P-糖蛋白介导的药物代谢动力学及其药物间的相互作用.doc

P糖蛋白介导的药物代谢动力学及其药物间的相互作用摘 要P-糖蛋白是一个能量依赖性转运蛋白，能将许多结构不同的化合物逆向转运出细胞。它除了在肿瘤组织过度表达引起多药耐药外，在人体正常组织肝，肾、小肠、血脑屏障、肌肉组织、肾上腺等部位也有分布，对许多种药物的药代动力学具有调控作用。本文综述了P-糖蛋白对药代动力学的作用，药物间的相互作用及其对底物药效学的影响。关键词：P-糖蛋白 药代动力学 药物间相互作用 药效学一 前言P糖蛋白（P-gp）由人类多药耐药基因-1（MDR-1）编码，是一种能量依赖性外排泵，可将其作用底物排出细胞外。P-gp在人体正常组织肝脏、肾脏、肠道、胎盘、血脑屏障、血睾屏障以及淋巴细胞系和心脏内小动脉、毛细血管等部位都有分布。这种组织分布情况提示P-gp在机体将异生化合物及代谢物质排泄到尿液和胆汁以及肠腔，并且阻抑其在脑组织的积聚中发挥着重要的作用。P-gp在药物代谢中所起的作用包括在肾脏中的尿液排泄机制，在肝脏中的胆汁排泄机制，口服生物有效性的吸收屏障和决定簇以及作用于血脑屏障限制药物在脑组织中的积聚1。P-gp所有的这些功能都有赖于其作为一种能量依赖型的外排泵的主动转运机制的发挥。P-gp这种转运功能一旦受到抑制即可带来显著的临床药物相互作用，提高药物对脑组织的渗透力，增加药物在脑组织中的积聚。本文将主要介绍P-gp的基本特征及其在药物的吸收、分布、代谢和清除方面具有的重要意义及其药物间的相互作用。二 本论2.1 P-糖蛋白的基本特征2.1.1 结构特征P-糖蛋白(由MDRl或ABCBl基因编码)，它是第一个被发现的人ABC转运蛋白(ATP binding cassette transporters)。MDRl基因定位于人7号染色体，编码由1280个氨基酸组成的分子量为170kDa的蛋白质，故P-糖蛋白又称P170。通过序列分析发现，P-糖蛋白的分子结构包括两个核苷酸结合区(Nucleotide Binding Domains，NBD)和两个跨膜区(Membrane Spanning Domain，MSD)，每个跨膜区和核苷酸结合区各自包括六个疏水的跨膜部位和一个亲水的位于胞浆内的ATP结合位点，跨膜区作为膜通道有利于药物转运，而ATP结合点与能量供应有关。每两个相邻的跨膜部位相对而形成一个环状结构，这样整个分子共具有六对跨膜-螺旋，12次横跨质膜，在N端第一个跨膜环的细胞外侧发生糖基化。P-糖蛋白的基本序列为MSDI、NBDI、MSD2、NBD2。2.1.2 生物化学特性研究表明1 mol Pgp可水解1 mol的ATP。已证实人和小鼠提纯的Pgp的两个ATP部位均能水解ATP，但机制并不完全一致2。人类P-gp的突变将影响底物的特异性。2.1.3 P-gp的转运机制不同的研究模型已被用于解释P-gp的转运机制。Roepe描述的改变分配模型中，Pgp的过度表达可导致膜电位的改变和或细胞内pH的改变，最终改变药物的分配和细胞内药物浓度。flippase模型中，P-gp扮演类似于膜脂质移位酶的角色，它将底物从脂质双层分子的内面转移至外面。Vaecum cleaner model模型中，P-gp直接与底物在脂质双层分子中相互作用，并通过ATP及ATP酶把它们转运到细胞外。Pgp似乎既从脂质双层分子的外层也从脂质双层分了的内层泵出底物。P-gp在底物到达细胞浆之前即将细胞膜脂质层的底物转运到细胞外，进而消除其作用。但至今没有一个模型被进一步验证核实，P-gP在药物转运方面的机制仍有争议3。2.1.4 P-gp的生理功能P-gp是由人类MDR1基因编码的一种ATP依赖性膜蛋白，具有药物外排泵功能，可将药物逆浓度梯度转运至细胞外，以降低细胞内药物浓度和减轻细胞毒作用，从而产生类似肿瘤耐药现象及正常组织的解毒功能。除肿瘤细胞外，P-gp还在多种正常组织中高度表达，对P-gp底物的体内过程具有重要作用，P-gp底物药动学的变化又可引起药理效应的变化。