薬物標的や、薬物受容体とトランスポーターという形で体質に遺伝する違いについて取り扱う薬理遺伝学は急速に発展してきています1.2。 2, 3, 4, 5 現在、薬物代謝酵素をコードする多型分布遺伝子の影響に関する知見が最も進んでいるが、薬物受容体やトランスポーターに関する知見も急速に増えてきている。 現在、薬物反応の個人差に最も重要なのは、遺伝子多型による薬物代謝能力の差、あるいは薬物代謝の阻害や誘導によるものである。 薬物反応や副作用の個人差を理解するためには、薬物間相互作用、病態生理学的要因、環境要因に加えて、薬物代謝酵素の遺伝子が重要な役割を担っている。 薬物代謝酵素の中で最も影響が大きいのは、主要な第I相酵素であるシトクロムP450である6, 7。その中でもCYP2C9、CYP2C19、CYP2D6は非常に多型性が高く、合わせてヒト肝第I相代謝の約40％を占めている。 さらに、CYP1A2、CYP2A6、CYP2B6、CYP2C8の多型も薬物代謝の個人差に寄与している。 CYP2D6は、おそらくヒトの薬物代謝酵素の中で最も広範に研究されている多型であり、その多型は臨床的に重要で、多型P450の中で最初に分子レベルで特性評価がなされた。 現在、この酵素の基質となる薬物は48種類以上同定されており（表1）、CYP2D6は既知の薬物の代謝の約25％を担っていると言われている。 しかし、従来、この酵素で代謝される薬物は、その多型発現により特異的に探索されてきたため、これは若干過大評価かもしれない。 2602>
CYP2D6の一般特性
CYP2D6 は497アミノ酸からなるポリペプチドであり、その分子量は約80万個である。 この酵素は全肝内P450のわずかな割合を占めるに過ぎないが、薬物代謝における役割はその相対的な含有量よりも広範に高い（Zangerら8参照）。 チトクロームP450 BM-3やCYP2C5の立体構造に基づく酵素のモデルや、部位特異的変異導入による結果は、互いに大きく異なっている。 哺乳類のCYP2B4、CYP2C5、CYP2C9、CYP3A4は良好な結晶を得ることに成功しているが、CYP2D6はまだ誰も良好な結晶を得られていない。 この酵素の基質となる薬物などを予測するために、十分な分解能と精度を持ったモデルのテンプレートを得るためには、このような結晶が必要であると考えられている。 CYP2D6の基質となる化合物は、プロトン性窒素原子を持つ親油性塩基であるため、CYP2D6に親和性の高い化合物を避けるドラッグデザインは、医薬品の上市の成功のために重要なポイントになります。 水酸化反応は窒素原子から5あるいは7Åの距離で行われる。 部位特異的変異導入実験から、Asp301が基質窒素との結合に関与する負電荷を持つアミノ酸であることが示されている8。 さらに、Ser304, Thr309, Val370 も基質結合に関与しているようであるが9、確認にはさらなるモデルが必要である。
CYP2D6 はアルカロイドに対して非常に高い親和性を持つ（表1参照）10。この酵素は他の肝異生物代謝系チトクローム P450 とは異なり、環境因子によって調節されず、ホルモンによっても誘導されないことが分かっている。 CYP2D6を欠損している被験者や活性遺伝子コピーを13個まで有する被験者の表現型は報告されていないので、この酵素は主要な内因性機能を有していないと結論付けることができるだろう。 いくつかの神経伝達物質の代謝に関与することが示唆されている。 実際、CYP2D6が特異的な5-メトキシインドールエチルアミンO-デメチラーゼであるという証拠が最近発表され11、また5-メトキシトリプタミン12が基質であることが示されている。 このような基質以外にも、食品成分、特にアルカロイド（後述）の代謝に大きな役割を担っていると考えられる。
脳内で活性を持つ基質に対するCYP2D6の作用は、この酵素を持たない被験者、すなわちPM（Poor metaboliser）の機能表現型を意味すると思われる。 実際、2 件の研究により、心理テストを用いた行動と CYP2D6 の存在との間に有意な関係があることが示されている13, 14。このような活性が必須であるかどうかが問題となる。 興味深いことに、Pai ら15 は、最近、ヒトの脳に CYP2D7P 偽遺伝子の共通変異体が活性型で発現し、例えばコデインの代謝に活性を示す機能性酵素産物が得られることを証明した。
CYP2D6 Polymorphism-Historical Aspects
