雷　燕,張建華,張　明,陳　賡,孫寶英

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古　包頭　014034)

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P-糖蛋白抑制劑研究進(jìn)展

雷燕,張建華,張明,陳賡,孫寶英

(內(nèi)蒙金屬材料研究所，內(nèi)蒙古包頭014034)

化療是治療腫瘤的最重要手段之一，但多藥耐藥的發(fā)生是導(dǎo)致化療失敗的重要原因。其中最重要的多藥耐藥機(jī)制之一是腫瘤細(xì)胞膜P-糖蛋白的高度表達(dá)和它參與的藥物外排引起的多藥耐藥。本文介紹了P-糖蛋白結(jié)構(gòu)、P-糖蛋白轉(zhuǎn)運藥物的機(jī)制及P-糖蛋白抑制劑的發(fā)展。P-糖蛋白抑制劑是逆轉(zhuǎn)多藥耐藥的重要方法之一，可以有效實現(xiàn)腫瘤多藥耐藥的逆轉(zhuǎn)。因此，高特異性、低副作用及優(yōu)良療效的新型P-糖蛋白抑制劑的研究必將成為未來的研究重點。

P-糖蛋白；多藥耐藥；多藥耐藥抑制劑

腫瘤的多藥耐藥(MDR)由Biedler和Riehm[1]于1970年首次提出，是指腫瘤細(xì)胞對某種抗癌藥物產(chǎn)生耐藥作用以后，對作用靶點、作用機(jī)理和化學(xué)結(jié)構(gòu)完全不同的抗癌藥物也會產(chǎn)生耐藥的現(xiàn)象。腫瘤的多藥耐藥性分為兩類，即內(nèi)在性耐藥和獲得性耐藥，前者是指在化療前就存在于腫瘤細(xì)胞中，即對首次化療就產(chǎn)生耐藥現(xiàn)象；后者是指腫瘤細(xì)胞對首次抗癌藥物高度敏感，在化療的過程中，不僅對已經(jīng)使用過的抗癌藥物產(chǎn)生耐藥，而且對其他作用機(jī)制不同及結(jié)構(gòu)各異的藥物也產(chǎn)生耐藥的現(xiàn)象[2]。

腫瘤多藥耐藥發(fā)生的機(jī)制有很多，且很復(fù)雜。在眾多關(guān)于腫瘤多藥耐藥產(chǎn)生 機(jī)制的 研究中，腫瘤細(xì)胞膜P-糖蛋白的高度表達(dá)與其介導(dǎo)的藥物外排引起的多藥耐藥機(jī)制被最早發(fā)現(xiàn)，是目前的研究熱點，獲得 最為廣泛和深入的研究[3]。

1　P-糖蛋白結(jié)構(gòu)

P-糖蛋白(P-gp)最早是由Juliano R L和Ling V[4]于1976年在耐藥的中國倉鼠卵巢腫瘤細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)的第一個ABC轉(zhuǎn)運蛋白。這種蛋白在人類基因組中，至少包括2個多耐藥基因家族：MDR1和MDR2，他們都位于7號染色體長臂(7q21)上，但是只有MDR1的表達(dá)與多藥耐藥相關(guān)[5-6]。如圖1[7-8]所示，人類的P-糖蛋白分子是一個分子量為170 kD的多肽，由1280個氨基酸、兩組近似對稱、各含610個氨基酸的串聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，另外60個氨基酸構(gòu)成兩者之間的連接區(qū)。

圖1P-糖蛋白結(jié)構(gòu)

