综述：人类细胞色素P450 27A1：多种反应机制、应用领域及其在药物靶向中的潜力

《Drug Metabolism and Disposition》：Human Cytochrome P450 27A1 - a variety of reactions, applications, and potentials for drug targeting

　　迈克尔·J·雷迪什 | 约翰娜·E·帕帕 | 艾米·布朗
美国北卡罗来纳州布恩市阿巴拉契亚州立大学化学与发酵科学系

**摘要**
人类细胞色素P450 27A1酶通常被描述为一种肝脏酶，它启动胆汁酸合成的替代（酸性）途径。虽然这一作用确实非常重要，但研究表明它在正常生理和疾病病理中扮演着更广泛的角色。这篇简短综述旨在为研究P450 27A1在人类健康中的多种作用提供有用的参考，并帮助研究人员获取相关方法。文章讨论了该酶在正常状态和疾病状态下的分布、表达和调控机制，并附上了稳态动力学实验的目录。同时，还介绍了重组表达、抑制以及研究氧化还原伙伴相互作用的方法。文章通过乳腺癌和神经退行性疾病的两个关键实例，探讨了P450 27A1研究的可能应用，并展示了该酶作用的复杂性。最后，提出了一些需要澄清的关键领域，希望激励研究人员在这一重要领域开展更多工作。

**引言**
人类细胞色素P450（P450）27A1（EC 1.14.15.15）是一种氧化还原酶，主要以甾醇或类甾醇分子为底物。其最广为人知的生理作用是参与胆汁酸的合成。P450 27A1还参与细胞信号传导甾醇、胆固醇和甾烷醇的代谢。这些反应的产物在生理上很重要，但过量时可能有害，在某些疾病状态下其水平会发生变化。在某些情况下（如神经退行性疾病），抑制P450 27A1的活性可能是有益的；而在其他情况下（如慢性阻塞性肺疾病），增加P450 27A1的活性似乎能带来更好的临床效果。这篇简短综述将回顾有关该酶分布和调控的文献，比较已知的P450 27A1催化的反应，讨论这些反应的生理意义，并指出改变酶活性的潜在治疗机会。本文的目的是鼓励对P450 27A1的研究，以填补关键知识空白并促进其临床应用。

**历史背景**
关于甾醇25-羟化酶和26-羟化酶的最早报道可追溯到20世纪50年代，当时从大鼠肝脏线粒体中分离出了羟基化甾醇。1,2 这种亚细胞定位曾存在争议，但最终得到了证实。3 早期文献将这种酶称为甾醇26-羟化酶、甾醇27-羟化酶和P450c27。目前的P450命名规范将其称为P450 27A1或CYP27A1。历史上，P450 27A1的主要生理作用与肝脏中胆汁酸合成的替代（酸性）途径相关（见图1）。4 现有证据表明，该酶的分布不仅限于肝脏，还存在于大多数人体组织中（见下文“P450 27A1的分布”部分）。随着新的临床数据集和组学技术的发展，人们对这种酶的已知反应范围有了更深入的了解，包括多种甾醇、类固醇和甾烷醇分子的烷基尾部的氧化反应。这些反应产物与疾病之间的关联也在不断被发现。关于酶结构和功能机制的持续研究将有助于阐明其调控和生理作用的复杂性。

**酶的分布和调控**
P450 27A1主要定位于线粒体中，因为其前体蛋白含有一个36个氨基酸的N端线粒体靶向序列。5,6 根据与其他线粒体P450酶（尤其是P450 11A1）的比较，认为它锚定在线粒体内膜并延伸至线粒体基质中。7, 8, 9 P450 27A1和P450 11A1的膜锚定区域包括F-G环及相邻的F和G螺旋部分。10 最早的报道来自大鼠肝脏样本，确立了该酶与肝脏组织的密切关联。1, 2, 3,5 随后对人类肝脏样本中的蛋白质进行表征，证实了其与维生素D的反应活性。11 人类肝细胞cDNA的转染实验也证实了其与胆汁酸中间体的反应活性。12 质谱测量确认了P450 27A1在人类肝脏样本中的存在。13,14 除了最初的肝脏研究外，还有证据表明该酶在哺乳动物组织中普遍表达。6 人类蛋白质图谱显示P450 27A1几乎存在于所有检测的组织中。RNA-seq显示，肝脏中的mRNA水平显著高于其他组织，大脑中的mRNA水平位居第二。15 相比之下，结合免疫组化染色分析的蛋白质表达评分显示各组织间的表达较为均衡。15,16 在这项分析中，肝脏和大脑的蛋白质表达评分被评定为“中等”；肾上腺、鼻咽部、支气管、肺、十二指肠、小肠、肾脏和精囊的评分较高。15,16 其他确认含有P450 27A1的组织还包括肌腱、17 主动脉和肺动脉、18 以及神经视网膜和视网膜色素上皮。19,20

