转运体的研究进展及在中药研究上的应用

许云华，王东凯

（1.沈阳药科大学 中药学院，辽宁 沈阳 110016；2.沈阳药科大学 药学院，辽宁 沈阳 110016）

转运体为继发性的主动转运过程，细胞外的钠离子浓度高于细胞内，所以依靠其势能（该势能由原发性主动转运提供）转运而间接耗能，依据底物的转运方向可划分为摄取型转运体和外排型转运体；以中药与药物间相互作用可划分为三磷酸腺苷结合盒转运体，即 ATP 结合盒转运体（adenosine-triphosphate binding cassette，ABC）和溶质载体（solute carrier，SLC）[1]。摄取型转运体包括有机阴离子转运体（organic anion transporters，OATs）、有机阳离子转运体（organic cation transporters，OCTs）、有机阴离子转运多肽（organic anion transport polypeptides，OATPs）等，通过ATP 间接供能，把药物递送到靶点，使其药效充分发挥，也叫溶质载体；外排型转运体包括 P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp)、乳腺癌耐药蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）等，通过ATP 直接供能，把药物泵出细胞，使药物在细胞内的浓度有所降低，也叫 ATP 结合盒转运体[2-3]。

药物转运体为功能性膜蛋白，其主导着药物的跨膜转运过程，影响着药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄[4]。近年来的研究发现，成分复杂的中药与药物间的相互作用，对转运体的功能产生了诱导或抑制的效果，改变了药物的药代动力学，从而影响了药物的有效性和安全性，引致一些疾病的产生。因此，通过研究转运体的结构、功能及应用，对临床上安全、合理、有效用药有至关重要的作用[5]。

本文重点从 ABC 和 SLC 这两大类常见的转运体进行归纳总结。

1 转运体的功能与分类

药物转运体根据转运方向及特点，可分为两大类：一类是易化扩散型或继发性主动转运型（SLC，溶质载体，摄取型），另一类是原发性主动转运型（ABC，ATP 结合转运体，外排型）。其中，根据转运体的功能，将溶质载体又分为：葡萄糖转运体、氨基酸转运体、寡肽转运体（oligopeptide transporters，PEPTs）、一元羧酸转运体、有机离子转运体（OATs，OCTs）；ABC转运体分为：P-gp、BCRP、多药耐药相关蛋白（multi-drug resistance associated protein，MRP）、胆酸盐外排泵（bile acid salt efflux pump，BSEP）等。

ABC 转运体的家族非常庞大，其中最常见的有 P-gp、BCRP、MRP、BSEP 等，其主要功能为主导药物的外排作用，从而降低细胞内药物浓度。例如，P-gp 可将底物从细胞内外排到肠腔中，使细胞内底物浓度减少，形成流出泵的现象。临床上，抑制 P-gp 的功能可预防抗肿瘤药物的多药耐药性[6-7]。ABC 转运体遍布于真核生物、真菌及细菌当中，在研究人类家族基因突变中，发现导致囊性纤维化等遗传病的原因之一是转运体功能发生改变；在研究细菌抗药性时发现，其抗药性是由于 ABC 转运体在摄取营养物质或分泌细菌毒素中发挥了作用，使抗生素泵出细胞所致；除此之外，ABC 转运体在除草剂的抗性等植物研究领域也发挥着重要的作用[8]。

SLC 转运体被定义为在药物的跨膜运输中以溶质作为载体的转运体。SLC 转运体家族中，在药动学方面发挥重要作用的常见转运体有 PEPTs、OATs、OCTs、OATPs 等。其主要的功能是将药物摄取进细胞内，从而影响细胞的表达，如 OATs 可使有机阴离子从血液中摄取进肾小管上皮细胞内，对肾脏排泄影响很大。

研究表明，药物转运体的转运功能直接影响底物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，并与临床合并用药所导致的药物相互作用有很大的关联。如在肠道、血脑屏障、肝、肾、肺等机体重要器官中，转运体可以促进或抑制小肠吸收、增强摄取型转运体或抑制外排型转运体的功能，从而促进药物的分布，其在介导药物肾排泄、肾脏重吸收和肾脏分泌物中也发挥重大的作用。以下是几种常见转运体的类型、功能及应用，见表1。

Table 1 Types,functions and applications of several common transporters表1 几种常见转运体的类型、功能及应用

2 转运体的结构与特点

转运体的种类颇多，其内部分子结构的特异性，使很多药物成为了转运体的特异性底物或抑制剂，并发挥各种疗效，从而为临床用药提供了新的用药思路。以下从 ABC 和 SLC 这两大转运体家族的转运体结构特点进行总结。