Fig.1The structure of P-gp

2　P-糖蛋白轉(zhuǎn)運藥物的機(jī)制

P-糖蛋白能夠轉(zhuǎn)運和識別很多藥理作用不同和化學(xué)結(jié)構(gòu)各異的物質(zhì)，關(guān)于P-糖蛋白和抑制劑或底物之間的相互作用是一個復(fù)雜的過程，確切機(jī)制迄今尚未完全闡明，仍然存在很大爭議。目前人們廣泛接受的機(jī)制是：當(dāng)腫瘤細(xì)胞與抗癌藥物相互作用時，親脂性藥物會和P-糖蛋白結(jié)合，ATP則結(jié)合到ATP結(jié)合區(qū)上后，發(fā)生水解作用并釋放能量，P-糖蛋白借助能量將底物逆濃度差排到細(xì)胞外，使細(xì)胞內(nèi)的藥物濃度逐漸下降，進(jìn)而導(dǎo)致化療藥物的功效減弱甚至消失，腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生多藥耐藥[9]。其作用機(jī)理模型如圖3[10]所述，(A)底物(洋紅色)從細(xì)胞外進(jìn)入雙分子層到達(dá)內(nèi)膜，然后通過敞開的藥物結(jié)合口袋的大門進(jìn)入，因與內(nèi)部殘基(藍(lán)綠色)相互作用而被固定；(B)ATP(黃色)與NBDs結(jié)合，引起P-糖蛋白構(gòu)象發(fā)生很大變化，將底物和藥物結(jié)合位點暴露在細(xì)胞外，從而將藥物泵出，ATP與NBDs結(jié)合并水解，P-糖蛋白恢復(fù)原來狀態(tài)。

圖2　P-糖蛋白對底物的轉(zhuǎn)運模型

3　P-糖蛋白抑制劑

仔細(xì)研究P-糖蛋白作用機(jī)制與藥物構(gòu)效關(guān)系，利用計算機(jī)輔助技術(shù)和組合化學(xué)的方法，對早期抑制劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和修飾，不斷推出新的P-糖蛋白逆轉(zhuǎn)劑，至今已發(fā)展到第三代[11]。

P-糖蛋白抑制劑作為逆轉(zhuǎn)MDR的重要方法，已經(jīng)進(jìn)行三十多年的研究，依據(jù)其選擇性大小、藥理活性和作用機(jī)制等特征，大致分為三代[12]。

3.1第一代P-糖蛋白抑制劑

圖3　第一代P-糖蛋白抑制劑的的代表化合物

20世紀(jì)80年代，發(fā)明了第一代P-糖蛋白抑制劑，主要包括他莫昔芬、環(huán)孢素A、氯丙嗪、維拉帕米、奎寧、硝苯地平、噻吩嗪、三茴香基氯乙烯等，其中環(huán)孢素A與鈣通道阻滯劑維拉帕米是典型代表。在體外實驗中，第一代P-糖蛋白抑制劑可以較好逆轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞MDR。但在體內(nèi)試驗中，僅有少數(shù)藥物對腫瘤耐藥有效，且毒性很大，因此不能達(dá)到有效抑制MDR所需的濃度。多數(shù)第一代P-糖蛋白抑制劑通過競爭抑制P-糖蛋白泵的外排作用發(fā)揮功效，與此同時P-糖蛋白抑制劑的濃度會下降。因此，若要保證藥物在細(xì)胞內(nèi)維持有效的作用濃度，需確保血清中具有高的抑制劑濃度。然而此類藥物通常缺乏P-糖蛋白的特異性，會產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，如維拉帕米的心臟毒性、環(huán)孢素A的腎毒性及免疫抑制作用等。因此，第一代P-糖蛋白抑制劑作為逆轉(zhuǎn)劑的臨床應(yīng)用受到很大程度的限制[13]。此外，許多第一代P-糖蛋白抑制劑同時也是其他轉(zhuǎn)運蛋白和酶系統(tǒng)的底物，在化療藥物存在時出現(xiàn)一些不可預(yù)測的藥物代謝動力學(xué)反應(yīng)。因此，這類抑制劑不能用于臨床治療腫瘤多藥耐藥。

