張久聰，王彪猛，常宗宏，張方信

蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院 消化科，甘肅 蘭州 730050

ABC細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白是一個能轉(zhuǎn)運多種底物的蛋白質(zhì)家族，目前認為其中的許多成員在宿主對異物的防御機制和腫瘤細胞對抗癌藥物的耐藥性中起重要作用。由于ABC 細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白能將已進人細胞的外源性物質(zhì)從胞內(nèi)泵出胞外，所以是腫瘤細胞多藥耐藥的主要原因，其基因表達水平與細胞內(nèi)藥物濃度和耐藥程度密切相關(guān)。近年來，腫瘤細胞多藥耐藥性的研究炙手可熱，國內(nèi)外學(xué)者對ABC 細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白基因在不同惡性腫瘤中的表達及其在惡性腫瘤原發(fā)性多藥耐藥中發(fā)揮的作用進行了大量實驗研究。在此，我們就ABC 細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白及其介導(dǎo)的細胞多藥耐藥方面的研究進展做簡要綜述。

1 藥物轉(zhuǎn)運體概述

藥物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程，包括藥物吸收、分布、代謝及排泄過程，都涉及藥物對生物膜（包括細胞膜和細胞的內(nèi)膜系統(tǒng)）的通透[1]。細胞膜上主要有3 種功能蛋白，即離子通道、膜受體和轉(zhuǎn)運體。轉(zhuǎn)運體是細胞內(nèi)外物質(zhì)交換的分子基礎(chǔ)，包括離子轉(zhuǎn)運體、神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運體、營養(yǎng)物質(zhì)（如葡萄糖和氨基酸）轉(zhuǎn)運體和外來物質(zhì)轉(zhuǎn)運體。人體組織生物膜存在的由特殊轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)的藥物跨膜轉(zhuǎn)運，稱之為藥物轉(zhuǎn)運體。藥物轉(zhuǎn)運體在本質(zhì)上屬于外來物質(zhì)轉(zhuǎn)運體，是機體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的重要組成部分。藥物轉(zhuǎn)運體在藥物在體內(nèi)的代謝過程中發(fā)揮重要作用，是影響藥物效應(yīng)以及產(chǎn)生藥物相互作用的重要因素[2]。

藥物轉(zhuǎn)運體按照其轉(zhuǎn)運方向的不同可分為2類。一類將底物等轉(zhuǎn)運進入細胞，從而增加細胞內(nèi)的底物濃度，稱為攝取性轉(zhuǎn)運體（uptake transporters），如有機陰離子轉(zhuǎn)運體（organic anion transporter，OAT）、有機陽離子轉(zhuǎn)運體（organic cation transporter，OCT）、多肽轉(zhuǎn)運體（peptide transporter，PEPT）和核苷轉(zhuǎn)運體（nucleoside transporter，NT）等，分別轉(zhuǎn)運弱酸性、弱堿性、多肽類及核苷類藥物進入細胞[3]。攝取性轉(zhuǎn)運體將底物攝取至靶位以發(fā)揮藥效，亦稱為可溶性載體（solute carrier，SLC）[4]。另一類藥物轉(zhuǎn)運體為外排性轉(zhuǎn)運體（efflux transporters），該轉(zhuǎn)運體的主要功能是依賴ATP 分解釋放的能量，將藥物從細胞內(nèi)排出，限制藥物的攝取和吸收，從而達到降低藥物在細胞內(nèi)濃度的目的[5-6]。外排性轉(zhuǎn)運體有P 糖蛋白（P glycoprotein，P-gp）、乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）、多藥耐藥相關(guān)蛋白（multidrug resistance-related protein，MRP）、肺耐藥蛋白（lung resistance-related protein，LRP）及膽酸鹽外排轉(zhuǎn)運蛋白（bile salt export pump，BSEP）等[7-8]。外排性轉(zhuǎn)運體能將已進入細胞的治療性藥物從細胞內(nèi)排出，所以是細胞多藥耐藥（multidrug resistance，MDR）的主要元兇，其蛋白表達水平與細胞內(nèi)的藥物濃度緊密相關(guān)[9]。

