王德秀，王玉良

(濰坊醫(yī)學(xué)院 生理學(xué)教研室，山東 濰坊261053)

P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-GP)是腺苷三磷酸結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族中最早發(fā)現(xiàn)、研究得最為透徹的一種能量依賴性膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。該蛋白最初從對(duì)秋水仙堿耐藥的中國(guó)倉鼠卵巢細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)[1]，隨后得到純化并于1985年首次克隆了其編碼基因MDR1[2]。由于P-GP 能清除進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的有害物質(zhì)，因此P-GP在腦損傷疾病中的變化規(guī)律及其發(fā)揮功能的具體機(jī)制已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

1 P-GP 編碼基因與分子結(jié)構(gòu)

MDR 可轉(zhuǎn)錄4.5 kb的mRNA，編碼分子質(zhì)量為170 ka的P-GP。人類的MDR 基因包括MDR1 和MDR2，在嚙齒類動(dòng)物中P-GP 由3個(gè)基因所編碼，即mdr1a，mdr1b 和mdr2，其中，MDR1 與mdr1a 和mdr1b 編碼的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體大多與多藥耐藥有關(guān)，而MDR2和mdr2的編碼產(chǎn)物與多藥耐藥無關(guān)。

P-GP的一級(jí)結(jié)構(gòu)由中間的連接區(qū)以及N端和C端2個(gè)同源功能區(qū)構(gòu)成，其中每個(gè)功能區(qū)均包含6個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域和1個(gè)胞質(zhì)側(cè)的核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域[3]。P-GP的二級(jí)結(jié)構(gòu)由決定底物特異性有關(guān)的疏水結(jié)構(gòu)域、2個(gè)物質(zhì)運(yùn)輸通道和2個(gè)ATP 結(jié)合位點(diǎn)組成。整個(gè)分子連續(xù)跨細(xì)胞膜12次，于胞質(zhì)內(nèi)側(cè)面形成兩個(gè)親水的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

2 P-GP的體內(nèi)分布與主要功能

P-GP 廣泛存在于生物體的正常組織，高表達(dá)于具有屏障和分泌功能的器官中，參與機(jī)體的分泌和解毒功能[4]。P-GP表達(dá)較多的部位是血-組織屏障，如:血腦屏障(blood brain barrier，BBB)、血睪丸屏障和血胎盤屏障[5]。生理情況下，P-GP 主要分布于肝、腎、胰腺和小腸等組織器官，在腦組織中，P-GP主要表達(dá)于BBB 毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞上，而在神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞上不存在表達(dá)[6]。體外研究顯示，P-GP在小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞上也存在表達(dá)[7]。結(jié)果不同的原因可能是腦組織的固定條件不同，如在多聚甲醛固定的組織中P-GP 主要表達(dá)于星形膠質(zhì)細(xì)胞，而在丙酮固定的腦組織中，P-GP則主要表達(dá)于血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元。

不同組織中的P-GP 具有不同的功能:1)定位在腸上皮細(xì)胞上的P-GP 通過限制藥物吸收而減少藥物進(jìn)入體內(nèi)的濃度;2)分布在血-組織屏障處的P-GP 將限制藥物進(jìn)入一些較敏感的組織中，如大腦、睪丸和淋巴細(xì)胞;3)存在于肝細(xì)胞、膽小管上皮細(xì)胞側(cè)膜和腎近端小管頂膜上的P-GP 將進(jìn)入血液循環(huán)中的藥物排泄入膽汁和尿液[8]。因此，P-GP在正常組織中的生理功能主要是將外源性物質(zhì)排出至胞外，從而保護(hù)組織免受傷害。

