P-糖蛋白在血脑屏障中的作用

何 治，陈 涛，姚 岚

(1三峡大学医学院，湖北宜昌443002;2三峡大学中药药理三级实验室;3三峡大学生物技术研究中心)

1970年，Biedler等在放线菌素处理的中国仓鼠细胞和小鼠白血病P388细胞中首先发现多药耐药(MDR)现象;继之，Juliano等在中国仓鼠卵巢细胞MDR株的细胞膜上分离出一种磷酸糖蛋白，即P-糖蛋白(P-gp)。P-gp是MDR基因表达的产物，具有ATP依赖性药物外排泵的功能，能使细胞内的药物泵出细胞膜外，降低细胞内的药物浓度。MDR基因属于小的基因家族，人类的MDR基因有两个基因亚型，即MDR1和MDR2。啮齿类动物的耐药基因有mdr1a、mdr1b、mdr2三种，前二者与MDR有关，后者参与磷脂转运。研究证明，P-gp及MDR基因编码产物多表达于肝脏胆小管、肾脏近曲小管、胰腺胰导管细胞等，在血脑屏障的毛细血管内皮细胞、妊娠子宫内膜、胎盘及睾丸也有表达。本文结合文献对P-gp在血脑屏障中的作用综述如下。

1 P-gp在血脑屏障中的表达

目前，许多研究发现P-gp定位于脑毛细血管内皮细胞的管腔侧。Kameyama等［1］研究发现，P-gp定位于人脑组织及牛脑组织毛细血管内皮细胞管腔侧;在共聚焦免疫荧光显微镜下，可见C219染色大鼠脑组织内皮细胞的管腔侧有P-gp表达。Beaulieu等［2］采用二氧化硅结合多聚阴离子灌注法证实，P-gp主要位于大鼠脑组织内皮细胞管腔侧。也有报道认为，在人类及一些灵长类动物中，P-gp表达在其脑组织中，而非毛细血管内皮细胞中;采用单抗JSB-1及免疫染色技术，可在顽固性癫痫患者的星型胶质细胞中发现P-gp表达，而正常人的星型胶质细胞中却未见P-gp表达。Tishrer等在顽固性癫痫患者的脑毛细血管上皮细胞、星型胶质细胞及神经细胞中均发现P-gp表达。Kwan等［3］采用PCR技术发现，野生大鼠全脑均有mdr1a表达，而mdr1b仅在海马区表达。

2 P-gp在血脑屏障中的作用

血脑屏障中的P-gp药物外排泵作用对维持中枢神经系统(CNS)的生理稳态、主动外排细胞毒物与脑代谢物、防止有毒物入侵脑组织有重要意义。体外及体内实验表明，脑毛细血管内皮细胞上的P-gp有以下主要特征:①对底物作用的特异性低，易与多种底物结合;②其外排功能呈ATP依赖性;③两种底物可与之竞争性结合。因此，当两个亲和力不同的底物同时存在时，亲和力大的底物易与P-gp结合后被泵出细胞膜外;亲和力小的底物与P-gp结合的少，易在细胞内蓄积。

目前，在体外培养的鼠、牛、猪等脑毛细血管内皮细胞中均发现P-gp表达，且其可明显减少典型底物在细胞内的积聚，这种作用可被MDR逆转剂所阻断。Dan等［4］报道，多潘立酮(DOM)为多巴胺受体拮抗剂，是P-gp底物;正常时进入脑组织的浓度很低，脑缺血10、20 min后，DOM浓度分别增加3.4、3.6倍;同时注射P-gp逆转剂维拉帕米后，正常时和脑缺血时的 DOM 浓度分别增加 42.6、43.3 倍［5］。Bart等［6］采用正电子发射断层成像技术研究P-gp药物外排泵功能时发现，大鼠注射维拉帕米0.1 mg/kg 后，再按0、10、15、25、35、50 mg/kg的剂量注射环孢菌素A(CsA)，结果发现注射CsA大鼠的维拉帕米表观分布容积明显高于未注射CsA的大鼠。