**定量分析**
质谱技术已用于定量P450 27A1的水平，从而可以分析不同组织中的蛋白质含量。2010年的一项研究显示，人类颞叶和整个视网膜中的P450 27A1水平分别为0.110 ± 0.016 pmol/mg总蛋白和0.490 ± 0.071 pmol/mg总蛋白。20 同一研究小组的后续报告指出，人类样本中白质和灰质中的P450 27A1水平约为0.1 pmol/mg总蛋白。21 这些研究使用的样本数量较少（四个或更少），因此其准确性需谨慎考虑。另一项质谱报告指出，成人肝脏中的P450 27A1水平为1.95 ± 0.63 pmol/mg总蛋白。14 西部印迹分析在牛组织中也得出了类似结论，一项研究将肝脏组织中的P450 27A1含量定为5.3 pmol/mg总蛋白，而神经视网膜和视网膜色素上皮组织中的含量分别为0.24 pmol/mg和0.46 pmol/mg。22

**表达差异**
P450 27A1的表达水平可能因年龄、性别和疾病状态而异。一项研究比较了成年和胎儿肝脏中的mRNA水平，发现成年肝脏中的P450 27A1 mRNA表达量高于胎儿肝脏；然而，成年和胎儿肾脏之间的表达水平没有显著差异。23 同项研究还发现女性体内的P450 27A1 mRNA水平高于男性。此外，春季/夏季采集的样本中的P450 27A1 mRNA水平高于秋季/冬季样本。23 最近的一项研究也发现，成年肝脏中的P450 27A1水平高于胎儿肝脏，并且在夏季表达水平更高。24 另一项研究使用质谱技术量化了不同年龄供体肝细胞中的蛋白质水平，发现0-12天组与26天-1年组之间的蛋白质水平显著增加（增加了1.78倍，p值<0.05）。24 同时，26天-1年组与12-18岁组之间的蛋白质水平显著下降（下降了0.512倍，p值<0.05）。这些结果表明，出生后人类肝脏中P450 27A1的水平变化较小。该研究还允许对肝细胞中的P450蛋白水平进行相对比较。P450 27A1在所有年龄组中始终位于24种P450蛋白的中等三分位数范围内；然而，由于某些测量的误差较大，应谨慎解读这些数据排名。14

**基因变异**
截至撰写本文时，美国国家医学图书馆的ClinVar数据库中记录了1286种影响CYP27A1基因的变异。25,26 其中34种变异影响多个基因，其余1252种特异性影响CYP27A1。CYP27A1特异性变异的主要类型包括错义变异（464种）、同义变异（360种）、内含子变异（204种）和无义变异（59种）。尽管大多数CYP27A1特异性变异的遗传分类为良性或可能良性（512种），但大多数变异的遗传分类为意义不确定（519种）或致病性或可能致病性（221种）。25,26 这种不确定性表明需要进一步研究这些基因变异的临床影响。下文在讨论相关疾病时会提及具体的变异类型。

**物种间的保守性**
P450 27A1蛋白在主要哺乳动物模型中具有保守性。根据UniProt网站上的Clustal Omega工具比对结果，人类P450 27A1蛋白与兔蛋白的序列同源性为81.9%，与牛蛋白为78.5%，与猪蛋白为78.1%，与鼠蛋白为73.4%，与鼠蛋白为72.4%。27, 28, 29 用于此分析的UniProt主要访问编号分别为Q02318（人类）、P17177（兔）、A4FV92（牛）、I3LAB7（猪）、P17178（鼠）和Q9DBG1（鼠）。UniProt中提供了Sus scrofa和Bos taurus的多个P450 27A1序列，但没有标记为“已验证”，因此使用其他序列时同源性计算可能有所不同。30,31 仅有一个基因（Cyp27a1）被认定为与人类CYP27A1同源。30

**与疾病的相关性**
与人类P450 27A1最直接相关的疾病是脑腱黄瘤病（CTX）。这是一种罕见的常染色体隐性遗传病，由P450 27A1功能减退引起。P450 27A1活性降低会导致胆汁酸生成减少、胆固醇和胆甾醇积累，从而引发多种症状，如肌腱黄瘤、认知障碍、白内障、慢性腹泻和步态异常。32 已经鉴定出100多种导致CTX的突变，这些突变包括错义突变、缺失突变、插入突变和无义突变；它们改变P450 27A1的功能，但不一定影响其表达水平。32,33 CTX的症状与原发性侧索硬化症（PLS）相似，后者是一种影响上运动神经元的进行性神经退行性疾病。肌萎缩侧索硬化症（ALS）也与P450 27A1相关，但影响上下运动神经元。一项研究发现，CYP27A1基因的突变会增加患ALS的风险。34 在这项全基因组关联研究中，研究人员关注导致P450 27A1表达水平变化的基因变异。与CTX中的失能突变不同，ALS中的突变会增加P450 27A1的mRNA表达水平。34

