金夢夢，劉李，劉曉東

（中國藥科大學藥學院 藥物代謝研究中心，江蘇 南京 211198）

眼是人體最復(fù)雜的感覺器官之一，主要作用是將外部信息轉(zhuǎn)變成信號傳送給大腦。眼對外源性物質(zhì)具有選擇通透性，這種選擇主要是通過眼部的生理屏障來實現(xiàn)。血-視網(wǎng)膜屏障（blood-retina barrier，BRB）是調(diào)節(jié)外來物質(zhì)進入眼組織的關(guān)鍵屏障，限制藥物從體循環(huán)進入眼后段和藥物在眼后節(jié)的組織分布[1]。與BRB相關(guān)的疾病，如視網(wǎng)膜靜脈阻塞、糖尿病性視網(wǎng)膜病變、年齡相關(guān)性黃斑病變[2]，需要相關(guān)藥物的治療。與血腦屏障類似，BRB上存在腺嘌呤核苷三磷酸結(jié)合盒（ATP-binding cassette，ABC）轉(zhuǎn)運體的表達，包括P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）[3]、乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）[4]以及多藥耐藥蛋白1（multidrug resistance protein 1，MRP1）[4]等重要外排轉(zhuǎn)運體，以上轉(zhuǎn)運體限制環(huán)孢素A[5]、光敏性毒素、熒光素[6]等物質(zhì)在視網(wǎng)膜的分布。隨著對BRB上轉(zhuǎn)運蛋白的研究越來越深入，許多外源性物質(zhì)被證明是BRB上轉(zhuǎn)運蛋白的底物或抑制劑，外排轉(zhuǎn)運體的存在對眼部疾病的藥物治療帶來新的挑戰(zhàn)。

因外排轉(zhuǎn)運體在眼部藥物分布以及治療過程中發(fā)揮著重要作用，本文重點對BRB的功能、BRB上的外排轉(zhuǎn)運體表達和分布以及疾病狀態(tài)下BRB上外排轉(zhuǎn)運體的改變進行綜述，以期為治療視網(wǎng)膜疾病和維持視網(wǎng)膜功能健康的新藥研發(fā)提供重要信息。

1 血-視網(wǎng)膜屏障概述

BRB在眼部處于獨特的位置，它將視網(wǎng)膜與循環(huán)血液分離開，并調(diào)節(jié)血液和視網(wǎng)膜組織之間的物質(zhì)交換，防止大分子和其他潛在的有害物質(zhì)進入視網(wǎng)膜，保持視網(wǎng)膜微環(huán)境的穩(wěn)定[7]。如圖1所示，BRB包括視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞（retinal capillary endothelial cells，RCECs）、視網(wǎng)膜色素上皮（retinal pigment epithelium，RPE）細胞以及Bruch’s膜和脈絡(luò)膜共同作用形成的內(nèi)、外屏障[8]。RCESs和RPE細胞形成緊密的單分子層，其通常阻止溶質(zhì)通過細胞旁通路在循環(huán)血液和神經(jīng)視網(wǎng)膜之間的單層被動擴散。人類視網(wǎng)膜的2/3由內(nèi)BRB滋養(yǎng)，其余部分被外BRB的絨毛膜覆蓋，感光細胞的必需營養(yǎng)物質(zhì)是通過外BRB供應(yīng)的，而神經(jīng)元細胞如神經(jīng)節(jié)細胞、水平細胞、無長突細胞的必需營養(yǎng)物質(zhì)主要是通過內(nèi)BRB供應(yīng)的。

BRB限制外源性物質(zhì)在視網(wǎng)膜上的轉(zhuǎn)運從而保持視網(wǎng)膜微環(huán)境的穩(wěn)定。由于BRB的存在，口服或靜脈滴注等給藥方式使藥物不能有效地作用于眼部，BRB限制神經(jīng)視網(wǎng)膜和循環(huán)血液之間的非特異性運輸。然而，BRB并不是一個不可滲透的屏障，因為必需的營養(yǎng)物質(zhì)可以從循環(huán)血液中有效地轉(zhuǎn)移到視網(wǎng)膜，而內(nèi)源性和外源性藥物則可以通過BRB選擇性地從視網(wǎng)膜中清除[9-10]。關(guān)于BRB的最新研究進展表明，視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞和視網(wǎng)膜色素細胞表達多種獨特的轉(zhuǎn)運體，在必要分子的內(nèi)流轉(zhuǎn)運和神經(jīng)遞質(zhì)代謝物、激素和藥物的外排轉(zhuǎn)運中發(fā)揮關(guān)鍵作用[10-11]。如BRB上的P-gp通過外排作用限制環(huán)孢素A、奎尼丁等藥物在眼內(nèi)的分布，為在視網(wǎng)膜上獲得足夠濃度的藥物，需要提高劑量，但這樣可能會對其他組織產(chǎn)生毒性[10]。

