ABC转运载体及其对药动学影响Mr解析.ppt

1、ABC类转运载体及其对药物代谢动力学的影响,ABC类转运体： ATP结合盒(ATP-binding cassette，ABC)类物质外排转运载体。 底物：如糖、氨基酸、金属离子、多肽、蛋白质以及各种脂溶性物质。 ABC类载体是许多生命过程必须的，缺陷可以引起多种疾病或与多种疾病有关如囊性纤维化、神经系统疾病、视网膜变性、胆固醇和胆汁转运缺失、贫血症和药物反应异常等。,特点： 与ATP结合，利用ATP跨膜转运物质。底物分子转运是单向的，通常是泵出细胞外。 结构上：ATP-结合域, 称之为核苷结合包( NBF) 和跨膜(TM)域，后者一般由6个-螺旋段组成。典型的ABC 载体有两个NBF 和两个T

2、M域, NBF 存在于胞浆侧。 发现48 个ABC 载体,这些基因根据区域的构成和氨基酸的同组关系分成7个亚型。 许多ABC载体在脂质层的功能维持、脂肪酸转运和类固醇类转运方面有重要的作用。,ABC药物转运载体（三大类型）,ABC家族药物转运载体二级结构（三大类） NBD：ATP核苷结合点,三类ABC转运载体在极性细胞中的定位,一、 P-糖蛋白 (P-glycoprotein：P-GP ) ，ABCB1/MDR1,人,MDR1,MDR3,药物,药物，脂质,MDR基因,MDR基因,mdr1a/mdr1b,mdr2,药物,药物，脂质,大鼠,先与ATP结合，再水解是药物转运必需的。 不同的底物转运需

3、要的ATP分子是不同的，每转运一个药物分子出细胞,需要0.3-3个分子的ATP。,P-gp 催化循环,P-GP转运柔红霉素(DNR) 跨膜两步过程。环孢素A (CsA), XR9576 (XR) 和长春碱 (VL)在细胞浆侧面阻断, 维拉帕米(VER)在细胞外侧阻断(优先占领).,P-GP 底物 底物有秋水仙碱、阿霉素、长春碱、脂质、类固醇、化学异物和多肽等，似乎无共性。 多数底物是两性分子。 化合物脂溶性和氢键的数目决定底物与P-GP亲和力的重要参数。 脂溶性大或氢键数目多，P-GP的亲和性高。 电子供体基团间距离有一定范围是识别P-GP结合点必需的，至少其中一个2.5 0.3，另一个为4.

4、6 0.6 。,P-GP 底物药物,P-GP 抑制剂,P-GP分布 与功能 肿瘤细胞：多药耐药 正常体内：生理性屏障 肠上皮（药物吸收） 脑血管内皮细胞（药物转运） 胆小管上皮细胞（药物排泄） 胎盘合胞体滋养细胞（药物转运）,血脑屏障（药物转运） 在脑血管内皮细胞腔侧面表达丰富的P-GP, 成为许多药物难以通过血脑屏障的原因。,顽固性癫痫与P-GP高表达有关，抑制P-GP 的过度表达逆转癫痫耐药（氟桂利嗪）。 炎症下调P-GP表达导致血脑屏障的通透性增加。,Fig. Western blot showed expression of P-gp from the cerebral cortex

5、of normal rats and PTZ-kindled rats. n=3. (*p0.01 vs Normal),Fig. P-gp functional activity in hippocampus and cerebral cortex of normal rats and PTZ-kindled rats. Samples of 60min after a single dose of 0.2mg/kg Rh123. n=4. (*p0.05, *p0.01 vs Normal),Fig . Distribution of PB in brain tissues of norm

6、al 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 rats).,肠上皮细胞（药物吸收）,保护机制 防止毒物由胃肠道进入体内。 肠上皮细胞中P-GP分泌功能成为许多药物生物利用度低的原因之一,

7、 成为药物口服吸收的障碍。,野生型小鼠灌胃 50 mg/kg 紫衫醇约有95%的药物原型从粪中排泄. 同时口服P-GP抑制剂 环孢素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，粪中原型排泄分数只有6%。,P-gP介导的药物外排，符合载体转运的特点，存在饱和特性 某些底物的M-M常数,对不同底物和剂量肠道P-GP作用不同 地高辛通常剂量是0.5到1mg，肠内的浓度不到10

8、mol/l，低于Km 58 mol/l。P-Gp 在吸收方面有重要的意义，可能是该药物吸收程度地和变异大的主要原因。 剂量大于50mg，肠内药物浓度达到mmol/l 水平， 可能超过相应药物的Km 值，P-GP的活性处于饱和，P-GP对药物吸收的贡献不大。 Indinavir：P-GP的底物，剂量高达 800mg，肠内浓度超过 1 mmol/L, 远远大于Km 140 mol/L， p-GP的作用对贡献不大，仍然有好的生物利用度。,一些药物如环孢素（200700mg）、紫杉醇（100200 mg），尽管剂量很高，由于这些药物的溶解度和释放度低，肠内的浓度低于Km值，但P-GP对吸收的影响仍然很

