藥物傳遞靶蛋白寡肽轉運蛋白1的研究進展

楊少林，李煥德，彭珍珍，熊友健，趙緒元#（1.中南大學湘雅二醫院藥劑科，長沙市 410011；2.中南大學藥學院，長沙市 410013）

小腸寡肽轉運蛋白1（Intestinal peptide transporter 1，PEPT1）是一類表達在人和其它哺乳動物小腸上皮細胞的主動轉運蛋白，又稱之為寡肽轉運載體。小腸上皮細胞刷狀緣側的PEPT1和側底膜的寡肽轉運蛋白2（PEPT2）是寡肽轉運蛋白（PEPT）的2種亞型。其中PEPT1的底物非常廣泛，可介導二肽、三肽化合物和一些擬肽類藥物（Peptidomimetic drug）的口服吸收，其在寡肽及擬肽類藥物腸轉運中發揮重要作用。利用PEPT1為靶點來改變藥物體內藥動學性質是藥物傳遞領域和藥物設計領域的一個新亮點。通過前體藥物（Prodrug）設計將一些吸收差的藥物修飾成類似二肽或三肽的結構，在PEPT1的介導下吸收，能夠提高這些藥物的口服生物利用度，這具有非常重要的意義。本文擬就相關研究進展作一綜述。

1 PEPT1的組織分布

PEPT1主要在小腸表達，在肝和腎中表達較少。Jappar等[1]利用聚合酶鏈反應和免疫印跡分析方法研究PEPT1滅活小鼠的十二指腸、空腸、回腸和結腸發現，由于多態性、疾病和藥物相互作用而使PEPT1失去活性，會顯著減少小腸內二肽、三肽和肽類藥物的吸收，表明PEPT1在小鼠十二指腸、空腸、回腸和結腸上有顯著的功能性表達。有研究者發現PEPT1還在鱸科海魚[2]和幼小鱒魚[3]的小腸上有顯著的表達。Amberg等[4]證明PEPT1在幼小大西洋鱈魚消化道中也有廣泛的表達。

用帶有放射性標記的DNA作為探針，進行Northern雜交分析，在兔的小腸中發現有PEPT1信使核糖核酸（mRNA），其在肝臟和腎臟的量比較低，而在大腦中的量則更低，在結腸、骨骼肌、心臟、脾臟或肺中沒有檢測到mRNA；在大鼠的小腸中發現有mRNA，在腎皮質發現有微量的mRNA，但在肝臟中未發現有mRNA的存在；在綿羊的瘤胃、瓣胃和小腸組織中都檢測到有mRNA，但在肝、腎、雛胃、盲腸和結腸沒有檢測到mRNA；在雞的十二指腸、空腸、回腸、腎臟和直腸中檢測到mRNA，但腎臟和直腸的雜交現象比較弱。Mitsuoka等[5]研究發現PEPT1抑制劑能夠抑制人類胰腺癌細胞的生長，故認為PEPT1在人類胰腺癌細胞中也有表達。

Chothe等[6]發現鈉偶合PEPT1和PEPT2在ARPE-19細胞、原代小鼠和人類幼兒視網膜色素上皮細胞中也有表達。PEPT1可能還存在于其它的動物或組織中，這需要進一步驗證。另外，PEPT1不僅僅在動物中存在，而且在真菌、細菌和植物中也存在。

2 PEPT1的分子結構與功能

2.1 PEPT1的分子結構

目前對兔、大鼠、綿羊、奶牛、雞、豬和人類的小肽轉運載體的結構已有系統的研究。盡管不同種類動物PEPT1 mRNA的長度不同，但其編碼的蛋白質在結構上卻非常相似。如PEPT1載體有12個假想的穿膜區，在9區和10區之間有一大的胞外環。所有穿膜區內的序列都高度保守，胞外環上的序列較為不保守。PEPT1基因編碼的蛋白上有多個N-糖基化和蛋白激酶的識別位點，它們可能參與肽轉運的調控；PEPT1上的His-57是最關鍵的組氨酸殘基，可能是轉運蛋白發揮吸收功能時最關鍵的結合位點。雖然PEPT1和PEPT2在結構上有眾多的相似性，但其仍屬于2個不同的轉運體系。同種動物的PEPT1和PEPT2相比，其同源性低于不同動物相同轉運體系之間的同源性。例如，人類的PEPT2與大鼠的PEPT2的氨基酸有83%的同源性，而人類的PEPT2與PEPT1僅有50%的同源性。而且，PEPT2比PEPT1的分子量大。不同動物PEPT1的氨基酸范圍在707到729之間（蛋白的分子量約79～90 kD）。