**与其他疾病的关系**
P450 27A1表达水平的变化还与其他多种疾病相关。表1总结了多种疾病对P450 27A1表达水平的影响。表达水平变化与疾病发生之间的因果关系尚不明确，因为这可能受疾病类型、并发症和细胞类型的影响。例如，在阿尔茨海默病中，P450 27A1在白质少突胶质细胞中的水平升高，但在神经元中降低。35 肝细胞癌是疾病与表达水平之间复杂关系的另一个例子。丙型肝炎病毒相关的肝细胞癌中，P450 27A1水平随分化程度和静脉侵袭情况而变化：分化良好的肝细胞癌中P450 27A1水平升高。36,37 相反，在分化不良的样本中P450 27A1水平降低。36 在具有静脉侵袭的肝细胞癌中，P450 27A1水平低于无静脉侵袭的样本。36,38 了解这些疾病相关性有助于寻找治疗途径，并可能预测疾病类型和严重程度。P450 27A1的高表达水平与肾透明细胞癌、49 肝细胞癌、50 前列腺癌、47 肺腺癌和乳腺癌的较好预后相关。51 在卵巢癌中，P450 27A1的作用似乎随疾病阶段而变化：早期阶段（1期和2期）的表达水平较高，而晚期阶段（3期和4期）则相反。较低的表达水平也与无进展生存期相关。人类蛋白质图谱还指出，P450 27A1在肾乳头状细胞癌中是一个积极的预后标志物，在胶质母细胞瘤中则是一个消极的预后标志物。从所有这些关联中可以清楚地看出，P450 27A1及其反应产物在人类疾病中必须扮演复杂的角色。关于其与乳腺癌和神经退行性疾病之间的联系将在下文进一步讨论。上述不同生理状态下P450 27A1表达的变异性表明，该酶的调控是复杂且多方面的。已有多种核激素受体被证实直接参与P450 27A1的调控（表2）。在某些情况下，还发现了与核受体效应相关的其他途径。例如，雄激素受体和维生素D受体的效应是通过c-Jun N末端激酶（JNK）途径介导的。相比之下，疏水性胆汁酸激活的法尼索伊德X受体（FXR）并不直接与CYP27A1基因相互作用；然而，它通过多种途径间接抑制P450 27A1的表达。FXR可以刺激小异二聚体伴侣（SHP），后者可以与肝细胞核因子-4-α（HNF4α）相互作用以抑制P450 27A1的表达。同样，FXR可以刺激v-maf禽肌腱纤维肉瘤癌基因同源物G（MAFG），根据小鼠基因的研究，这也抑制P450 27A1的表达。FXR还可以诱导成纤维细胞生长因子15/19（FGF15/19）的表达，后者通过与成纤维细胞生长因子受体4（FGFR4）相互作用来通过p38激酶途径抑制P450 27A1的表达。受体与表达之间的关系更加复杂的是，其效应可能因细胞（组织）类型而异。在HepG2细胞和RWPE-1前列腺细胞中，P450 27A1的表达下调，而在LNCaP前列腺癌细胞中则上调。孕烷X受体（PXR）也被证明可以上调P450 27A1的表达，但仅限于肠细胞（Caco-2细胞），而不影响肝细胞（HepG2细胞或原代人肝细胞）或肾细胞（HEK293）。P450 27A1的表达似乎与肝X受体（LXR）无关；尽管P450的反应产物27-羟基胆固醇可以激活LXRα和LXRβ。除了核激素受体之外，至少有一种G蛋白偶联受体（GPCR）也被认为参与P450 27A1的调控。研究表明，屋尘螨提取物可以通过GPCR蛋白酶激活受体2（PAR2）上调P450 27A1的表达。除了这些受体之外，还有其他调控机制被报道。细胞因子转化生长因子β1（TGF-β1）被观察到可以增加培养的人类单核细胞来源的巨噬细胞中P450 27A1的mRNA转录水平和27-羟基胆固醇的水平。有趣的是，这项研究还测试了睾酮、雌激素、维生素D3和其他激素及转录因子的调控效应，但没有发现它们对P450 27A1活性有影响。这可能进一步支持P450 27A1的调控因细胞类型而异的观点。Charvet及其同事还报告称，通过异戊二烯醛加合物对P450 27A1进行翻译后修饰可以降低其活性。这是目前唯一报道的P450 27A1的翻译后修饰方式。非酒精性脂肪肝病患者的肝样本中CYP27A1基因的表观遗传DNA甲基化程度高于无此诊断的患者，这种增加的甲基化与P450 27A1表达减少有关。P450 27A1氧化多种甾醇，包括胆固醇、多种胆汁酸中间体、维生素D3及其衍生物。已经进行了大量工作来阐明这些反应的酶动力学参数，这些研究有助于比较酶的效率，并帮助研究人员理解各种反应的潜在生理重要性。不幸的是，不同研究中的反应条件各不相同，这使得一些比较变得复杂。本节在表3中汇总了P450 27A1反应动力学的研究，以便快速参考。主要反应的示意图见图2。P450 27A1在肝脏中的主要代谢作用是胆固醇和胆汁酸中间体的代谢。胆固醇可以通过两条主要途径转化为胆汁酸：一条由P450 7A1启动的主要途径，另一条由P450 27A1启动的替代（或酸性）途径。在主要途径中，P450 27A1催化5β-胆甾烷-3α,7α,12α-三醇转化为5β-胆甾烷-3α,7α,12α,27α-四醇，再进一步转化为3α,7α,12α-三羟基-5β-胆甾烷酸。这些中间体最终在途径后期转化为胆酸。在健康成人中，替代途径约占胆汁酸产生的10%，但在新生儿中，这条途径可能是主要的。P450 27A1催化替代途径的前两个步骤：胆固醇转化为27-羟基胆固醇，以及27-羟基胆固醇转化为3β-羟基-5-胆甾烯酸，这些最终由其他酶转化为胆诺去氧胆酸。在参与胆汁酸合成的甾醇中，5β-胆甾烷-3α,7α,12α-三醇似乎是P450 27A1的首选底物；然而，这是基于kcat值的比较得出的结论。由于动力学方法的差异，直接比较较为困难，而且人类P450 27A1的体外动力学研究也存在空白，增加了研究的难度。除了参与胆汁酸合成外，P450 27A1还可以催化维生素D3生物活化的第一步，即将维生素D3转化为25-羟基维生素D3。还有报道称P450 27A1可以催化25-羟基维生素D3转化为1α,25-二羟基维生素D3。然而，该酶在维生素D3代谢中的生理作用尚不清楚。