药物传递靶蛋白寡肽转运蛋白1的研究进展

杨少林，李焕德，彭珍珍，熊友健，赵绪元#（1.中南大学湘雅二医院药剂科，长沙市 410011；2.中南大学药学院，长沙市 410013）

小肠寡肽转运蛋白1（Intestinal peptide transporter 1，PEPT1）是一类表达在人和其它哺乳动物小肠上皮细胞的主动转运蛋白，又称之为寡肽转运载体。小肠上皮细胞刷状缘侧的PEPT1和侧底膜的寡肽转运蛋白2（PEPT2）是寡肽转运蛋白（PEPT）的2种亚型。其中PEPT1的底物非常广泛，可介导二肽、三肽化合物和一些拟肽类药物（Peptidomimetic drug）的口服吸收，其在寡肽及拟肽类药物肠转运中发挥重要作用。利用PEPT1为靶点来改变药物体内药动学性质是药物传递领域和药物设计领域的一个新亮点。通过前体药物（Prodrug）设计将一些吸收差的药物修饰成类似二肽或三肽的结构，在PEPT1的介导下吸收，能够提高这些药物的口服生物利用度，这具有非常重要的意义。本文拟就相关研究进展作一综述。

1 PEPT1的组织分布

PEPT1主要在小肠表达，在肝和肾中表达较少。Jappar等[1]利用聚合酶链反应和免疫印迹分析方法研究PEPT1灭活小鼠的十二指肠、空肠、回肠和结肠发现，由于多态性、疾病和药物相互作用而使PEPT1失去活性，会显著减少小肠内二肽、三肽和肽类药物的吸收，表明PEPT1在小鼠十二指肠、空肠、回肠和结肠上有显著的功能性表达。有研究者发现PEPT1还在鲈科海鱼[2]和幼小鳟鱼[3]的小肠上有显著的表达。Amberg等[4]证明PEPT1在幼小大西洋鳕鱼消化道中也有广泛的表达。

用带有放射性标记的DNA作为探针，进行Northern杂交分析，在兔的小肠中发现有PEPT1信使核糖核酸（mRNA），其在肝脏和肾脏的量比较低，而在大脑中的量则更低，在结肠、骨骼肌、心脏、脾脏或肺中没有检测到mRNA；在大鼠的小肠中发现有mRNA，在肾皮质发现有微量的mRNA，但在肝脏中未发现有mRNA的存在；在绵羊的瘤胃、瓣胃和小肠组织中都检测到有mRNA，但在肝、肾、雏胃、盲肠和结肠没有检测到mRNA；在鸡的十二指肠、空肠、回肠、肾脏和直肠中检测到mRNA，但肾脏和直肠的杂交现象比较弱。Mitsuoka等[5]研究发现PEPT1抑制剂能够抑制人类胰腺癌细胞的生长，故认为PEPT1在人类胰腺癌细胞中也有表达。

Chothe等[6]发现钠偶合PEPT1和PEPT2在ARPE-19细胞、原代小鼠和人类幼儿视网膜色素上皮细胞中也有表达。PEPT1可能还存在于其它的动物或组织中，这需要进一步验证。另外，PEPT1不仅仅在动物中存在，而且在真菌、细菌和植物中也存在。

2 PEPT1的分子结构与功能

2.1 PEPT1的分子结构

目前对兔、大鼠、绵羊、奶牛、鸡、猪和人类的小肽转运载体的结构已有系统的研究。尽管不同种类动物PEPT1 mRNA的长度不同，但其编码的蛋白质在结构上却非常相似。如PEPT1载体有12个假想的穿膜区，在9区和10区之间有一大的胞外环。所有穿膜区内的序列都高度保守，胞外环上的序列较为不保守。PEPT1基因编码的蛋白上有多个N-糖基化和蛋白激酶的识别位点，它们可能参与肽转运的调控；PEPT1上的His-57是最关键的组氨酸残基，可能是转运蛋白发挥吸收功能时最关键的结合位点。虽然PEPT1和PEPT2在结构上有众多的相似性，但其仍属于2个不同的转运体系。同种动物的PEPT1和PEPT2相比，其同源性低于不同动物相同转运体系之间的同源性。例如，人类的PEPT2与大鼠的PEPT2的氨基酸有83%的同源性，而人类的PEPT2与PEPT1仅有50%的同源性。而且，PEPT2比PEPT1的分子量大。不同动物PEPT1的氨基酸范围在707到729之间（蛋白的分子量约79～90 kD）。

