当前位置: 首页 > 期刊 > 《同济大学学报(医学版)》 > 2000年第2期
编号:10497342
催化褪黑素生物转化的细胞色素氧化酶P450异构酶的确定及其动力学研究
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 2000年第2期
     作者:王西明 C Hiemke S Haertter

    单位:王西明(同济医科大学基础医学院生物化学教研室,武汉 430030);C Hiemke S Haertter(美因兹大学医学院精神病院神经化学实验室,德国Mainz 55101)

    关键词:褪黑素;细胞色素氧化酶P450异构酶;酶动力学

    同济医科大学学报000204 摘要:采用人肝微粒体温育实验,根据CYP450 1A2特异 性抑制法及HPLC机电化学分析仪检测结果,发现:① 催化MT在肝脏羟化和去甲基反应的CYP 450异构酶确证是CYP450 1A2。② CYP450 1A2催化MT 6位羟化反应的Km是(4.48±1.49) μmol/L(±s),Vmax是(13.83±2.52) pmol/(mg protein.min)(±s)。③催化MT 5位上O-去甲基主要是CYP450 1A2,还有2C19参与,其Km值分别为0.030 μmol/L和8.796 μmol/L,Vmax分别是0.338 pmol/( mg protein.min)和3.167 pmol/(mg protein.min)。
, 百拇医药
    中图法分类号:Q544.6, Q558

    Determination and Kinetics of CYP450 Iso enzyme Catalyzing Melatonin Biotransformation

    Wang Ximing

    (Department of Biochemistry, School of Basic Medical Sciences, Tongji Medica l University, Wuhan 430003)

    C Hiemke S Haertter

    (Psyschatrische clinic of University of Mainz Germany Mainz 55101)
, 百拇医药
    Abstract:On the basis of in vitro experiment of human-liver microsome incubat ion with melatonin (MT), two main degrade metabolites of melatonin (MT), 6-hy droxymelatonin (6-HMT) and N-acetylserotonin (N-A5HT) were analyzed by using high performance liquid chromatography (HPLC) combined with electrochemical dete ction (ED). It was found: (1) The CYP450 isoenzyme catalyzing MT biotransformati on in liver was approved to be CYP450 1A2. (2) The Km of CYP P50 1A2 responsible for the catalyzation of 6-hydroxylation of MT was 4.48±1.49 μmol/L, Vmax was 13.83±2.52 pmol/(mg protein.min). (3) Both CYP450 1A2 and 2C19, mainly CYP450 1A2, catalyzed the 5-O-desmethyl of MT with the Km being 0.030 μmol/L and 8.7 96 μmol/L, and Vmax being 0.338 pmol/(mg.min) and 3.167 pmol/(mg.min), respecti vely.
, 百拇医药
    Key words:melatonin; CYP450 isoenzyme; enzyme kinetics

    褪黑素(Melatonin,MT)是由松果体合成分泌的神经内分泌激素,化学名称为N-乙酰-5 甲氧色胺(N-acetyl-5-metho-xytryptamine)。其合成分泌有夜间高、白天低的昼夜 节律性变化,在生理和病理过程中起有重要作用,故有“生物钟”之称[1]。如果 夜间合成分泌减少,则可促进脑的老化[2]。所以,近40年来许多学者对其进行了 多方面的研究,如抗衰老、抗肿癌、预防老年性痴呆等,并取得了许多成果。

    在正常生理情况下,MT是在肝内被细胞色素氧化酶P450(CYP450)催化在6位上羟化或5位上O -去甲基反应,分别生成6羟褪黑素(6-OH-Melatonin,6-HMT)和N-乙酰-5羟色胺(N -acetyl-serotonine或N-acetyl-5-OH-tryptamine,N-A5HT),然后再结合硫酸或 葡萄糖酸由肾脏随尿排出[3]。催化这一生物转化的关键酶是CYP450家族。
, 百拇医药
    现知CYP450有许多异构酶,而且大多是由不同的基因表达。在MT的生物转化过程中,究 竟是由哪一种CYP450异构酶特异性催化的问题,至今尚未明确[2]

    因此,本文设计以人肝微粒体进行体外温育实验,采用CYP450异构酶的特异性抑制法和 HPLC-电化学分析仪检测法,研究催化MT生物转化的CYP450异构型及其酶促动力学。

    1 材料与方法

    1.1 材料

    褪黑素,6羟褪黑素,N-乙酰5羟色胺购自sigma公司(美国),Faraphylline购自Novartis Basel;EDTA购自Sigma公司;NADPH购自GmbH(德国);“pool”含CYP450 6人肝混合微 粒体(0.302 nmol/mg protein)购自德国血库行;CYP450 2C19和3A4血浆购自德国血库 行。人的肝脏由美因兹大学医学院药理与毒理教研室提供。
, 百拇医药
    1.2 仪器