这种争议源于两个观察结果：首先，研究表明肝微粒体P450 2R1是主要的羟化酶；Cheng等人的研究比较了P450 27A1和P450 2R1对维生素D3的羟化活性，发现P450 2R1的催化效率比P450 27A1高17倍。其次，P450 27A1的功能丧失会导致CTX（一种胆汁酸合成障碍），但P450 27A1敲除的小鼠模型并未表现出维生素D3代谢受损。这两个观察结果表明，P450 27A1的主要催化功能是胆固醇和胆汁酸中间体的代谢，其在维生素D3代谢中的作用可能体现了生物冗余性。P450 27A1的生理作用似乎不仅限于胆汁酸和维生素D3。Tuckey等人的研究表明，P450 27A1对lumisterol的羟化效率高于对维生素D3的羟化效率。Lumisterol3（L3）是通过长时间紫外线照射导致前维生素D3的光化学异构化产生的。P450 27A1的主要产物是25R/25S-27-羟基L3异构体和25-羟基L3。为了模拟天然膜环境，使用磷脂囊泡来溶解底物。据报道，L3和维生素D3的催化效率分别为202 min^-1（mol/mol磷脂）^-1和0.90 min^-1（mol/mol磷脂）^-1。为了比较CYP27A1对L3和胆汁酸中间体5β-胆甾烷-3α,7α,12α-三醇的偏好，进行了竞争实验，结果表明胆汁酸比L3与酶的结合更紧密。结构相似的lumisterol2（L2）是P450 27A1的更好底物，其总产物催化效率为192 min^-1（mol/mol磷脂），主要产物为27-羟基L2和24-羟基L2。这个kcat/Km值低于最初关于L3的研究结果；然而，L2的研究也测试了L3，直接比较显示L2的催化效率是L3的两倍多。研究人员先前报告称，P450 11A1衍生的羟基lumisterols具有抑制黑色素瘤细胞增殖的作用。P450 27A1的L2和L3产物在nM浓度下也能显著抑制黑色素瘤细胞的增殖。基于这些结果，作者提出L3是皮肤中P450 27A1的首选底物。前维生素D3衍生物tachysterol3也可以被P450 27A1羟基化，但这种羟基化的效率远低于胆固醇、维生素D3或L3。25-羟基产物在人类表皮和血清中被发现。25-羟基tachysterol3被证明可以与维生素D受体、芳基烃受体、肝X受体和过氧化物酶体增殖激活受体γ相互作用，这表明P450 27A1可以通过这些受体介导其他激活途径。总体而言，P450 27A1在人类代谢中扮演多种角色，但对其首选底物的理解仍存在困难。文献中关于P450 27A1动力学的比较因实验设计的多样性而具有挑战性。Tuckey等人和Tieu等人的工作也强调了这一点，他们在环糊精或磷脂囊泡中溶解底物会导致测试底物的Michaelis-Menten参数发生变化。此外，天然状态下，P450 27A1锚定在内膜上。Murtazina等人的研究表明，根据蛋白质样本中磷脂的种类和数量，Kd值会有所不同。因此，从酶学角度来看，利用相同的实验设置对P450 27A1及其已知底物进行全面的动力学研究将非常有趣。考虑到P450 27A1的功能丧失会导致CTX且不影响维生素D3代谢，胆汁酸合成似乎是该酶的主要代谢途径，但其在肝脏中的首选底物（胆固醇或某种胆汁酸中间体）仍不清楚。关于人类P450 27A1重组表达的最早报道之一是由Cali和Russell完成的；当时该酶被称为27-羟化酶。从人肝中分离cDNA时使用了Rabbit P450 27A1作为模板。分离出的蛋白质序列与兔子的序列有81%的相似性，特别是在残基428-462和338-366处，这两个区域分别对应血红素结合的半胱氨酸区和预测的Adx结合位点。蛋白质序列被插入pCMV质粒中，并在COS-M6细胞中表达P450 27A1，通过甾醇底物的转化确认了成功的蛋白质表达。早期关于P450 27A1在大肠杆菌中重组表达的报道来自Axén等人和Pikuleva等人的工作。两组都从David Russell博士那里获得了人类P450 27A1 DNA。Axén等人表达了一个缺少线粒体靶向序列和前十个氨基酸的截短P450 27A1构建体。Pikuleva等人通过沉默突变增强了P450 27A1序列5'端的AT丰富度，并将DNA序列连接到pTrc99a表达载体中。P450 27A1蛋白在三种不同的大肠杆菌菌株JM109、DH5α和TOPP3中进行了表达测试，这些菌株主要用于DNA分子克隆。在测试的菌株中，JM109和DH5α产生的P450水平相似，而XL1-Blue产生的P450水平大约是其他菌株的一半。Pikuleva等人在表达P450时添加了0.5 mM δ-氨基乙酰丙酸（δ-ALA）以促进天然血红素的生成。自最初报道P450 27A1重组蛋白表达以来，尽管长时间表达后表达和纯化的蛋白产量较低，但实验方案基本保持不变。受Saribas等人关于细胞色素P450 2B4表达工作的启发，我们的实验室最近证明改变P450 27A1的表达条件可以提高蛋白产量、缩短表达时间并减少聚集。P450 27A1 DNA被转移到pET细菌表达载体中，并在Miroux和Walker开发的BL21(DE3)细胞系中表达。测试了不同的添加剂浓度和表达时间，最终确定理想条件为4小时表达时间，并向细胞培养物中添加4 mM δ-氨基乙酰丙酸。这种优化提高了P450 27A1重组表达的可行性。除了大肠杆菌外，还开发了其他重组表达系统。Ehrhardt等人在大肠杆菌（Bacillus megaterium）中构建了一个P450 27A1表达系统，这种革兰氏阳性细菌在工业生物技术中应用广泛。该全细胞系统包括P450与腺苷醛缩酮还原酶（adrenodoxin reductase）的共表达。研究发现，P450 27A1的底物胆固醇、维生素D3和7-脱氢胆固醇在48小时内的转化率很高，范围大约在70%到100%之间。这项工作展示了使用P450 27A1作为生物催化剂生成对人类健康具有重要意义的代谢物的潜力。此外，还开发了哺乳动物细胞表达系统，其中一种系统利用腺病毒来增强HepG2细胞和中国仓鼠卵巢细胞中的表达。这些过表达系统使得能够研究P450 27A1代谢物在更具有临床相关性的细胞系中的影响。