2 ABC細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白家族成員

2.1 ABCB1

ABCB1 是相對分子質(zhì)量為170×103、由1280 個氨基酸殘基組成的ATP 依賴性膜蛋白，可分成4 個結(jié)構(gòu)域，即2 個跨膜結(jié)構(gòu)域（transmembrane domain，TMD）、2 個核苷結(jié)合結(jié)構(gòu)域（nucleotide binding domain，NBD），糖基化與磷酸化均與該蛋白藥物排出轉(zhuǎn)運無關(guān)[10]。最初在秋水仙堿抵抗性倉鼠卵巢細胞上被發(fā)現(xiàn)可改變細胞膜對異生素（xenobiotics）的通透性，后來相繼在腸道、血液細胞中發(fā)現(xiàn)存在該蛋白的表達，是機體抵抗有毒化合物、保護機體重要器官如腦等的重要蛋白[11]。來自不同種屬的ABCB1有達70%的同源性，由一緊密相關(guān)基因家族編碼，在人類為MDR基因家族，在嚙齒類為mdr基因，人類有2個異構(gòu)體，嚙齒類為3 個。ABCB1 轉(zhuǎn)運底物大多數(shù)為弱的兩性嗜性，相對疏水性，許多底物包含芳香環(huán)和帶電荷的季氨氮[12-13]。

ABCB1 是多藥耐藥基因MDR1的表達產(chǎn)物，為ATP 依賴型的外排性轉(zhuǎn)運體，可以將外源性藥物外排至細胞外，從而影響藥物的治療效果。當治療藥物進入靶細胞，ABCB1 與化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機制不同的藥物結(jié)合，形成一個磷酸化和糖基化的ATP 結(jié)合盒蛋白的藥物大分子。ATP 水解后釋放的能量可以將已進入細胞的藥物從胞內(nèi)排出胞外，以保護宿主細胞免受藥物攻擊和減少凋亡數(shù)量，是細胞產(chǎn)生原發(fā)性耐藥的主要原因。ABCB1 的表達水平與細胞內(nèi)藥物濃度及細胞的耐藥程度緊密相關(guān)[14]。

2.1.1 ABCB1 的分布與表達 ABCB1 主要分布在有分泌和排泄功能的上皮細胞膜上，人類正常組織中均有不同程度ABCB1 的表達，其中肺、胃、腸、胰腺、腎上腺等組織中的表達量相對較高，而在卵巢、胸腺、骨髓中低表達甚至不表達。ABCB1 是血腦屏障、血睪屏障和胎盤屏障的重要組成部分，對正常細胞和組織防護外來物質(zhì)的干擾發(fā)揮重要作用[15-16]。

ABCB1 在腫瘤中廣泛表達，可作為腫瘤患者預(yù)后的評價指標之一。如正常卵巢組織中無ABCB1表達，良性卵巢癌中ABCB1表達率為33.3%，而在惡性卵巢癌中達到100%。宮頸癌組織ABCB1 的表達也顯著高于正常宮頸組織。ABCB1 高表達的卵巢癌或?qū)m頸癌組織細胞可對蒽環(huán)類、長春堿類、紫杉醇類、鬼臼毒素類化療藥物和阿霉素等產(chǎn)生交叉性多藥耐藥。ABCB1 在其他組織器官如肺、肝臟、腎上腺和直腸所發(fā)生的腫瘤中均為高表達，并且對化療藥物不敏感或療效差。研究表明，ABCB1 高表達與腫瘤化療耐藥、復(fù)發(fā)和預(yù)后緊密相關(guān)[17]。

