肠道外排转运蛋白在药物吸收中的作用

By: Michael D. Mitchell, Product Manager, Sigma® Life Science and David C. Thompson, R&D Manager, Sigma Life Science, Biofiles Vol. 8, No. 8


 肠道中的药物吸收

药物的成功开发关键需要设计药物使其能有效递送到预期作用点。吸收是药物达到良好生物利用、确保能够进入体循环的关键要素。大多数口服药物的吸收发生在小肠,此处存在的绒毛和微绒毛极大增加了表面积,有利于最大限度吸收。小肠药物吸收非常容易受多种相互作用的因素影响,包括药物特性(溶解度、成分、浓度等)、胃肠道特性(pH、进食量、小肠部位等)、代谢、通透性和跨肠道上皮细胞膜的主动运输。


 肠道中的外排转运蛋白

膜药物转运蛋白已鉴定为体内药物处置的决定因素,它可能影响吸收、药代动力学、药物相互作用和安全性。ABC家族的主要外排转运蛋白包括MDR1(P-糖蛋白、P-gp、ABCB1)、BCRP (ABCG2)和MRP2(ABCC2)。  它们位于身体屏障组织比如肠、肝、肾、血脑屏障和胎盘,从这些组织中排出各种不同的外源物,比如他汀类、大环内酯抗生素、血管紧张素阻滞剂和化疗药物,影响它们在体内的暴露和清除率。

在肠道中,药物和转运蛋白的相互作用涉及外排转运蛋白时经常会导致吸收差和口服生物利用度低,因为药物极易被排回肠腔并分泌到体外。由于大部分药物都是为口服递送开发的,体外通透性和转运蛋白检测已经成为评估药物体内潜在吸收性能的关键工具。


 体外转运蛋白模型

虽然肠道通透性和外排可能性的药物测试有许多体外模型可用,但Caco-2细胞检测已使用了二十多年,而且与大多数药物的体内通透性和主动外排具有良好的相关性。Caco-2细胞来自患有结肠腺癌的病人,在为期21天的双向transwell检测培养中表现出人小肠的关键生理特征,包括顶膜层主要外排蛋白的表达和有力的外排活动。

现有基于细胞的转运蛋白检测,比如Caco-2检测,为了确定药物与转运蛋白之间潜在的相互作用,需要以转运蛋白特异的化合物作为底物或抑制剂。然而,底物常被多种转运蛋白以不同亲和性识别,而抑制剂的特异性通常未知或较差,导致药物与转运蛋白的相互作用阐释不清。比如MK571被高度认可为外排转运蛋白MRP2的选择性抑制剂,但当其浓度处于研究人员常用的25-50µM时,MK571有效抑制了其他主要外排转运蛋白BCRP和MDR1。


 Caco-2外排转运蛋白敲除细胞

CompoZr®锌指核酸酶(ZFNs)介导靶向敲除C2BBe1 Caco-2细胞系的MDR、BCRP和MRP2外排转运蛋白基因。ZFN基因组修饰后至少40代的双向转运分析中,单、双敲除(KO)细胞的panel结果显示基因序列被破坏而且转运蛋白功能完全缺失。

单和双敲除(KO)细胞 panel


通过比较野生型(WT)和敲除细胞系的药物转运,这些新敲除细胞系可用于鉴定具体的药物与转运蛋白的相互作用。样品数据表明了几个已知为这些外排转运蛋白底物的模型化合物-地高辛和红霉素(MDR1)、雌酮3-硫酸盐和呋喃妥因(BCRP)以及CDCF(MRP2)。在每种情况中,化合物的外排率在合适的KO细胞系中相对WT细胞系一致下降(图1、2和3)。另外,用单、双KO细胞系和WT细胞系比较,确定西咪替丁是MDR1和BCRP转运蛋白的双底物(图4)。

这些新肠道外排转运蛋白敲除细胞系已完全表征,而且正被证明为强大的工具,用来不靠化学抑制剂阐明药物和转运蛋白的相互作用,以及阐释特定外排转运蛋白对药物吸收和处置的潜在影响。这些细胞系目前有多种形式可供学术和医药研究人员以及合同研究组织(CRO)使用,包括许可和最近推出的即用型分析板(assay-ready plate)形式。

浏览更多信息或订购请点击此处

野生型(WT)和MDR1敲除(KO)细胞系中P-gp底物的外排

图1.野生型(WT)和MDR1敲除(KO)细胞系中P-gp底物的外排

野生型(WT)和BCRP敲除(KO)细胞系中BCRP底物的外排

图2.野生型(WT)和BCRP敲除(KO)细胞系中BCRP底物的外排

野生型(WT)和MRP2敲除(KO)细胞系中MRP2底物CDCF的外排

图3.野生型(WT)和MRP2敲除(KO)细胞系中MRP2底物CDCF的外排

野生型(WT)和P-gp、BCRP和MRP2敲除(KO)细胞系中西咪替丁的外排

图4.野生型(WT)和P-gp、BCRP和MRP2敲除(KO)细胞系中西咪替丁的外排


 材料

     


 参考文献

  1. Pratt, J. et al., Use of Zinc Finger Nuclease Technology to Knock Out Efflux Transporters in C2BBe1 Cells. Current Protocols in Toxicology 52. 23.2.1-23.2.22 (2012).
  2. The International Transporter Consortium, Membrane transporters in drug development. Nature Reviews Drug Discovery, 9, 215-236 (2010)
  3. Highlights from the International Transporter Consortium Second Workshop. Clinical Pharmacology and Therapeutics, 92. 553-556 (2012).
  4. Matsson et al.  Identification of Novel Specific and General Inhibitors of the Three Major Human ATP-Binding Cassette Transporters P-gp, BCRP and MRP2 Among Registered Drugs. Pharmaceutical Research, Vol. 26, No. 8, (2009).