ABC類轉(zhuǎn)運(yùn)載體及其對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)的影響

1、ABC類轉(zhuǎn)運(yùn)載體及其對(duì)藥物代謝動(dòng)力學(xué)的影響ABC類轉(zhuǎn)運(yùn)體： ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette，ABC)類物質(zhì)外排轉(zhuǎn)運(yùn)載體。底物：如糖、氨基酸、金屬離子、多肽、蛋白質(zhì)以及各種脂溶性物質(zhì)。ABC類載體是許多生命過程必須的，缺陷可以引起多種疾病或與多種疾病有關(guān)如囊性纖維化、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、視網(wǎng)膜變性、膽固醇和膽汁轉(zhuǎn)運(yùn)缺失、貧血癥和藥物反應(yīng)異常等。 特點(diǎn)：與ATP結(jié)合，利用ATP跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)。底物分子轉(zhuǎn)運(yùn)是單向的，通常是泵出細(xì)胞外。 結(jié)構(gòu)上：ATP-結(jié)合域, 稱之為核苷結(jié)合包( NBF) 和跨膜(TM)域，后者一般由6個(gè)-螺旋段組成。典型的ABC 載體有兩個(gè)NBF 和兩個(gè)TM域,

2、NBF 存在于胞漿側(cè)。發(fā)現(xiàn)48 個(gè)ABC 載體,這些基因根據(jù)區(qū)域的構(gòu)成和氨基酸的同組關(guān)系分成7個(gè)亞型。 許多ABC載體在脂質(zhì)層的功能維持、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和類固醇類轉(zhuǎn)運(yùn)方面有重要的作用。ABC藥物轉(zhuǎn)運(yùn)載體（三大類型） ABC家族藥物轉(zhuǎn)運(yùn)載體二級(jí)結(jié)構(gòu)（三大類）NBD：ATP核苷結(jié)合點(diǎn)三類ABC轉(zhuǎn)運(yùn)載體在極性細(xì)胞中的定位 一、 P-糖蛋白(P-glycoprotein：P-GP ) ，ABCB1/MDR1 人MDR1MDR3藥物藥物，脂質(zhì)MDR基因MDR基因mdr1a/mdr1bmdr2 藥物藥物，脂質(zhì)大鼠先與ATP結(jié)合，再水解是藥物轉(zhuǎn)運(yùn)必需的。不同的底物轉(zhuǎn)運(yùn)需要的ATP分子是不同的，每轉(zhuǎn)運(yùn)一個(gè)藥物分子

3、出細(xì)胞,需要個(gè)分子的ATP。 P-gp 催化循環(huán)P-GP轉(zhuǎn)運(yùn)柔紅霉素(DNR) 跨膜兩步過程。環(huán)孢素A (CsA), XR9576 (XR) 和長(zhǎng)春堿 (VL)在細(xì)胞漿側(cè)面阻斷, 維拉帕米(VER)在細(xì)胞外側(cè)阻斷(優(yōu)先占領(lǐng)). P-GP 底物 底物有秋水仙堿、阿霉素、長(zhǎng)春堿、脂質(zhì)、類固醇、化學(xué)異物和多肽等，似乎無共性。多數(shù)底物是兩性分子?；衔镏苄院蜌滏I的數(shù)目決定底物與P-GP親和力的重要參數(shù)。 脂溶性大或氫鍵數(shù)目多，P-GP的親和性高。電子供體基團(tuán)間距離有一定范圍是識(shí)別P-GP 。 P-GP 底物藥物P-GP 抑制劑 P-GP分布 與功能腫瘤細(xì)胞：多藥耐藥正常體內(nèi)：生理性屏障腸上皮（藥物吸