2.2 PEPT1的生理功能

蛋白质的消化产物寡肽能够通过PEPT1进入肠上皮细胞而进入血液循环，在肠道小分子吸收中具有重要作用。与高亲合力低容量PEPT2转运载体相比，PEPT1具有亲合力低、容量高的特点，PEPT1与PEPT2在功能上也有所不同。Pan等[7]研究发现PEPT1对大多数的二肽和三肽有高亲和性，亦能转运某些特定四肽，但不能转运更长的肽段。在所采用的实验条件下，能被转运的肽的分子量大小、疏水性和电荷的变化非常大。因此，转运载体的转运能力似乎与被转运分子的分子量、疏水性和带电量无关。除此之外，PEPT1是一种质子偶联载体，与质子浓度有着密切的关系。

3 PEPT1的转运机制

药物的体内转运过程，包括吸收、分布、代谢和排泄过程，4个过程都涉及药物对生物膜的通透性。许多组织的生物膜存在特殊的转运蛋白系统介导药物的跨膜转运，称之为转运载体。药物转运载体按其转运的方向不同大致可分为2类:一类依赖三磷酸腺苷（ATP）分解释放的能量，将底物逆向泵出细胞，降低底物在细胞内的浓度，如P-糖蛋白（P-gp）等；另一类可转运底物进入细胞，增加细胞内底物浓度。而PEPT1就属于后一类转运载体。

对于口服药物的吸收和转运，小肠上皮细胞作为主要的靶向位点而备受重视。人们研究发现，药物跨肠上皮细胞转运主要通过4种途径:经细胞被动扩散、胞饮和胞吞作用、细胞旁路转运以及通过细胞表面转运体转运。某些与营养物质化学结构相似的药物可以通过载体介导的主动转运经肠上皮吸收。这类药物的转运是通过扩散和载体介导共同完成。由于载体介导的转运具有饱和性，被动扩散方式在转运过程中的作用将随着药物剂量的增加而增大。由于在肠上皮细胞上还存在外排载体如P-gp，可以将药物从浆膜侧转运至黏膜，从而降低了药物的吸收，这类外排载体的饱和将减少药物的外排，提高药物的吸收。

从本质上来说，第4种载体转运在借助细胞膜表面转运体的前提下主要由2种形式的转运组成:主动转运和易化扩散。PEPT1属于主动转运载体范畴，这一类转运体的特征主要包括:能够逆流转运、转运消耗能量、由于转运体数目的限制存在饱和、竞争性抑制现象。

综上所述，PEPT1的转运机制就是在细胞表面上的具有饱和现象的、存在竞争性的、能够逆流转运的、消耗能量的主动转运。

4 PEPT1的底物

PEPT1的底物为二肽、三肽化合物和一些拟肽类药物，但不包括氨基酸和四肽以上的大分子。由于氨基酸结构的多样性，因此其药物底物是非常广泛的。近年来也有不少的文献报道关于PEPT1的底物，有研究表明代谢型谷氨酸受体mG-lu2/3激动药LY354740的前药LY544344[8]及小肠二肽[9]、三肽[10]均是PEPT1的底物。Pieri等[11]发现跨膜酪氨酸（Y56、Y91和Y167亚型）会改变PEPT1的功能，Y56-PEPT1的亲和力是野生性PEPT1的100倍。这3种酪氨酸可能是PEPT1的底物。Mitsuoka等[12]研究发现，左旋头孢氨苄与PEPT1具有高亲和力，并被PEPT1所转运，但不是由PEPT1所代谢。Hironaka等[13]在文献中也提到头孢氨苄是PEPT1的底物，并对其通过PEPT1口服吸收进行了定量评价，结果显示PEPT1大约转运总吸收的1/2，然而，PEPT1的功能能够通过头孢氨苄被动扩撒所代偿。Foley等[14]研究还发现有些酮类药物也是PEPT1的底物。

此外，β-内酰胺类抗菌药物如头孢妥仑[15]、头孢羟氨苄、氨苄西林，血管紧张素转换酶抑制剂如福辛普利，抗肿瘤或抗病毒药物如乌苯美司、贝他定、伐昔洛韦，凝血酶抑制剂，多巴胺受体拮抗药，肾素抑制剂，氨基酸前药，抗肝炎药JBP485、JBP923等都是PEPTl的底物。

