P-糖蛋白

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P-糖蛋白(P-glycoprotein,简称 P-gp),又称 MDR1(Multidrug Resistance Protein 1)或 ABCB1,是一种定位于细胞膜上的 ATP 结合盒(ABC)转运蛋白。P-gp 是导致肿瘤产生MDR(多药耐药)的最主要分子机制。它像一个广谱的“疏水性真空吸尘器”,利用水解 ATP 产生的能量,将多种结构差异巨大的疏水性化疗药物(如紫杉醇、阿霉素)逆浓度梯度泵出细胞外,从而降低胞内药物浓度,使化疗失效。在生理状态下,P-gp 广泛分布于血脑屏障、肝脏和肾脏,起着保护重要器官免受毒素侵害及促进异物排泄的关键作用。

P-糖蛋白
P-gp / MDR1 / ABCB1 (点击展开)
               [Image:P-gp_structure_lipid_bilayer_efflux]
结构:跨膜泵将底物翻转至胞外
分子参数
基因符号 ABCB1
蛋白家族 ABC 转运体 (B亚族)
分子量 ~170 kDa
结构特征 12个跨膜螺旋 + 2个ATP结合域
转运属性
能量来源 ATP 水解
底物谱 极广 (疏水性/两亲性分子)
典型底物 紫杉醇, 阿霉素, 地高辛
抑制剂 维拉帕米, 环孢素A, Tariquidar
生理分布
屏障部位 血脑屏障 (毛细血管内皮)
排泄器官 肝 (胆管侧), 肾 (近曲小管), 肠

分子机制:疏水性真空吸尘器

P-gp 的工作模式被称为“疏水性真空吸尘器”(Hydrophobic Vacuum Cleaner)模型,其转运过程发生在细胞膜内部:

  • 膜内捕获:
    许多化疗药物是疏水性的,它们通过扩散进入脂质双分子层。P-gp 的底物结合口袋开口朝向脂质层内部,直接在药物进入细胞质之前将其“截获”。
  • ATP 驱动的翻转:
    胞质侧的两个核苷酸结合域(NBD)结合并水解 ATP。释放的能量导致跨膜结构域发生剧烈的构象变化——从“向内开口”变为“向外开口”。
  • 排出:
    药物被挤出结合口袋,释放到细胞外的介质中。随后 P-gp 复位,准备进行下一次转运。这种机制使得细胞内的药物浓度始终维持在极低水平。

生理功能:守护与排毒

血脑屏障的看门人

血脑屏障 (BBB) 的毛细血管内皮细胞上,P-gp 密集分布于管腔侧(血液侧)。它能识别并泵出数千种外源性化合物,阻止它们进入大脑。
临床意义:
1. 保护: 防止神经毒素损伤大脑。
2. 障碍: 它是治疗脑肿瘤(如胶质瘤)和脑转移瘤的最大障碍,因为大多数化疗药和靶向药(如第一代 EGFR-TKI)无法穿透 BBB 就是被 P-gp 泵回了血液。奥希替尼的设计优势之一就是它不是 P-gp 的底物。

临床相关:药物相互作用 (DDI)

P-gp 是导致临床药物相互作用的主要原因之一,尤其涉及治疗窗狭窄的药物:

底物药物 抑制剂 (P-gp Inhibitor) 后果
地高辛 (Digoxin) 奎尼丁, 维拉帕米, 胺碘酮 地高辛无法排出,血药浓度急剧升高,导致严重的心脏毒性。
洛哌丁胺 (止泻药) 奎尼丁 洛哌丁胺通常不能入脑。抑制 P-gp 后,它穿过 BBB 进入中枢,产生类阿片样的呼吸抑制。
紫杉醇 环孢素 A 紫杉醇清除率下降,骨髓抑制毒性显著增加。
       学术参考文献 [Academic Review]
       

[1] Juliano RL, Ling V. (1976). A surface glycoprotein modulating drug permeability in Chinese hamster ovary cell mutants. Biochimica et Biophysica Acta.
[点评]:发现 P-gp 的奠基之作。Victor Ling 首次从耐药细胞膜上分离出了这种 170 kDa 的糖蛋白,开启了 MDR 研究时代。

[2] Gottesman MM, Pastan I. (1993). Biochemistry of multidrug resistance mediated by the multidrug transporter. Annual Review of Biochemistry.
[点评]:经典综述,详细阐述了 P-gp 的 ATP 依赖性转运机制及其底物广泛性的分子基础。

[3] Schinkel AH, et al. (1994). Disruption of the mouse mdr1a P-glycoprotein gene leads to a deficiency in the blood-brain barrier and to increased sensitivity to drugs. Cell.
[点评]:利用基因敲除小鼠证明了 P-gp 是血脑屏障的关键看门人,解释了为何某些药物(如伊维菌素)对特定犬种(如牧羊犬)有神经毒性。

           P-糖蛋白 · 知识图谱
功能分类 ABC转运体外排泵MDR (多药耐药)
生理屏障 血脑屏障 (BBB) • 胎盘屏障血睾屏障
关键底物 紫杉醇阿霉素长春新碱地高辛
相关基因 ABCB1 (MDR1) • ABCG2 (BCRP) • ABCC1 (MRP1)