ABC 转运体，是由 1 200～1 500 个氨基酸组成的，分子量为 140～180 kDa。作为一种通过细胞膜转运的整合膜蛋白，其分子中有 1～2 个 ATP 结构域直接供能，运送药物到各个部位，在小肠、肝肾等组织中有广泛的分布。如肝肾组织中运输药物的转运体，在尿液、粪便以及胆汁的排泄过程中所发挥的作用各不相同[9]。有研究表明，其分子结构中都有相似的部分，包括由整合膜蛋白所组成的跨膜结构域（transmembrane domain，TMD）和核苷酸结合结构域（nucleotide binding domain，NBD）各 2 个[10]，当它们由 1 个基因编码时，含 2 个 TMD 和 2 个 NBD 的叫做全转运体[11]，如 P-gp；含 1 个 TMD 与 1 个 NBD 的叫做半转运体，如大肠杆菌中的磷脂 A[12]。

SLC 转运体，由 300～800 个氨基酸组成，其分子量为 40～90 kDa。SLC 转运体家族非常庞大，共有 48 个家族，其基因数目达到 362 个。有研究发现，SLC 转运体在氨基酸序列、蛋白结构上，由于转运体的组成成员不同，而呈现出不同程度的相似性[13-14]。在其分子结构中，通过间接依赖 ATP 消耗能量，使转运体能够将药物顺利地摄取进细胞内，从而发挥各种功效。SLC 转运体在肝脏、肾脏中分布较广，如在肾脏组织中，转运体介导着多种药物、内源性物质的运输，从而促进或抑制肾脏排泄过程，对药动学的研究提供了理论依据[15]。

如今越来越多的学者对药物转运体展开了深入研究，人类基因组织（human genome，HUGO）对 ABC 和 SLC 转运体家族的基因做了相关调查发现，已经被确认的 ABC 转运体家族的基因有 56 个，SLC 转运体家族的基因大约有 300 个。根据转运体的结构特点，其对内源性底物和包括药物在内的外源性物质具有特异性的识别功能，所以将药物转运体定义为，在药物跨膜中参与转运的蛋白质[16-18]。这些药物转运体通常分布于各种组织的特定细胞膜上，直接影响着药物的吸收、分布和消除等过程，从而改变体内药物的药代动力学，对临床合理用药中药物的安全性以及有效性影响颇大[19]。

3 转运体的研究与应用

本文从常见转运体在新药评价、药物相互作用及中药研究方面的应用进行归纳总结。

3.1 转运体在新药评价方面的应用

近年来，许多与转运体相关的上市新药都和特殊人群的药代动力学研究有关，包括肝、肾功能损伤、人体组织及分泌物的分泌和排泄、合并用药中药物相互作用，以及血流动力学障碍等研究内容。因此，对转运体进行新药评价，将有助于对一些疑难杂症进行有效的治疗和帮助。

例如，Elobixibat 作为一种胆汁酸转运抑制新药，治疗慢性便秘有显著的效果。临床研究表明，与传统的肠道促动力或促分泌药相比，此新药降低了排便的硬度，从而使患者能够顺畅地多次排便，同时又不会引起腹部痉挛或疼痛[20]。它的转运机制为在回肠内与胆汁酸转运体进行特异性的结合，抑制了胆汁酸的重吸收过程[21]，使胆汁酸都流向结肠，促进肠胃蠕动，从而使肠道能够分泌足够的水分改善粪便的硬度，来治疗患者的慢性便秘[22-24]。有研究发现，新药研发或上市失败的重要原因之一就是药物诱导的肝损伤现象，研究人员通过实验证实了人源诱导型肝样细胞能够特异性地表达细胞色素 P450（cytochrome P450，CYP450）代谢酶及转运体，对研究、筛选护肝药物提供了很大的帮助[25]。另有研究表明，通过对转运体的功能方面进行新药设计，能够有效地防止药物间发生有害的相互作用，进而能够用最短的时间设计并筛选出目标化合物，使新药的研发效率得到大幅度的提升，从而为新药研发与临床安全用药提供了新思路和理论依据[26]。