3.2第二代P-糖蛋白抑制劑

為降低毒性和提高療效，很多研究者對第一代P-糖蛋白抑制劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，試圖提高其逆轉(zhuǎn)活性和適用性，并降低其對正常細(xì)胞的毒副作用。于是開發(fā)出了第二代耐藥逆轉(zhuǎn)劑。第二代P-糖蛋白抑制劑分為兩種：其中一種是第一代P-糖蛋白抑制劑的同系物，如環(huán)孢菌素類似物伐司樸達(dá)(valspodar,PSC833)、右旋維拉帕米(dexverapamil)、右旋尼古地平(dexniguldipine)以及奎尼丁類似物MS-209和托瑞米芬(toremifene)。另一種是新結(jié)構(gòu)化合物，如S-9788、GF-12918、VX-710等。

圖4　第二代P-糖蛋白抑制劑的代表化合物

伐司樸達(dá)是環(huán)孢素A的衍生物，沒有環(huán)孢素A的免疫抑制作用，可以對患者高劑量使用[14-15]。它對P-糖蛋白的抑制作用是環(huán)孢素A的2～10倍[16]。PSC 833 和P-糖蛋白的親和力較高，但是P-糖蛋白轉(zhuǎn)運valspodar,PSC 833的速度非常慢，研究表明：在完整的血清條件下，要完全抑制轉(zhuǎn)運的地高辛和紫杉醇，PSC833的濃度比在臨床試驗中取得的血漿濃度高[17]。盡管PSC833對P-糖蛋白是一個有效的抑制劑，但PSC833同時也是人體中主要藥物代謝酶-細(xì)胞色素氧化酶P450 3A4(CYP3A4)的底物。因此，當(dāng)對患者使用時，它在抑制P-糖蛋白的同時，對CYP3A4降解的藥物底物的清除有額外的影響，很多抗癌藥物也是P-糖蛋白的底物[18]，例如依托泊苷、阿霉素，也被CYP3A4廣泛降解[19]。因此，與PSC833聯(lián)用，能夠加強(qiáng)這些抗癌藥物的毒性反應(yīng)，需要降低劑量以保證病人的安全[20]。PSC833的主要毒性是病人站立不穩(wěn)[21](運動失調(diào))。這些毒副作用和不可預(yù)知的藥代動力學(xué)反應(yīng)制約了第二代P-糖蛋白抑制劑的臨床應(yīng)用。

3.3第三代P-糖蛋白抑制劑

近年來，隨著化學(xué)信息學(xué)、計算化學(xué)、分子藥理學(xué)及組合化學(xué)的發(fā)展，多藥耐藥抑制劑的研究獲得飛速發(fā)展，現(xiàn)已研制出第三代P-糖蛋白抑制劑，其對P-糖蛋白更具特異性，作用更強(qiáng)。第三代P-糖蛋白抑制劑的主要代表物有Tariquidar(XR9576)、Zosuquidar(LY335979)、S9788、ONT-093(0C144-093)、粉防己堿(Tetrandrine)、Laniquidar(R101933)和Elacridar(GFl20918)等[13]。與第二代P-糖蛋白抑制劑相比，基本消除了上述兩個缺陷，即對細(xì)胞色素P450同工酶3A4沒有影響，已經(jīng)證實其與細(xì)胞毒藥物同時使用時對藥物代謝沒有影響；并且，由于第三代P-糖蛋白抑制劑對P-糖蛋白有高度的特異性，所以不會對其他ABC家族的轉(zhuǎn)運蛋白產(chǎn)生抑制作用，從而避免產(chǎn)生其他副作用[22]。更為重要的是，在臨床使用過程中，多數(shù)第三代P-糖蛋白抑制劑能夠很大程度地降低由于影響其他轉(zhuǎn)運蛋白的活性而導(dǎo)致的抗癌藥物藥理活性的改變。這類非競爭性P-糖蛋白抑制劑的出現(xiàn)，極大地促進(jìn)了多藥耐藥逆轉(zhuǎn)劑的研究，有效提高了抗癌藥物的化療藥效[23]。