4、收）腦血管內(nèi)皮細(xì)胞（藥物轉(zhuǎn)運(yùn)）膽小管上皮細(xì)胞（藥物排泄）胎盤合胞體滋養(yǎng)細(xì)胞（藥物轉(zhuǎn)運(yùn)） 血腦屏障（藥物轉(zhuǎn)運(yùn)） 在腦血管內(nèi)皮細(xì)胞腔側(cè)面表達(dá)豐富的P-GP, 成為許多藥物難以通過血腦屏障的原因。頑固性癲癇與P-GP高表達(dá)有關(guān)，抑制P-GP 的過度表達(dá)逆轉(zhuǎn)癲癇耐藥（氟桂利嗪）。炎癥下調(diào)P-GP表達(dá)導(dǎo)致血腦屏障的通透性增加。Fig. Western blot showed expression of P-gp from the cerebral cortex of normal rats and PTZ-kindled rats. n=3. (*p0.01 vs Normal)n=4. (*p0.05

5、, *p0.01 vs Normal)Fig . Distribution of PB in brain tissues of normal rats, kindled rats and kindled rats treated with CsA(5 mg/kg). Samples of 60min after a single dose of 10mg/kg PB. Data were expressed as ratio values as meanSD ( n=4). (*p0.05, *p0.01 vs normal rats, #p0.05, #p0.01 vs kindled ra

6、ts). 腸上皮細(xì)胞（藥物吸收）保護(hù)機(jī)制 防止毒物由胃腸道進(jìn)入體內(nèi)。 腸上皮細(xì)胞中P-GP分泌功能成為許多藥物生物利用度低的原因之一, 成為藥物口服吸收的障礙。野生型小鼠灌胃 50 mg/kg 紫衫醇約有95%的藥物原型從糞中排泄. 同時(shí)口服P-GP抑制劑環(huán)孢素A( 50 mg/kg) 32.4%, PSC 833(50 mg/kg) 12.5%, GF120918(25 mg/kg) 6.2%, LY335979(80mg/kg) 34.9%或R101933(80 mg/kg) 73.6%。在mdr1a/1b基因敲除小鼠，糞中原型排泄分?jǐn)?shù)只有6%。P-gP介導(dǎo)的藥物外排，符合載體轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)，

7、存在飽和特性某些底物的M-M常數(shù)對(duì)不同底物和劑量腸道P-GP作用不同 地高辛通常劑量是0.5到1mg，腸內(nèi)的濃度不到10mol/l，低于Km 58 mol/l。P-Gp 在吸收方面有重要的意義，可能是該藥物吸收程度地和變異大的主要原因。劑量大于50mg，腸內(nèi)藥物濃度達(dá)到mmol/l 水平， 可能超過相應(yīng)藥物的Km 值，P-GP的活性處于飽和，P-GP對(duì)藥物吸收的貢獻(xiàn)不大。Indinavir：P-GP的底物，劑量高達(dá) 800mg，腸內(nèi)濃度超過 1 mmol/L, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Km 140 mol/L， p-GP的作用對(duì)貢獻(xiàn)不大，仍然有好的生物利用度。一些藥物如環(huán)孢素（200700mg）、紫杉醇（10

8、0200 mg），盡管劑量很高，由于這些藥物的溶解度和釋放度低，腸內(nèi)的濃度低于Km值，但P-GP對(duì)吸收的影響仍然很大。 某些藥物吸收程度隨劑量增加而增加如(S)-()-talinolol計(jì)量校正的AUC 由 12.5 mg 劑量的18 g .h/l 增加到 200 mg 劑量的36g .h/l。圖6. 人腸中不同部位P-gp和villin IOD ratio比值平均和變異.1/2代表十二指腸/近端空腸，3/4, 5/6, 和7/8 分別代表中段至遠(yuǎn)端空腸，近端回腸支遠(yuǎn)端回腸。腸不同部位P-GP的表達(dá)不同 胎盤屏障 （藥物轉(zhuǎn)運(yùn)）P-GP 存在于胎盤合胞體滋養(yǎng)層頂側(cè)面膜，類似于血腦屏障，防止有毒物