CYP2D6 の多型は、3つの研究室で独自に発見されました。 Folke Sjöqvistの研究室では、後にCYP2D6の基質であることが示されたnortriptylineとdesimipramineの代謝が、同一投与量での血漿濃度に非常に大きな個人差を示し、二つの表現型が特定された16。その後、Sjöqvistグループによる双子を用いた研究で、その違いは遺伝的性質であることが明らかにされた。 ロンドンのBob Smithと共同研究者は、高血圧症に使用されていた2つの抗高血圧薬ベタニジンとデブリソキンの代謝を研究した。 1975年5月にボブ・スミスがデブリソキンを40mg服用したところ、めまいがして失神し、ひどい低血圧に見舞われた。 ボンの Michel Eichelbaum はスパル テインの抗不整脈作用を研究し、2 人の被験者が目のかすみ、複視、めまい、 頭痛などの不快な副作用を訴えた。 血漿中の濃度を分析したところ、彼らは他の人の4〜5倍の濃度を示しており、この2つの表現型は1978年と1979年に発表された18, 19
デブリソクイン多型の背後にある遺伝的基盤は、10〜15年後に明らかにされた。 Urs Meyers と Frank Gonzalez 研究所の共同研究で、Basel で開発されたポリクローナルラット CYP2D 抗体をツールとして、ヒト肝臓 λgt 11 cDNA ライブラリーからヒト CYP2D6 cDNA をクローニングし、その発現 cDNA が期待通りのブフラロールヒドロキシラーゼ活性を有していたのです20。 Meyers研究室は、RFLPを用いて、デブリソキンのPMにおけるRFLPパターンの変化を確認しました21。一方、CYP2D6*3およびCYP2D6*4アレルの完全な同定は、1990年に発表されています。22
1980年代後半、Leif Bertilsson と Folke Sjöqvist との有益な共同研究により、CYP2D6代謝に活発な中国人のRFLPパターンを特定し、コーカサス人の PM を示唆し23、後に東洋人に最も多い部分欠損 CYP2D6 アレルの特性も明らかにしました。24 中国人のXbaI断片のサイズ同定にフランスのグループが反対したため、アガロースゲルの密度を低くしてXbaI RFLPでいくつかの異なるDNAサンプルを再スクリーニングしたところ、未切断DNAと思われるサンプルが見つかった（詳細はIngelman-Sundberg25を参照）。 しかし、その由来を調べたところ、デブリソキンの代謝が非常に速い人のものであり、CYP2D6遺伝子のコピーが最大で12個余分にある被験者が同定された。 その後、異なる集団における頻度を調査したところ、エチオピア人で30％、スペイン人で10％、イタリアとトルコで10％であることがわかった。 エチオピア人においては、CYP2D6 遺伝子の欠損をホモ接合で持つ者はいなかったが、2、3、4、5 の CYP2D6 遺伝子コピーを持つ対立遺伝子が見出された28。 西ヨーロッパでCYP2D6遺伝子重複を持つ被験者の数を評価したところ、ヨーロッパ人の5.5％が2つ以上の活性型CYP2D6遺伝子を持ち、UMであることが判明しました（表2）。 母集団における全体の割合は5.45%
CYP2D6 Genetic Polymorphism
CYP2D6遺伝子は22q13.1染色体上に局在している。 30 ヒトのCYP2D遺伝子座の進化は、3つの遺伝子の排除と2つ（CYP2D7PとCYP2D8P）の不活性化、1つ（CYP2D6）の部分不活性化であった。 現在、46種類以上の異なる主要多型CYP2D6対立遺伝子が知られている。 このような変異を持つ偽遺伝子は、不等間隔交叉反応などにより、多くの変異型CYP2D6対立遺伝子を形成し、その多くは欠陥のある遺伝子産物をコードしていることが分かっている。 CYP2D遺伝子座の「活性」は、例えばCYP2C遺伝子座と比較して高く、その結果、比較的短期間に多くの変異型アレルが形成された。 異なる民族に分布する最も一般的なバリアントアレルを表3に、また全てのバリアントアレルをヒトCYPアレル命名委員会のホームページ（http://www.imm.ki.se/cypalleles/cyp2d6.htm）に示した。 CYP2D6の変異型対立遺伝子は、触媒活性の消失、低下、正常、増加、あるいは質的な変化を引き起こすカテゴリーに分類される。 最も重要な変異型はCYP2D6*2、CYP2D6*4、CYP2D6*5、CYP2D6*10、CYP2D6*17、CYP2D6*41である。
アジア人に最も多いアリル（アリル頻度 >50% ）、したがっておそらく世界で最も多いCYP2D6アレルはCYP2D6*10である。24 CYP2D6.10 enzyme はP34S変異によりP450の折り畳みに必要な重要なPPGP配列は消失し、そのため非常に不安定であるが31 基質への親和性も低くなっている。 黒人では、1996年に初めて報告されたCYP2D6*17がCYP2D6の主要な変異型アリルである32。 このアレルには、CYP2D6*2に見られる2つのミスセンス変異に加えて、明らかに活性部位構造を変化させるT107Iもコードされている。 このことは、in vitroで33、またin vivoでCYP2D6*17遺伝子型を持つ被験者の表現型を調べたところ、明らかであった34。 35 一般に、CYP2D6.17の酵素活性は野生型酵素よりも低い。