    高效液相色谱仪(HPLC)为组装:泵是Bischoff的,柱子是Hypersil ODS 3 μm,125×3 mm(德国美因兹);移动相流速0.6 ml/min,层析积分器是Hitachi型号D-2000(日本 );自动进样器是Gilson Abimed型号231(德国);电化学分析仪是esa coulochem,鉴 别器型号5100A(日本),检波器电压为+0.4 V。

    1.3 人肝微粒体的制备

    按Haertter.S(1995)Psychopharmacology117:149-153方法制备[4],制备的 微粒体悬液蛋白质含量测定按Bradford M M(1976)Anal Biochem 72:248-254方法 测定[5],实验所用人肝微粒体蛋白质的含量为14 mg/ml,-80℃冰箱中保存备用 。
, http://www.100md.com
    1.4 实验方法

    MT及其代谢产物的测定是根据Raynaul等(1993)[6]的方法进行部分改动,用HPLC 分离和电化学分析仪进行测定。MT加入5 mmol/L的NADP pH≈7.4的磷酸缓冲液后,在37 ℃水浴中预温热2 min,即加入人肝微粒体悬液(蛋白质含量为0.5 mg/每个样品),温育 30 min。加上100%的乙酸乙酯终止反应。混合摇匀后,以1300 r/min 离心5 min,样品分 成二 相,立即放入干冰浴中冷却,约5 min,待下层凝固后,取上层有机相到玻璃管中,在室温 (约22℃)离心(负压下)抽干,再用分析用磷酸缓冲液溶解提取物,用HPLC进行分离和电 化学分析仪测定。以标准曲线进行计算转化产物含量测定。

    1.5 HPLC-电化学分析检测法

    提取物0.2 ml加到测定小杯中,和标准一起,由自动加样按给予程序每个样品注入100 μl 给已调试好条件的HPLC和电化学检测仪,记录仪自动打印出MT及其转化分解产物的峰面积, 以峰面积和标准进行计算。标准同1.4处理,但不加肝微粒体和温育30 min。按上述实验条件MT和其主要分解转化产物6HMT和N-A5HT分离测定稳定:6HMT出现在2~3 mi n(RT2~3 min),N-A-5HT出现4~6 min(RT4~6 min),MT出现在25~28 min(RT25~ 28 min),其分离信号敏感性符合测定的生理要求,N-A-5HT信号敏感高于6HMT,其测定 范围在0.1~30 ng/ml,6HMT的测定范围2~100 ng/ml,且回收率大于80%,其标准曲线 的误差变化系数在20%左右,可以以标准曲线进行计算。
, 百拇医药
    2 结果

    2.1 确定催化MT转化分解的酶是CYP4501A2

    按上述实验方法及测定方法,我们用MT和制备的人肝微粒体加上NADPH在37℃水浴中温育, 得到了MT的转化分解产物6HMT和N-A-5HT(图1b)和标准一致。为进一步证实其可靠性, 我们又用“pool”(含CYP450的血浆)代替制备的人肝微粒体进行实验。获得同样结果,证 实MT的分解转化是由CYP450催化。furaphylline(呋拉茶碱)是CYP4501A2的特异抑制剂 [7]。我们在上述温育实验中加入20 μmol/L的furaphylline ,无论底物MT是1 μmol/ L还是10 μmol/L,都无6HMT产生,仅产生极微量N-A-5HT(图1)。这说明furaphyllin e抑制MT的生 物转化,也是通过抑制了肝CYP4501A2活性实现的;反过来证明了催化MT在6位上的羟化和 5位上的O-去甲基作用均是由CYP4501A2催化的。
, 百拇医药
    图1 Furaphylline对MT生物转化的抑制(抑制6HMT和N-A5HT的生成)

    2.2 MT生物转化酶(CYP4501A2和2C19)的动力学

    以不同浓度MT(0.5~10 μmol/L),以上述同样的温育实验,测定人肝微粒体CYP4501A2 酶促反应速度(V),然后进行酶促动力学分析:①将催化生成6HMT的反应速度进行Eadie- Hofstee法作图(图2a),呈单斜直线图形,说明在催化MT6位羟化反应中,只有CYP4501A2 一种酶参与。并计算得出催化MT羟化反应的Km和Vmax分别为(4.48±1.49) μmol /L(±s)和(13.83±2.52) pmol/(mg.min) (±s)(n =6)。②将催化生成N-A-5HT的反应速度同样进行Eadie-Hofstee法作图(图2b),却 呈曲线图形。说明在催化MT的5位上O-去甲基反应不是仅一种CYP450异构酶参与。又进一步 采用免疫特异性的CYP450 2C19和3A4二种异构酶血浆进行实验。结果表明这二种异构酶均不 参与MT的羟化反应,更进一步确证CYP4501A2是催化MT羟化反应的唯一参与者。但在MT的O- 去甲基反应中CYP4502C19约有10%~20%的催化反应,而CYP4503A4仅在高浓度10 μmol/L( MT)时,才有约2%的催化作用。根据文献[8,9]作图解析计算,在催化MT去甲基 反应中,CYP4501A2和CYP4502C19的Km分别为0.03 μmol/L和8.80 μmol/L;Vmax 分别为0.34 pmol/(mg.min)和3.17 pmol/(mg.min),亦说明CYP4502C19对MT的O- 去甲基催化作用是较弱的。
, http://www.100md.com
    图2 Eadie Hofstee法作图:底物v/s对v作图

