[藏书千卷不如读书一卷]基于酶和转运体的DDI研究(3)

Chapter 2
Transporters: Importance in Drug Absorption, Distribution, and Removal

Introduction：transporters的分类

• SLC (solute carriers, 溶质运载蛋白家族) and ABC (ATP-binding cassette,  ATP结合盒转运载体)
•  SLC有380多个成员，48个subfamilies，其中约19个gene families的转运活性已被研究，如SLCO, SLC15, SLC22, SLC47
• 已被鉴定的ABC转运体有7个subfamilies，49个蛋白，一些对药物有特异性，如ABCB, ABCB,and ABCG subfamilies.
• Tables 2.1和2.2总结了对药物的处置、PK差异、DDI有巨大影响的转运体。
• Influx/Efflux transporters: ABC都属于Efflux; 很多SLC属于influx，一些SLC是efflux或双向
• Absorptive/Secretory transporters: 根据转运药物的方向是向着体循环，还是离开体循环进入bile, urine or gut lumen

SLC Drug Transporters

• SLC15, SLC22, SLCO多与小肠，肝和肾的药物uptake有关；SLC47介导药物排入bile和尿
• Oligopeptide transporters(SLC15)转运肽类似物；PEPT1是小肠低亲和、高容量的肽转运体，肾也有少量表达；PEPT2是主要的肾高亲和、低容量的转运体；PEPT2重吸收肾小球过滤的药物，而影响药物的PK。底物有antivirals, beta-lactam antibiotics, and ACE inhibitors
• uniporters (单转运体)； antiporters (反转运体)
• Organic cation/anion/zwitterion transporters (SLC22): 专属性底物多，组织分部广（肝、肾和小肠）; OATs集中在肾，少量在肝、胎盘和脑；SLC22中转运阳离子药物的有OCT1/2, OCTN1, OCTN2; OCT1人肝中最多，其次小肠、肾；OCT2肾中丰富；OCTN1多表达在肾、骨骼肌、骨髓、气管，小肠和肝中少；OCTN2分布广泛（ubiquitously），肾、骨骼肌、心、胎盘、肝高表达；OCT1和OCT2介导细胞摄取<400Da的有机阳离子(type I)
• SLCO: organic anion transporting polypeptides (OATPs) uptake >450 Da或相对疏水的有机阴离子（type II）;OATPs的组织分布与亚型有关，有的ubiquitously,有的single organ；

ABC Drug Transporters

• 与药物转运相关的有ABCB, ABCC, ABCG families; 在肠、肝和肾的上皮细胞表达，与药物的吸收、分布和消除有重要关系；多数还与MDR有关;
• MDR1 P glycoprotein (P-gp) （ MDR1/ABCB1）的底物非常多，从350Da的小分子到4000Da的多肽；type II organic cations是一类重要底物；其晶体结构表明” overlapping drug-binding sites in the internal cavity of the protein”; P-gp在多组织表达，位于肠、肝、肾上皮细胞的apical side，减少药物进入体循环、加速尿和胆汁排泄。
• Bile salt export pump (BSEP/ABCD11)是P-gp的近亲，位于liver的Apical；与单价胆盐的分泌有关，是产生胆汁流动的主要动力；Glibenclamide, rifampicin, bosentan, and troglitazone会抑制BSEP，最终导致肝损伤
• 在ABCC亚族中，已鉴定9种MRP，其中MRP2/ABCC2, MRP3/ABCC3,和MRP4/ABCC4最重要；MRPs介导转运Type II 有机阴离子化合物，例如glucuronide, glutathione, and sulfate conjugates; 在肠、肝、肾中表达，在胎盘和脑毛细血管中起屏障作用；MRP2位于极化细胞的apical膜，分泌阴离子药物和其结合物；MRP3位于basolateral, 介导葡醛酸结合物从肠和肝细胞进入blood；MRP4在A, B两端都有分布：肝中B，肾A membrane of renal proximal trbule cells;

• ABCG2中，仅有breast cancer resistance protein (BCRP)与药物转运有关，许多抗癌药物是其底物

肠吸收相关转运体

• 肠上皮细胞的luminal(内腔)膜装配有一排influx转运体，负责吸收食物成份和药物；brush border膜有大量ACB转运体，把药物泵回肠腔
• brush border膜是上的SLC转运蛋白有PEPT1, OATP1A2, OATP2B1, OCTN1, and OCTN2; PEPT1绝大多数表达在小肠；PEPT1识别肽类的药物，通过设计针对其的底物，可提高药物的生物利用度，如acyclovir与valine成酯以后，F提高2-3倍；ASBT/SLC10A2也可被当作前药的靶点来设计药物
• OCTN1 and OCTN2介导阳离子药物的uptake；仅有OATP1A2能uptake fexofenadine，可被grapefruit juice抑制
• 阳离子从血到肠腔的第一步是由OCT1介导分泌的，随后被brush border上的efflux转运体排出；MDR1/P-gp可把通过被动扩散进入肠细胞的带正电荷的疏水性药物排回lumen；P-gp, MRP2, BCRP在brush border均有表达as gatekeeper in the gut, 限制许多药物的Bioavailability; 选择性抑制它们，可提高生物利用度
• ABC转运体与药物代谢酶的interplay使肠barrier更加有效；P-gp和CYP450 3A4共享相同的底物，MRP2和BCRP接受Phase II代谢酶生成的阴离子药物结合物（如UGTs,SULTs, GSTs）; 在basolateral膜，MRP3介导转运非结合的，或大部分结合的有机阴离子药物，尤其是葡醛酸结合物。
• basolateral bile acid carrier, the heteromeric organic solute, and steroid transporter OSTα/OSTβ在小肠高表达，底物主要是甾体分子，如digoxin.
• MDR1/P-gp在不同肠段差别很大，从胃和duodenum至colon达到最高；MRP2和BCRP在duodenum中最高，甚至超过MDR1, 而在靠近colon的方向降低