9、質(zhì)從母體進(jìn)入胎兒。在P-GP缺陷或基因敲除動(dòng)物，avermectin, 地高辛, saquinavir和紫杉醇通透性增加1020倍。對(duì)于多數(shù)治療藥物而言，在胎盤上的低通透性當(dāng)然是需要的，但在有些情況下，成為治療上的障礙。如對(duì)于HIV治療，希望在嬰兒出生前，有一個(gè)合適的“負(fù)荷劑量”，降低在出生過程中母-嬰HIV感染頻率。二、多藥耐藥相關(guān)蛋白（muitidrug resistance-associated protein, MRP） MRP特點(diǎn)研究發(fā)現(xiàn)9種亞型，其中前3種亞型研究較多。為有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)載體，多數(shù)底物為相代謝產(chǎn)物如葡萄糖醛酸結(jié)合物或硫酸結(jié)合物。MRP1分布于腫瘤細(xì)胞/血腦屏障，丙磺舒

10、、磺吡酮、苯溴馬隆為其抑制劑；MRP2主要分布于影響藥物代謝動(dòng)力學(xué)行為的組織中，如肝細(xì)胞的膽管側(cè)面、小腸上皮細(xì)胞的腔側(cè)面、腎近曲小管的腔側(cè)面、腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的腔側(cè)面等。其抑制劑主要有丙磺舒、環(huán)孢素、磺吡酮等。MRP3在肝、腦、腎、小腸等上皮細(xì)胞均有表達(dá)，丙磺舒、吲哚美辛、苯溴馬隆等為其抑制劑。 對(duì)藥物吸收/排泄/中樞轉(zhuǎn)運(yùn)均有影響。 MRP對(duì)藥物吸收影響B(tài)erger通過Caco2細(xì)胞證實(shí)小腸粘膜MRP2的存在，產(chǎn)生對(duì)ochratoxin A（赭曲毒素）的外排作用而影響其吸收。 Itagaki等研究發(fā)現(xiàn)在小腸粘膜上皮細(xì)胞存在MRP2的表達(dá)，丙磺舒對(duì)其表達(dá)有逆轉(zhuǎn)作用，且能抑制phenolsulfon

11、phthalein（酚磺酞）及p-aminohippuric acid（對(duì)氨馬尿酸）在小腸的分泌。 MRP對(duì)藥物排泄影響Dietrich CG等報(bào)道，與正常Wistar相比，在mrp2缺乏的大鼠，靜脈注射PhIP后，膽汁中原藥與代謝產(chǎn)物的量下降4倍，而肝組織中藥物濃度是正常大鼠的倍，提示MRP2可能介導(dǎo)了該藥的膽道排泄。 抗癌藥CPT-11的活性代謝產(chǎn)物可經(jīng)膽汁排泄進(jìn)入腸腔，從而引起胃腸道的毒副作用，該過程主要由MRP介導(dǎo)，丙磺舒則能抑制該排泄過程，從而減輕其胃腸道的不良反應(yīng)17。 吲哚美辛、氯磺丙脲、甲氨蝶呤、萘普生、酮洛芬、更昔洛韋、甲磺酸培氟沙星、雙環(huán)順鉑等藥物與丙磺舒合用時(shí)，由于競(jìng)爭(zhēng)M

12、RP載體，導(dǎo)致腎排泄減緩，血藥濃度升高而產(chǎn)生不良反應(yīng)。如丙磺舒可減少培氟沙星自腎小管分泌約50，可使更昔洛韋AUC增加約50，腎清除率降低約20等。 MRP對(duì)藥物中樞轉(zhuǎn)運(yùn)影響Potschka等應(yīng)用微透析技術(shù)在耐藥性癲癇動(dòng)物模型上發(fā)現(xiàn)，MRP抑制劑丙磺舒可明顯提高卡馬西平、苯妥英鈉在大鼠腦組織細(xì)胞外液中的藥物濃度。Clincker等發(fā)現(xiàn)MRP可阻止多種抗癲癇藥物進(jìn)入腦內(nèi)，抗癲癇藥物奧卡西平局部海馬灌注抗驚厥效應(yīng)較強(qiáng)，但全身給藥卻無明顯作用，但加用丙磺舒后，抗癲癇效應(yīng)很快顯示出來，提示奧卡西平可能為MRP底物，全身給藥時(shí)難于透過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)。Scism等在兔模型中亦發(fā)現(xiàn)，丙戊酸與丙磺舒聯(lián)用較丙