由于P-gp对其底物的药动学与药效学具有重要影响，因此可通过调节P-gp来提高药物的安全性与有效性：上调P-gp活性可使P-gp在生理状态下作为一个外排泵，清除进入细胞内的毒性产物或外源性物质，从而提高药物安全性；反之，下调P-gp活性可以减少药物外排，增加药物在靶器官的蓄积，从而增加药物的有效性。2.2 P-gp对药代动力学的影响P-gp在大肠及小肠的黏膜、血脑屏障、睾丸毛细血管上皮细胞、肝细胞、肾上腺及肾近端小管均有分布，P-gp在人体正常组织内的分布以及对药物的逆向转运功能使得它在药物的吸收、分布、代谢及清除方面具有重要意义。2.2.1 P-gp对药物吸收的影响P-gp在肠道内主要位于小肠粘膜成熟的上皮细胞刷状缘，且由胃肠道近侧端到远侧端逐渐增加。从细胞内模型及动物模型的研究中指出，调节Pgp可以影响P-gp底物的生物利用度、血浆峰浓度、表观清除率、药一时曲线下面积等药动学参数。P-gp的作用底物范围非常广泛，它所介导的药物的外排是口服药物吸收差和变异度较大的一个重要因素。P-gp的外排作用使生物利用度降低，达不到有效治疗浓度，对于治疗指数窄的药物，引起药物吸收的变异较大，因此在开发药物前，先确认是否对P-gp底物有很大意义。除了转运功能，Pgp等转运体和代谢酶一起形成一道自然的防御屏障，抵御肠腔内有毒物质的入侵。缺乏了Pgp的小鼠，对毒物的排泻减少，可以损害肠粘膜，引起肠溃疡、克隆病等。与药物代谢酶一样，P-gp的转运也存在着饱和性。给予高剂量的药物口服，当肠腔内药物浓度超过其Km值时，P-gp的转运就可能达到了饱和，这种饱和性可以解释他林洛尔、环孢霉素剂量依赖性的血药浓度增高4。但并非所有P-gp的底物吸收都受到Pgp转运的影响，临床给药剂量通常超过该药的Km值，Pgp的活性很容易达到饱和，只有一部分药物以小剂量给予时，才会受到Pgp主动排泄对生物利用度的影响。但对于一些药物，如环孢霉素、紫杉醇等因其水溶性差、分解慢及分子量大，肠腔中药物浓度低于Km，阻碍药物被动通过细胞膜，即使给予高剂量时，Pgp对它们的转运仍有一定的影响。体外试验(Caco-2细胞模型)结果表明。CsA 口服给药时，胃肠道部位的P-gp可导致其吸收不完全。CsA作为Pgp的抑制剂，与其他药物合用时，可引起这些药物的药代动力学改变。Scheulen等证实应用CsA后，阿霉素的AUC增加了40。CsA与头孢吡肟合用，头孢吡肟的平均滞后时间(MRT)由原来的349min延长至486 min，因此，P-gp可能成为口服给药吸收的屏障5。2.2.2 P-gp对药物分布的影响药物的分布是代谢和转运相互作用的过程。单独的药物代谢酶并不足以解释药物的分布及反应的个体差异。目前已日益认识到转运体在药物吸收、分布、排泄中的重要性。影响药物分布的因素有药物本身的因素，也有机体自身的因素。药物进入体内后，从给药部位要穿过几个生物膜才能到达靶组织和作用位点。机体中的一些屏障组织如血脑屏障、胎盘屏障、血睾屏障等分布的P-gp，外排外源性化合物至细胞外，从而改变药物在局部组织的分布。mdr基因敲除小鼠和基因完整的小鼠组织内药物浓度测定结果显示，mdr基因敲除小鼠的小肠、肝及脑中地高辛、CsA及地塞米松的浓度高于mdr基因完整小鼠。这说明药物在含P-gp较多的组织(如血一脑屏障、肾、肝等)分布时将受P-gp的影响6。体内高表达P-gp的保护性屏障可改变药物在局部组织的分布，从而使机体免受化学物质损害。高表达Pgp的血脑屏障(blood brain barrier，BBB)为大脑的重要保护性屏障，P-gp的选择性的药物外排作用有利于BBB的中枢神经保护功能与毒性物质的主动清除。P-gp在人胚胎滋养层细胞高表达，利用基因敲除技术证明胎盘P-gp的逆向转运，可降低胎儿和外源性物质接触，对胎儿有保护作用。所以在孕期内要慎用P-gp的抑制剂，以降低有毒物质对胎儿的损害7。Pgp在心脏小动脉和毛细血管的上皮细胞也有分布，心脏内药物的浓度可能也受Pgp的调节8。