3 P-GP在腦損傷疾病中的表達(dá)變化

3.1 癲癇損傷

癲癇狀態(tài)下，P-GP 不僅在腦血管內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)，而且在神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞及小膠質(zhì)細(xì)胞等實(shí)質(zhì)細(xì)胞中均可出現(xiàn)過表達(dá)的現(xiàn)象[9]。將腦微血管暴露在谷氨酸鹽中以模擬大鼠的癲癇狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞上存在大量的P-GP。戊四氮點(diǎn)燃大鼠模型發(fā)現(xiàn)，P-GP在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞以及海馬CA1區(qū)、齒狀回和皮質(zhì)部位的神經(jīng)元上存在表達(dá)。在杏仁核點(diǎn)燃癲癇大鼠模型中，癲癇發(fā)作1周后在海馬區(qū)神經(jīng)元上也出現(xiàn)P-GP的表達(dá)[10]。在同樣模型中，可見P-GP在癲癇大鼠的皮質(zhì)和海馬部位表達(dá)顯著增加[11]。以上結(jié)果提示，癲癇發(fā)作后，腦內(nèi)P-GP表達(dá)具有明顯的區(qū)域特異性和細(xì)胞特異性，主要表現(xiàn)在海馬部位過量表達(dá)，且在內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)顯著，在神經(jīng)元、小膠質(zhì)細(xì)胞以及星形膠質(zhì)細(xì)胞的足突腔面也存在過表達(dá)。

表達(dá)時(shí)間上，在戊四氮點(diǎn)燃大鼠模型中，4 h后在海馬區(qū)、齒狀回以及皮質(zhì)部位神經(jīng)元上出現(xiàn)P-GP的表達(dá)高峰。紅藻氨酸致癇大鼠模型中，大鼠癲癇2 h后，海馬錐體細(xì)胞和丘腦的神經(jīng)元上開始出現(xiàn)P-GP的陽性表達(dá)，6和24 h后，海馬錐體細(xì)胞P-GP表達(dá)最強(qiáng)烈，3 d后基本消失。海仁酸致癇大鼠24 h后，P-GP 主要在海馬CA3區(qū)、齒狀回、嗅周皮層以及杏仁核復(fù)合體上表達(dá)增加，而且主要定位在腦血管內(nèi)皮細(xì)胞、少部分膠質(zhì)細(xì)胞以及神經(jīng)元上[12]。提示癲癇發(fā)作24 h P-GP表達(dá)最強(qiáng)烈，這可能是癲癇發(fā)作24 h時(shí)，大腦缺血缺氧激活MDR 基因，使P-GP大量表達(dá)，發(fā)揮將細(xì)胞內(nèi)的毒性物質(zhì)排出胞外的作用[13]。

3.2 腦缺血/再灌注損傷

目前P-GP在腦內(nèi)表達(dá)的研究主要集中在生理狀態(tài)下，腦缺血后P-GP的表達(dá)部位和表達(dá)水平研究報(bào)道不多。大腦中動(dòng)脈永久閉塞模型(MCAO)大鼠腦缺血30 min后，皮層BBB 處微血管上即可出現(xiàn)P-GP表達(dá)，6 h后表達(dá)仍增加[14]。缺血1 d后，缺血周圍區(qū)的皮質(zhì)及紋狀體內(nèi)大量血管出現(xiàn)P-GP陽性表達(dá)，并隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，3 d 達(dá)高峰[4]。在缺血15 d后，海馬CA1區(qū)微血管內(nèi)皮細(xì)胞P-GP的表達(dá)水平降低，一直持續(xù)到30 d[15]?？梢?，在MCAO 永久閉塞模型的腦缺血早期(3 d 內(nèi))，皮質(zhì)BBB 處的血管內(nèi)皮細(xì)胞上最早出現(xiàn)P-GP的表達(dá)，繼而在缺血周圍區(qū)的皮質(zhì)及紋狀體的血管上表達(dá)，這可能是早期腦缺血導(dǎo)致代謝廢物含量增多，使P-GP表達(dá)在短時(shí)間表現(xiàn)為升高;而在后期(15～30 d)，由于腦組織血管再生(建立側(cè)枝循環(huán))以及大腦本身的自我修復(fù)，細(xì)胞內(nèi)的代謝廢物含量已經(jīng)下降，P-GP表達(dá)隨著這些傷害刺激減小而降低。

