P-糖蛋白

P-糖蛋白1（P-glycoprotein，通透性糖蛋白，简写为P-gp或是Pgp）也称为多重抗药性蛋白1 (MDR1) 或ATP结合盒亚家族B成员1（ABCB1）或分化群243（CD243），是细胞膜上的一种重要蛋白质，可将许多外来物质泵出细胞。更正式地说，它是一种具有广泛受质（底物）特异性的三磷酸腺苷依赖型外排泵。它存在于动物、真菌和细菌中，在演化上可能成为一种对抗有害物质的防御机制。

P-gp广泛分布并表达于肠上皮细胞，它在那里将异型生物质（也称外源性化合物，如毒素或药物）泵回肠腔，它在肝细胞中，将其泵入胆管，它在肾脏的近曲小管细胞中，将其泵入尿液滤液（位于近曲小管中），以及在组成血脑屏障和血睾屏障的微血管内皮细胞中，将其泵回微血管。

P-gp是一种糖蛋白，在人类中由"ABCB1"基因编码。P-gp是MDR（多重耐药性蛋白）/TAP（抗原处理相关转运体）子家族中一种特征明确的ABC转运蛋白（负责跨细胞外膜和细胞内膜转运多种受质）。P-gp将异型生物质正常排泄回肠腔，在药物代谢动力学上降低某些药物（被称为P-gp受质）的疗效。此外，某些癌症细胞也会表达大量的P-gp，进一步放大该效应，而导致这些癌症产生多重抗药性。许多药物会抑制P-gp，通常是偶然的，而非作为其主要的作用机制。某些食物也会产生抑制作用。任何此类物质有时皆可被称为P-gp抑制剂。

P-gp于1971年由华裔加拿大籍林重庆博士发现。

## 基因

一篇于2015年发布，关于"ABCB1"多型性的评论中指出："ABCB1的变异对各个组织（如肝脏、肠道和心脏）中P-糖蛋白表达（信使核糖核酸（mRNA）和蛋白质表达）及/或活性的影响似乎微乎其微。虽然ABCB1的多型性和单倍型与药物分布和药物反应的变化有关，包括人类具有不同遗传背景的群体中各种ABCB1受质的不良事件，但研究结果主要存在矛盾，临床相关性有限。"

## 蛋白质

P-gp是一种分子量约170千道尔顿（kDa）的跨膜糖蛋白，其中包括10–15千道尔顿的N端糖基化。该蛋白质的N端一半包含六个跨膜螺旋，接着是一个具有ATP（三磷酸腺苷）结合位点的大型细胞质结构域，然后是第二个包含六个跨膜螺旋和一个ATP结合结构域的部分，其与多肽前半部分的氨基酸相似性超过65%。第一个哺乳动物P-糖蛋白的结构（3G5U）于2009年被解析。该结构源自在毕赤酵母（Pichia pastoris yeast）中异源表达的小鼠"MDR3"基因产物（将小鼠MDR3植入酵母菌中）。小鼠P-gp的结构与细菌ABC转运蛋白MsbA（3B5W和3B5X）相似，采用向内呈现的构象，这被认为对于沿细胞膜内层结合受质非常重要。P-gp的其他结构（3G60和3G61）也被解析，揭示两种不同环肽受质/抑制剂的结合位点。P-gp的多功能结合口袋周围排列著芳香族氨基酸侧链。

透过分子动力学 (MD) 模拟，证明该序列对转运蛋白的结构稳定性（在核苷酸结合结构域中）有直接影响，并界定内部药物结合口袋的下边界。

## 物种、组织与亚细胞分布

P-gp主要表达于肝脏、胰脏、肾脏、结肠和空肠中的特定细胞类型。P-gp也存在于大脑微血管内皮细胞中。

## 功能

受质从细胞膜内层的开口或从蛋白质的细胞质侧开口进入P-gp。ATP结合在蛋白质的细胞质侧。两者结合后，ATP水解会将受质推向被排出细胞的位置。磷酸基团（来自原始ATP分子）的释放与受质排泄同时发生。ADP（二磷酸腺苷）被释放，一个新的ATP分子结合到第二个ATP结合位点。水解并释放ADP和磷酸分子后会重置蛋白质，让该过程可重新开始。

