轉運體的研究進展及在中藥研究上的應用

許云華，王東凱

（1.沈陽藥科大學 中藥學院，遼寧 沈陽 110016；2.沈陽藥科大學 藥學院，遼寧 沈陽 110016）

轉運體為繼發性的主動轉運過程，細胞外的鈉離子濃度高于細胞內，所以依靠其勢能（該勢能由原發性主動轉運提供）轉運而間接耗能，依據底物的轉運方向可劃分為攝取型轉運體和外排型轉運體；以中藥與藥物間相互作用可劃分為三磷酸腺苷結合盒轉運體，即 ATP 結合盒轉運體（adenosine-triphosphate binding cassette，ABC）和溶質載體（solute carrier，SLC）[1]。攝取型轉運體包括有機陰離子轉運體（organic anion transporters，OATs）、有機陽離子轉運體（organic cation transporters，OCTs）、有機陰離子轉運多肽（organic anion transport polypeptides，OATPs）等，通過ATP 間接供能，把藥物遞送到靶點，使其藥效充分發揮，也叫溶質載體；外排型轉運體包括 P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp)、乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）等，通過ATP 直接供能，把藥物泵出細胞，使藥物在細胞內的濃度有所降低，也叫 ATP 結合盒轉運體[2-3]。

藥物轉運體為功能性膜蛋白，其主導著藥物的跨膜轉運過程，影響著藥物在體內的吸收、分布、代謝和排泄[4]。近年來的研究發現，成分復雜的中藥與藥物間的相互作用，對轉運體的功能產生了誘導或抑制的效果，改變了藥物的藥代動力學，從而影響了藥物的有效性和安全性，引致一些疾病的產生。因此，通過研究轉運體的結構、功能及應用，對臨床上安全、合理、有效用藥有至關重要的作用[5]。

本文重點從 ABC 和 SLC 這兩大類常見的轉運體進行歸納總結。

1 轉運體的功能與分類

藥物轉運體根據轉運方向及特點，可分為兩大類：一類是易化擴散型或繼發性主動轉運型（SLC，溶質載體，攝取型），另一類是原發性主動轉運型（ABC，ATP 結合轉運體，外排型）。其中，根據轉運體的功能，將溶質載體又分為：葡萄糖轉運體、氨基酸轉運體、寡肽轉運體（oligopeptide transporters，PEPTs）、一元羧酸轉運體、有機離子轉運體（OATs，OCTs）；ABC轉運體分為：P-gp、BCRP、多藥耐藥相關蛋白（multi-drug resistance associated protein，MRP）、膽酸鹽外排泵（bile acid salt efflux pump，BSEP）等。

ABC 轉運體的家族非常龐大，其中最常見的有 P-gp、BCRP、MRP、BSEP 等，其主要功能為主導藥物的外排作用，從而降低細胞內藥物濃度。例如，P-gp 可將底物從細胞內外排到腸腔中，使細胞內底物濃度減少，形成流出泵的現象。臨床上，抑制 P-gp 的功能可預防抗腫瘤藥物的多藥耐藥性[6-7]。ABC 轉運體遍布于真核生物、真菌及細菌當中，在研究人類家族基因突變中，發現導致囊性纖維化等遺傳病的原因之一是轉運體功能發生改變；在研究細菌抗藥性時發現，其抗藥性是由于 ABC 轉運體在攝取營養物質或分泌細菌毒素中發揮了作用，使抗生素泵出細胞所致；除此之外，ABC 轉運體在除草劑的抗性等植物研究領域也發揮著重要的作用[8]。

SLC 轉運體被定義為在藥物的跨膜運輸中以溶質作為載體的轉運體。SLC 轉運體家族中，在藥動學方面發揮重要作用的常見轉運體有 PEPTs、OATs、OCTs、OATPs 等。其主要的功能是將藥物攝取進細胞內，從而影響細胞的表達，如 OATs 可使有機陰離子從血液中攝取進腎小管上皮細胞內，對腎臟排泄影響很大。