P450 27A1的代谢产物27-羟基胆固醇与多种人类疾病有关。基于这些观察结果，有人提出将P450 27A1作为药物靶点。Mast（2015年）和Lam（2017年）的研究集中在使用市售药物来靶向P450 27A1。他们测试了150多种化合物，以探索P450 27A1作为治疗靶点的可能性。Mast等人通过研究符合基于模型预测的P450活性位点的FDA批准药物，为这一设想奠定了基础。在测试的药物中，比卡鲁胺（bicalutamide）、阿那曲唑（anastrozole）和法罗唑（fadrozole）表现出良好的P450 27A1抑制作用，其Ki值介于1到5 μM之间。在小鼠模型中，阿那曲唑也被证明可以抑制该酶。值得注意的是，阿那曲唑是一种用于治疗乳腺癌的芳香化酶（P450 19A1）抑制剂。阿那曲唑对P450 27A1的抑制作用可能与其对胆固醇代谢的间接影响有关。Lam在Mast的研究基础上扩展了药物库，发现了一类1,4-二氢吡啶类分子，这些分子既可作为抗高血压药物，也可作为P450 27A1的抑制剂。多项研究表明，这些化合物的Ki值低于1 μM。另有研究显示，小分子药物GW273297X是一种有效的P450 27A1抑制剂，能够在体外和体内小鼠模型中降低循环中的27-羟基胆固醇水平。

