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P糖蛋白介导的药代动力学及其药物相互作用

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Vol. 20 No.2 ewch.2ooa(s}wnlo.N)P-糖蛋白介导的药代动力学及其药物相互作用Effects of P-glycoprotein on the pharmacokinetics and interaction mediatedby P-glycoprotein张伟霞、周宏濒(中南大学临床药理研究所。湖南长沙410078)ZHANG Wei-xia, ZHOU Hong-hao(Institute of Clinical Pharnuzcolog)Central South University,Changsha 410078, China)收稿日期2003-09-29修回日期2003一12-18作者简介张伟霞(1978一),女,硕药理学研究十:研究生,上要从事遗传通讯作者).`I宏it I教授TeL(0731)4805380Fax:(0731)4805379E-mai]:hhzhou2003 Cd 163com                医生在线摘要: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作用。本文综述P-糖蛋白对药代动力学的作用及由P-糖蛋白的诱导和抑制所引起的药物相互作用。关键词:P-糖蛋白。药代动力学;药物相互作用中图分类号:R969.1; R969.2; R963文献标识码:A文章编号;1001-6821(2004)02-0139-05Abstract: P-glycoprotein is an ATP-driven eflfux pump which transport a widevariety of structurlaly diverse compounds from the cell interior into the extracellularspace. Apartf rom in tumor causing multidrug resistance, it is laso localized inhealthy tissues such as liver, kidney, intestinal, blood-brain barrier, muscles andadrenal gland etc, and can modulate the pharmacokinetics of a lot of compounds.The role of P-glycoprotein in absorption, distribution, metabolism, excretion andthe drug-drug interaction mediated by induction and inhibiiton of P-glycoproteinare reviewed in this paper.Key words: P-glycoprotein; pharmacokinetics; drug-drug interaction多药耐药现象(    multidrug resistance,MDR)的机制是由于位于细胞膜上的一系列ATP结合的盒式膜转运蛋白(adenosine triphosphate-binding cassetetransporters, ABC转运蛋白)家族成员将药物从细胞内转运出去。其中,主要为MDRI(mulfdrug resistance 1)及MRP(mulitdmg resistance-associated protein)家族。它们结构相似,但转运底物不同。MDR 1主要转运疏水性阳离子化合物,MRP既转运疏水性非带电化合物,也转运水溶性的阴离子化合物。目前对MDR 1基因编码的P-糖蛋白(P-glycoprotein, P-gp)的研究比较深人。它利用ATP水解释放的能量将作用底物从细胞内转运至细胞外。分子结构包括位于中间的连接区和与此相连的N端和C端的两个功能区、每个功能区各自包括6个疏水的跨膜部位及一个位于细胞浆内的亲水ATP结合位点。2个功能区有43%的同源性,任何一个ATP结合位点的灭活都可使整个蛋白质功能丧失。药物结合位点遍布整个P-gp分子,包括跨膜区、连接区、甚至ATP结合区。在人体正常组织肝脏、肾脏、肠道、胎盘、血脑屏障、血塞屏障以及淋巴细胞系和心胜内小动脉、毛细血管等部位都有分布。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P-gp中国临床药理学杂志第'-U卷第2期2005牟3月(汰她58期)在药物的吸收、分布、代谢和清除方面具有重要意义1  P-gp药代动力学的影响1.1  P-gpR寸药物吸收的影响P-    gp在肠道内主要位于小肠粘膜成熟的上皮细胞刷状缘,目由胃肠道近侧端到远侧端逐渐增加。P-gp的作川底物范围I卜常广泛,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。Lown等[,]研究发现,环抱霉素(cyclosporine)口服,Cm。变异度的30%及清除率变异度的17%,可由肠道P-gp水平的变异来解释。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,先确认是否为P-gp底物有很大意义。除了转运功能,P-gp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人侵。缺乏了P-gp的小鼠,对毒物的排泄减少,可以损害肠粘膜,引起肠溃疡、克隆病等1]2。成熟的Caco-    2(the human colon carcinoma cell line)培养细胞可形成致密的单细胞层组织,与小肠上皮细胞相似-一分化出绒毛面A侧(apical)和基底面B侧(basolateral), A面稳定高表达P-gp,已作为药物摄取、外排和跨细胞转运等吸收机制研究的有效工具。Caco-2细胞在对P-gp的A物((vinblasitne),紫杉醇(paclitaxel),环抱霉素的转运中,B一A方向的转运要比A -B的转运强10-2。倍。加人了P-gp的抑制剂维拉帕米(verapamil)或P-gp的杭体MPK16后,P-gp的外排功能受到抑制,则A一,B的转运增强P)。细胞水平的研究表明,P-gp通过肠道内药物的转运,在药物的吸收中发挥重要作用。