Многие ксенобиотики, подвергающиеся О-глюкуронидации, подвергаются и сульфатной конъюгации. Сульфатные конъюгаты представляют собой хорошо водорастворимые эфиры серной кислоты. Реакция катализируется сульфотрансферазами, группой ферментов обнаруженных в печени, почках, кишечнике, легких, мозге. Кофактором реакции служит 3’-фосфоаденозин-5’-фосфосульфат (PAPS), который в организме синтезируется из АТФ и неорганического сульфата. Сульфатная конъюгация алифатических спиртов и фенолов протекает по следующей схеме: R-OH + фосфоаденозин-ОРО2 SO4 --> ROSO3- + фосфоаденозин-О-РО32- + Н+ Сульфатная конъюгация включает перенос SO3- от PAPS к ксенобиотикам. Субстраты для реакции не ограничиваются спиртами и фенолами, которые часто являются продуктами реакции 1-й фазы. К ксенобиотикам, не требующим предварительной активации ферментами 1-й фазы относятся первичные и вторичные спирты, желчные кислоты, катехолы, определенные ароматические амины, например, анилин и 2-аминонафтален, конъюгирующие с PAPS с образованием соответствующих сульфаматов. N-гидроксиариламины также являются субстратами для сульфотрансфераз. Во всех случаях реакция включает нуклеофильную атаку атомов кислорода или азота на атом серы в PAPS с расщеплением фосфосульфатной связи.Сульфатные конъюгаты ксенобиотиков экскретируются в основном с мочой. Метаболиты, экскретируемые с желчью могут быть гидролизованы арилсульфатазами, присутствующими в микрофлоре кишечника, что способствует энтеропеченочной циркуляции ксенобиотика. Сульфатазы присутствуют и в эндоплазматическом ретикулуме и в лизосомах, где преимущественно гидролизуют сульфаты эндогенных соединений. Некоторые сульфатные конъюгаты подвергаются дальнейшей биотрансформации. Например, андростен 3,17-диол-3,17--гидроксилируется с участием цитохрома Р450 2С12, специфичного длядисульфат далее 15 самок крыс фермента. Сульфатирование благоприятствует дейодированию тироксина и трийодтирозина и может определять скорость элиминирования тиреоидных гормонов. Относительно низкая концентрация PAPS в клетке (около 75мкМ, для сравнения – концентрация УДФ-глюкуроновой кислоты составляет около 350мкМ) ограничивает возможности сульфатирования ксенобиотиков. В целом этот путь биотрансформации представляется высокоспецифичным, но низкоемким. Ряд соединений одновременно являются субстратами и для сульфотрансфераз и для УДФ-глюкуронозилтрансфераз, при этом выбор пути метаболизма может зависеть от концентрации субстрата, доступности кофакторов и т.д. Например, относительное содержание продуктов метаболизма ацетаминофена зависит от дозы препарата: при низких дозах преобладают сульфатные конъюгаты, а с увеличением дозы происходит насыщение метаболического пути и, возможно, за счет ингибирования активности сульфотрансфераз, снижение относительного количества сульфатных конъюгатов по сравнению с глюкуроновыми. Обнаружены множественные формы сульфотрансфераз, которые являются членами одного суперсемейства. Суперсемейство подразделяется на ряд подсемейств: 1А, 1В, 1С, 1Е, 2А, 2В и 3А исходя из гомологии аминокислотной последовательности. Номенклатура индивидуальных форм ферментов не разработана окончательно, поэтому иногда сульфотрансферазы подразделяют на 5 классов исходя из субстратной специфичности: арилсульфотрансферазы - сульфатируют большое количество фенольных ксенобиотиков; алкогольсульфотрансферазы - метаболизируют первичные и вторичные спирты, включая неароматические гидроксистероиды; эстрогенсульфотрансфераза – ароматические гидрооксистероиды; тирозинсульфотрансфераза – тирозин метиловые эфиры, желчные кислоты. У человека в цитозоле печени обнаружено 3 вида сульфотрансфераз: два изофермента фенольной сульфотрансферазы и одна стероид/желчная сульфотрансфераза, называемая также дегидроэпиандростерон-сульфотрансфераза (DHEA-ST). Фенольные сульфотрансферазы отличаются по термостабильности – одна из форм является термостабильной, а вторая – термолабильной. Исследование роли сульфотранфераз в биоактивации 4-аминобифенила показало, что N-OH-аминобифенилсульфотрансферазная активность в печени и кишечнике коррелировала с активностью термостабильной ST, но не с активностями термолабильной ST или DHEA-ST. Используя арилсульфотрансферазную пробу мРНК (HAST1), была продемонстрирована заметная сульфотрансферазная экспрессия в толстом и тонком кишечнике, легком, желудке и печени человека. В целом, сульфатирование эффективно снижает фармакологическую и оксикологическую активность ксенобиотиков. Однако в некоторых случаях сульфатирование увеличивает токсичность чужеродных соединений, поскольку отдельные сульфатные конъюгаты химически нестабильны и деградируют, формируя сильные электрофильные соединения. Сульфоконъюгация является необходимым этапом активации многих проканцерогенов, таких как ацетиламинофлуорен, ариламины, эстрадиол и др. Многие N-гидроксиариламины и гидроксамовые кислоты обладали мутагенным эффектом в присутствии сульфотрансферазной активности. Для детектирования мутагенного эффекта важно, что сульфатирование имеет место внутри клеток-мишеней, поскольку сульфатные конъюгаты из-за своего заряда не могут проникнуть сквозь клеточные мембраны.