研究表明，藥物轉運體的轉運功能直接影響底物在體內的吸收、分布、代謝和排泄過程，并與臨床合并用藥所導致的藥物相互作用有很大的關聯。如在腸道、血腦屏障、肝、腎、肺等機體重要器官中，轉運體可以促進或抑制小腸吸收、增強攝取型轉運體或抑制外排型轉運體的功能，從而促進藥物的分布，其在介導藥物腎排泄、腎臟重吸收和腎臟分泌物中也發揮重大的作用。以下是幾種常見轉運體的類型、功能及應用，見表1。

Table 1 Types,functions and applications of several common transporters表1 幾種常見轉運體的類型、功能及應用

2 轉運體的結構與特點

轉運體的種類頗多，其內部分子結構的特異性，使很多藥物成為了轉運體的特異性底物或抑制劑，并發揮各種療效，從而為臨床用藥提供了新的用藥思路。以下從 ABC 和 SLC 這兩大轉運體家族的轉運體結構特點進行總結。

ABC 轉運體，是由 1 200～1 500 個氨基酸組成的，分子量為 140～180 kDa。作為一種通過細胞膜轉運的整合膜蛋白，其分子中有 1～2 個 ATP 結構域直接供能，運送藥物到各個部位，在小腸、肝腎等組織中有廣泛的分布。如肝腎組織中運輸藥物的轉運體，在尿液、糞便以及膽汁的排泄過程中所發揮的作用各不相同[9]。有研究表明，其分子結構中都有相似的部分，包括由整合膜蛋白所組成的跨膜結構域（transmembrane domain，TMD）和核苷酸結合結構域（nucleotide binding domain，NBD）各 2 個[10]，當它們由 1 個基因編碼時，含 2 個 TMD 和 2 個 NBD 的叫做全轉運體[11]，如 P-gp；含 1 個 TMD 與 1 個 NBD 的叫做半轉運體，如大腸桿菌中的磷脂 A[12]。

SLC 轉運體，由 300～800 個氨基酸組成，其分子量為 40～90 kDa。SLC 轉運體家族非常龐大，共有 48 個家族，其基因數目達到 362 個。有研究發現，SLC 轉運體在氨基酸序列、蛋白結構上，由于轉運體的組成成員不同，而呈現出不同程度的相似性[13-14]。在其分子結構中，通過間接依賴 ATP 消耗能量，使轉運體能夠將藥物順利地攝取進細胞內，從而發揮各種功效。SLC 轉運體在肝臟、腎臟中分布較廣，如在腎臟組織中，轉運體介導著多種藥物、內源性物質的運輸，從而促進或抑制腎臟排泄過程，對藥動學的研究提供了理論依據[15]。

如今越來越多的學者對藥物轉運體展開了深入研究，人類基因組織（human genome，HUGO）對 ABC 和 SLC 轉運體家族的基因做了相關調查發現，已經被確認的 ABC 轉運體家族的基因有 56 個，SLC 轉運體家族的基因大約有 300 個。根據轉運體的結構特點，其對內源性底物和包括藥物在內的外源性物質具有特異性的識別功能，所以將藥物轉運體定義為，在藥物跨膜中參與轉運的蛋白質[16-18]。這些藥物轉運體通常分布于各種組織的特定細胞膜上，直接影響著藥物的吸收、分布和消除等過程，從而改變體內藥物的藥代動力學，對臨床合理用藥中藥物的安全性以及有效性影響頗大[19]。

3 轉運體的研究與應用

本文從常見轉運體在新藥評價、藥物相互作用及中藥研究方面的應用進行歸納總結。

3.1 轉運體在新藥評價方面的應用

近年來，許多與轉運體相關的上市新藥都和特殊人群的藥代動力學研究有關，包括肝、腎功能損傷、人體組織及分泌物的分泌和排泄、合并用藥中藥物相互作用，以及血流動力學障礙等研究內容。因此，對轉運體進行新藥評價，將有助于對一些疑難雜癥進行有效的治療和幫助。