MCAO 缺血再灌注模型大鼠再灌注后2 h，可見BBB 處血管內(nèi)皮細(xì)胞上的P-GP表達(dá)升高且持續(xù)到22 h[16]，在缺血損傷側(cè)皮質(zhì)、紋狀體的血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元上也出現(xiàn)了P-GP的陽性表達(dá)，6 h 達(dá)到高峰，之后降低至24 h表達(dá)消失。采用短暫結(jié)扎雙側(cè)頸總動(dòng)脈5min 建立腦缺血再灌注損傷模型，再灌注7 d 可見海馬區(qū)血管及膠質(zhì)細(xì)胞上大量P-GP的陽性表達(dá)。本實(shí)驗(yàn)室在雙側(cè)頸總動(dòng)脈反復(fù)夾閉再通復(fù)制的血管性癡呆模型發(fā)現(xiàn)，缺血再灌后15 d，海馬CA1區(qū)神經(jīng)元上出現(xiàn)P-GP的表達(dá)，30 d時(shí)表達(dá)明顯增多。這些結(jié)果提示缺血再灌注模型大鼠，再灌注早期在BBB 處血管內(nèi)皮細(xì)胞、缺血損傷側(cè)皮質(zhì)、紋狀體的血管內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元上都有P-GP的一過性表達(dá);而再灌注后期(7 d 或更長(zhǎng)時(shí)間)，可能由于繼發(fā)性缺血損傷對(duì)腦組織的損傷，導(dǎo)致海馬區(qū)神經(jīng)元上P-GP的大量表達(dá)。

在自發(fā)性高血壓大鼠中，遠(yuǎn)端中腦和同側(cè)頸總動(dòng)脈串聯(lián)閉塞，基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜分析顯示，缺血1 h后大腦缺血半影區(qū)的P-GP表達(dá)下降[17]。同樣，大鼠腦缺血2 h 分別再灌15、30和60 min后，Western blot顯示缺血半球區(qū)的P-GP表達(dá)也顯著降低[18]，以上結(jié)果中P-GP表達(dá)水平差異的原因不清楚，可能是由于實(shí)驗(yàn)采用的動(dòng)物模型、研究方法、所觀察區(qū)域和抗體不同所致，而且這些結(jié)果多采用短期實(shí)驗(yàn)，而對(duì)模擬血管性癡呆等慢性疾病的動(dòng)物模型，腦內(nèi)P-GP表達(dá)及相關(guān)指標(biāo)的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)變化還需要進(jìn)一步研究。

3.3 其他疾病腦損傷

研究發(fā)現(xiàn)，不同疾病條件下，BBB 上P-GP的表達(dá)是不同的，甚至是截然相反的。如在化療藥耐藥、癲癇(前面已論述)、精神病等情況下，患者腦內(nèi)P-GP的表達(dá)較高，而在認(rèn)知功能障礙、神經(jīng)系統(tǒng)變性病患者腦內(nèi)P-GP的表達(dá)則明顯減少[19]。糖尿病大鼠BBB 上P-GP的表達(dá)量低，BBB的功能下降，大腦的內(nèi)環(huán)境紊亂，這表明P-GP 可能與大鼠生存能力下降、智力減退有某種關(guān)系。還有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)的P-GP 活性隨年齡增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，這可能與變性病的發(fā)生有某種關(guān)系[20]。

4 展望

P-GP在體內(nèi)廣泛表達(dá)，主要分布在腦內(nèi)BBB的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞上。作為膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，P-GP 主要負(fù)責(zé)將細(xì)胞內(nèi)的代謝廢物及外來的化學(xué)物質(zhì)排出胞外，維持腦組織微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。近年來，由于腦腫瘤和腦血管疾病等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病率不斷增加，P-GP的外排功能和作用機(jī)制研究越來越受重視，然而P-GP 發(fā)揮轉(zhuǎn)運(yùn)功能的具體機(jī)制、不同疾病狀態(tài)下的表達(dá)情況以及與其他轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和某些因子的相互作用尚未清楚，值得深入研究，這對(duì)于認(rèn)識(shí)中樞神經(jīng)疾病的發(fā)病機(jī)制和新藥開發(fā)等具有重要意義。

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