2.1.2 ABCB1 在腫瘤中的耐藥機制 腫瘤患者體內(nèi)ABCB1高表達與腫瘤細胞的多藥耐藥相關(guān)[18]。外源性藥物如蒽環(huán)類、長春堿類、鬼臼毒素類、紫杉醇及放線菌素D 等天然抗腫瘤藥較易被ABCB1 排出胞外，降低細胞內(nèi)藥物濃度，從而出現(xiàn)多藥耐藥。研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞內(nèi)藥物濃度、細胞耐藥程度均與細胞膜表面ABCB1 的表達緊密相關(guān)。阻斷ABCB1 后可顯著抑制藥物的外排，增加藥物的胞內(nèi)濃度，逆轉(zhuǎn)細胞耐藥，提高腫瘤細胞對化療藥物的敏感性[19-20]。

促使ABCB1 產(chǎn)生多藥耐藥的化療藥物主要包括：①烷化劑類，如環(huán)磷酰胺；②抗生素類抗腫瘤藥，如柔紅霉素；③植物堿類抗腫瘤藥，如長春新堿、紫杉醇等；④蒽環(huán)類化療藥，如阿霉素；⑤激素類，如孕激素、三苯氧胺等（表1）。研究表明，外周血細胞中也存在ABCB1 的表達，特別是淋巴細胞，在應(yīng)用了抗病毒藥物、免疫抑制劑和治療白血病藥物的患者中，ABCB1 的高表達造成了胞內(nèi)藥物濃度的降低和治療效果的下降[16]。

2.1.3 ABCB1 多藥耐藥的逆轉(zhuǎn) 腫瘤細胞的多藥耐藥性與ABCB1 表達密切相關(guān)，如果抑制基因MDR1的表達，就可能逆轉(zhuǎn)腫瘤的多藥耐藥，從而提高腫瘤細胞對化療的敏感性。

ABCB1 高表達的惡性腫瘤患者，治療可選擇不誘導(dǎo)ABCB1 的化療藥物或使用ABCB1 逆轉(zhuǎn)劑。目前ABCB1 逆轉(zhuǎn)劑主要有維拉帕米、環(huán)孢菌、奎尼丁、粉防己堿、蝙蝠葛堿、人參皂甙等。如漢防己甲素可以提高耐藥白血病細胞內(nèi)的柔紅霉素濃度，增強柔紅霉素對耐藥細胞的藥理作用；川芎嗪可以增強環(huán)孢素對細胞耐藥的逆轉(zhuǎn)作用；欖香烯不但對耐藥細胞有較強的殺傷作用，而且不誘導(dǎo)細胞內(nèi)MDR1mRNA 的表達，說明欖香烯不易產(chǎn)生耐藥性；大黃素能增強腫瘤藥物的細胞毒作用，逆轉(zhuǎn)多藥耐藥，降低ABCB1 的表達；人參皂甙可以逆轉(zhuǎn)白血病細胞的多藥耐藥，并且該效應(yīng)呈劑量依賴性。

目前，大多數(shù)逆轉(zhuǎn)劑通過抑制ABCB1 外排功能，提高腫瘤細胞內(nèi)化療藥物的濃度而對抗多藥耐藥。針對ABCB1 的多藥耐藥的逆轉(zhuǎn)方式主要有：①研制不具多藥耐藥的新型抗腫瘤藥物；②發(fā)現(xiàn)新的多藥耐藥逆轉(zhuǎn)劑，并與抗腫瘤藥物合用，恢復(fù)多藥耐藥細胞對抗腫瘤藥物的敏感性；③通過脂質(zhì)載體運送抗腫瘤藥物，改變藥物進入細胞的途徑；④運用單克隆抗體、反義寡核苷酸、核酶和小干擾RNA 等技術(shù)，在DNA 或RNA 水平抑制MDR1基因的表達；⑤運用一些細胞因子逆轉(zhuǎn)劑等。

2.2 ABCG2

1998 年Doyle 等首先在乳腺癌細胞株MCF-7/AdrVp 中檢測到一個跨膜轉(zhuǎn)運蛋白，稱為乳腺癌耐藥蛋白[21]。系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)此蛋白是ABC 超家族亞族G 的第2 個成員，命名為ABCG2。作為一個新的ABC 超家族膜轉(zhuǎn)運蛋白成員，ABCG2 日益成為臨床腫瘤化學(xué)治療的靶點之一[22]。

