P-糖蛋白及肿瘤多药耐药的逆转

ChinaPharmacy2011Vol.22No.6中国药房2011年第22卷第6期＊硕士研究生。研究方向：药剂学。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]＃通讯作者：副主任药师，博士。研究方向：临床药理学。电话：[phone]。E-mail：[e-mail]·综述讲座·P-糖蛋白及肿瘤多药耐药的逆转朱宝英1＊，黄静1，王永林1，方翼2#（1.贵阳医学院，贵阳市550004；2.北京大学人民医院，北京市100044）中图分类号R979.1文献标识码A文章编号1001-0408（2011）06-0550-03摘要目的：为开发出安全、有效、低毒的P-糖蛋白抑制剂提供参考，以便在临床应用中有效地逆转肿瘤多药耐药，使药物充分发挥其作用以达到治疗疾病的目的。方法：对P-糖蛋白的分布、转运机制、功能、底物及P-糖蛋白在肿瘤多药耐药逆转方面的研究进展作一概述。结果与结论：P-糖蛋白在抑制与诱导P-糖蛋白介导的药物-药物相互作用中具有重要的临床意义，有效的P-糖蛋白抑制剂可抑制P-糖蛋白的药物外排作用，进而逆转肿瘤MDR。关键词P-糖蛋白；多药耐药；逆转目前，肿瘤仍是困扰人类的一大难题。化疗作为治疗肿瘤的方法之一，在少数恶性肿瘤的治疗中，发挥着不可替代的作用。然而，随着对化疗药物的深入研究发现，先天或获得性多药耐药（MDR）是恶性肿瘤化疗失败的一个重要原因[1]，而耐药性的表现与编码P-糖蛋白的MDR1基因的表达密切相关。此外，P-糖蛋白过度表达是成人急性白血病不良预后因素、判断疗效及早期复发的一个重要指标[2]。随着免疫学和分子生物学等相关学科的迅速发展，探索P-糖蛋白肿瘤多药耐药机制并加以有效逆转，已成为肿瘤研究领域亟待解决的问题。1P-糖蛋白1.1P-糖蛋白的结构和分布P-糖蛋白（P-glycoprotein）是一种磷酸糖蛋白，由1280个氨基酸残基组成，其相对分子量约为170kD，故又称为P-170[3]。P-糖蛋白位于细胞膜上，由相似的2部分组成，每一部分都有6个跨膜区和1个三磷酸腺苷（ATP）结合区。跨膜区均为疏水区，作为通道有利于药物转运；ATP结合区则与能量的供应有关，为亲水区。P-糖蛋白的2个ATP结合位点中任何一个编码序列的突变均可使其丧失药物转运功能，提示分子中的2个ATP结合位点的完整性对P-糖蛋白发挥其功能具有重要意义。P-糖蛋白的分布极广泛，在肿瘤细胞中首次被发现，后又有研究表明，在正常的组织细胞中亦有分布，如肠道上皮细胞、血睾屏障毛细血管上皮细胞以及胎盘滋养层细胞等[4～7]。1.2P-糖蛋白的转运机制P-糖蛋白分为有外排作用和无外排作用2种。有外排作用的P-糖蛋白的转运机制实质就是细胞对生存环境中可能遇到的细胞毒物（或药物）进行排斥，从而使细胞内毒物（或药物）的浓度得以降低，最终达到保护自己的目的。P-糖蛋白对药物的转运有赖于ATP。P-糖蛋白在ATP的作用下，将细胞毒物逆浓度从胞内转运到胞外，以降低胞内药物浓度。当ATP充足时，胞内的药物浓度维持在低水平状态。当ATP的作用受到抑制或不足时，胞内药物的浓度将明显升高。1.3P-糖蛋白的功能研究发现，ABC转运子（ATP-bindingcassettetransporter）具有运输、调节、通道等功能，而P-糖蛋白是ABC转运子超家族中第1个被发现的，是最重要的成员。P-糖蛋白参与外源性和内源性物质的吸收和排泄，以便对机体和组织进行保护。例如，在脑毛细血管内皮细胞中，P-糖蛋白对维持血脑屏障起到重要作用，可将内皮细胞中的毒素或药物转运到毛细血管腔而保护脑组织[8]。在病理情况下，P-糖蛋白在相应的组织内过度表达，导致多药耐药的产生。此外，MDR1基因的多态性能影响P-糖蛋白的表达水平，导致其在不同的细胞或组织中表达存有差异。比如，P-糖蛋白在体内胃肠道的分布，就明显不均匀，从胃到结肠逐步上升。