P450 27A1是人类线粒体P450酶之一，其他还包括P450 11A1、11B1、11B2、24A1、27B1和27C1。这些酶的一个共同特点是它们依赖于一个由两种蛋白质组成的铁氧还蛋白-铁氧还蛋白还原酶电子传递系统；在人类中，这两种蛋白质分别是腺苷醛缩酮还原酶（adrenodoxin）和腺苷醛缩酮还原酶（adrenodoxin reductase）。黄素蛋白腺苷醛缩酮还原酶从NADPH获取电子，每个[2Fe-2S]簇的腺苷醛缩酮还原酶分子转移一个电子，然后腺苷醛缩酮还原酶将其电子传递给P450酶（图3）。每个P450催化循环需要两次电子转移。这种铁氧还蛋白-铁氧还蛋白还原酶系统将人类线粒体P450酶归类为I类P450酶，这与细菌P450酶类似，但不同于其他50种微粒体P450酶（后者依赖于单黄素蛋白细胞色素P450还原酶进行电子传递）。在两种电子传递系统中，第二个电子转移步骤通常是限速步骤。因此，调节P450与其电子传递伙伴的相互作用可以控制P450的活性。

腺苷醛缩酮还原酶在线粒体P450合成中的主要作用是电子传递；然而，越来越多的证据表明，I类P450系统中的铁氧还蛋白可能还具有其他功能。细菌中的同源物P450cam（P450 101A）是研究最充分的例子。多项研究表明，P450cam的铁氧还蛋白可以诱导P450酶的构象变化，影响P450的NADH耦合效率，并改变活性氧化合物在P450上的稳定性。对于人类线粒体P450酶，研究发现腺苷醛缩酮还原酶浓度可以提高底物与P450 11B1和11B2的结合亲和力（降低Kd值），但对P450 11A1、24A1、27A1、27C1则没有这种效果。增加腺苷醛缩酮还原酶浓度可以提高P450 11B1和11B2的催化效率（kcat/Km），但对P450 27A1的影响主要是通过增加Km值而非Kd值实现的。这表明腺苷醛缩酮还原酶的功能作用可能因P450种类而异。

腺苷醛缩酮还原酶与人类线粒体P450酶之间的相互作用具有保守性，通常腺苷醛缩酮还原酶结合在P450靠近底物结合位点的位置，并通过静电相互作用使两种蛋白质聚集在一起。尽管存在这种广泛的连续性，但不同P450酶之间的结合强度（Kd值）存在差异。具体到P450 27A1，与P450 11A1相比，其结合能力更强，这可能是由于P450 27A1中的精氨酸残基（R418）引起的额外静电相互作用。使用化学交联剂的研究进一步表明，不同P450酶中腺苷醛缩酮还原酶的结合位点存在差异。这些研究表明，P450和腺苷醛缩酮还原酶之间的相互作用残基可能因P450种类而异，且腺苷醛缩酮还原酶对P450构象灵活性的影响也有所不同。此外，分析P450 24A1和27A1中的蛋白质内交联发现，底物和腺苷醛缩酮还原酶同时存在时，蛋白质内交联数量增加，可能表明构象灵活性降低；而在P450 27A1中，底物或腺苷醛缩酮还原酶单独存在时，蛋白质内交联数量减少，可能表明构象灵活性增强或减弱。表面等离子共振和核磁共振技术还显示，腺苷醛缩酮还原酶与P450 11A1、11B1和11B2的相互作用会因底物不同而变化。这些研究表明，P450-腺苷醛缩酮还原酶相互作用具有动态性，且因P450种类而异。

进一步支持通过腺苷醛缩酮还原酶调节P450 27A1功能的研究包括对天然存在的P450 27A1和腺苷醛缩酮还原酶变异体的研究。一些导致CTX的P450 27A1突变是错义突变，这些突变可能影响其与腺苷醛缩酮还原酶的结合能力。尝试重组表达这些突变体时，部分突变体表现出稳定性问题。多组学研究表明，腺苷醛缩酮还原酶变异体会影响P450 27A1的功能。两个单核苷酸多态性（SNP）rs10488763和rs1443120与编码腺苷醛缩酮还原酶的FDX1基因的顺式调控元件相关。两项独立的多组学研究将rs10488763确定为冠状动脉疾病的风险因素。腺苷醛缩酮还原酶表达降低与3β-羟基-5-胆甾酸水平下降有关，而3β-羟基-5-胆甾酸是胆固醇和P450 27A1在胆汁酸生物合成途径中的产物，这与心血管疾病风险增加相关。由于P450 27A1是胆汁酸途径中唯一的线粒体相关P450酶，因此这种SNP效应可能是由P450 27A1活性驱动的。这些天然存在的变异体表明，修改P450-腺苷醛缩酮还原酶相互作用可以降低其活性，从而可能调节P450 27A1的活性。