    3 讨论

    关于MT的合成,已早被阐明是5-羟色胺(5-HT)在松果体内连续被N-乙酰基转移酶(N- AT)和羟基-O-甲基转移酶(H-O-MT)催化合成[10]。但MT的生物转化(降解 )是在肝脏,主要有两种方式。如前所述形成6HMT和N-A-5HT,分别占总产物70 %~80 % 和10 %~15 %,其余尚有1%以MT从尿中排出,还有少量可能会脱乙酰基和脱氨后形成5甲氧 基吲哚乙酸(5MTAA)占2%~4%[10]。这些芳香类代谢物均大部分与硫酸结合或 小部分与葡萄糖醛酸结合经肾随尿排出。本文通过体外MT和人肝微粒体温育实验,测得MT代谢物6HMT和N-A-5HT的比例和文献报导 一致。

    本文是以人肝提取的微粒体进行温育实验,微粒体所含有的细胞色素氧化酶丰富,种类很多 ,参与许多物质的生物转化和激素的降解与灭活,本实验证实了褪黑素(MT)的降解主要是 由CYP4501A2所催化的6位的羟化O-去甲基作用,其次还有CYP4502C19和3A4参与O-去甲基 作用,对催化MT生物转化的细胞色素氧化酶异构酶种类进行了确定。但是我们知道还有其他 激素的降解也是通过CYP4501A2催化的,例如,雌激素[11]和某些药物[12] 。所以在临床上使用褪黑素进行药物治疗时,是否会影响其他激素的降解,以及使用某些 抑制CYP4501A2的药物时,会否影响褪黑素或其他激素的生物转化等问题。这是今后需要考 虑和研究的课题,特别是对于肝脏功能受损的患者。
, 百拇医药
    王西明,女,1944年生,教授

    参考文献

    1,Pang S F, Tsang C W, Hong G X et al. Fluctuation of blood melato n in concentrations with age:result of changes in pineal melatonin secretion, body growth, and aging. J Pineal Res, 1990, 8: 179

    2,Reppert S M, Weaver D R. Melatonin madness. Cell, 1995, 83: 1059

    3,Young I M, Leone R M, Francis et al. Melatonin is metabolized to N-acetyl-serotonin and 6-hydroxymelatonin in man. J Clin Endocrinol Metab, 1985, 60: 114
, http://www.100md.com
    4,Hǎrtter S, Arand M, Oesch F et al. Non-competitive inhibit ion of clomipramine N-demethylation by fluvoxamine. Psychophar Macology, 1995, 117:149.

    5,Bredford M M. Rapid and sensitive method of the quantification of m icrogram quantities of protein utilising the principal of protein-dye binding. Anal Biochem. 1976,72:248.

    6,Raynaud F, Mauviard F, Geoffriau M et al. Plasma 6-hydroxymelat on in, 6-sulfatoxymelatonin and melatonin kinetics after melatonin administration to rats. Biol Signals, 1993, 2: 259
, 百拇医药
    7,Sesardic D, Boobis A R, Murray B P et al. Furaphylline is a pote nt selective inhibitor of cytochrome p4501A2 in man. Br J Clin Phormacol, 1990, 29:6 51

    8,Rosenthal H E. A graphic method for the deternimation and presentati on of binding parameters in a complex system. Anal Biochem, 1967, 20: 525

    9,Norby J G, Ottolenghi P, Jensen J. Scatchard plot:common misti nterpretation of binding experiments. Anal Biochem, 1980, 102: 318
, http://www.100md.com
    10,Brzezinski A. Melatonin in humans. N Engl J Med, 1997, 336: 186

    11,Shou M, Korzekwa K R, Brooks E N et al. Role of human hepatic cytochrome P4501A2 and 3A4 in the metabolic activation of estrone. Carci nogenesis, 1997, 18: 207

    12,Brosen K.Drug-metabolizing enzymes and therapeutic drug monitoring in psychiatry. Drug Monit, 1996, 18:393.

    (收稿:1999-11-01), 百拇医药