基因敲除小鼠是在体研究P-    gp功能的另一重要工其。口服紫杉醇后,基因敲除小鼠mdr l a(一八)没有了P-9p的逆转作用,曲线下面积(AUC)比野生型mdrIa(+/+)小鼠高2倍[4I。在人体直接证明P-gp参与药物的吸收过程比较困难,因此临床上有关P-gp功能的研究多来自诱导和抑制实验。紫杉醇的口服生物利用度为8%,若和P-gp的抑制剂环抱霉素一起服用,则生物利用度可提高到88%['l,但由于环抱素同时也抑制CYP酶和其他转运体,所以不能定量地判断P-gp对药物吸收的影响。另有报道[6I,小肠移植病人口服他克莫司(tacrolimus) (P-gp和CYP3A4的底物)后的血浆药物浓度和肠道MDRI mRNA的表达有较好的相关性,而和CYP3A4 mRNA的表达没有相关性,表明P-gp可以作为预测小肠移植后免疫抑制治疗期间,他克莫司药代动力学个体差异的较好指标。活体肝移植(LDLT)的成功在干免疫抑制和排斥之间所保持的微妙的平衡,在进行第2次LDLT后,病人血浆环抱霉素浓度较第I次LDLT医生在线后下降,需要更大的剂量来维持同样的疗效这与活体组织检测所发现的肠道中P-gp的mRNA和蛋白水平升高、CYP3A4水平下降有明显的关系[7[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K,。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((talinolol),环抱霉素剂量依赖性的OIL药浓度增高18.91。但并非所有P-gp的底物吸收都受到P-gp转运的影响,临床给药剂量通常超过该药的Km值,P-9p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P-gp主动排泄对生物利用度的影响。但对于一些药物,如环抱霉素、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,P-gp对它们的转运仍有一定的影响1.2 P-9p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。药物进人体内后,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、血覃屏障等分布的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。血脑屏I    ;#(blood-brain-barrier, BBB)毛细血管内皮细胞连接紧密间隙较小,同时基底膜外还有层星状细胞包围,大多数药物较难通过,只有脂溶性高、分子量较小及少数水溶性药物可以通过。但P-gp的外排作用可使长春新碱、表鬼臼毒素(epipodophylotoxin)等一些脂溶性高的物质通透性降低。脑中的P-gp主要表达在毛细血管内皮细胞的腔面,此外在大脑星型胶质细胞、小胶质细胞po]等也有表达。维拉帕米可以抑制牛脑内皮细胞中长春新碱外排,致细胞内药物浓度升高「川。在缺少P-BP的血脑屏障上,P-SP底物的通透率可以提高10-100倍,在临床上可能会产生较大毒性。但另-方面,P-SP可增加药物的通透性,提高药物在脑组织中的浓度,这对于治疗脑部感染及中枢神经系统病变是很有意义的。P-    BP在人胚胎滋养层细胞高表达,Lankas GR等[[121早已在CF-l小鼠中证实,胎盘P-SP的逆向转运,可降低胎儿和外源性物质接触。用基因敲除小鼠mdrla/b (-/-)进一步验证胎盘P-gp对胎儿有保护作用[u)。所以在孕期内要慎用P-BP的抑制剂,以降低有毒物质对胎儿的损害。Vol劲No.2 Ma h,20041}}aINc田)    P-gp在心脏小动脉和毛细血管的卜皮细胞也有分布,心胜内药物的浓度可能也受P-gp的调节1141。此外P-gp也表达在HIV-1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J性降低,Is71.3 P-9P对药物代谢的影响在药物的首次清除中,胃肠道发挥着重要的作用,    肠道上的P-gp虽不直接参与对药物的代谢,但因为P-9p和CYP3A4通常有共同的底物和剂,并且两者的分布比较近似,P-gp可以通过CYP3A4对药物的代谢问接发挥作用。P-    gp对人体药物代谢的影响作用土要发生在小肠。P-gp在肝脏主要位于肝小管的管腔面,在肾脏主要是位于肾近端小管的管腔面,也即肝肾的“出口”处,因此并不参与肝肾内药物的代谢,只是在肝肾完成了细胞内摄取、分布、代谢后,“见证,,了代谢产物的排出。而P-gp分布于肠道粘膜上皮细胞刷状缘,即“人口”部位,在药物进行体内的分布和代谢之前,先与P-gp的相互作用。大部分药物进人肠腔上皮细胞后,被P-8P从七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,P-gp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11if11.4  P-9P对药物排泄的影响    药物进人体内以后,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MDR I分泌。P-    gp在肾脏中主要分布于近端小管上皮细胞,此外还有OA毛,OATPs, NPTI, MRP等转运蛋白也参与肾脏的药物排泄。1f1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。它们之间的关系可以表示如下。CLR    =f,'GFR+CL,一CL.CL,    /( f,"GFR) =1 + (CL,一C.f(/)_L GFR)当CLR    /(fu'GFR)>1时,表现为分泌医生在线      CLR/(f,"GFR)< 1时,表现为重吸收其中,GFR;’肾小球滤过率;CL,:分泌率,CL-:吸收率,f}:血桨中未结合药物。阿霉素(    doxorubicin),  tributylmethylammonium,azidoprocainarmide和维库澳钱(vecuronium),在mdr l a(一八)小鼠中的分泌要比mdrla(+/+)高,可能的原因是敲除了mdrla, mdrlb以后,其他转运体的功能就相应增强了’17 191。P-    gp对药物胆汁排泄中的作用的研究来自体外肝小管膜囊泡,其对P-gp的底物柔红霉素(daunomycin)的转运,可被P-gp的抑制剂维拉帕米所抑制12.1。