理解胆固醇和P450 27A1代谢产物27-羟基胆固醇在乳腺癌生理中的作用是一个重要挑战。由于存在许多重叠的风险因素（如体重、饮食等），评估胆固醇与乳腺癌之间的关联尤为复杂，本文不讨论这些复杂动态的众多研究。总体而言，关于胆固醇在乳腺癌初始风险中的作用存在争议，但降低胆固醇似乎可以增加无复发生存率。关于27-羟基胆固醇的数据也令人困惑：它是一种选择性的雌激素受体调节剂，在细胞研究和雌激素受体阳性乳腺癌小鼠模型中促进肿瘤生长，但在临床数据中，27-羟基胆固醇水平与乳腺癌风险无关联或呈弱负相关。这些研究的局限性在于缺乏对非激素响应性癌症（雌激素受体阴性和孕激素受体阴性肿瘤）的充分代表。DeRouen等人的研究表明，27-羟基胆固醇水平与非激素响应性患者的乳腺癌风险呈弱负相关，这一关系的95%置信区间较大（比值比为0.43，95%置信区间为0.19至0.98）。由于非激素响应性患者数量较少（n=217，激素响应性患者n=1205），这一观察结果的显著性有限。需要进一步专门针对非激素响应性患者进行研究。此外，免疫组化分析显示，循环中的27-羟基胆固醇水平与P450 27A1在肿瘤组织中的表达无关，表明27-羟基胆固醇水平可能是系统测定的，而不仅仅是在肿瘤中测定的。