9、大。 某些药物吸收程度随剂量增加而增加如(S)-()-talinolol计量校正的AUC 由 12.5 mg 剂量的18 g .h/l 增加到 200 mg 剂量的36g .h/l。,图6. 人肠中不同部位P-gp和villin IOD ratio比值平均和变异.1/2代表十二指肠/近端空肠，3/4, 5/6, 和7/8 分别代表中段至远端空肠，近端回肠支远端回肠。,肠不同部位P-GP的表达不同,胎盘屏障 （药物转运） P-GP 存在于胎盘合胞体滋养层顶侧面膜，类似于血脑屏障，防止有毒物质从母体进入胎儿。 在P-GP缺陷或基因敲除动物，avermectin, 地高辛, saquinavir和紫

10、杉醇通透性增加1020倍。 对于多数治疗药物而言，在胎盘上的低通透性当然是需要的，但在有些情况下，成为治疗上的障碍。如对于HIV治疗，希望在婴儿出生前，有一个合适的“负荷剂量”，降低在出生过程中母-婴HIV感染频率。,二、多药耐药相关蛋白 （muitidrug resistance-associated protein, MRP）,MRP特点 研究发现9种亚型，其中前3种亚型研究较多。 为有机阴离子转运载体，多数底物为相代谢产物如葡萄糖醛酸结合物或硫酸结合物。 MRP1分布于肿瘤细胞/血脑屏障，丙磺舒、磺吡酮、苯溴马隆为其抑制剂；MRP2主要分布于影响药物代谢动力学行为的组织中，如肝细胞的胆管

11、侧面、小肠上皮细胞的腔侧面、肾近曲小管的腔侧面、脑血管内皮细胞的腔侧面等。其抑制剂主要有丙磺舒、环孢素、磺吡酮等。MRP3在肝、脑、肾、小肠等上皮细胞均有表达，丙磺舒、吲哚美辛、苯溴马隆等为其抑制剂。 对药物吸收/排泄/中枢转运均有影响。,MRP对药物吸收影响 Berger通过Caco2细胞证实小肠粘膜MRP2的存在，产生对ochratoxin A（赭曲毒素）的外排作用而影响其吸收。 Itagaki等研究发现在小肠粘膜上皮细胞存在MRP2的表达，丙磺舒对其表达有逆转作用，且能抑制phenolsulfonphthalein（酚磺酞）及p-aminohippuric acid（对氨马尿酸）在小肠的

12、分泌。,MRP对药物排泄影响 Dietrich CG等报道，与正常Wistar相比，在mrp2缺乏的大鼠，静脉注射PhIP后，胆汁中原药与代谢产物的量下降4倍，而肝组织中药物浓度是正常大鼠的1.7倍，提示MRP2可能介导了该药的胆道排泄。 抗癌药CPT-11的活性代谢产物可经胆汁排泄进入肠腔，从而引起胃肠道的毒副作用，该过程主要由MRP介导，丙磺舒则能抑制该排泄过程，从而减轻其胃肠道的不良反应17。 吲哚美辛、氯磺丙脲、甲氨蝶呤、萘普生、酮洛芬、更昔洛韦、甲磺酸培氟沙星、双环顺铂等药物与丙磺舒合用时，由于竞争MRP载体，导致肾排泄减缓，血药浓度升高而产生不良反应。如丙磺舒可减少培氟沙星自肾小管

13、分泌约50，可使更昔洛韦AUC增加约50，肾清除率降低约20等。,MRP对药物中枢转运影响 Potschka等应用微透析技术在耐药性癫痫动物模型上发现，MRP抑制剂丙磺舒可明显提高卡马西平、苯妥英钠在大鼠脑组织细胞外液中的药物浓度。 Clincker等发现MRP可阻止多种抗癫痫药物进入脑内，抗癫痫药物奥卡西平局部海马灌注抗惊厥效应较强，但全身给药却无明显作用，但加用丙磺舒后，抗癫痫效应很快显示出来，提示奥卡西平可能为MRP底物，全身给药时难于透过血脑屏障进入脑内。 Scism等在兔模型中亦发现，丙戊酸与丙磺舒联用较丙戊酸单独静脉滴注，其脑细胞外液及脑实质丙戊酸浓度均有明显提高。单独使用丙戊酸，

14、脑实质细胞内外浓度比为2.80.28，合用丙磺舒后其浓度比提升为 4.20.4426。,乳腺癌耐药蛋白 （breast cancer resistance protein ,BCRP, ABCG2） BCRP 只有一个NBF 和TM域，为半ABC 载体。,特点 BCRP 首先是从乳腺癌细胞中分离得到的，称之为乳腺癌耐药蛋白。 第一次在耐阿霉素的MCF7乳腺癌细胞株(MCF-7/AdrVp)中克隆到BCRP。鼠类命名为Bcrp1 BCRP 是细胞株对丝裂霉素、阿霉素和柔红霉素抗癌药物等产生耐药的主要原因。 BCRP主要在细胞膜上，存在于细胞的顶侧面上.,BCRP 的底物与P-GP, MRP1和M