例如，Elobixibat 作為一種膽汁酸轉運抑制新藥，治療慢性便秘有顯著的效果。臨床研究表明，與傳統的腸道促動力或促分泌藥相比，此新藥降低了排便的硬度，從而使患者能夠順暢地多次排便，同時又不會引起腹部痙攣或疼痛[20]。它的轉運機制為在回腸內與膽汁酸轉運體進行特異性的結合，抑制了膽汁酸的重吸收過程[21]，使膽汁酸都流向結腸，促進腸胃蠕動，從而使腸道能夠分泌足夠的水分改善糞便的硬度，來治療患者的慢性便秘[22-24]。有研究發現，新藥研發或上市失敗的重要原因之一就是藥物誘導的肝損傷現象，研究人員通過實驗證實了人源誘導型肝樣細胞能夠特異性地表達細胞色素 P450（cytochrome P450，CYP450）代謝酶及轉運體，對研究、篩選護肝藥物提供了很大的幫助[25]。另有研究表明，通過對轉運體的功能方面進行新藥設計，能夠有效地防止藥物間發生有害的相互作用，進而能夠用最短的時間設計并篩選出目標化合物，使新藥的研發效率得到大幅度的提升，從而為新藥研發與臨床安全用藥提供了新思路和理論依據[26]。

3.2 轉運體在藥物相互作用方面的應用

體內藥物之間的相互作用通常不是簡單的單因素效應，而是多種因素共同作用的復雜情況。例如，幾種轉運蛋白共同影響體內轉運體與代謝酶間的相互作用或其底物的處置，稱為復雜性藥物-藥物相互作用（drug-drug interactions，DDIs）[27]。轉運體在介導 DDIs 方面，如今已變成了對新藥物開發、藥物體內藥動學性質以及臨床應用造成嚴重影響的一個必要因素，FDA 最新推薦使用基于生理藥代動力學（physiologically based pharmacokinetic，PBPK）模型法來代替傳統的靜態模型法，在預測復雜性方面，尤其是在酶-轉運體在同一器官中相互作用，或肝、腎等多個器官一同處置而產生的復雜性 DDIs 的預測等方面，顯現出了明顯的優勢，這為相關學者日后的學習和研究奠定了基礎[28]。

如今，藥物轉運體介導的藥物相互作用已經備受人們的關注，越來越多的藥物被確認為是機體重要器官中轉運蛋白的特異性底物、抑制劑以及誘導劑（見表2）。

Table 2 Substrates,inhibitors and distributions of several common transporters表 2 幾種常見轉運體的底物、抑制劑及分布

3.2.1 P-gp

P-gp，又叫多藥耐藥基因1（multidrug resistance protein 1，MDR1）或多藥耐藥性蛋白（ATPbinding cassette subfamily B member 1，ABCB1），屬于外排型轉運體，主要分布于血腦屏障、小腸上皮細胞、肝腎、腫瘤細胞、淋巴細胞等部位[29]。能夠將底物泵出細胞，從而降低細胞內底物的濃度，并在臨床聯合用藥上，使其介導藥物間的相互作用。目前很多藥物已成為 P-gp 的特異性底物及其抑制劑，其對藥物的吸收、分布、排泄過程有很大的影響[30]。研究表明，P-gp 與其抑制劑的聯用，在預防癌細胞對抗癌藥物產生耐藥性方面取得了顯著的療效[31]。例如，Ribociclib，一種治療乳腺癌的 CDK4/6 抑制劑，在臨床上治療腦瘤等惡性腫瘤方面有很大的突破，通過實驗發現，當小鼠模型口服 ABCB1 后，ABCB1 極大地限制了 Ribociclib 在血腦屏障中的滲透性，但通過與抑制劑 elacridar 的聯合使用，這種現象就被完全逆轉了。說明 P-gp 能夠限制Ribociclib 的腦暴露[32]。另有研究表明，P-gp 在肝損傷以及膽汁排泄中也起到了關鍵的作用[33-34]。

