P－糖蛋白和肿瘤多药拮抗性

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1339页（4395字）

长期以来，肿瘤多药拮抗性(MDR)是肿瘤化疗中悬而未决的问题。

肿瘤细胞一旦对一种药物产生耐受性，对其他结构和功能不同的一系列药物常产生交叉耐药性。体外MDR细胞株的建立(V．Ling等，1973；N．T．Beck-Hanson等，1976；S，Yanorich等，1989)及分子生物学和遗传工程技术的迅速发展促进了对MDR机理广泛深入的研究。

MDR细胞株突出的特点就是细胞内药物累积下降(M．Inaba等，1979；F．M．Siroolnak等，1986)、耐药基因扩增和糖蛋白P(Pgp)过度表达(C．R．Fairchilt等，1987；K．K．Scotto等；G．Capranicod等，1989)。近年来MDR机理的研究取得重大进展，耐药基因产物Pgp的发现及其结构和功能的分析使MDR研究进入新的阶段。

Pgp的基因克隆及表达的研究促进了对其结构的深入了解。据cDNA序列分析推断，Pgp为具有自身对称结构的大分子，人Pgp由1280个氨基酸残基组成，小鼠Pgp包含1276个氨基酸残基(W．F．Ng等，1988)。

Pgp分子量为170000，氨基酸主链占140000，糖基约为30000。Pgp的N段和C段形成Pgp分子对称的两部分结构。

每一部分各由一跨膜疏水基团和胞浆亲水基团构成，前者有3对跨膜α－螺旋，后者包含ATP结合位点。Pap的糖基可能在N段第1对跨膜α－螺旋的胞外结构上。

Pgp的N段和C段不但结构高度对称，氨基酸序列也高度同源，序列分析表明其同源性为43%，其中胞浆部分的同源性最高，ATP结合位点附近序列的同源性为77%。提示Pgp基因可能由于进化过程中的基因复制融合而成。

小鼠有3类Pap，Ⅰ类Pgp、Ⅱ类Pgp和Ⅱ类Pgp分别由耐药基因mdr3、mdr1和mdr2编码。在人类迄今仅发现Ⅰ类Pgp及Ⅲ类Pgp，编码基因分别为mdr1、mdr3(或mdr 2)(J．DM．Groop等，1988)。

Ⅰ类Pgp及Ⅱ类Pgp高度表达与MDP有关，Ⅲ类Pgp表达水平和MDR无关，其功能尚不清楚。3类Pgp的结构基本相似，但其功能可能不同。序列分析发现，Pgp和细菌及真核细胞转运蛋白有高度同源性(M．Rothenluig等，1989；J．P．Mcgrath等，1989；S．J．Foote等，1989；J．B．Scriptwre等，1987)。人Pgp和小鼠Pgp的同源性为80%。

Pgp的胞浆基因和细菌转运蛋白与ATP结构亚基同源(P．F．Juranka等，1989；J．P．Gros等，1986)。如细菌转运蛋白OPPD·malk·hisp·pstB和Pgp胞浆基团的同源性为40%，细菌转运蛋白不仅序列高度同源，且相似。二者序列的同源性约为70%，在结构上两者都由α－螺旋构成，Pgp可能是自身对称转运蛋白家族中的HLYB样转运蛋白(J P．Gros等，1986；G Higgina等，1986；H Gerlanh等，1986)。

序列分析提示，Pgp上的6对跨膜结构域在浆膜形成一跨膜通道，介导药物外逸。

在MDR细胞株，Pgp介导的药物外运是需能性的(J．R．Riodan等，1985；H．Gerlach等，1986)。用PgpcDMA转染药物敏感细胞，子代转染细胞中药物的积聚明显低于亲代细胞，去除培养液及细胞内ATP，转染细胞内的药物积聚又恢复至亲代敏感细胞水平(J．R．Hammond等，1989)，提示Pgp介导的药物转运有ATP参与。

用纯化MDR细胞株的膜成分进行药物聚积试验进一步证明Pgp对ATP的依赖性、ATP类似物AMP－DNP能竞争性抑制药物转运，ATPase抑制剂Vanadate非竞争性抑制药物转运(M．Horio等，1988；M．M．Cor．well等1987)；纯化的Pgp具有ATPase活性(N．Karther等，1985)。Pgp上的两个ATP结合位点具有协同作用，ATP结合位点和ATP结合是Pgp介导药物外运的必要条件。用ATP结合位点突变的Pgp cDNA克隆转染药物敏感细胞，单位点和两位点突变均不能赋予敏感细胞MOR表型(M．Rolhenburg等，1989)。

Pgp介导的药物转运的详尽机理目前尚不清楚。

从已获得的资料来看，转运的药物可能与Pgp分子上特定的位点直接结合。对秋水仙碱诱导的人MDR KB细胞突变株的序列分析，初步确定Pgp分子上的一个药物结合位点(K．Choi等，1988)。野生型细胞及长春新碱(YCR)诱导的MDR KB细胞株的Pgp分子的N段第185位为甘氨酸，秋水仙碱诱导的突变株则为缬氨酸。用突变细胞的Pgp cDNA转染敏感细胞，转染细胞的交叉耐药表型发生变化，对秋水仙碱、VP16及阿霉素抗药性增强，而对VCR、长春花碱(VLB)及放线菌素D的耐药性下降。

这一发现提示PgpN段第185位氨基酸残基可能参与药物结合位点的构成。

对MDR细胞突变株的研究将有助于新药物结构位点的发现。

Pgp分子还能与化疗药物的衍生物及MDR逆转剂结合。长春碱酰胺和Pgp的结合能被某些化疗药物及逆转剂如柔红霉素、VCR、异搏停、利血平、奎宁丁等抑制(M．M．Gottesman等，1988)。

