转运蛋白在药物吸收过程中的作用

转运蛋白在药物吸收过程中的作用

摘要药物在人体内的吸收涉及到跨莫转运问题。药物的主要跨莫转运方式有被动运输和主动运输。一些相对分子质量较小，脂溶性好的药物可以直接通过被动扩散进入血液。然而相对分子质量较大，水溶性或离子型药物则必须借助专属的转运蛋白，通过主动运输进入人体。通过对人体内的转运蛋白的研究和利用，可以提高某些药物的生物利用度，增强药效。这对药物的研发和应用有十分重要的意义。

关键字转运蛋白；ABC转运蛋白；小肽转运蛋白

细胞膜的基本构架是磷脂双分子层，只允许一些小分子或脂溶性分子自由通过。区别于物理扩散，细胞和环境之间的物质交流是受细胞控制的。细胞膜上的转运蛋白控制细胞内、外物质交流，对转运底物具有特异性识别，可以耗能逆浓度梯度主动转运。

近年来，随着分子生物学技术的的发展，人们对存在于器官和组织中的转运蛋白的结构及其功能有了进一步的认识。根据其转运方式的不同，可将目前已发现的转运蛋白分为两类：。一类转运体可转运底物进入细胞,增加细胞内底物浓度，称之为小肽转运蛋白或寡肽转运蛋白（peptide transport，PEPT)。例如：有机阴离子多肽转运体（organic anion-transporting polypeptide tide，OATP），有机阳离子转运体(organic cation transporter,OCT)），寡肽转运体(oligopeptide transporter,PEPT）等。另一类转运体是通过直接降解ATP提供能量，促使蛋白构象转换、逆浓度梯度转运有机离子和小分子。人们称之为ABC转运蛋白（ATP binding cassette transport protein），例如：P-糖蛋白（P-glycoprotein,P-gp）。药物可以通过转运蛋白进入体循环，到达靶点。这对药物在的吸收以及提高生物利用度有着重要意义。

1ABC转运蛋白（ATP binding cassette transport protein）

1.1ABC转运蛋白的结构

ABC转运蛋白家族是一大类跨膜蛋白,其主要功能是利用ATP水解产生的能量将与其结合的底物转出质膜。

ABC转运蛋白的核心结构通常由4个结构域组成,包括2个高度疏水的跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)和2个核昔酸结合域(nucleotide一binding domian,NBD)[1]。每一跨膜结构域一般由6个a螺旋构成,也存在由10个、17个、19个a螺旋组成的跨膜结构域。它们形成一个跨膜通道以实现底物分子的跨膜运输,同时还参与底物的识别过程。研究表明MSD由6对跨膜的α-螺旋组成,

且相互平行排列;而NBD是由高度保守的Walker A﹑ABC特异位点和Walker B组成。人ABC转运蛋白各亚家族成员均有其结构特点,ABCA和ABCC亚家族成员均为全转运子;ABCD﹑ABCG和ABCH亚家族都是半转运子;ABCB亚家族中不仅有全转运子也有半转运子;而ABCE和ABCF亚家族成员只有2个NBD,

没有MSD[2]。

1.2ABC转运蛋白的转运机制

由于各种生物的ABC转运蛋白的结构的相似性以及NBD的高度保守性,原核和真核生物中的ABC转运蛋白的作用机制相近。虽然对ABC转运蛋白跨膜运输的精确分子机制尚不清楚,但目前的研究已使其作用机制初显轮廓。外向运输ABC 转运蛋白的整个转运过程是从细胞内侧底物与ABC转运蛋白TMD区的结合开始的,而对于内向运输ABC转运蛋白,则是先形成外周蛋白和底物的复合体,然后与ABC 转运蛋白相互作用,进而把底物传递给它的TMD部分。

从目前已经解析结构的ABC转运蛋白可以看出,两个TMD之间存在一个通道,通过该通道的构象变化来摄取、传输和释放底物。在不同的转运阶段,两个NBD 的结合状态不一样,通道的开口朝向也有所不同。通过控制通道对膜内外的开放,偶联ATP的水解来实现对底物的转运,这是一种门控模式[3]。当ABC转运蛋白具有膜外结合蛋白时,从膜外向胞内转运底物的转运过程是:在两个TMD之间存在一水性通道,靠近膜外及胞质部分都有环形成的门。未转运底物时,靠近外周质的门处于开放状态,朝向胞质面的门处于关闭状态。跨膜转运时,膜外结合蛋白结合底物并呈送到TMD,接着信号传递到NBD,NBD则结合并水解ATP,NBD水解ATP后构象发生变化并传递到TMD,TMD的构象发生变化,底物被送到通道中,通道朝向外周质的门随即关闭,这时,朝向胞质的门开放,底物最终被送到胞内。而当ABC 转运蛋白没有膜外结合蛋白时,则是底物直接结合到TMD上,其他转运过程基本一致。从胞内把底物,比如药物转运到胞外的ABC转运蛋白除了通道内外的门开放的顺序相反外,其他转运过程基本相同[4]。

2小肽转运蛋白（peptide transport，PEPT)

2.1小肽转运蛋白的结构

人PepT2的mRNA全长2.7kb，有长2.2kb的开放阅读框。大鼠的PepT2mRNA 长为3.9kb[5].尽管PepT2mRNA的长度不同,但它们都编码由729个氨基酸组成的蛋白质。PepT2蛋白高度糖基化,分子量约107kD;非糖基化蛋83kD,其与PepT1结构相似,有12个跨膜结构域,N末端和C末端都面向细胞质(Fig.1).所有穿膜区内的序列都高度保守,而胞外环上的序列有所变化,如连接9和10跨膜螺旋间细胞外环的氨基酸变化较大[6].

2.2小肽转运蛋白的转运机制

在哺乳动物的各种细胞中,PepT2与PepT1的结构和功能相似,有着共同的转运机制.与游离氨基酸的吸收依靠各种Na+泵转运系统不同,PepT是以H+梯度为跨膜动力与Na+/H+交换转运系统协同逆底物浓度梯度转运二、三肽与仿肽类物质.转运过程中,由质子向细胞内电化学质子梯度供能,底物经刷状膜缘被吸收并伴随质子流入细胞,质子运动的动力由Na+/H+交换酶(NHE3)提供.顶膜上的NHE3促使质子流出和Na+进入细胞.流入的Na+又不断被底膜上Na+/K+ATP酶泵出细胞,同时由Na+/K+ATP酶转运到胞内的K+经由钾离子通道离开细胞(Fig.2)[7],使细胞内的Na+和K+恢复到原来水平.

PepT2是依靠质子梯度为动力的跨膜转运,而不是Na+梯度作为驱动力,通过Na+/H+交换系统泵出质子维持细胞外的质子梯度[7].PepT2不仅以小肽为底物,也转运仿肽类药物,如B-内酰胺类抗生素、抗肿瘤药物血管紧缩素、血管紧张素