因表現，參與的轉錄因子中較為孰知的有 NF-E2-related factor 2 (Nrf2)、CCAAT-enhancer binding protein-β (C/EBPβ)、hepatic nuclear factor 1 (HNF1)、

peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs)以及 nuclear receptors (比如 PXR、

FXR)等(Yang et al., 2010)，其路徑圖如圖十四所示。

圖十三、轉錄因子與核接受器調節 CYP 之路徑 Modified from (Hukkanen, 2000) (A)

(B)

(C)

圖十四、參與 phase II 結合酵素與 phase III 轉運蛋白基因轉錄之訊號路徑 (Yang et al., 2010)