CYP2D6*41 はCYP2D6*2 の変異型で、Gの代わりに-1584 Cを持ち、CYP2D6*2対立遺伝子よりも発現が少ない（Zanger et al36を参照のこと）。 1584G>Cは、mRNAのスプライシングを欠損させる他のSNPと連鎖不平衡にある可能性が高いが、これは明確に示される必要がある。 しかし、CYP2D6*41の生体内での影響は顕著であり、この対立遺伝子をホモ接合体で持つ被験者は、表現型的にはCYP2D6対立遺伝子が1つ欠損した中間体表現型（IM）の個体と似ている36
Evolution of the CYP2D Locios
齧歯動物とヒトでは活性型CYP2D遺伝子数に大きな差がある。 マウスは9種類の活性型Cyp2d遺伝子を持っているのに対し37、ヒトは1種類しか持っておらず、実際、白人集団の7%はこの遺伝子を持たない（図1）。 CYP2D6酵素は、アルカロイドなどの植物毒に対して非常に高い親和性を持つことが知られている10。 マウスは食物による解毒作用の必要性から遺伝子を活性化したのに対し、ヒトは過去に摂取した食物が制限され、世代間で適切な食物に関する情報を伝達する知的能力もあったため、遺伝子を活性化する選択圧力が失われたと考えるのが妥当であろう。
ClustalW 1を用いた遺伝子配列のアラインメントによるヒトCYP2DおよびマウスCyp2d遺伝子座内の遺伝子の進化を示した。8.
CYP2D6遺伝子は、遺伝子産物の発現の増加による常識的な誘導性はない。 ショウジョウバエでは、例えば有毒なイソキノリンアルカロイドを分泌するセニタサボテンの地域に生息する株は、CYP6やCYP28を誘導する能力があるため、メトラーリのみが生き残り、メラノガスターは生き残らないという選択的淘汰が起こっている38）。 1930年から1960年にかけて、殺虫剤に耐性のあるシミが急速に進化してきた。 興味深いことに、その分子遺伝学的基盤は、Cyp6b遺伝子の5′-調節領域にトランスポゾーム（アコードエレメント）が挿入され、遺伝子産物の発現が40〜100倍高くなることによる選択と思われる39。ショウジョウバエの殺虫剤耐性獲得に関するもう一つの機構は、CYP6A2における3つの重要な突然変異、すなわちR335S、L336VおよびV476Lが、酵素をDDT代謝に対して活性化する選択により例証されている40。 図2
選択によるCYP遺伝子改変機構の図解を示す。 また、CYP6a2の選択的変異は、DDTの代謝においてCYP6A2酵素を不活性から活性に変化させる。 さらに、北東アフリカでは、複数のCYP2D6遺伝子を持つアレルが淘汰されたことが提案されている。 この選択の根拠は、CYP2D6酵素がアルカロイドを解毒する能力があるため、複数のCYP2D6遺伝子コピーを持つ保菌者の間で潜在的な食料の利用可能性が高まることであろうと考えられる。 このことは、この地域の個体群のごく一部しか成熟に至らない飢餓期間中の生存に非常に有益であると考えられる。 エチオピア在住のエチオピア人におけるデブリソキンの代謝速度をスウェーデン在住のエチオピア人と比較検討したところ、同じ遺伝子型のネイティブエチオピア人はスウェーデンのエチオピア人と比較して代謝速度が遅いが、S-メフェニトインで測定したCYP2C19依存触媒反応の速度には有意差が認められなかった41。 このことは、エチオピア食品に含まれる成分（おそらくアルカロイド）がCYP2D6活性を阻害し、そのような成分が実際に遺伝的選択の引き金になったと解釈することができる。 我々は、約1万年〜2万年前にエチオピアの人口が拡大し、食料が重要な制約となったことを提唱している。 飢餓の時代には、植物の毒素をより多く解毒できるものが生き残るという選択圧が生じ、有用な食料を供給できる植物の数が増加した（図3）。 その結果、複数の活性型CYP2D6遺伝子を持つ亜集団と、不活性型CYP2D6遺伝子を持たない亜集団の拡大が生じた。 CYP2D6遺伝子の重複や多重の変異体としては、CYP2D6*2とCYP2D6*41が圧倒的に多く、いずれもCYP2D6*1に比べて2つのアミノ酸置換があることから、この酵素の基質特異性が特定の植物製品の代謝に有利であると推測される。 その後、北東アフリカから地中海地域に移住した人々の結果、南ヨーロッパでUMの頻度が高くなった（表2参照）。
Proposed mechanism for dietary selection of alleles carrying multiple active CYP2D6 gene copies in populations in North East Africa, an event that was occurred about 5000-10 000 ago.
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