2.2.1 ABCG2 的分布與結(jié)構(gòu) ABCG2 廣泛分布于正常組織中，主要存在于具有分泌和排泄功能的組織，如胎盤合體滋養(yǎng)層、小腸和結(jié)腸上皮、肝臟小管膜、膽小管膜、乳腺小葉及血管內(nèi)皮細胞中[23]。人類ABCG2基因位于染色體4q22-23，編碼655個氨基酸殘基。鼠類BCRP基因又稱為Bcrpl，位于染色體6、28-29，編碼657 個氨基酸殘基，與人類ABCG2 有81%的同源性[24]。ABCG2全長66 kb，由16個外顯子和15 個內(nèi)含子組成，外顯子為60～332 bp 不等。ABCG2的mRNA 為2.4 kb，相對分子質(zhì)量約為72.6×103[22]。與ABCB1和ABCC 一樣，ABCG2 存在ABC 結(jié)構(gòu)，具有ATP依賴性藥物外排功能。

2.2.2 ABCG2 與腫瘤耐藥性 研究發(fā)現(xiàn)，ABCG2 在人體多種腫瘤細胞內(nèi)都高表達[25]。ABCG2能轉(zhuǎn)運多種化療藥物，將藥物從細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運至細胞外。故ABCG2 表達特征與惡性腫瘤化療效果有密切關(guān)系，高表達者化療效果不佳，而低表達則療效較好[26]。研究發(fā)現(xiàn)，ABCG2 主要通過結(jié)合和水解ATP 并利用能量將細胞內(nèi)的藥物泵出，降低胞內(nèi)藥物濃度和減輕細胞毒作用，從而可使機體對腫瘤藥物產(chǎn)生耐藥。

2.3 ABCC1（MRP1）

1992 年Cole 等發(fā)現(xiàn)阿霉素選育的人小細胞肺癌H69AR 耐藥細胞系可對多種化療藥物產(chǎn)生耐藥，卻無ABCB1 的高表達，而是多藥耐藥相關(guān)蛋白表達升高[27]。MRP 是第一個被發(fā)現(xiàn)的ABCC 亞族轉(zhuǎn)運蛋白，現(xiàn)稱為MRP1 或ABCC1，其編碼基因位于人染色體16p13.1。MRP 由1531 個氨基酸殘基組成，相對分子質(zhì)量為190×103。目前己在人類中發(fā)現(xiàn)9 種ABCC 轉(zhuǎn)運蛋白（表2）。ABCC 家族的分子結(jié)構(gòu)有2類：第一類與ABCB1 結(jié)構(gòu)相似，如MRP4、MRP5、MRP8、MRP9；另一類除具有與ABCB1 相似的結(jié)構(gòu)外，N 端還有一個由5 個疏水性跨膜α螺旋組成的跨膜區(qū)，如MRP1、MRP2、MRP3、MRP6、MRP7。

ABCC1是目前研究較多的轉(zhuǎn)運體[28]。正常細胞中ABCC1 主要分布在胞內(nèi)膜系統(tǒng)上，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體，通過運輸囊泡膜行使正常的生理功能，包括排出進入細胞或胞內(nèi)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，轉(zhuǎn)運內(nèi)源性激素等。在腫瘤細胞中，ABCC1 主要分布在細胞膜上，少數(shù)分布在細胞質(zhì)內(nèi)，且靠近細胞核。ABCC1在細胞中的空間特殊分布，決定了ABCC1 在腫瘤與正常細胞間的功能差異。

表1 ABCB1底物、誘導(dǎo)劑和抑制劑

表2 ABCC轉(zhuǎn)運蛋白家族的分布[29]

