糖蛋白作用

P-糖蛋白介导的药物代谢动力

学及其药物间的相互作用

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

2.1P-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

(ATPbindingcasttetransporters)。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

(NucleotideBindingDomains，NBD)和两个跨膜区(MembraneSpanningDomain，

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α-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1molP—gp可水解1mol的ATP。已证实人和小鼠提纯的P．gp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。

2.1.3P-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，P—gp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。flippa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。Vaecumcleanermodel

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。P—gp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]。

2.1.4P-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。

2.2P-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。

2.2.1P-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P—gp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，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入侵。

缺乏了P—gp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P—gp转运的影响，临床给药剂量通常超过该药的Km值，P—

gp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，P—gp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P—gp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34．9min

延长至48．6min，因此，P-gp可能成为口服给药吸收的屏障[5]。

2.2.2P-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P—gp的血脑屏障(bloodbrainbarrier，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]。

P—gp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P—gp的调节[8]。此外P—gp也表达在HIV—l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]。

2.2.3P-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，P—gp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，P—gp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P—gp的相互作用。大部分药物进入肠腔上皮细胞后，

被P—gp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，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]。

2.2.4P-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。

P—gp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P—gp的底物地高辛，具野生型P—gp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，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。

2.3P-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[12]。目前对P—gp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，P—gp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，P—gp的抑制剂使脑中药物

浓度的升高比血浆中更明显。

P—gp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Ⅰ

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Ⅱ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Ⅲ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P—gp所

介导的多药耐药具有很好的临床前景[13]。

2.4P-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P—gp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

P—gp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，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】BiedlerJL,RiehmH．Cellularresistance

toactinomycinDinChine∞hamstercellsin

vitro：eross-resistance，radioautographic，

andcytogeneticstudies[J]．CancerRes，

1970，30(4)：1174-1184

【2】JulianoRL，LingV．Asurface

glycoproteinmodulatingdrugpeTnllxlbility

inChinehamsterovarycell

mutants[J]．BiochimBiophysActa,1976，

455(I)：152一162

【3】FrornmMF．Importanceof

P-glycoproteinatblood-tissue

hamerstfl．TrendsPharmacolSci，2004，

25(8)：423-429

【4】OudeElferinkRP，ZadinaJ．MDRl

P—glycoproteintransport11-dogenous

opioidpeptides[J]．Peptides，2001，22(12)：

2015-2020

【5】LownKS，MayoRR，LeichtmanAB，

“a1．Roleofintesfinal

P—glycoprotein(mdrl)ininterpatient

variationintheoralbioaval—labilityof

cyclosporine[J]．ClinPharmacolTher,1997；

62：248—260

【6】SparreboomA，vailAsperenJ．MayerU，

etal．Limitedoralbioavailabilityandactive

epithelialexeredonofpaclitaxel(Tax01)

caudby

P-glycoproteinintheintestine[J]ProcNatlAca

dSciUSA，1997；94：203l一2035

【7】MasudaS，GotoM，KiuchiT，etal

Enhancedexpressionofenterocyte

P·glycoproteindepresscyclospofine

bioavailabilityinarccipientoflivingdonor

livertransplantation[J]LiverTranspl．2003：

9：1108-lll3

【8】戴立波,方平飞，李焕德.P-gp调节对药

物代谢动力学及药效学的影响.中南药学

2011,9(8):612-613.

【9】刘文操，刘卓拉.P糖蛋白参与机体正常的

药物代谢、分布及转运功能的研究进展.山

西医科大学学报.2003,34(6):580-581.

【10】马云芳，裴得胜,梁国鲁等.P糖蛋白的研

究进展.现代生物医学进

展.2008,8(8):1584-1587.

【11】张伟霞，周宏灏.P一糖蛋白介导的药代

动力学及其药物相互作用.中国临床药理学

杂志.2004,20(2):139-142.

【12】冉启文.P糖蛋白与药物的结合体在体内

的转化过程探讨.中国现代应用药学杂

志.2008,25(7):618-620.

【13】聂昊，王晖.P糖蛋白在不同组织中的分

布与功能研究进展.广东药学院学

报.2012,28(4):456-458.

【14】苏成业.P糖蛋白在药物代谢动力学中的

作用及其临床意义.药学学

报.2005,40(8):673-679.

【15】贺云霞，孙进，程刚.多药耐药性P糖蛋

白在药物肠道吸收中的作用.沈阳药科大学

学报.2004,21(5):389-392.