P-糖蛋白在肠内可以将药物泵回到肠腔，从而限制了肠对药物的吸收，这也是口服药物在肠内生物利用度降低的主要原因。Comair等研究发现，口服塞利洛尔cmax变异度的30％及清除率变异度的17％，可由P-糖蛋白水平的个体差异来解释。P-糖蛋白的作用与其分布也有关。肝脏是药物代谢的重要器官，但P-糖蛋白分布在肝细胞面向胆小管腔的腔膜上，对药物代谢不会产生影响。由于肾脏中的P-糖蛋白分布情况与肝脏相似，故其对肾脏的药物代谢亦未产生作用，却对肾脏的药物排泄发挥至关重要的作用。当药物在肾脏中蓄积时，药物浓度越高，P-糖蛋白对其越敏感，进而更好地将药物排到尿中。P-糖蛋白对减少血中药物进入脑与胎盘、减少肠腔中药物摄入肠上皮细胞以及提高肝肾组织的经胆汁及尿排泄均可产生重大影响。1.4P-糖蛋白的底物P-糖蛋白能够识别与转运许多化学结构和分子量各异的药物，这些药物能与P-糖蛋白特异性或非特异性地结合，称为P-糖蛋白底物。P-糖蛋白的底物较广泛，如蒽环类抗生素、生物碱、多肽类抗生素、类固醇类激素、局部麻醉药等；某些染料与药用辅料也具有P-糖蛋白底物活性。此外，某些中药的活性成分如防己、北豆根等的有效成分之一汉防己甲素也具有P-糖蛋白底物的活性。P-糖蛋白底物具有疏水性，其亲脂性可能是决定它与P-糖蛋白结合的最重要参数。当2种或多种底物同时进入细胞时，由于P-糖蛋白的数量有限，底物之间就会产生竞争。亲和力大的底物将与P-糖蛋白相结合，并被转运到细胞外，其在细胞内的浓度便降低；而亲和力小的底物将在细胞内蓄积。在对药物比较敏感的肿瘤细胞中，P-糖蛋白的表达一般比较低，但在耐药的肿瘤细胞中P-糖蛋白一般表达较··550中国药房2011年第22卷第6期ChinaPharmacy2011Vol.22No.6高，以便产生药物外排作用，使细胞内的药物浓度明显降低，最终导致肿瘤多药耐药。2肿瘤多药耐药的逆转2.1逆转肿瘤多药耐药的必要性肿瘤多药耐药性是MDR的一种，它是指当一种药物作用于肿瘤细胞使之产生耐药性后，该肿瘤细胞对未接触过的“结构无关”且机制各异的多种抗肿瘤药也具有交叉耐药性的现象。当肿瘤细胞与化疗药物接触时，亲脂性药物将与P-糖蛋白相结合，ATP则结合到ATP结合区上并水解释放能量，P-糖蛋白借助能量将底物逆浓度梯度泵到细胞外，最终使细胞内的药物浓度不断下降，化疗药物的作用因此减弱甚至消失，肿瘤细胞出现耐药效应[9]。因此，寻找能与P-糖蛋白特异性结合的药物是逆转MDR的重要方法。2.2逆转肿瘤多药耐药的机制2.2.1抑制P-糖蛋白的功能。抑制P-糖蛋白的功能有以下3个方面：（1）竞争性、非竞争性或变构性地阻滞P-糖蛋白的结合位点而抑制其功能；（2）ATP的水解与结合是P-糖蛋白行使功能的关键，故通过干扰ATP的水解过程，亦可特异性地阻滞P-糖蛋白介导的药物逆流；（3）作为P-糖蛋白抑制剂的药用辅料，它可以通过改变细胞膜脂质的完整性而发挥作用。2.2.2抑制P-糖蛋白的表达。近年来，以反义技术为主的基因治疗是研究多药耐药逆转的一个重要方向。由于基因水平的逆转机制不同，可分为反义寡核苷酸、反义RNA、核酶和RNA干扰等4种技术[10]。反义RNA能通过碱基对与互补链杂交，特异性地与靶mRNA结合，阻止mRNA的翻译，使蛋白表达受阻，最终使P-糖蛋白的表达得以抑制。核酶则能序列性地切割靶RNA，抑制基因的表达，也是逆转肿瘤细胞多药耐药有效、特异的方法。RNA干扰也可以抑制其mRNA的翻译，阻断多药耐药基因的表达。它是将与目的基因同源的小分子干扰RNA片段转染至靶细胞，与细胞内的内切酶形成诱导沉默复合体，然后以小分子干扰RNA片段为模板特异性地识别其同源基因mRNA并对其进行递进式剪切，诱导序列特异性的mRNA降解，从而抑制基因表达。2.2.3同时抑制P-糖蛋白的功能和表达。研究发现，槲皮素、甲基莲心碱能抑制P-糖蛋白的功能，也能降低MDR细胞的P-糖蛋白的表达量。2.2.4一氧化氮（NO）对P-糖蛋白的表达的调节。