ABCC1轉(zhuǎn)運譜類似于ABCB1，但ABCC1轉(zhuǎn)運蛋白優(yōu)先結(jié)合的底物為有機陰離子，如藥物和谷胱甘肽（GSH）、葡萄糖醛酸或硫酸基團結(jié)合。目前認為ABCC1和GSH 共同介導(dǎo)細胞耐藥的發(fā)生，藥物通過谷胱苷肽S 轉(zhuǎn)移酶和GSH 結(jié)合，然后由ABCC1 轉(zhuǎn)運出細胞。這個假設(shè)的提出主要基于以下幾點：①細胞內(nèi)GSH 的耗竭將會終止ABCC1 介導(dǎo)的對長春堿和蒽環(huán)類的藥物耐藥；②在囊泡轉(zhuǎn)運實驗中，長春堿和柔紅霉素的外排轉(zhuǎn)運只發(fā)生在囊泡內(nèi)GSH 減少的情況下；③長春新堿外排的增加是和GSH 量相關(guān)的。因此，由ABCC1介導(dǎo)的藥物耐藥需要GSH 的持續(xù)供應(yīng)，以使未結(jié)合的藥物排出。

2.4 ABCB1、ABCC1及ABCG2三者的關(guān)系

ABCB1、ABCC1及ABCG2均屬于ABC藥物轉(zhuǎn)運蛋白家族，它們不但在結(jié)構(gòu)上有一定的同源性，而且功能上也極其相似，即作為藥物排出轉(zhuǎn)運體，依賴ATP 提供能量將外源性治療藥物排出，導(dǎo)致細胞內(nèi)藥物濃度降低，從而產(chǎn)生耐藥。

ABCB1、ABCC1 及ABCG2 三者也存在不同點：①三者介導(dǎo)耐藥機制不完全相同；②能有效逆轉(zhuǎn)三者介導(dǎo)的耐藥藥物不同；③三者的耐藥譜不同。

對ABCB1、ABCC1及ABCG2三者作用機制過程的深入研究，必將有利于化療療效的提高。細胞發(fā)生多藥耐藥存在多種機制。通過檢測多個ABC 藥物轉(zhuǎn)運蛋白基因，并依據(jù)耐藥機制和基因表達結(jié)果，選擇適合的藥物或使用耐藥逆轉(zhuǎn)劑，能夠避免藥物治療無效而引起的嚴重不良反應(yīng)，從而達到增強藥物療效，改善預(yù)后的目的。目前對ABC 藥物轉(zhuǎn)運蛋白體內(nèi)的全面生理功能和作用機理、環(huán)節(jié)尚不完全清楚，特異性逆轉(zhuǎn)多藥耐藥的藥物也未發(fā)現(xiàn)，膜轉(zhuǎn)運蛋白之間的關(guān)系尚有待進一步研究。

[1]欒家杰,宋建國.藥物轉(zhuǎn)運體與藥物體內(nèi)過程[J].安徽醫(yī)藥,2005,9(10):721-723.

[2]Kusuhara H,Sugiyama Y.Role of transporters in the tissueselective distribution and elimination of drugs:transporters in the liver,small intestine,brain and kidney[J].J Control Release,2002,78(1-3):43-54.

[3]Fletcher J I,Haber M,Henderson M J,et al.ABC transporters in cancer:more than just drug efflux pumps[J].Nat Rev Cancer,2010,10(2):147-156.

[4]Varatharajan L,Thomas S A.The transport of anti-HIV drugs across blood-CNS interfaces:summary of current knowledge and recommendations for further research[J].Antiviral Res,2009,82(2):A99-109.

[5]Higgins C F.ABC transporters:physiology,structure and mechanisman overview[J].Res Microbiol,2001,152(3-4):205-210.

[6]Schmitt L,Tampe R.Structure and mechanism of ABC transporters[J].Curr Opin Struct Biol,2002,12(6):754-760.

[7]Lee C A,Cook J A,Reyner E L,et al.P-glycoprotein related drug interactions:clinical importance and a consideration of disease states[J].Expert Opin Drug Metab Toxicol,2010,6(5):603-619.

[8]Fromm M F.Importance of P-glycoprotein at blood-tissue barriers[J].Trends Pharmacol Sci,2004,25(8):423-429.