15、RP2的底物间有较大的重叠性。 细胞株对丝裂霉素, 拓朴替康, 9-氨基喜树碱, 柔红霉素, 吲哚咔唑, SN-38, flavopiridol,拓朴酶抑制剂( NB-506 和 J-107088) , 细胞染料如罗丹明123, Lysotracker绿 , BBR3390以及荧光素-BODIPY-prazosin耐药。 对长春新碱, 紫杉醇和顺铂等抗癌药无耐药性。,不同药物诱导表达的结果往往存在差异。某些药物诱导表达BCRP细胞株对蒽醌类有很高的耐药性, 而另一些药物诱导BCRP表达的细胞株, 相对丝裂霉素而言，则对蒽醌类几乎没有耐药性。 有些诱导表达BCRP细胞株对拓朴替康的耐药性相当高,

16、 但另一些诱导表达BCRP细胞株的耐药很低。,BCRP/Bcrp1 抑制剂 GF120918 ：BCRP/P-GP抑制剂; fumitremorgin C (FTC)：有效的BCRP-抑制剂； 某些HIV 蛋白酶抑制剂：强效的BCRP抑制剂. 如ritonavir，saquinavir 和nelfinavir ； 植物酚类化合物 ：5,7-二羟黄酮(Chrysin) 和biochanin A ，silymarin, 橙皮素（hesperetin）, 栎精（quercetin）, 黄豆苷（daidzein）, stilbene resveratrol； 香豆霉素抗生素：新生霉素； 酪氨酸激酶抑制

17、剂 ：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 组织分布 BCRP 在胎盘合胞体滋养层膜的母体侧、在肝细胞的胆管侧、肠的腔面侧膜，与MDR1 P-GP的定位相似。BCRP 也存在与乳腺的小叶和排泄管的顶侧面。 BCRP 在脑血管内皮细胞高度表达, 表达量高于MDR和MRP1. 在人中，BCRP表达与鼠相类似，在干细胞中有较高的表达，而在起源细胞表达降低，只有在自然杀伤细胞和成红血球细胞表达，而在其他分化的细胞中没有表达 。,BCRP

18、/Bcrp1功能：类似P-GP 胃肠道的保护机制 血脑屏障的重要组成部分之一 BCRP/Bcrp1高表达可能是各种干细胞的一般特性.,阻止从胃肠吸收毒物吸收，促进排泄 脱镁叶绿(甲酯-)酸 A（PHA）是叶绿素一种降解产物，为一种光毒性成分。PHA在体内外排转运是BCRP介导的，为ABCG2的特异性底物。 一项研究显示Bcrp1/ 小鼠对的PHA光毒敏感性是的野生鼠100 倍以上，在敏感性增加的同时，伴随随高的血药浓度。与正常食物比较，喂养含PHA 或含20%紫花苜蓿食物后，血药浓度分别增加17和24倍，而野生鼠喂养任何食物，血浆中PHA浓度都在检测浓度以下.,血脑屏障保护作用 与野生型鼠比较

19、, mdr1a缺陷小鼠和野生型小鼠,长春碱脑摄取增加2倍,但哌唑嗪、丝裂霉素摄取不变。合用GF120918使哌唑嗪和丝裂霉素转运增加2.1和3倍, 但GF120918不影响长春碱的转运。 在野生型鼠，PSC833增加长春碱的脑摄取, 但不影响哌唑嗪和丝裂霉素的摄取。合用GF120918使哌唑嗪和丝裂霉素摄取分别增加1.5和2倍, GF120918也使长春碱的摄取增加。,“傍细胞群” （side population，SP）中作用 从骨髓中分离到一类细胞，这类细胞用Hoechst 33342染色，结合双波长荧光显示浅红色和浅蓝色荧光，用维拉帕米预处理，浅着色细胞消失。这类细胞称之为傍细胞群。 浅

20、着色提示细胞内Hoechst 33342浓度低，研究显示在SP细胞中表有BCRP/Bcrp1，促进Hoechst 33342外排所致. SP中富含未分化的干细胞，而在分化的干细胞系中BCRP/Bcrp1表达低或缺乏。类似SP也出现在骨骼肌和胚胎等其他组织干细胞, 伴随Bcrp1 的高表。 BCRP/Bcrp1高表达可能是各种干细胞的一般特性。,P-GP, MRP1和 MRP 2 的协同转运,许多ABC载体能同时转运多种不同底物，可能存在协同转运，增加转运效率。,MRP1转运长春新碱和依托甙需要还原型GSH参与。 GSH 促进 MRP1依赖性的依托甙或长春新碱转运，长春新碱和依托甙也刺激MRP1-依赖性的GSH。,不同物质对MRP2转运雌二醇-17-葡萄糖醛酸甙作用不同 1) 刺激摄取： sulfanitran, pantoprazole, 奥米拉唑, laneoprazole, 丙磺舒、squinavir, 醋氨酚-葡萄糖醛酸甙, 青霉素 G; 2）低浓度刺激转运，高浓度刺激作用降低：利尿磺胺，苯磺唑酮，吲哚美辛，glibenclamide, 牛磺胆