肝消除相关转运体

• 有效清除血中的高蛋白结合药物； Influx and efflux transporters expressed at the sinusoidal (basolateral) and canalicular (apical) membrane of hepatocytes have been recognized as critical determinants in drug elimination
• Sinusoidal(窦状小管)膜上的influx转运体有OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1, OAT2, and OCT1; OATP1B1与许多临床药物的uptake有关，例如macrolide antibiotics, stains, glitazones, sartans, and ACE inhibitors; statin与cyclosporine A的DDI就是与OATP1B1相关；OATP1B3有相似的底物专属性，但它尽在靠近central vein的肝细胞上有表达；
• 这些转运体常是hepatobiliary消除的限速步骤，因此它们的遗传变异是个体间差异的关键因素；SLCO1B1的变异会提高simvastatin-induced myopathy的风险
• OAT2表达量中等，与hepatic uptake of type I 有机阴离子化合物有关，例如salicylate和indomethacin；OCT1介导type I 有机阳离子的influx，但根据电化学剃度的不同，也参与转运阳离子药物返回血液，其clinically important底物为metformin
• canalicular(微管)膜上的efflux转运体是转运药物从血到胆汁的最后一步；分泌type I和II阳离子药物穿过微管膜是由MATE1和MDR1/P-gp介导的; Metformin是MATE1的良好底物；MRP2和BCRP主要负责外排结合与非结合的阴离子药物，包括glu-, sulfo-, and glutathione结合物；并不是所有的Phase II代谢物都被转运到bile，在窦状小管膜上的MRP3和MRP3会将结合物转会blood，通过肾排泄；MRP3的遗传差异会有80倍，而MRP4正常条件下会很低；胆汁淤积状态下，MRP3和MRP4都会升高，外排胆盐；

肾消除相关转运体

• 肾对药物的处置包括被动（glomerular filtration和back diffusion along 肾单元）、载体介导分泌和重吸收；肾分泌是一个vectorial过程, 从血uptake物质，穿过近端小管的basolateral膜，再efflux过brush border膜进入urine
• 在basolateral膜上，influx转运体uptake主要的type I 有机阳离子和阴离子药物，特点是高清除率、底物广泛和易DDI；由于efficient uptake,许多药物易在细胞内聚集，导致nephrotoxicity；brush border膜上有大量的efflux转运体，确保把有毒物质尽快排入urine
• OAT1和OAT3在basolateral膜调控有机阴离子药物的uptake，它们有底物重叠；OAT1对疏水性的小分子有机阴离子（type I）亲和性更高, like PAH, adefovir, cidofovir, and tenofovir; OAT3也会转运一些两性的有机阴离子(type II)，如benzylpenicillin,pravastatin, and olmesartan,甚至一些阳离子药物, cimetidine and ranitidine；OAT3的broader specificity，高人肾表达；
• 肾小管分泌阳离子药物的第一步是由OCT2介导的，它是basolateral膜最主要的有机阳离子单转运体；cimetidine会提高metformin的plasma concentration
• 在人肾中，只有OATP4C1表达在basolateral膜，与啮齿动物存在巨大的种属差异；除了OATP4C1,至少三中OATPs（在人中缺乏）位于啮齿动物肾的brush border膜；OATP4C1的专属底物仅限于少数由肾排泄的药物，如methotrexate, the cardiac glycosides, digoxin, and ouabain, as well as thyroid hormones.
• 在近端小管brush border膜上，有四类ABC转运体介导药物efflux，viz. MDR1/P-gp, MRP2, MRP4, and BCRP
• SLC有机阳离子转运体MATE1, MATE2-K, OCTN1, and OCTN2介导secondary active efflux of 阳离子药物通过brush border膜
• H+/peptide共输送体（symporter）PEPT1 and PEPT2，均在肾近端小管顺次表达；高亲和、低容量的PEPT2更可能与肾重吸收肽类药物有关
• 反转运体OAT4外排阴离子药物进入urine，与Cl-交换，重吸收内源性的urate and estrone sulfate进入近端小管细胞。

Conclusion

• 制药企业和药品监管机构已认识到需要在药物开发早期阶段就研究转运体，尤其是预测transport-based DI和遗传多态性的影响。
• A next challenge is to study the coordinated action of influx and efflux transporters, drug-metabolizing enzymes, and their coregulation by nuclear receptors as an integrated system