3.2.2 BCRP

BCRP 為外排型轉運體，主要分布在肝細胞（膽小管面）、小腸上皮細胞、腎近區小管、胎盤、腦內皮細胞、干細胞、乳腺等部位，功能是抵抗毒素入侵和外排 BCRP 底物的毒性物質[35]。并在膽汁排泄、血腦屏障、肝損傷和抗腫瘤等方面可產生重大的影響[36-37]。據文獻查找，BCRP 被Janus 激酶 3 介導的酪氨酸磷酸化后，導致其功能受到損傷，而促進了與膜定位的β-catenin 的相互作用，從而損害了結腸藥物外排和屏障功能[38]。

總體來說，通過研究 BCRP 介導的藥物間相互作用，為臨床合理用藥提供了依據。

3.2.3 OATPs

OATPs 為攝取型轉運體，屬于 SLC，主要分布在肝細胞（竇狀隙面）等部位，其中的 OATP1B1和 OATP1B3 等在肝臟中表達較高，在肝臟消除、血腦屏障等過程中發揮著重要作用，影響著藥物在藥代動力學中的藥物間相互作用[39]。有文獻指出，通過檢查雌激素（人原卟啉，erythrocyte protoporphyrin，EPP）對主要正弦藥物吸收轉運蛋白的抑制作用，以及在體內體外外推（in vivoextrapolation，IVIVE）他汀類肝素中的應用，可以確定 OATP1B1 介導的藥物對人體肝細胞的攝取作用，和攝取成功后 IVIVE 的應用，這說明鑒定 OATP1B1 的選擇性抑制劑很重要[40]。

3.2.4 OATs

OATs 為攝取型轉運蛋白，主要分布于腎近區小管、胎盤、血腦屏障等部位，能夠使有機陰離子從血液中攝取進腎小管上皮細胞內，其中的 OAT1、OAT3 對于腎臟排泄等過程影響非常大，其特異性底物有很多，當兩個聯合藥物能夠同時被 OATs 所轉運時，就會產生雙向的 OATs 所介導的藥物間相互作用[41-43]，例如，研究腎有機陰離子轉運蛋白 OAT1 和 OAT3 在慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）中的作用時發現，OAT 與其抑制劑丙磺舒聯用，在尿毒癥溶質的殘留腎小管分泌物中起到了關鍵作用，并能夠調節遠程生物間和器官間通信（腸道菌群-血液-肝臟-腎臟-尿液），此研究為尿毒癥毒素的藥物-代謝物間相互作用提供了依據[44]。

3.2.5 OCTs

OCTs 作為攝取型轉運體，能夠使有機陽離子從細胞外攝取進細胞內[45]，主要分布在肝臟和腎臟當中，其中 OCT2 分布于腎近區小管、神經元等部位，并在腎臟中具有高表達性。研究表明，二甲雙胍作為 OCT2 的底物，介導著人體內藥物的口服吸收、肝臟攝取、腎臟排泄等過程[46]，為臨床上準確使用二甲雙胍藥物提供了有力的依據。研究發現，OCT2 的多態性，介導著藥物間的相互作用，對 2 型糖尿病患者的藥代動力學有很大的影響，從而增強了二甲雙胍的降糖作用[47-48]，對臨床治療及評估降糖藥有很好的指導意義[49]。

3.2.6 PEPT1

PEPT1 為常見的溶質載體，具有攝取的功能，主要分布在小腸上皮細胞，介導著藥物間的小腸吸收過程。例如，為了改善小腸上皮細胞對水溶性口服藥吸收差的情況，研究人員制備了腸寡肽轉運蛋白 PEPT1 靶向聚合物膠束，對水不溶性藥物的口服吸收起到了良好的促進作用[50]。