3.2 转运体在药物相互作用方面的应用

体内药物之间的相互作用通常不是简单的单因素效应，而是多种因素共同作用的复杂情况。例如，几种转运蛋白共同影响体内转运体与代谢酶间的相互作用或其底物的处置，称为复杂性药物-药物相互作用（drug-drug interactions，DDIs）[27]。转运体在介导 DDIs 方面，如今已变成了对新药物开发、药物体内药动学性质以及临床应用造成严重影响的一个必要因素，FDA 最新推荐使用基于生理药代动力学（physiologically based pharmacokinetic，PBPK）模型法来代替传统的静态模型法，在预测复杂性方面，尤其是在酶-转运体在同一器官中相互作用，或肝、肾等多个器官一同处置而产生的复杂性 DDIs 的预测等方面，显现出了明显的优势，这为相关学者日后的学习和研究奠定了基础[28]。

如今，药物转运体介导的药物相互作用已经备受人们的关注，越来越多的药物被确认为是机体重要器官中转运蛋白的特异性底物、抑制剂以及诱导剂（见表2）。

Table 2 Substrates,inhibitors and distributions of several common transporters表 2 几种常见转运体的底物、抑制剂及分布

3.2.1 P-gp

P-gp，又叫多药耐药基因1（multidrug resistance protein 1，MDR1）或多药耐药性蛋白（ATPbinding cassette subfamily B member 1，ABCB1），属于外排型转运体，主要分布于血脑屏障、小肠上皮细胞、肝肾、肿瘤细胞、淋巴细胞等部位[29]。能够将底物泵出细胞，从而降低细胞内底物的浓度，并在临床联合用药上，使其介导药物间的相互作用。目前很多药物已成为 P-gp 的特异性底物及其抑制剂，其对药物的吸收、分布、排泄过程有很大的影响[30]。研究表明，P-gp 与其抑制剂的联用，在预防癌细胞对抗癌药物产生耐药性方面取得了显著的疗效[31]。例如，Ribociclib，一种治疗乳腺癌的 CDK4/6 抑制剂，在临床上治疗脑瘤等恶性肿瘤方面有很大的突破，通过实验发现，当小鼠模型口服 ABCB1 后，ABCB1 极大地限制了 Ribociclib 在血脑屏障中的渗透性，但通过与抑制剂 elacridar 的联合使用，这种现象就被完全逆转了。说明 P-gp 能够限制Ribociclib 的脑暴露[32]。另有研究表明，P-gp 在肝损伤以及胆汁排泄中也起到了关键的作用[33-34]。

3.2.2 BCRP

BCRP 为外排型转运体，主要分布在肝细胞（胆小管面）、小肠上皮细胞、肾近区小管、胎盘、脑内皮细胞、干细胞、乳腺等部位，功能是抵抗毒素入侵和外排 BCRP 底物的毒性物质[35]。并在胆汁排泄、血脑屏障、肝损伤和抗肿瘤等方面可产生重大的影响[36-37]。据文献查找，BCRP 被Janus 激酶 3 介导的酪氨酸磷酸化后，导致其功能受到损伤，而促进了与膜定位的β-catenin 的相互作用，从而损害了结肠药物外排和屏障功能[38]。

总体来说，通过研究 BCRP 介导的药物间相互作用，为临床合理用药提供了依据。

3.2.3 OATPs

OATPs 为摄取型转运体，属于 SLC，主要分布在肝细胞（窦状隙面）等部位，其中的 OATP1B1和 OATP1B3 等在肝脏中表达较高，在肝脏消除、血脑屏障等过程中发挥着重要作用，影响着药物在药代动力学中的药物间相互作用[39]。有文献指出，通过检查雌激素（人原卟啉，erythrocyte protoporphyrin，EPP）对主要正弦药物吸收转运蛋白的抑制作用，以及在体内体外外推（in vivoextrapolation，IVIVE）他汀类肝素中的应用，可以确定 OATP1B1 介导的药物对人体肝细胞的摄取作用，和摄取成功后 IVIVE 的应用，这说明鉴定 OATP1B1 的选择性抑制剂很重要[40]。

3.2.4 OATs

OATs 为摄取型转运蛋白，主要分布于肾近区小管、胎盘、血脑屏障等部位，能够使有机阴离子从血液中摄取进肾小管上皮细胞内，其中的 OAT1、OAT3 对于肾脏排泄等过程影响非常大，其特异性底物有很多，当两个联合药物能够同时被 OATs 所转运时，就会产生双向的 OATs 所介导的药物间相互作用[41-43]，例如，研究肾有机阴离子转运蛋白 OAT1 和 OAT3 在慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）中的作用时发现，OAT 与其抑制剂丙磺舒联用，在尿毒症溶质的残留肾小管分泌物中起到了关键作用，并能够调节远程生物间和器官间通信（肠道菌群-血液-肝脏-肾脏-尿液），此研究为尿毒症毒素的药物-代谢物间相互作用提供了依据[44]。