研究发现，NO通过改变核因子κB（NF-κB）的蛋白结合增加MDR1基因转录，使P-糖蛋白在肠道的表达和功能显著提高。NO合酶抑制剂L-NIL可显著降低NF-κB的蛋白结合而对P-糖蛋白产生抑制作用逆转MDR[11]。2.3肿瘤多药耐药的逆转剂2.3.1P-糖蛋白抑制剂的定义和作用。有些具有抑制P-糖蛋白外排功能的底物称为P-糖蛋白抑制剂。它通过抑制P-糖蛋白的转运活性而增加抗肿瘤药物在P-糖蛋白过度表达的肿瘤细胞内的累积[12]。P-糖蛋白抑制剂从蛋白质水平可以有效地逆转某些肿瘤细胞的MDR，以提高肿瘤药物治疗的有效性[13]。2.3.2P-糖蛋白抑制剂的特点。P-糖蛋白抑制剂作为逆转P-糖蛋白介导的MDR的一类化合物，它们具有一些共同的理化性质。（1）P-糖蛋白抑制剂作为P-糖蛋白底物的一种，均具有脂溶性或既具有脂溶性又有水溶性，但并不是所有亲脂性化合物都具有逆转MDR的活性；（2）在生理pH下，此类化合物均呈阳离子；（3）同一平面上有2个或2个以上的芳香环是此类化合物的活性结构，若为反式结构则逆转MDR活性更强。此外，这类化合物具有相似的分子折光系数。2.3.3P-糖蛋白抑制剂的分类。通过近20多年的研究，人们发现很多具有调节P-糖蛋白功能的化学药物，如钙通道拮抗药、环孢菌素类、激素及激素类化合物、蛋白激酶抑制剂等。研究者通过对P-糖蛋白作用机制及药物构效关系的深入研究，并运用组合化学和计算机辅助技术，对早期抑制剂进行结构修饰及改进，开发了新型、强效的P-糖蛋白抑制剂，大致分为3代：（1）第1代P-糖蛋白抑制剂作为P-糖蛋白的底物，通过竞争性结合P-糖蛋白，减少细胞毒药物外排量达到治疗目的。但这类抑制剂对P-糖蛋白没有足够的效价和特异性，会带来很多毒性，因此临床不能用于逆转肿瘤多药耐药性。（2）第2代P-糖蛋白抑制剂主要有4种：Dexverapamil（右维拉帕米）、Dexniguldipine（右尼古地平）、Valspodar（Psc833）和Biric-odar（Vx710）。在用Valspodar联合地塞米松治疗22位难治性多骨髓瘤患者的Ⅰ期临床研究结果表明，剂量在2.5～15.0mg·kg－1时疗效显著，剂量限制性毒性反应是骨髓抑制和神经病变[14]；Biricodar可直接与P-糖蛋白结合，阻止化疗药物外排，临床上已对进展型和难治型卵巢癌、前列腺癌、乳腺癌等进行了逆转MDR的Ⅱ期临床观察。第2代P-糖蛋白抑制剂是第1代的同系物，具有较好的药理活性。但由于正常的组织中也存在P-糖蛋白[15]，抑制剂在抑制肿瘤细胞膜上P-糖蛋白外排功能时，也抑制了某些正常P-糖蛋白的功能，从而影响了正常器官的功能，使与其合用的化疗药物或其他药物在体内的代谢受到影响[16]，最终限制了第2代P-糖蛋白抑制剂的应用。（3）第3代P-糖蛋白抑制剂包括Tariquidar（XR9576）、Zosuquuidar（LY335979）、Laniquidar（R101933）等。Tariquidar与P-糖蛋白的亲和力较高，能特异性、非竞争性地结合P-糖蛋白，从而抑制P-糖蛋白的外排作用，延长阻断时间。该药已在急性粒细胞白血病和非小细胞肺癌患者中进行Ⅲ期临床研究。针对Zosuquuidar的高效且专属性较强，LancetJE等对该药结合Daunorubicin（红比霉素）和Cytarabine（阿糖胞苷）在白血病患者中进行了Ⅰ期临床研究[17]。虽然第3代P-糖蛋白抑制剂的不良反应很多，但这些症状与单用化疗时的不良症状相似。第3代P-糖蛋白抑制剂有很强的特异性，当临床合用其他化疗药物时，无需另外改变剂量。3结语近年来，人们对P-糖蛋白的研究越来越深入。一方面，P-糖蛋白的过度表达是肿瘤MDR的重要机制之一，也是许多亲脂性药物难以进入中枢神经系统发挥治疗作用的重要原因之一；另一方面，P-糖蛋白在抑制与诱导P-糖蛋白介导的药物-药物相互作用中具有重要的临床意义[18]。有效的P-糖蛋白抑制剂可抑制P-糖蛋白的药物外排作用，进