此蛋白质（gp）属于ABC转运蛋白超家族。ABC蛋白质负责跨细胞外膜和细胞内膜转运各种分子。ABC基因分为七个不同的子家族（ABC1、MDR/TAP、MRP、ALD、OABP、GCN20、White）。此蛋白质是MDR/TAP子家族中的一员。MDR/TAP子家族成员与多重抗药性有关。P-gp是一种对异型生物质具有广泛受质特异性的ATP依赖型药物外排泵。它负责减少多重抗药性细胞中的药物蓄积，并经常介导对抗癌药物抗药性的发展。此蛋白质还在血脑屏障中发挥转运蛋白的作用。此基因的突变与秋水仙素抗药性和发炎性肠道疾病13型有关。该基因的表达具有高度灵活性，借由选择性剪接与替代启动子的切换使用，可产生多种转录变异体。这种转录层次的多样性，可能影响蛋白质在不同细胞环境下的稳定性与转运效率。

跨细胞膜转运各种受质，包括：

- 药物：如秋水仙素、地氯雷他定、他克莫司及奎尼丁。
- 化疗药物：如拓扑异构酶抑制剂（即：依托泊苷、阿霉素）、微管标靶药物（即：长春花碱）以及酪氨酸激酶抑制剂（即：吉非替尼、舒尼替尼）。
- 脂质 / 类固醇 / 异型生物质 / 肽 / 胆红素
- 强心苷（如地高辛）
- 免疫抑制剂
- 糖皮质激素（如地塞米松）
- 针对第一型人类免疫缺乏病毒的抗逆转录病毒药，如蛋白酶抑制剂和非核苷酸反转录酶抑制剂

P-gp能转运上述受质的能力让其具备多重角色，包括：

- 调节药物的分布与生物利用度。
- 对抗肿瘤药进行主动细胞转运，导致对这些药物产生多重抗药性。
- 将有毒代谢物和异型生物质从细胞中移除，进入尿液、胆汁和肠腔。
- 跨越血脑屏障将异型生物质/内源性物质运出大脑。
- 地高辛摄取 / 防止伊维菌素和洛哌丁胺进入中枢神经系统。
- 树突细胞的迁移 / 保护造血干细胞免受毒素侵害。

P-gp受到多种药物的抑制，例如：胺碘酮、阿奇霉素、卡托普利、克拉霉素、环孢素、胡椒碱、槲皮素、奎尼丁、奎宁、利血平、利托那韦、塔立喹达 及维拉帕米。

## 癌症细胞中P-gp表达与功能的调节

P-gp的表达在转录水平部分已得到深入研究，已知多种转录因子和路径参与其中。多种转录因子，如P53AIP1、YB-1和 NF-κB，透过与P-gp基因的启动子区域结合，参与P-gp的直接调节。许多细胞信号传送路径也参与P-gp的转录调节。例如，据报PI3K/AKT编码路径 和Wnt信号通路能正向调节P-gp的表达。有丝分裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 信号则包含三条主要路径：经典的MAPK/ERK路径、有丝分裂原活化蛋白激酶路径（p38MAPK路径）和JNK路径路径，据报这些路径均与P-gp表达的调节有关。研究显示MAPK/ERK路径参与P-gp的正向调节、p38MAPK 路径负向调节P-gp基因的表达，而JNK路径则同时参与P-gp的正向和负向调节。

小分子核糖核酸 (miRNA) 于2008年后被确定为在转录和转录后水平调节P-gp表达的新成员。特定miRNA会降低P-gp的表达，例如：据报"miR-200c" 可透过JNK路径经由ZEB1和ZEB2下调P-gp的表达，而"miR-145"则借由直接结合P-gp基因的3'非转译区来下调P-gp的mRNA，而抑制其转译。另一方面，某些miRNA则会增加P-gp的表达。例如"miR-27a"透过抑制Raf 激酶抑制蛋白 (RKIP) 来上调P-gp表达，此外，"miR-27a"也能直接结合P-gp基因的启动子，其作用方式与转录因子的作用机制相似。

P-gp的表达亦受转录后事件调节，包括转录后修饰、蛋白酶解及细胞内运输等机制。例如，Pim-1激酶能保护P-gp免于泛素，进而避免其随后在蛋白酶体中被降解。此外，小GTP酶中的Rab5可下调P-gp的胞吞作用运输，而增加细胞膜上功能性P-gp的水平。相反地，Rab4的作用机制则截然不同：它会下调P-gp从细胞内区室到细胞膜的胞吐作用运输，因此降低细胞膜上功能性P-gp的水平。