3.3 轉運體在中藥研究方面的應用

近年來，中藥在臨床上的應用甚廣，其往往與西藥或其他處方藥聯用，治療糖尿病、心臟病等常見疾病，對醫學領域意義重大[51]。然而，由于中藥及其有效成分本身的復雜性，使其在與其他藥物聯用時產生雙向性，稱為中藥-藥物相互作用（herbal-drug interactions，HDIs）。其在藥效學領域顯現出協同或拮抗現象，在藥動學領域顯現出藥物體內藥代動力學改變的現象。它的作用機制為，中藥及其有效成分對轉運體或代謝酶產生誘導或抑制效果，改變了轉運體的活性或表達，從而改變了藥物的藥代動力學，進而影響藥物在體內的吸收、分布、代謝和排泄，最終影響藥物的安全性和有效性[52]。因此，應重點關注轉運體在 HDIs 過程中的作用機制，為中藥在臨床上的使用提供重要依據。研究發現，在 HDIs 中發揮重要作用的轉運體有，外排型轉運體（P-gp，MRPs，BCRP）、攝取型轉運體（OCTs，OATPs，OATs），涉及的中藥成分有黃酮類、生物堿類、三萜類等等。

3.3.1 外排型轉運體介導的 HDIs 中的應用

外排型轉運體的功能主要是介導藥物的外排過程，在中藥領域中應用頗廣，中藥及其成分可對其產生誘導或抑制作用。

黃酮類化合物結構中含有多個羥基，能夠調節外排型轉運體，例如，天然存在的類黃酮作為一類無毒的 P-gp 抑制劑，其合成類黃酮二聚體 FD18 也能夠有效逆轉體內外 MDR，具有高轉運蛋白結合親和力和低抑菌劑的功能，此研究對調節 ABC 轉運蛋白外排的新藥候選物具有重要的意義[53]。最新發現，P-gp 與 7-O-香葉基槲皮素（7-O-geranylquercetin，GQ）的結合提高了細胞中阿霉素（adriamycin，ADR）的抗腫瘤作用，降低了 P-gp 的表達，說明 GQ 能夠有效逆轉乳腺癌中 P-gp 介導的阿霉素耐藥性[54]。范曉青等[55]研究發現，有 11 種黃酮類化合物能夠對BCRP 產生抑制作用，其機制或許與 Pi-Pi 堆積等相互作用相關，而起到關鍵作用的可能是芳香環 B、疏水基團和氫鍵受體。這為評估人體內含類黃酮的食品/藥物間相互作用的風險性提供了參考依據。另有研究發現，類黃酮作為 BCRP 的有效抑制劑，相對于單一類黃酮，當多種類黃酮同時作用于 BCRP 的乳腺癌細胞時，其米托蒽醌的積累和細胞毒性產生了加和作用，類黃酮顯示出了 MDR 的逆轉效果，但或許也影響了米托蒽醌的分布以及藥代動力學間的相互作用[56]。

生物堿類化合物中介導 HDIs 過程最多的就是黃連素，通過研究發現，它是外排型轉運體 Pgp 的底物及其抑制劑。例如，鹽酸黃連素（berberine hydrochloride，BBR）能夠雙向調節 P-gp 和細胞色素 P4503A4 酶（cytochrome P450 3A4，CYP3A4），低劑量 BBR 組，起誘導作用；反之，高劑量 BBR 組，有抑制效果。而孕烷 X 受體（pregnane x receptor，PXR）核受體途徑可通過轉錄或轉錄后的水平來調控 MDR1，改變了 P-gp 的功能，從而調控 BBR 對 P-gp 和 CYP3A4的轉錄水平和蛋白表達[57]。另外有研究發現，雙芐基異喹啉生物堿中的蓮心堿和?；撬岜淮_認為是 BCRP 的底物，BCRP 可以介導蓮心堿和?；撬岬呐判惯^程，從而影響其藥理活性和處置[58]。研究表明，烏頭生物堿可通過激活 NF-E2 相關因子 2（NF-E2-related factor 2，Nrf2）介導的信號通路使 MRP2 與 BCRP 的表達顯著提高，并使 MRP2 的外排活性有所增強，當烏頭菌種與MRP2 和 BCRP 介導的轉運底物共同給藥時，可產生 HDIs，因此，烏頭生物堿可作為衡量烏頭類草藥的質量指標[59]。