3.2.5 OCTs

OCTs 作为摄取型转运体，能够使有机阳离子从细胞外摄取进细胞内[45]，主要分布在肝脏和肾脏当中，其中 OCT2 分布于肾近区小管、神经元等部位，并在肾脏中具有高表达性。研究表明，二甲双胍作为 OCT2 的底物，介导着人体内药物的口服吸收、肝脏摄取、肾脏排泄等过程[46]，为临床上准确使用二甲双胍药物提供了有力的依据。研究发现，OCT2 的多态性，介导着药物间的相互作用，对 2 型糖尿病患者的药代动力学有很大的影响，从而增强了二甲双胍的降糖作用[47-48]，对临床治疗及评估降糖药有很好的指导意义[49]。

3.2.6 PEPT1

PEPT1 为常见的溶质载体，具有摄取的功能，主要分布在小肠上皮细胞，介导着药物间的小肠吸收过程。例如，为了改善小肠上皮细胞对水溶性口服药吸收差的情况，研究人员制备了肠寡肽转运蛋白 PEPT1 靶向聚合物胶束，对水不溶性药物的口服吸收起到了良好的促进作用[50]。

3.3 转运体在中药研究方面的应用

近年来，中药在临床上的应用甚广，其往往与西药或其他处方药联用，治疗糖尿病、心脏病等常见疾病，对医学领域意义重大[51]。然而，由于中药及其有效成分本身的复杂性，使其在与其他药物联用时产生双向性，称为中药-药物相互作用（herbal-drug interactions，HDIs）。其在药效学领域显现出协同或拮抗现象，在药动学领域显现出药物体内药代动力学改变的现象。它的作用机制为，中药及其有效成分对转运体或代谢酶产生诱导或抑制效果，改变了转运体的活性或表达，从而改变了药物的药代动力学，进而影响药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄，最终影响药物的安全性和有效性[52]。因此，应重点关注转运体在 HDIs 过程中的作用机制，为中药在临床上的使用提供重要依据。研究发现，在 HDIs 中发挥重要作用的转运体有，外排型转运体（P-gp，MRPs，BCRP）、摄取型转运体（OCTs，OATPs，OATs），涉及的中药成分有黄酮类、生物碱类、三萜类等等。

3.3.1 外排型转运体介导的 HDIs 中的应用

外排型转运体的功能主要是介导药物的外排过程，在中药领域中应用颇广，中药及其成分可对其产生诱导或抑制作用。

黄酮类化合物结构中含有多个羟基，能够调节外排型转运体，例如，天然存在的类黄酮作为一类无毒的 P-gp 抑制剂，其合成类黄酮二聚体 FD18 也能够有效逆转体内外 MDR，具有高转运蛋白结合亲和力和低抑菌剂的功能，此研究对调节 ABC 转运蛋白外排的新药候选物具有重要的意义[53]。最新发现，P-gp 与 7-O-香叶基槲皮素（7-O-geranylquercetin，GQ）的结合提高了细胞中阿霉素（adriamycin，ADR）的抗肿瘤作用，降低了 P-gp 的表达，说明 GQ 能够有效逆转乳腺癌中 P-gp 介导的阿霉素耐药性[54]。范晓青等[55]研究发现，有 11 种黄酮类化合物能够对BCRP 产生抑制作用，其机制或许与 Pi-Pi 堆积等相互作用相关，而起到关键作用的可能是芳香环 B、疏水基团和氢键受体。这为评估人体内含类黄酮的食品/药物间相互作用的风险性提供了参考依据。另有研究发现，类黄酮作为 BCRP 的有效抑制剂，相对于单一类黄酮，当多种类黄酮同时作用于 BCRP 的乳腺癌细胞时，其米托蒽醌的积累和细胞毒性产生了加和作用，类黄酮显示出了 MDR 的逆转效果，但或许也影响了米托蒽醌的分布以及药代动力学间的相互作用[56]。

生物碱类化合物中介导 HDIs 过程最多的就是黄连素，通过研究发现，它是外排型转运体 Pgp 的底物及其抑制剂。例如，盐酸黄连素（berberine hydrochloride，BBR）能够双向调节 P-gp 和细胞色素 P4503A4 酶（cytochrome P450 3A4，CYP3A4），低剂量 BBR 组，起诱导作用；反之，高剂量 BBR 组，有抑制效果。而孕烷 X 受体（pregnane x receptor，PXR）核受体途径可通过转录或转录后的水平来调控 MDR1，改变了 P-gp 的功能，从而调控 BBR 对 P-gp 和 CYP3A4的转录水平和蛋白表达[57]。另外有研究发现，双苄基异喹啉生物碱中的莲心碱和牛磺酸被确认为是 BCRP 的底物，BCRP 可以介导莲心碱和牛磺酸的排泄过程，从而影响其药理活性和处置[58]。研究表明，乌头生物碱可通过激活 NF-E2 相关因子 2（NF-E2-related factor 2，Nrf2）介导的信号通路使 MRP2 与 BCRP 的表达显著提高，并使 MRP2 的外排活性有所增强，当乌头菌种与MRP2 和 BCRP 介导的转运底物共同给药时，可产生 HDIs，因此，乌头生物碱可作为衡量乌头类草药的质量指标[59]。