此外Pgp也表达在HIVl主要攻击的CD+T淋巴细胞，高水平表达p-gp的淋巴细胞系，可以降低细胞内HIV蛋白酶抑制剂的浓度，对HIV蛋白酶抑制剂抗病毒的敏感性降低9。2.2.3 P-gp对药物代谢的影响P糖蛋白不直接参与药物代谢过程，但对药物代谢过程有影响，主要表现在对小肠首过代谢的影响。研究发现，Pgp和CYP3A4通常有共同的底物和调控剂，并且两者的分布比较近似，Pgp可以通过CYP3A4对药物的代谢间接发挥作用。P-gp分布于肠道粘膜上皮细胞刷状缘，即“入口”部位，在药物进行体内的分布和代谢之前，先与Pgp的相互作用。大部分药物进入肠腔上皮细胞后，被Pgp从上皮细胞内泵出到肠腔内，其中一部分药物会被重吸收，在反复的泵出和吸收过程中，Pgp延长了药物在细胞内的停留时间，增加了药物和酶接触的可能性，因此可能会增加肠道内药物的代谢，而对肝、肾内药物的代谢没有影响。另一方面，P-gp有助于代谢产物及时时从细胞内排出，降低其对cYP3A4的抑制作用，从而提高药物在肠道内的代谢10。2.2.4 P-gp对药物消除的影响药物进入体内以后，以原形或代谢产物的形式排出体外，肝、肾在药物的排泄中发挥着重要的作用。肝细胞基底膜上的转运蛋白有助于药物进入到肝细胞，从而和药物代谢酶发生作用。肾脏肾小管的管腔面的主动排泄使药物及其代谢产物移出细胞，从而使细胞内保持低的浓度，以利于新药物进入，这些转运蛋白对药物的清除起到了很大作用。其中，MRP2转运有机阴离子，BSEP转运胆盐，MDR3转运磷脂，两亲有机阴离子和中性化合物则通过MDR1分泌。Pgp在肾脏中主要分布于近端小管上皮细胞，此外还有OAT4，OATPs，NPTI，MRP等转运蛋白也参与肾脏的药物排泄。肾脏的药物排泄包括3个步骤：肾小球的滤过，肾小管的分泌和重吸收。循环系统中药物及其代谢产物的非肾清除，除通过胆汁排泄以外，从循环系统排泄到肠腔是目前新认识到的非肾清除的另一机制。静脉给予Pgp的底物地高辛，具野生型Pgp的小鼠在90min内排泄16的地高辛到肠腔，而基因敲除的小鼠则在肠腔内没有发现地高辛11。由此可见，Pgp介导的药物从肠细胞泵出的功能并不仅是吸收功能，还可能是一种药物的清除模式。2.3 P-gp的诱导和抑制所引起的药物相互作用P-gp的表达可以被诱导和抑制，它的底物范围较广，当底物和抑制剂或诱导剂合用时，可产生转运体水平上的相互作用。和P-gp的诱导剂利福平一起服用，地高辛的Cmax和AUC均下降，与Pgp的另一诱导剂抗抑郁药联合服用，也可导致地高辛血药浓度的下降12。目前对Pgp的诱导机制了解还不够深入，可能是在转录水平，也可能是在转录后水平。P-gp的过度表达是导致肿瘤化疗失败的原因之一，Pgp抑制剂的使用则可逆转这一现象，恢复对化疗药物的敏感性。P-gp参与了它的底物从肝脏、肾脏的排泄以及限制肠道的吸收。抑制P-gp可以降低它的底物的肝。肾清除率，提高生物利用度，因此P-gp抑制剂的使用，不仅改变了药物在肿痛细胞的浓度，也改变了它们的血浆浓度。但因大脑不是清除器官，Pgp的抑制剂使脑中药物浓度的升高比血浆中更明显。Pgp抑制剂的发展经历了3代的变化。以奎尼丁、维拉帕米为代表的第代竞争性抑制剂，因其亲和力低，达到所需的抑制效能时，会产生不能接受的毒性和不可预测的药代动力学相互作用。以valspodar为代表的第代抑制剂抑制能力更强，但是由于其对经CYP3A4代谢药物的不可预测的相互作用，成为其在临床上使用的一大障碍。第代抑制剂，如tariquidar(XR9576)，zosuquidar(LY335979)，laniquidar(R101933)竞争性的结合于转运泵，亲和力大大超过转运底物，特异性强，生物利用度低，不影响CYP3A4所介导的代谢，不抑制其他的转运体，不存在和其他抗肿瘤药物的相互作用，对于逆转Pgp所介导的多药耐药具有很好的临床前景13。2.4 P-gp对底物药效学的影响P-gp分子上有多个结合位点，故其底物范围较广。P-gp底物之间可产生药物相互作用。而P-gp调节子可调节其他底物的药理效应。由于在多数情况下P-gp底物在作用位点的浓度是其发生药理学反应的驱动力。