同样，某些化疗药物也能抑制异搏停等逆转剂和Pgp的结合(S．M．Hsu等，1989)。化药物和MDR逆转剂相互抑制与Pgp的结合的现象，提示它们可能竞争性地和Pgp上的同一位点结合。逆转剂和药物竞争Pgp上的结合位点，降低MDR细胞药物外逸的速度，增加细胞内药物的累积，可能使逆转剂恢复MDR细胞对药物的敏感性。

体外诱导的MDR细胞株的研究发现，用不同药物诱导同一亲代细胞所建立的MDR细胞株的交叉耐药表型不同(J．R．Riodan等，1985)，对诱导药物优先产生耐药性。

MDR细胞交叉耐药特征的多样性可能和以下因素有关：(1)药物对基因表达的诱导作用。人有一类Pgp基因与MDR有关，啮齿类动物有两类Pgp基因与MDR有关。每类Pgp基因又分若干亚类。不同药物可能诱导不同类的或亚类的Pgp基因表达，赋予细胞不同的交叉耐药表型(N．Karther等，1985)。(2)Pgp基因侧翼序列的扩增。MDR细胞株的Pgp基因的扩增常有侧翼序列护增(A．M．Van Der Bliek等，1986；M．H．L．DBruijn等，1986)，不同细胞株伴随扩增的侧翼序列长度不同。这些不同的侧翼，扩增序列也可能影响MDR细胞的耐药表型。(3)Pgp翻译后修饰。

用同一PgPcDNA转染不同的药物敏感细胞株，所获得的MDR细胞株的交叉耐药性表型不同(B．Gild等，1987，K．Ueda等，1987)，提示有其他蛋白质或Pgp翻译后修饰参与调节交叉耐药特性的表达。最近发现Pgp分子上的丝氨酸及苏氨酸残基有磷酸化现象(J．A．Endicott等，1989)。

推测Pgp的磷酸化程度可能和MDR细胞交叉耐药表型有关。但是，Pgp分子的糖基化不影响MDR细胞表型的表达，MDR细胞的糖基化缺失突变株与亲代糖基化细胞株的MDR表型无明显差异(V．Ling等，1983)。

随着Pgp的细胞和分子生物学研究的进展，特异性抗体和核酸探针已用于Pgp基因在正常组织表达的研究。结果显示Pgp表达具有组织特异性，在肠、肝、肾、肾上腺皮质、孕妇子宫及某些骨骼肌中表达最强(F．Bass等，1988；J．M．Groop等，1989；A．T．Fojo等，1987)。用免疫组织化学染色发现，Pgp位于大小肠粘膜细胞、胆、胰管细胞和肾迂曲小管细胞的腔面以及肝细胞的微胆管面(FP．juranka等，1987)。Pgp在这些组织中的生理功能尚不清楚。其管腔面的分布特征提示Pgp可能参与这些组织的分泌和毒物排泄功能(P．F．juranka等，1989)。肾上腺皮质细胞的PgP可能参与皮质类固醇的分泌转运(E．Georges等，1990)。大鼠肝部分切除后残留的再生肝细胞，化学致癌剂诱导的大鼠肝的癌前结节及癌性结节中，其Pgp的水平升高，提示Pgp表达可能是机体细胞对毒物及代谢压力的特异性反应所致(E．Georges等，1990；S．S．Thorgeireson等，1987)。由此可见，在正常组织中Pgp可能作为一个广谱特异性转运分子，参与机体的内外分泌功能及内外源性毒性的清除(P．F．Juranka等，1989)，与在MDR细胞介导药物外逸功能一致。

用特异性基因探针分析不同类的Pgg在组织中的分布，每种组织常表达多种Pgp。Ⅰ类Pgp在肠道表达水平最高，心、脑及肾脏次之；Ⅱ类Pgp在小鼠妊娠子宫及肾上腺水平最高，心、肾次之，Ⅲ类Pgp在肝、肾上腺、脾、心及少许骨骼肌呈中等水平表达。用基因特异性单克隆抗体进行免疫组化定位观察到，Ⅰ类Pgp主要分布于大肠上皮细胞的腔面，Ⅱ类Pgp主要分布于肾上腺皮质细胞，少量骨骼肌细胞表达Ⅲ类Pgp(C．R．Faircheld等，1987)。不同类Pgp的组织分布特异性的生理意义尚不清楚。

Pgp的研究最初限于体外细胞系及动物组织和肿瘤、人类肿瘤与Pgp的关系。用RNA原位及斑点杂交，免疫组织化学及PCR技术研究Pgp在人类肿瘤中的表达证明，人类癌、肉瘤、淋巴瘤和白血病等各种肿瘤的Pgp表达水平均升高(Z．J．Goldstein等，1989)。

在某些肿瘤化疗后其表达水平往往高于化疗前，提示肿瘤细胞在化疗过程中有可能获得MDR表型。有研究资料报道，肿瘤中Pgp的存在与否和肿瘤的化疗反应相关(H．S．L．Chan，1989)，但肿瘤细胞Pgp过度表达的临床意义及其Pgp表达水平能否作为肿瘤对化疗反应性的指标，有待于进一步探讨。

某些Pgp表达水平较高的组织如肝、肾、肾上腺及肠来源的肿瘤，常对化疗药物表现出天然耐受性，其细胞表面的Pgp水平较高。

未经药物诱导的肾癌细胞株具有MDR表型，并能被奎宁丁、异搏停逆转。对某些药物抗药性的细胞，其MDR表型可能和细胞表面固有的较高水平的Pgp表达有关。

(山东省医学科学院基础医学研究所赵跃然撰)