[9]Hollenstein K,Dawson R J,Locher K P.Structure and mechanism of ABC transporter proteins[J].Curr Opin Struct Biol,2007,17(4):412-418.

[10]Locher K P.Review.Structure and mechanism of ATP-binding cassette transporters[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci,2009,364(1514):239-245.

[11]Locher K P.Structure and mechanism of ABC transporters[J].Curr Opin Struct Biol,2004,14(4):426-431.

[12]Glaeser,H.Importance of P-glycoprotein for drug-drug interactions[J].Handb Exp Pharmacol,2011,(201):285-297.

[13]Sarkadi B,Ozvegy-Laczka C,Nemet K,et al.ABCG2 -a transporter for all seasons[J].FEBS Lett,2004,567(1):116-120.

[14]Rees D C,Johnson E,Lewinson O.ABC transporters:the power to change[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2009,10(3):218-227.

[15]Ishikawa T.Emerging trends in human ABC transporters[J].Pharm Res,2009,26(2):445-448.

[16]Giraud C,Manceau S,Treluyer J M.ABC transporters in human lymphocytes:expression,activity and role,modulating factors and consequences for antiretroviral therapies[J].Expert Opin Drug Metab Toxicol,2010,6(5):571-589.

[17]Fletcher J I,Haber M,Henderson M J,et al.ABC transporters in cancer:more than just drug efflux pumps[J].Nat Rev Cancer,2010,10(2):147-156.

[18]Lockhart A C,Tirona R C,Kim R B.Pharmacogenetics of ATP-binding cassette transporters in cancer and chemotherapy[J].Mol Cancer Ther,2003,2(7):685-698.

[19]Cascorbi I.Role of pharmacogenetics of ATP-binding cassette transporters in the pharmacokinetics of drugs[J].Pharmacol Ther,2006,112(2):457-473.

[20]Cascorbi I,Haenisch S.Pharmacogenetics of ATP-binding cassette transporters and clinical implications[J].Methods Mol Biol,2010,596:95-121.

[21]Doyle L A,Yang W,Abruzzo L V,et al.A multidrug resistance transporter from human MCF-7 breast cancer cells[J].Proc Natl Acad Sci USA,1998,95(26):15665-15670.

[22]Meyer zu Schwabedissen H E,Kroemer H K.In vitro and in vivo evidence for the importance of breast cancer resistance protein transporters(BCRP/MXR/ABCP/ABCG2)[J].Handb Exp Pharmacol,2011,(201):325-371.

[23]Krishnamurthy P,Schuetz J D.Role of ABCG2/BCRP in biolo-gy and medicine[J].Annu Rev Pharmacol Toxicol,2006,46:381-410.

[24]Ni Z,Bikadi Z,Rosenberg M F,et al.Structure and function of the human breast cancer resistance protein(BCRP/ABCG2)[J].Curr Drug Metab,2010,11(7):603-617.

[25]Sauerbrey A,Sell W,Steinbach D,et al.Expression of the BCRP gene(ABCG2/MXR/ABCP) in childhood acute lymphoblastic leukaemia[J].Br J Haematol,2002,118(1):147-150.

[26]Coley H M.Mechanisms and strategies to overcome chemotherapy resistance in metastatic breast cancer[J].Cancer Treat Rev,2008,34(4):378-390.

[27]Cole S P,Bhardwaj G,Gerlach J H,et al.Overexpression of a transporter gene in a multidrug-resistant human lung cancer cell line[J].Science,1992,258(5088):1650-1654.

[28]Haimeur A,Conseil G,Deeley R G,et al.The MRP-related and BCRP/ABCG2 multidrug resistance proteins:biology,substrate specificity and regulation[J].Curr Drug Metab,2004,5(1):21-53.

[29]Dallas S,Miller D S,Bendayan R.Multidrug resistance-associated proteins:expression and function in the central nervous system[J].Pharmacol Rev,2006,58(2):140-161.