故可通过3种方式增加P-gp底物在其作用位点的浓度：通过抑制Pgp的转运功能以增加P-gp底物的血药浓度，从而增加口服给药的生物利用度或降低药物经胆汁或肾脏的排泄；通过抑制大脑等重要器官上P-gp的活性从而增加底物在其作用位点的浓度；通过抑制靶细胞内P-gp使细胞内的底物蓄积增加14。上述机制可能同时竞争参与P-gp底物的体内转运过程，故可通过调节血药浓度与给药剂量的关系、靶器官与血浆中的药物浓度比或靶器官细胞内外的药物浓度比来增加P-gp底物浓度，从而提高药物的有效性。当P-gp功能受抑制时P-gp底物的血药浓度变化较小。因此，当P-gp介导的药物相互作用对药物生物利用度或清除率产生影响时。只能从生物学反应方面调节P-gp的活性从而影响药物效应。研究表明，下调P-gp活性可使药物在细胞内的蓄积增加，从而提高药物在转运过程中的生物学效应，然而，这种效应通常为毒副作用。另一方面下调P-gp功能可使靶器官内的药物浓度增加。P-gp在细胞水平对药效学的影响，目前研究最为深入的是抗肿瘤药物。下调P-gp功能可使P-gp底物在细胞内的蓄积增加从而使药效增强或作用时间延长，肿瘤细胞的多药耐药则是上调P-gp所产生的药效学影响。在肿瘤化疗中，由于抗肿瘤药物的细胞毒性较大，故通过加大剂量使细胞内药物浓度增加的方法不可行，而P-gp抑制剂则可在不增加系统毒性的情况下增加药物在细胞内的蓄积；如果P-gp抑制剂可以特异性地或优先到达靶部位，将会限制体内药物相互作用的程度，可能会相对增加抗癌药物在整个器官或组织的作用时间从而提高药效15。三 结论Pgp在人体中分布广、靶点多、生理功能多样，研究P-gp调节对P-gp底物药动学和药效学的影响，是采取措施干预药物在体内的转运以增强疗效或减少其不良反应的基础，在药物研究开发评价和临床合理应用中具有不可忽视的重要性。随着新的实验技术方法的应用，药物基因组学的发展，新的突变位点的发现，单倍型的研究，都将有助于进一步阐明Pgp在药物代谢动力学中的作用，从而为临床药物治疗提供新的思路，有助于开发出更安全，更有效的药物，为临床医生的合理用药提供指导。但是，目前仍有许多问题亟待解决与证实，P-gp对药物药动学与药效学影响的确切机制仍有待于今后进一步研究完善。参考文献【1】 Biedler JL,Riehm HCellular resistance to actinomycin D in Chine hamster cells in vitro：eross-resistance，radioautographic，and cytogenetic studiesJCancer Res，1970，30(4)：1 174-1 184【2】 Juliano RL，Ling VA surface glycoprotein modulating drug peTnllxlbility in Chinese hamster ovary cell mutantsJBiochim Biophys Acta,1976，455(I)：152一162【3】 Frornm MFImportance of P-glycoprotein at blood-tissue hamerstflTrends Pharmacol Sci，2004，25(8)：423-429【4】 Oude Elferink RP，Zadina JMDRl Pglycoprotein transports e11-dogenous opioid peptidesJPeptides，2001，22(12)：2015-2020【5】 LownKS，Mayo RR，Leichtman AB，“a1Role ofintesfinal Pglycoprotein(mdrl)in interpatient variation in the oral bioavallability of 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