研究表明，27-羟基胆固醇水平可能与乳腺癌风险的关联因肿瘤的激素响应性而异，这意味着基于27-羟基胆固醇的治疗方案可能对非激素响应性肿瘤患者更有价值。 triple-negative乳腺癌患者（缺乏激素响应性受体和HER2受体）的生存率低于其他类型乳腺癌患者。 triple-negative乳腺癌在黑人女性中的发病率几乎是其他种族群体的两倍，导致黑人女性的五年生存率较低。因此，需要新的、针对 triple-negative乳腺癌的有效治疗方法来降低死亡率并缩小健康差距。Ayadi等人的研究表明，27-羟基胆固醇和P450 27A1可能在降低乳腺癌风险方面发挥作用。他们发现27-羟基胆固醇可以通过一系列转化转化为甾醇27-羟基雄烯酮，后者具有抗增殖作用，可抑制雌激素受体阳性MCF-7和 triple-negative MDA-231乳腺癌细胞的增殖。他们提出，高水平的P450 27A1可能通过促进27-羟基雄烯酮的产生而具有抗癌作用。进一步研究27-羟基雄烯酮在其他癌症类型中的作用将有助于验证这一观察结果的普遍性，这可能解释了P450 27A1高表达与生存率正相关的现象。需要对P450 27A1酶与肿瘤酮的体外动力学进行研究，以确定哪种途径更为主导：是先进行27-羟基化还是后进行27-羟基化。目前正在进行关于P450 27A1及其氧化甾醇代谢物27-羟基胆固醇在神经退行性疾病中的作用的研究。27-羟基胆固醇与24-羟基胆固醇的比例似乎是调节大脑胆固醇稳态的关键因素，而正常的胆固醇代谢紊乱已被认为与疾病病理有关。在健康状态下，P450 27A1在大脑中的水平较低，大部分27-羟基胆固醇每天从外周进入大脑约5毫克。在几种神经退行性疾病中发现了大脑和脑脊液中27-羟基胆固醇水平的升高；然而，这种氧化甾醇在疾病病理中的作用尚未完全明了。本文讨论了在病理条件下27-羟基胆固醇的作用机制，重点关注阿尔茨海默病（AD）。值得注意的是，神经退行性疾病研究领域中多篇重要论文的撤回进一步复杂化了人们对P450 27A1和27-羟基胆固醇在神经退行性疾病中作用的理解。淀粉样β（Aβ）斑块的积累是阿尔茨海默病的标志性特征，也是疾病病理的重要驱动因素。在疾病进展过程中，Aβ代谢受到干扰，导致淀粉样前体蛋白（APP）的处理路径发生改变，从而产生更多的Aβ40-42肽。此外，在病理条件下，大脑的Aβ运输系统似乎也发生了变化。Brown等人在2004年的一项研究发现，在表达人类APP的皮质神经元中，27-羟基胆固醇可以抑制Aβ的产生，但其效果不如24-羟基胆固醇。该研究还发现，这种氧化甾醇通过减少Aβ40-42的产生来改变APP的处理过程，并促进Aβ的运输和降解。与此相反，Zhang等人在2018年的研究发现，在APP转基因小鼠中，27-羟基胆固醇会促进Aβ的产生并导致大脑中淀粉样斑块的增加。他们的分析显示，促进淀粉样生成途径的蛋白质的mRNA和蛋白质表达增加，同时参与Aβ运输和降解的关键蛋白质水平也发生了变化。27-羟基胆固醇还可能通过增加神经炎症来驱动阿尔茨海默病的发展。Yu等人最近的研究表明，27-羟基胆固醇可以触发小鼠大脑中的小胶质细胞衰老和神经元死亡。小胶质细胞是中枢神经系统的主要免疫细胞，在老化或衰老状态下会表现出激活的表型，产生更多的促炎和神经毒性介质。27-羟基胆固醇会增加M1（促炎）小胶质细胞的数量，同时减少M2（抗炎）小胶质细胞的数量。这些结果与Spanos等人的研究一致，后者显示在用27-羟基胆固醇处理的小鼠中出现了神经炎症介导的认知衰退、细胞衰老和神经元丢失。除了小胶质细胞的激活外，27-羟基胆固醇似乎还影响星形胶质细胞的突触功能障碍。Spanos等人发现，过表达P450 27A1的转基因小鼠（Cyp27Tg小鼠）在海马区和皮质区的星形胶质细胞中谷氨酸转运蛋白减少。来自小鼠胚胎的原代细胞的3D共培养也显示，与对照组相比，1 μM的27-羟基胆固醇处理后星形胶质细胞的形态发生了明显改变。Merino-Serrais等人还研究了27-羟基胆固醇对神经元的影响，发现高水平的27-羟基胆固醇会降低海马区锥体神经元的棘突密度。Loera-Valencia等人进一步研究表明，虽然神经元的突触功能障碍和形态发生了变化，但在CYP27Tg小鼠中神经元中的谷氨酸转运蛋白水平没有显著变化。因此，高水平的27-羟基胆固醇可能会改变突触功能，但其直接影响因细胞类型和大脑区域而异。Loera-Valencia等人的另一项研究关注27-羟基胆固醇通过海马区的S100A8警报素级联反应和RAGE受体的上调来诱导无菌性炎症的作用。S100A8在阿尔茨海默病患者的大脑中增加，并且是RAGE受体的配体。S100A8的积累和慢性RAGE刺激分别与Aβ斑块的形成和促进有关。尽管关于27-羟基胆固醇对其他神经退行性疾病影响的研究较少，但在帕金森病患者的大脑中发现了该氧化甾醇水平的升高。Petkova-Kirova等人的研究表明，参与大脑胆固醇降解的四个P450基因的SNP与特发性帕金森病的发生有关。CYP27A1基因中的SNP在特发性帕金森病患者中较少见，这支持这些SNP可能具有预防疾病发展的作用。相反，在特发性帕金森病患者中，CYP7B1和CYP39A1基因中的SNP较为常见。P450 7B1位于P450 27A1下游，将27-羟基胆固醇转化为7α-羟基-3-氧代-4-胆甾烯酸后离开大脑。这些结果可能表明，27-羟基胆固醇代谢的改变可能在帕金森病的发展中起作用，但需要进一步的研究。因此，在帕金森病和阿尔茨海默病的多种潜在机制中，27-羟基胆固醇（以及P450 27A1）可以通过多种方式调节神经健康。未来的研究将揭示基于P450 27A1的临床见解。

**结论与未来方向**
这篇简短综述展示了P450 27A1与人类健康之间的众多联系。该酶及其产物在胆固醇代谢中起着重要作用，并可能在皮肤中信号分子的代谢中发挥重要作用。P450 27A1表达的调控受多种受体控制，并在多种疾病中发生改变。多个研究小组阐明了该酶的反应机制和底物偏好。作者声明本文不包含在当前研究过程中生成或分析的数据集。

**作者贡献声明**
Michael J. Reddish：概念构思、初稿撰写、监督、资金获取
Johanna E. Papa：初稿撰写、可视化
Amy Brown：初稿撰写

**致谢**
本工作得到了美国国立卫生研究院R35GM147276项目的支持。美国国立卫生研究院未参与研究设计、数据收集、数据分析或文章撰写。内容仅代表作者的观点，不一定代表美国国立卫生研究院的官方立场。