三萜类化合物被广泛地用于治疗肿瘤等疾病，被认定为外排型转运体的抑制剂，影响着 HDIs过程。葫芦素 E（cucurbitacin E，CuE）是一种氧化的四环三萜类化合物，有研究表明，CuE 对耐药性肿瘤细胞系的细胞毒性有很大的影响，通过对 ABC 转运体家族中的 P-gp，BCRP 和ABCB5 的研究发现，它们在肿瘤中的过表达与多药耐药性紧密相关，同时也证实了 CuE 是 Pgp 和 BCRP 的底物，也是 ABCB5 的有效抑制剂，这为治疗某些类型的难治性肿瘤提供了新的思路以及潜在的治疗候选物[60]。

3.3.2 摄取型转运体介导的 HDIs 中的应用

摄取型转运体的功能主要为介导药物的摄取过程，在中药研究领域的相关研究中相对较少，但同样发挥着不可或缺的作用。

黄酮类化合物多半都是摄取型转运体的底物及其抑制剂。有研究发现，食品中含有的某些类黄酮能够与 OATP 产生相互作用，例如，在人体肠上皮细胞的顶膜中表达的 OATP2B1 和OATP1A2 对药物（如他汀类药物）的肠道吸收有重要影响，这一研究发现对食品领域做出了巨大的贡献[61]。

生物碱类化合物多以有机阳离子的形式存在，应用于摄取型转运体介导的药物间相互作用。例如，EPP 及其游离碱形式在抑制 OATP1B1 介导的瑞舒伐他汀转运方面选择性极大，用 EPP 与由OATP1B1 介导的利福霉素钠（rifamycin sodium，RIF SV）来确定他汀类药物的肝摄取清除率，最后，通过使用单个转运蛋白的半抑制浓度（50 % inhibitory concentration，IC50）和肝摄取清除率预测了食蟹猴中 EPP 和利福平（rifampin，RIF）引起的瑞舒伐他汀清除率的体内抑制程度[62]。朱丹丹[63]研究发现，小檗碱可通过核受体调控表达转运体，与他汀类药物联用使降脂效果增加，从而减少他汀类药物的用量和不良反应，其降脂机制是 OATPs 转运到肝脏从而发挥作用，且OATPs 的表达受核受体调控。

三萜类化合物多以有机阴离子的形式存在，为摄取型转运体的抑制剂。研究发现，用于治疗缺血性心脏病和脑血管疾病的药物血栓通，其主要成分为三七人参的冻干提取物，被证实能与药物发生相互作用。因此，研究者通过集中对细胞色素 CYP3A 进行诱导，对 OATP1B 进行抑制，结果发现，人参皂苷 Rb1 具有与 OATP1B3 介导的药物相互作用的高潜力。这一发现，对临床上能够安全有效地使用血栓通及其合成药物提供了重要的帮助[64]。

4 结语

机体内药物的吸收、分布、代谢和排泄等过程，都离不开转运体的转运功能，许多药物已经被认定为转运体的底物和抑制剂。学者们通过对转运体的深入研究，发现其在治疗肿瘤、脑瘤、乳腺癌等癌症，以及胆汁排泄、血脑屏障、肝损伤、慢性肾脏病等方面取得了显著的效果，为医药事业的发展做出了具大的贡献。但也有相对不足的地方，比如在中药领域，由于中药成分复杂，有时会出现多种中药同时竞争一个转运体作为底物，或者产生中药-药物相互作用的现象，对转运体产生诱导或抑制效果，从而影响药物的有效性和安全性。因此，应更加注重对中药-药物间的相互作用机制进行研究，总结规律。

在临床上联合用药时，应使药物的敏感度有所提升，药量和药物的不良反应或毒性反应降低，药物间的相互作用表现为协同效应，这样才能提高药物的安全性和有效性。这些都与转运体的转运机制息息相关，因此，要更加关注转运体的研究与发展。