13、戊酸單獨(dú)靜脈滴注，其腦細(xì)胞外液及腦實(shí)質(zhì)丙戊酸濃度均有明顯提高。單獨(dú)使用丙戊酸，腦實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)外濃度比為，合用丙磺舒后其濃度比提升為 4.20.4426。 乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein ,BCRP, ABCG2）BCRP 只有一個(gè)NBF 和TM域，為半ABC 載體。 特點(diǎn)BCRP 首先是從乳腺癌細(xì)胞中分離得到的，稱之為乳腺癌耐藥蛋白。第一次在耐阿霉素的MCF7乳腺癌細(xì)胞株(MCF-7/AdrVp)中克隆到BCRP。鼠類命名為Bcrp1BCRP 是細(xì)胞株對(duì)絲裂霉素、阿霉素和柔紅霉素抗癌藥物等產(chǎn)生耐藥的主要原因。BCRP主要在細(xì)胞膜上，存在于細(xì)胞的頂

14、側(cè)面上.BCRP 的底物與P-GP, MRP1和MRP2的底物間有較大的重疊性。 細(xì)胞株對(duì)絲裂霉素, 拓樸替康, 9-氨基喜樹堿, 柔紅霉素, 吲哚咔唑, SN-38, flavopiridol,拓樸酶抑制劑( NB-506 和 J-107088) , 細(xì)胞染料如羅丹明123, Lysotracker綠 , BBR3390以及熒光素-BODIPY-prazosin耐藥。對(duì)長(zhǎng)春新堿, 紫杉醇和順鉑等抗癌藥無耐藥性。不同藥物誘導(dǎo)表達(dá)的結(jié)果往往存在差異。某些藥物誘導(dǎo)表達(dá)BCRP細(xì)胞株對(duì)蒽醌類有很高的耐藥性, 而另一些藥物誘導(dǎo)BCRP表達(dá)的細(xì)胞株, 相對(duì)絲裂霉素而言，則對(duì)蒽醌類幾乎沒有耐藥性。有些誘導(dǎo)

15、表達(dá)BCRP細(xì)胞株對(duì)拓樸替康的耐藥性相當(dāng)高, 但另一些誘導(dǎo)表達(dá)BCRP細(xì)胞株的耐藥很低。 BCRP/Bcrp1 抑制劑 GF120918 ：BCRP/P-GP抑制劑; fumitremorgin C (FTC)：有效的BCRP-抑制劑；某些HIV 蛋白酶抑制劑：強(qiáng)效的BCRP抑制劑. 如ritonavir，saquinavir 和nelfinavir ；植物酚類化合物 ：5,7-二羥黃酮(Chrysin) 和biochanin A ，silymarin, 橙皮素（hesperetin）, 櫟精（quercetin）, 黃豆苷（daidzein）, stilbene resveratrol；香豆

16、霉素抗生素：新生霉素； 酪氨酸激酶抑制劑 ：STI-571(imatinib mesylate), ZD1839 (Iressa; gefitinib) 和 N-4-(3-溴苯)胺-6-喹唑啉-2-丁胺 (EKI-785) 。 BCRP/Bcrp1 組織分布BCRP 在胎盤合胞體滋養(yǎng)層膜的母體側(cè)、在肝細(xì)胞的膽管側(cè)、腸的腔面?zhèn)饶ぃcMDR1 P-GP的定位相似。BCRP 也存在與乳腺的小葉和排泄管的頂側(cè)面。 BCRP 在腦血管內(nèi)皮細(xì)胞高度表達(dá), 表達(dá)量高于MDR和MRP1.在人中，BCRP表達(dá)與鼠相類似，在干細(xì)胞中有較高的表達(dá)，而在起源細(xì)胞表達(dá)降低，只有在自然殺傷細(xì)胞和成紅血球細(xì)胞表達(dá)，而在其他