2.2 PEPT1的生理功能

蛋白質的消化產物寡肽能夠通過PEPT1進入腸上皮細胞而進入血液循環，在腸道小分子吸收中具有重要作用。與高親合力低容量PEPT2轉運載體相比，PEPT1具有親合力低、容量高的特點，PEPT1與PEPT2在功能上也有所不同。Pan等[7]研究發現PEPT1對大多數的二肽和三肽有高親和性，亦能轉運某些特定四肽，但不能轉運更長的肽段。在所采用的實驗條件下，能被轉運的肽的分子量大小、疏水性和電荷的變化非常大。因此，轉運載體的轉運能力似乎與被轉運分子的分子量、疏水性和帶電量無關。除此之外，PEPT1是一種質子偶聯載體，與質子濃度有著密切的關系。

3 PEPT1的轉運機制

藥物的體內轉運過程，包括吸收、分布、代謝和排泄過程，4個過程都涉及藥物對生物膜的通透性。許多組織的生物膜存在特殊的轉運蛋白系統介導藥物的跨膜轉運，稱之為轉運載體。藥物轉運載體按其轉運的方向不同大致可分為2類:一類依賴三磷酸腺苷（ATP）分解釋放的能量，將底物逆向泵出細胞，降低底物在細胞內的濃度，如P-糖蛋白（P-gp）等；另一類可轉運底物進入細胞，增加細胞內底物濃度。而PEPT1就屬于后一類轉運載體。

對于口服藥物的吸收和轉運，小腸上皮細胞作為主要的靶向位點而備受重視。人們研究發現，藥物跨腸上皮細胞轉運主要通過4種途徑:經細胞被動擴散、胞飲和胞吞作用、細胞旁路轉運以及通過細胞表面轉運體轉運。某些與營養物質化學結構相似的藥物可以通過載體介導的主動轉運經腸上皮吸收。這類藥物的轉運是通過擴散和載體介導共同完成。由于載體介導的轉運具有飽和性，被動擴散方式在轉運過程中的作用將隨著藥物劑量的增加而增大。由于在腸上皮細胞上還存在外排載體如P-gp，可以將藥物從漿膜側轉運至黏膜，從而降低了藥物的吸收，這類外排載體的飽和將減少藥物的外排，提高藥物的吸收。

從本質上來說，第4種載體轉運在借助細胞膜表面轉運體的前提下主要由2種形式的轉運組成:主動轉運和易化擴散。PEPT1屬于主動轉運載體范疇，這一類轉運體的特征主要包括:能夠逆流轉運、轉運消耗能量、由于轉運體數目的限制存在飽和、競爭性抑制現象。

綜上所述，PEPT1的轉運機制就是在細胞表面上的具有飽和現象的、存在競爭性的、能夠逆流轉運的、消耗能量的主動轉運。

4 PEPT1的底物

PEPT1的底物為二肽、三肽化合物和一些擬肽類藥物，但不包括氨基酸和四肽以上的大分子。由于氨基酸結構的多樣性，因此其藥物底物是非常廣泛的。近年來也有不少的文獻報道關于PEPT1的底物，有研究表明代謝型谷氨酸受體mG-lu2/3激動藥LY354740的前藥LY544344[8]及小腸二肽[9]、三肽[10]均是PEPT1的底物。Pieri等[11]發現跨膜酪氨酸（Y56、Y91和Y167亞型）會改變PEPT1的功能，Y56-PEPT1的親和力是野生性PEPT1的100倍。這3種酪氨酸可能是PEPT1的底物。Mitsuoka等[12]研究發現，左旋頭孢氨芐與PEPT1具有高親和力，并被PEPT1所轉運，但不是由PEPT1所代謝。Hironaka等[13]在文獻中也提到頭孢氨芐是PEPT1的底物，并對其通過PEPT1口服吸收進行了定量評價，結果顯示PEPT1大約轉運總吸收的1/2，然而，PEPT1的功能能夠通過頭孢氨芐被動擴撒所代償。Foley等[14]研究還發現有些酮類藥物也是PEPT1的底物。

此外，β-內酰胺類抗菌藥物如頭孢妥侖[15]、頭孢羥氨芐、氨芐西林，血管緊張素轉換酶抑制劑如福辛普利，抗腫瘤或抗病毒藥物如烏苯美司、貝他定、伐昔洛韋，凝血酶抑制劑，多巴胺受體拮抗藥，腎素抑制劑，氨基酸前藥，抗肝炎藥JBP485、JBP923等都是PEPTl的底物。