圖5　第三代P-糖蛋白抑制劑的代表化合物

4　結(jié)　語

多藥耐藥是腫瘤化療失敗的主要原因之一。眾多研究表明，腫瘤 MDR現(xiàn)象產(chǎn)生的重要原因是P-糖蛋白的過度表達(dá)，導(dǎo)致許多親脂性藥物難以進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮有效作用。通過直接降低P-糖蛋白的表達(dá)即抑制P-糖蛋白功能來逆轉(zhuǎn)腫瘤細(xì)胞的MDR，具有重要的臨床應(yīng)用意義。P-糖蛋白抑制劑可有效抑制P-糖蛋白的過度表達(dá)，有效抑制藥物外排作用，從而實現(xiàn)腫瘤 MDR的逆轉(zhuǎn)，增加藥物在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的濃度。經(jīng)過多年研究，到目前為止P-糖蛋白抑制劑的開發(fā)已歷經(jīng)三代，取得了重大進(jìn)展，其中第三代P-糖蛋白抑制劑具有最優(yōu)的臨床實用價值。目前臨床上使用的多藥耐藥抑制劑的副作用較大，應(yīng)用受到一定限制，治療功效受到很大的抑制。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和相關(guān)基礎(chǔ)理論的深入研究，高特異性、低副作用及優(yōu)良療效的新型P-糖蛋白抑制劑的研究必將成為未來的研究重點，以期找到更多克服腫瘤的耐藥性的辦法，更好地指導(dǎo)臨床治療，使癌癥的治療取得突破性的進(jìn)展。

[1]Biedler J L,Riehm H.Cellular resistance to actinomycin D in Chinese hamster cells in vitro:cross-resistance,radioautographic,and cytogenetic studies [J].Cancer Research,1970,30(4):1174-1184.

[2]Baird R D,Kaye S B.Drug resistance reversal-are we getting closer [J].European Journal of Cancer,2003,39(17):2450-2461.

[3]chau,M.,Lundberg,A.S.,Baer,M.R.et al．Multidrug resistance(MDR)in AML：Predicting P-glycoprotein(P-gp)function by direct measurement of Drug efflux is more effective than use of Surrogate Efflux indicators [C].Proceedings of The American Association for Cancer Research Annual Meeting.New York:ACM Press,2008,49:768-769．

[4]Juliao RL,Ling V.A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants [J].Biochimica et Biophysica Acta(BBA)-Biomembranes,1976,455(1):152-162.

[5]Callen D F,Baker E,Simmers R N,et al.Localization of the human multiple drug resistance gene,MDR1,to 7q21.1 [J].Human genetics,1987,77(2):142-144.

[6]Chen C,Chin J E,Ueda K,et al.Internal duplication and homology with bacterial transport proteins in the mdr1(P-glycoprotein)gene from multidrug-resistant human cells[J].Cell,1986,47(3):381-389.

[7]李荀.P-糖蛋白抑制劑研究進(jìn)展[EB/OL].中國科技論文在線[2011-01-14].http://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201101-764.

[8]趙青,黎燕,彭暉.P 糖蛋白與配體相互作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及其腫瘤耐藥逆轉(zhuǎn)的研究[J].國際藥學(xué)研究雜志,2010,37(6):439-445.

[9]Suresh V.Ambudkar,In-Wha Kim,Zuben E.Sauna.The power of the pump:Mechanisms of action of P-glycoprotein(ABCB1)[J].European Journal of Pharmaceutical Sciences,2006,27:392-400.

[10]Aller S G,Yu J,Ward A,et al.Structure of P-glycoprotein reveals a molecular basis for poly-specific drug binding [J].Science,2009,323(5922):1718-1722.