三萜類化合物被廣泛地用于治療腫瘤等疾病，被認定為外排型轉運體的抑制劑，影響著 HDIs過程。葫蘆素 E（cucurbitacin E，CuE）是一種氧化的四環三萜類化合物，有研究表明，CuE 對耐藥性腫瘤細胞系的細胞毒性有很大的影響，通過對 ABC 轉運體家族中的 P-gp，BCRP 和ABCB5 的研究發現，它們在腫瘤中的過表達與多藥耐藥性緊密相關，同時也證實了 CuE 是 Pgp 和 BCRP 的底物，也是 ABCB5 的有效抑制劑，這為治療某些類型的難治性腫瘤提供了新的思路以及潛在的治療候選物[60]。

3.3.2 攝取型轉運體介導的 HDIs 中的應用

攝取型轉運體的功能主要為介導藥物的攝取過程，在中藥研究領域的相關研究中相對較少，但同樣發揮著不可或缺的作用。

黃酮類化合物多半都是攝取型轉運體的底物及其抑制劑。有研究發現，食品中含有的某些類黃酮能夠與 OATP 產生相互作用，例如，在人體腸上皮細胞的頂膜中表達的 OATP2B1 和OATP1A2 對藥物（如他汀類藥物）的腸道吸收有重要影響，這一研究發現對食品領域做出了巨大的貢獻[61]。

生物堿類化合物多以有機陽離子的形式存在，應用于攝取型轉運體介導的藥物間相互作用。例如，EPP 及其游離堿形式在抑制 OATP1B1 介導的瑞舒伐他汀轉運方面選擇性極大，用 EPP 與由OATP1B1 介導的利福霉素鈉（rifamycin sodium，RIF SV）來確定他汀類藥物的肝攝取清除率，最后，通過使用單個轉運蛋白的半抑制濃度（50 % inhibitory concentration，IC50）和肝攝取清除率預測了食蟹猴中 EPP 和利福平（rifampin，RIF）引起的瑞舒伐他汀清除率的體內抑制程度[62]。朱丹丹[63]研究發現，小檗堿可通過核受體調控表達轉運體，與他汀類藥物聯用使降脂效果增加，從而減少他汀類藥物的用量和不良反應，其降脂機制是 OATPs 轉運到肝臟從而發揮作用，且OATPs 的表達受核受體調控。

三萜類化合物多以有機陰離子的形式存在，為攝取型轉運體的抑制劑。研究發現，用于治療缺血性心臟病和腦血管疾病的藥物血栓通，其主要成分為三七人參的凍干提取物，被證實能與藥物發生相互作用。因此，研究者通過集中對細胞色素 CYP3A 進行誘導，對 OATP1B 進行抑制，結果發現，人參皂苷 Rb1 具有與 OATP1B3 介導的藥物相互作用的高潛力。這一發現，對臨床上能夠安全有效地使用血栓通及其合成藥物提供了重要的幫助[64]。

4 結語

機體內藥物的吸收、分布、代謝和排泄等過程，都離不開轉運體的轉運功能，許多藥物已經被認定為轉運體的底物和抑制劑。學者們通過對轉運體的深入研究，發現其在治療腫瘤、腦瘤、乳腺癌等癌癥，以及膽汁排泄、血腦屏障、肝損傷、慢性腎臟病等方面取得了顯著的效果，為醫藥事業的發展做出了具大的貢獻。但也有相對不足的地方，比如在中藥領域，由于中藥成分復雜，有時會出現多種中藥同時競爭一個轉運體作為底物，或者產生中藥-藥物相互作用的現象，對轉運體產生誘導或抑制效果，從而影響藥物的有效性和安全性。因此，應更加注重對中藥-藥物間的相互作用機制進行研究，總結規律。

在臨床上聯合用藥時，應使藥物的敏感度有所提升，藥量和藥物的不良反應或毒性反應降低，藥物間的相互作用表現為協同效應，這樣才能提高藥物的安全性和有效性。這些都與轉運體的轉運機制息息相關，因此，要更加關注轉運體的研究與發展。