5 與藥物相互作用

眾所周知，藥物相互作用是影響臨床安全用藥的重要因素之一，發生藥物相互作用主要是肝藥酶和轉運體所介導的，而腸道PEPT1就是這些轉運體中的一種。了解藥物與PEPT1的相互作用及其影響因素，對于了解藥物間相互作用、提高藥物口服吸收的生物利用度、研究抗腫瘤藥物的靶向治療以及個體化給藥等方面具有十分重要的意義。

5.1 藥物對PEPT1功能的影響

氫離子（H+）協同轉運載體PEPT1主要存在于小腸上皮細胞的刷狀緣膜上，腸道PEPT1對于消化道中蛋白質的降解產物二肽、三肽具有轉運吸收的功能，另外，擬肽類藥物如β-內酰胺類抗菌藥物、血管緊張素轉換酶抑制劑，非肽類藥物伐昔洛韋等也經此載體轉運吸收。腸道PEPT1對于維持機體的內環境穩定以及藥物的胃腸道吸收發揮著重要作用。研究[16]發現Na+/H+交換器3（NHE3）會影響PEPT1對藥物的吸收和療效。Foster等[17]研究發現，干擾素γ能增加h-PEPT1在人體小腸單層細胞上的轉運。Hu等[18]研究發現，PEPT1基因的靶向斷裂顯著減少了小鼠二肽的腸道吸收。Weitz等[19]首次得出了質子依賴性肽類轉運體的結構化數據，YdgR蛋白研究肽類轉運體分子結構是一個極好的模型，并得出結論:原核生物肽類轉運體的功能和結構特征與哺乳動物的PEPT1相似。

隨著對PEPT1基因序列、蛋白結構、功能活性等方面研究的逐漸深入，對于調控PEPT1在膜上表達、影響其功能活性、與底物親和力的因素及相關的作用機制有了一定的了解，加之PEPT1廣泛的底物專屬性，使其成為新藥開發中重要的藥物傳遞靶蛋白。Dasgupta等[20]研究表明結核分枝桿菌PEPT1能夠調節被感染巨噬細胞的細胞因子釋放和細胞凋亡。Chen等[21]研究結果表明胚芽乳桿菌通過調節跨上皮PEPT1能夠改善白細胞介素-10引起的小鼠結腸上皮細胞能動性屏障紊亂。Radeva等[22]研究發現由葡聚糖硫酸鈉引起的大鼠腸炎，盡管在一定程度上可以改變PEPT1表達曲線，但是不能改變PEPT1基質的生物利用度。

5.2 藥物對PEPT1表達的影響

有研究者發現不少因素會影響PEPT1的表達。Der-Boghossian等[23]研究清楚地表明胰島素對PEPT1活性表達以及蛋白質水平存在著性別依賴性，認為可能是雌激素對胰島素在PEPT1水平上產生性別依賴性影響。有研究者發現致病菌能夠誘導人類結腸PEPT1的表達[24]；寄生蟲的小隱孢子在幼小大鼠內也會影響PEPT1的表達[25]。在結腸上皮細胞轉運過程中，丁酸鹽能夠促進PEPT1的表達和提高其活性[26]，這為PEPT1調節慢性炎癥提供了依據。

5.3 PEPT1表達對藥物的影響

PEPT1的表達水平也會引起不同程度的藥物間的相互作用。近年來也有不少這方面的報道。Qandeel等[27]研究表明PEPT1的基因表達和轉運功能晝夜變化與大鼠當夜的飲食有關。

綜上所述，PEPT1主要介導口服給藥的肽類及肽類似物相關藥物的相互作用。

6 結語與展望

PEPT1具有低親和力、高容量等特點，主要轉運小腸上的二肽、三肽、某些特定四肽和擬肽類藥物。其轉運機制主要是通過與H+協同轉運。另外，由PEPT1所介導的藥物間相互作用的研究為臨床指導用藥提供了依據。

目前，雖然PEPT1的有關研究國內才剛剛開始，但是，由于PEPT1能夠轉運分子量大小、疏水性和電荷變化較大的藥物分子，正逐漸受到關注。PEPT1在人類、禽類、獸類和反芻動物等的同源PEPT1已經被順利地構建克隆。但是，這些研究基本上都集中在大鼠和細胞試驗方面，關于其它動物的研究還很少，因此還有大量的工作要做。從藥物化學角度考慮，可以通過化學修飾（如肽化修飾）來制備前體藥物從而利用PEPT1來改善藥物的吸收、分布。相信PEPT1會成為設計前藥很好的靶蛋白，在藥物開發與應用中發揮重要的作用。

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