[11]康愷,李運曼.P-糖蛋白抑制劑的研究進(jìn)展[J].藥學(xué)進(jìn)展,2004,28(9):405-408.

[12]Thomas H,Coley H M.Overcoming multidrug resistance in cancer:an update on the clinical strategy of inhibiting p-glycoprotein [J].Cancer control,2003,10(2):159-159.

[13]劉念,耿小平,熊茂明.P-糖蛋白抑制劑的研究進(jìn)展[J].國外醫(yī)學(xué):藥學(xué)分冊,2006,33(2):107-110.

[14]Sikic B I.Modulation of multidrug resistance:a paradigm for translational clinical research [J].Oncology(Williston Park,NY),1999,13(5A):183-187.

[15]Boesch D,Gavériaux C,Jachez B,et al.In vivo circumvention of P-glycoprotein-mediated multidrug resistance of tumor cells with SDZ PSC 833 [J].Cancer research,1991,51(16):4226-4233.

[16]Te Boekhorst P A W,Van Kapel J,Schoester M,et al.Reversal of typical multidrug resistance by cyclosporin and its non-immunosuppressive analogue SDZ PSC 833 in Chinese hamster ovary cells expressing themdr1 phenotype [J].Cancer chemotherapy and pharmacology,1992,30(3):238-242.

[17]Smith A J,Mayer U,Schinkel A H,et al.Availability of PSC833,a substrate and inhibitor of P-glycoproteins,in various concentrations of serum[J].Journal of the National Cancer Institute,1998,90(15):1611-1166.

[18]Fischer V,Rodríguez-Gascón A,Heitz F,et al.The Multidrug Resistance Modulator Valspodar(PSC 833)Is Metabolized by Human CytochrOCH3P450 3A Implications for Drug-Drug Interactions and Pharmacological Activity of the Main Metabolite [J].Drug metabolism and disposition,1998,26(8):802-811.

[19]Callen D F,Baker E,Simmers R N,et al.Localization of the human multiple drug resistance gene,MDR1,to 7q21.1 [J].Human genetics,1987,77(2):142-144.

[20]McDevitt C A,Callaghan R.How can we best use structural information on P-glycoprotein to design inhibitors [J].Pharmacology & therapeutics,2007,113(2):429-441.

[21]Schinkel A H,Jonker J W.Mammalian drug efflux transporters of the ATP binding cassette(ABC)family:an overview [J].Advanced drug delivery reviews,2012,64:138-153.

[22]馬秉亮,吳玉林,劉國卿.P-糖蛋白及對抗P-糖蛋白介導(dǎo)多藥耐藥的研究現(xiàn)狀 [J].中國臨床藥理學(xué)與治療學(xué),2006,11(1):14-21.

[23]Wang Z,Ravula R,Cao M,et al.Transporter-mediated multidrug resistance and its modulation by Chinese medicines and other herbal products [J].Current drug discovery technologies,2010,7(1):54-66.

Advances of P-glycoprotein Inhibitors

LEI Yan,ZHANG Jian-hua,ZHANG Ming,CHEN Geng,SUN Bao-ying

(Metal Materials Institute of Inner Mongolia,Inner Mongolia Baotou 014034,China)

Although chemotherapy is one of the main methods of cancer therapy,multidrug resistance(MDR)is the main cause of chemotherapy failure.Excessive expression of P-glycoprotein(P-gp)on the tumor cell membrane and its mediated drug efflux caused by multidrug resistance are the most important multidrug resistance mechanisms.The structure of P-gp and the mechanism of P-gp transferring drugs,as well as the advances in P-gp inhibitors,were briefly introduced.P-gp inhibitor is one of the most significant and effective methods that can reverse the MDR of tumor cells.Therefore,new types of P-gp inhibitors,which have characters of high specificity and low side-effects,will be widely focused in the future.

P-glycoprotein; multidrug resistance; multidrug resistance mechanism

R1

A

1001-9677(2016)06-0027-04