## 临床意义

### 药物交互作用

常见的P-gp药理学抑制剂有：胺碘酮、克拉霉素、环孢素、秋水仙素、地尔硫卓、红霉素、非洛地平、酮康唑、兰索拉唑、奥美拉唑及其他氢离子泵抑制剂、硝苯地平、帕罗西汀、利血平、沙奎那韦、舍曲林、奎尼丁、三苯氧胺、维拉帕米及度洛西汀。抗血吸虫药物吡喹酮是血吸虫P-糖蛋白的抑制剂且可能是其受质。依拉奎达（Elacridar）和CP100356是其他常见的P-gp抑制剂。开发唑喹达和塔立喹达、也是基于此目的（强效且具选择性的P-gp抑制剂）。最后，伐司朴达和利佛森（Reversan）也是此类药剂的例子。"ABCB1"与维持国际标准化比值 (INR) 目标2.5所需的华法林每日剂量有关。具有2677G>T SNP之GT或TT基因型的患者每日需要使用多出约20%的华法林剂量。

常见的P-gp药理学诱导剂有：卡马西平、地塞米松、阿霉素、奈法唑酮、苯巴比妥、苯妥英、哌唑嗪、利福平、贯叶连翘（圣约翰草）、替诺福韦、替拉那韦、曲唑酮及长春花碱。

P-gp的受质很容易受到药物交互作用影响。当P-gp的抑制剂或诱导剂介入时，会改变这些受体的药物动力学表现。这类受体包含：秋水仙素、环孢素、达比加群、地高辛、地尔硫卓、非索非那定、茚地那韦、吗啡以及雷帕霉素。

### 非癌症疾病

根据研究，β淀粉样蛋白在阿兹海默症中会聚集形成类淀粉斑，而P-gp扮演着将其运出大脑的关键角色。鉴于阿兹海默症患者普遍存在脑部P-gp表达降低的现象，学界提议将增强此转运蛋白的功能，作为预防及治疗该疾病的新方向。

P-gp功能异常与发炎性肠道疾病的病理过程密切相关。然而，其在肠道炎症中所扮演的角色具备双重矛盾性，目前仍有诸多疑点待解：一方面，P-gp排出活性降低可能提升个体的患病易感性与药物毒性，另一方面，活性过度增强则可能导致患者对治疗药物产生抗药性。实验模型显示缺乏"MDR1A"基因的小鼠会自发性诱发慢性肠道炎症，其临床表现与人类的溃疡性结肠炎高度相似。

### 癌症

P-gp的外排活性能够将原本有益的化合物（如化疗药物和其他药物）的细胞内浓度降低至亚治疗水平。因此P-gp的过度表达是人类多重抗药性 (MDR) 癌症中，细胞内药物蓄积减少和多重抗药性发展的主要机制之一。

## 历史

P-gp的特性首见于1976年的文献纪录。研究发现在对细胞毒性药物产生耐受性的突变癌细胞株中，P-gp正是诱发多重抗药性的核心机制。

研究人员于2009年利用X射线晶体学解析小鼠P-gp的结构，其序列与人类P-gp的相似性高达87%。至于人类P-gp的首个结构则于2018年问世，该结构呈现出与ATP结合且向外开放的构象。

## 研究

借由执行正子断层造影并使用放射性维拉帕米作为示踪剂，可定量测定P-gp的转运功能。

P-gp亦可用于区分过渡型B细胞与初级B细胞。临床或实验室常利用罗丹明123或nvitrogen品牌名称的MitoTracker线粒体萤光染料来达成此辨识目的。

### 以P-gp为标靶的药物研发

有研究建议P-gp抑制剂可能治疗各种疾病，尤其是癌症，但在临床试验中表现均不理想。

## 单核苷酸多型性rs1045642

研究显示，单核苷酸多态性rs1045642 (3435C>T，原本是C，而变成T) 对于P-gp泵的功能表现具有关键影响。此位点的基因型差异会直接导致P-gp转运活性的改变，进而影响多种药物在人体内的血药浓度与疗效。

在ABCB1/MDR1基因研究中，被鉴定为TT基因型的纯合子受试者，通常具有较强的异型生物质外排能力。相较于杂合子个体，TT纯合子基因型能促使药物（或异型生物质）从血管中获得更高的吸收，同时减少其排入肠腔的数量。而杂合子个体的异型生物质排出速率则相对较低。