3 基因剔除小鼠的研究

Wang等［7］观察了地高辛在缺乏MDR基因大鼠脑内的吸收和分布影响，大鼠静注CsA 1 mg/kg 8、24 h后，地高辛在其脑内的浓度分别是正常大鼠脑内浓度的26.3、55.2倍。Kirkinezos等发现，CsA在MDR基因剔除小鼠脑组织和脊髓内的浓度均高于野生型小鼠。Cisternino等［8］采用原位脑灌注技术观察了秋水仙碱、长春碱、多索鲁比辛、吗啡在基因剔除小鼠及野生型小鼠脑组织内的浓度，发现上述药物在基因剔除小鼠脑组织内的浓度分别比野生型小鼠提高3.0、2.7、1.5、1.4倍。上述研究提示，P-gp对CNS的药物转运起重要作用，可明显提高其药效。

4 P-gp功能调节及其与临床的关系

因P-gp在血脑屏障中的作用逐渐被人们了解和认识，故人们尝试通过P-gp抑制剂抑制其药物外排泵功能，从而增加靶药物在脑组织内的血药浓度。PSC833是P-gp阻滞剂，静注PSC833可使CsA的脑/血浓度比增加5倍。在大鼠原位灌注模型静注PSC833后，秋水仙碱和长春碱的脑组织浓度分别增加8、9倍［9］。有学者报道，P-gp抑制剂维拉帕米、丙磺舒可明显增加抗癫痫药卡马西平在癫痫患者脑组织内的浓度。提示P-gp抑制剂治疗癫痫有十分重要的意义。

目前，了解P-gp知识，对于某些CNS、非CNS疾病(如肿瘤、癫痫及艾滋病等)的治疗有十分重要的意义。最近Wang等报道，激活血脑屏障上的蛋白激酶C-β1能抑制血脑屏障上P-gp的转运活动，促使P-gp底物进入脑组织，增加脑组织药物浓度。Yu等报道，国内广泛用于治疗缺血性心脑血管疾病的药物丹参素亦是P-gp底物;若能抑制P-gp活动，则能增加脑组织内丹参素的浓度，为缺血性脑血管疾病的治疗提供帮助。因此，加强对P-gp的研究，能为相关疾病的药物治疗奠定理论基础，具有重要的临床意义。

［1］Kameyama N，Arisawa S，Ueyama J，et al.Increase in P-glycoprotein accompanied by activation of protein kinase calpha and NF-kappa B p65 in the livers of rats with streptozotocin-induced diabetes［J］.Biochim Biophys Acta，2008，1782(5):355-360.

［2］Beaulieu E，Demeule M，Ghitescu L，et al.P-glycoprotein is strongly expressed in the luminal membranes of the endothelium of blood vessels in the brain［J］.Biochem JH，1997，326(2):539-554.

［3］Kwan P，Sills GJ，Butler E，et al.Differential expression of multidrug resistance genes in naive rat brain［J］.Neurosci Lett，2003，339(1):33-36.

［4］Dan Y，Murakami H，Koyabu N，et al.Distrubution of domperidone into the rat brain is increased by vrain ischaemia or treatment with the P-glycoprotein inhibitor verapamil［J］.J Pharm Pharmacol，2002，54(5):729-733.

［5］Akria T，Telsuya Y.P-glycoprotein as the drug efflux pump in primary cultured bovine capillary endothelial cells［J］.Life sciences，1992，51(18):1427.

［6］Bart J，Willemsen AT，Groen HJ，et al.Quantitative assessment of P-glycoprotein function in the rat blood-brain barrier by distribution volume of verapamil measured with PET［J］.Neuroimage，2003，20(3):1775-1782.

［7］Wang Q，Stran R，Kardos P，et al.Application and limitation of inhibitors in drug-transporter interactions studies［J］.Int J Pharm，2008，356(1-2):12-18.

［8］Cisternino S，Rousselle C，Dagenis C，et al.Screening of multidrug-resistance sensitive drugs by in situ brain pergusion in P-glycoprotein-degiciency mice［J］.Harm Res，2001，18(2):183-190.

［9］Barakat S，Turcotte S，Demeule M，et al.Regulation of brain endothelial cells migration and angiogenesis by P-glycoprotein/caveolin-1 interaction［J］.Biochem Biophys Res Commun，2008，372(3):440-446.