5 与药物相互作用

众所周知，药物相互作用是影响临床安全用药的重要因素之一，发生药物相互作用主要是肝药酶和转运体所介导的，而肠道PEPT1就是这些转运体中的一种。了解药物与PEPT1的相互作用及其影响因素，对于了解药物间相互作用、提高药物口服吸收的生物利用度、研究抗肿瘤药物的靶向治疗以及个体化给药等方面具有十分重要的意义。

5.1 药物对PEPT1功能的影响

氢离子（H+）协同转运载体PEPT1主要存在于小肠上皮细胞的刷状缘膜上，肠道PEPT1对于消化道中蛋白质的降解产物二肽、三肽具有转运吸收的功能，另外，拟肽类药物如β-内酰胺类抗菌药物、血管紧张素转换酶抑制剂，非肽类药物伐昔洛韦等也经此载体转运吸收。肠道PEPT1对于维持机体的内环境稳定以及药物的胃肠道吸收发挥着重要作用。研究[16]发现Na+/H+交换器3（NHE3）会影响PEPT1对药物的吸收和疗效。Foster等[17]研究发现，干扰素γ能增加h-PEPT1在人体小肠单层细胞上的转运。Hu等[18]研究发现，PEPT1基因的靶向断裂显著减少了小鼠二肽的肠道吸收。Weitz等[19]首次得出了质子依赖性肽类转运体的结构化数据，YdgR蛋白研究肽类转运体分子结构是一个极好的模型，并得出结论:原核生物肽类转运体的功能和结构特征与哺乳动物的PEPT1相似。

随着对PEPT1基因序列、蛋白结构、功能活性等方面研究的逐渐深入，对于调控PEPT1在膜上表达、影响其功能活性、与底物亲和力的因素及相关的作用机制有了一定的了解，加之PEPT1广泛的底物专属性，使其成为新药开发中重要的药物传递靶蛋白。Dasgupta等[20]研究表明结核分枝杆菌PEPT1能够调节被感染巨噬细胞的细胞因子释放和细胞凋亡。Chen等[21]研究结果表明胚芽乳杆菌通过调节跨上皮PEPT1能够改善白细胞介素-10引起的小鼠结肠上皮细胞能动性屏障紊乱。Radeva等[22]研究发现由葡聚糖硫酸钠引起的大鼠肠炎，尽管在一定程度上可以改变PEPT1表达曲线，但是不能改变PEPT1基质的生物利用度。

5.2 药物对PEPT1表达的影响

有研究者发现不少因素会影响PEPT1的表达。Der-Boghossian等[23]研究清楚地表明胰岛素对PEPT1活性表达以及蛋白质水平存在着性别依赖性，认为可能是雌激素对胰岛素在PEPT1水平上产生性别依赖性影响。有研究者发现致病菌能够诱导人类结肠PEPT1的表达[24]；寄生虫的小隐孢子在幼小大鼠内也会影响PEPT1的表达[25]。在结肠上皮细胞转运过程中，丁酸盐能够促进PEPT1的表达和提高其活性[26]，这为PEPT1调节慢性炎症提供了依据。

5.3 PEPT1表达对药物的影响

PEPT1的表达水平也会引起不同程度的药物间的相互作用。近年来也有不少这方面的报道。Qandeel等[27]研究表明PEPT1的基因表达和转运功能昼夜变化与大鼠当夜的饮食有关。

综上所述，PEPT1主要介导口服给药的肽类及肽类似物相关药物的相互作用。

6 结语与展望

PEPT1具有低亲和力、高容量等特点，主要转运小肠上的二肽、三肽、某些特定四肽和拟肽类药物。其转运机制主要是通过与H+协同转运。另外，由PEPT1所介导的药物间相互作用的研究为临床指导用药提供了依据。

目前，虽然PEPT1的有关研究国内才刚刚开始，但是，由于PEPT1能够转运分子量大小、疏水性和电荷变化较大的药物分子，正逐渐受到关注。PEPT1在人类、禽类、兽类和反刍动物等的同源PEPT1已经被顺利地构建克隆。但是，这些研究基本上都集中在大鼠和细胞试验方面，关于其它动物的研究还很少，因此还有大量的工作要做。从药物化学角度考虑，可以通过化学修饰（如肽化修饰）来制备前体药物从而利用PEPT1来改善药物的吸收、分布。相信PEPT1会成为设计前药很好的靶蛋白，在药物开发与应用中发挥重要的作用。

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