17、分化的細(xì)胞中沒有表達(dá) 。 BCRP/Bcrp1功能：類似P-GP 胃腸道的保護(hù)機(jī)制血腦屏障的重要組成部分之一BCRP/Bcrp1高表達(dá)可能是各種干細(xì)胞的一般特性.阻止從胃腸吸收毒物吸收，促進(jìn)排泄脫鎂葉綠(甲酯-)酸 A（PHA）是葉綠素一種降解產(chǎn)物，為一種光毒性成分。PHA在體內(nèi)外排轉(zhuǎn)運(yùn)是BCRP介導(dǎo)的，為ABCG2的特異性底物。一項(xiàng)研究顯示Bcrp1/ 小鼠對(duì)的PHA光毒敏感性是的野生鼠100 倍以上，在敏感性增加的同時(shí)，伴隨隨高的血藥濃度。與正常食物比較，喂養(yǎng)含PHA 或含20%紫花苜蓿食物后，血藥濃度分別增加17和24倍，而野生鼠喂養(yǎng)任何食物，血漿中PHA濃度都在檢測(cè)濃度以下.血腦屏障保

18、護(hù)作用與野生型鼠比較, mdr1a缺陷小鼠和野生型小鼠,長(zhǎng)春堿腦攝取增加2倍,但哌唑嗪、絲裂霉素?cái)z取不變。合用GF120918使哌唑嗪和絲裂霉素轉(zhuǎn)運(yùn)增加2.1和3倍, 但GF120918不影響長(zhǎng)春堿的轉(zhuǎn)運(yùn)。在野生型鼠，PSC833增加長(zhǎng)春堿的腦攝取, 但不影響哌唑嗪和絲裂霉素的攝取。合用GF120918使哌唑嗪和絲裂霉素?cái)z取分別增加1.5和2倍, GF120918也使長(zhǎng)春堿的攝取增加。“傍細(xì)胞群” （side population，SP）中作用 從骨髓中分離到一類細(xì)胞，這類細(xì)胞用Hoechst 33342染色，結(jié)合雙波長(zhǎng)熒光顯示淺紅色和淺藍(lán)色熒光，用維拉帕米預(yù)處理，淺著色細(xì)胞消失。這類細(xì)胞稱之

19、為傍細(xì)胞群。淺著色提示細(xì)胞內(nèi)Hoechst 33342濃度低，研究顯示在SP細(xì)胞中表有BCRP/Bcrp1，促進(jìn)Hoechst 33342外排所致. SP中富含未分化的干細(xì)胞，而在分化的干細(xì)胞系中BCRP/Bcrp1表達(dá)低或缺乏。類似SP也出現(xiàn)在骨骼肌和胚胎等其他組織干細(xì)胞, 伴隨Bcrp1 的高表。BCRP/Bcrp1高表達(dá)可能是各種干細(xì)胞的一般特性。 P-GP, MRP1和 MRP 2 的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn) 許多ABC載體能同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)多種不同底物，可能存在協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)，增加轉(zhuǎn)運(yùn)效率。MRP1轉(zhuǎn)運(yùn)長(zhǎng)春新堿和依托甙需要還原型GSH參與。GSH 促進(jìn) MRP1依賴性的依托甙或長(zhǎng)春新堿轉(zhuǎn)運(yùn)，長(zhǎng)春新堿和依托甙也刺激MRP1-依賴性的GSH。不同物質(zhì)對(duì)MRP2轉(zhuǎn)運(yùn)雌二醇-17-葡萄糖醛酸甙作用不同1) 刺激攝?。?sulfanitran, pantoprazole, 奧米拉唑, laneoprazole, 丙磺舒、squinavir, 醋氨酚-葡萄糖醛酸甙, 青霉素 G;2）低濃度刺激轉(zhuǎn)運(yùn)，高濃度刺激作用降低：利尿磺胺，苯磺唑酮，吲哚美辛，glibenclamide, ?；悄懰岷透誓懰?； 3）抑制攝