地高辛的胆汁清除率在mdrla(+/+)小鼠中为2.3 mL min.kg',mdrla(-/-)小鼠中为。.84 mL.min.kg',阿霉素,长春碱在mdrla(+/+)小鼠中的清除率也要高于mdrla(-/-)'2"0如果要定量地分析P-gp的作用,必须考虑月「胜的吸收、细胞内的分布和代谢等因素。    循环系统中药物及其代谢产物的非肾清除,除了通过胆汁排泄以外,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。奎尼丁可以抑制这一过程,利福平则可诱导之。静脉给予P-gp的底物地高辛,具野生型P-gp的小鼠在90min内排泄16%a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u21。由此可见,P-gp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  P-9p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Cm.和AUC分别从5.4 gg.L-',55 wg-h L-,下降到26.4 gg.L-1, 381tg-h-L-',这与十二指肠活检P-gp含量增高3.5倍明显相关1231。与P-gp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。此外,环抱霉素对鼠体内P-gp的诱导还呈现剂量、时间和组织依赖性[2a]目前对P-    gp的诱导机制了解还不够深人,可能是在转录水平,也可能是在转录后水平1211. Geick A1261等研究发现,在MDRI上游-8kbp处有一DR4核反应元件,即PXR结合的部分,介导了P-gp的诱导。最近的研究表明,MDR1启动子活性是由蛋白激酶C的话性来调节的‘27.2.1P-    gp的过度表达是导致肿瘤化疗失败的原因之一,P-8p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-SP参与了它的底物从肝脏、肾脏的排泄以及肠道的吸收。抑制P-SP可以降低它的底物中国临床药理学杂志第20卷第2期2004年3月(你第88朗)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瘤细胞的浓度,也改变了它们的血浆浓度。但因大脑不是清除器官,P-gp的抑制剂使脑中药物浓度的升高比血浆中更明显。GF-120 918可以使mdrIa(+/+)小鼠脑中安泼那韦浓度升高13倍,而血浆药物浓度仅升高2倍,撷沙坦则可使脑中那非那韦的浓度升高80倍1211。因此在临床上选择安全、特异性强的抑制剂很有必要。P-    gp抑制剂的发展经历了3代的变化。以奎尼1一.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侧的药代动力学相互作用。以valspodar为代表的第D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2代抑制剂,如tariquidar(XR9576), zosuquidar(LY335979), laniquidar(R101933)diayrlimidezole (ONT-093)非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,对干逆转P-gp所介导的多药耐药具有很好的临床前景uo13  MDR1基因多态性对药物代谢动力学的影晌    药物代谢酶和受体的遗传多态性对于药物代谢及药效的影响目前已有较深人的研究,但是对于药物转运蛋白,如OATP, OAT2, OCTI, P-gp等的遗传药理学的研究还刚起步,但它们在药物代谢动力学中的作用不可忽视。到目前为止,MDRI一共发现了48个单核昔酸多    态性(single nucleotide polymorphism, SNP)1311,其中,研究比较多是exon2l上的G2677T/A和exon26上的C3435T。基因的多态性呈现种族差异,非裔人中3435C等位基因的发生频率是73%-84%。欧裔和亚裔人中是34%-59%. Hoffmeyer S等[1321首次发现,3435TT基因型个体十二指肠P-gp的表达水年比3435CC基因型个体低。Hitz M等1313发现,和C/C相比,T/T白种人中CD56"NK细胞罗丹明123排泄率降低,以及淋巴细胞MDRmRNA表达水平降低。然而Tanabe M等1311报道,C3435T对胎盘MDR 1的表达没有影响。Toshiynki TW,在日本人中的研究发现,TT个体中mRNA表达水平比C/C或C/T高。近来报道C3435T SNP和第21外显子G2677T存在极强的联锁关系,即C3435T SNP(C/C)中有95%在G2677T上,为(GIG)基因型,G2677T SNP使得893位丙氨酸突变为丝氮酸,Ser893突变型P-gp的细胞可以提高对地高辛的泵出。为了进一步证明SNP对P-gp功能的影响,在体外实验中,使不同单倍型(2677G/3435T,医生在线2677A/3435C,2677A/3435T,2677T/3435C,2677T/3435T)的细胞表达P-gp含量相等情况下,Morita N等13h1研究发现,这两个SNP对P-gp的转运活性没有影响。4结语    尽管P-gp的生理功能目前尚未完全阐明,但它作为外排泵在药物代谢动力学中的作用已日益明确。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P-gp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。对药物转运蛋白在药物代谢动力学中的研究,将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。参考文献:[ I ] Lown KS, Mayo RR, Leichtman AB, et al. Role of intestinal P-    glycoprotein (mdrl) in interpatient variation in the oral bioavai-l    abiliytof  cyelosporine[J]. Clin Pharmacol ner, 1997;62:248-260.[2] Maggio-Price L, Shows D, Waggie K, et al. 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