2 BRB上的ABC外排轉(zhuǎn)運蛋白

外排轉(zhuǎn)運蛋白主要屬于ABC轉(zhuǎn)運體家族，幾種常見的ABC外排轉(zhuǎn)運蛋白如P-gp、BCRP、MRPs在BRB上存在（見表1）。BRB上的外排轉(zhuǎn)運體限制一些特異性底物在視網(wǎng)膜上的遞送，外排轉(zhuǎn)運蛋白的存在成為決定視網(wǎng)膜組織液中底物濃度的主要影響因素，是視網(wǎng)膜重要的保護系統(tǒng)。

2.1 P-糖蛋白

2.1.1 P-糖蛋白的結(jié)構(gòu) P-gp的相對分子質(zhì)量約為1 700 000，含有2條氨基酸鏈，每條鏈由6個跨膜結(jié)構(gòu)域和1個核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成[12]。N端和C端均為細胞質(zhì)，第1個細胞外環(huán)含有3個糖基化位點[13]。作為一種膜結(jié)合ATP依賴的外排轉(zhuǎn)運蛋白，P-gp能快速清除各種化療藥物和親脂化合物。

2.1.2 P-糖蛋白的表達 在生理條件下，正常細胞通過P-gp排出特異性物質(zhì)，而在P-gp過表達的腫瘤細胞中，抗癌藥物通過這些外排體轉(zhuǎn)運到細胞外基質(zhì)中[7]。據(jù)相關(guān)文獻報道，P-gp作為一種外排轉(zhuǎn)運體在血腦屏障的管腔側(cè)表達[14-15]，其參與代謝物和外來物質(zhì)包括藥物的腦-血轉(zhuǎn)運。在眼睛中，P-gp表達在內(nèi)BRB的管腔側(cè)和外BRB的根尖和基底側(cè)[16-17]，以及在血-房水屏障的虹膜、睫狀肌和非色素的睫狀上皮細胞中[18-19]；在外BRB中，P-gp主要表達在基底外側(cè)膜上，介導(dǎo)底物從RPE主動轉(zhuǎn)運到血液中，并在限制底物從脈絡(luò)膜基質(zhì)跨越RPE細胞擴散到神經(jīng)視網(wǎng)膜的過程中起關(guān)鍵作用。在小鼠中，P-gp在外BRB上低表達或無表達[20]。在色素上皮細胞中，如表1所示，P-gp在人RPE和豬RPE原代細胞中表達，P-gp的免疫反應(yīng)性主要與人的RPE的根尖和基底外側(cè)細胞膜的定位有關(guān)[21]。在色素上皮細胞系中，P-gp僅在D407細胞中表達[22]，重要的是P-gp的表達和功能在D407細胞的線粒體中被證實，并且被過氧化氫上調(diào)[17]。在視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞中，P-gp在大鼠和牛視網(wǎng)膜微血管中表達，在永生化細胞系TR-iBRB中也有所表達[22]。

表1 BRB上的外排轉(zhuǎn)運體Table 1 Efflux transporters of BRB

2.1.3 P-糖蛋白的轉(zhuǎn)運底物 P-gp可以轉(zhuǎn)運多種結(jié)構(gòu)的底物[23]，其中包括很多臨床上的藥物如化療藥物、艾滋病毒蛋白酶抑制劑、免疫抑制劑等。在BRB上，如表1所示，P-gp主要轉(zhuǎn)運的藥物有抗腫瘤藥物[10]（長春堿和紫杉醇）、抗生素[10]（氧氟沙星和紅霉素）、咪康唑[22]、類固醇[22]、免疫抑制劑[22]（地塞米松和氫化可的松）、奎尼丁[10]、維拉帕米等[10]。環(huán)孢素A也是P-gp的底物，雖然在血漿中檢測到顯著水平的環(huán)孢素A，但在環(huán)孢素A治療的兔子[24]、大鼠[5]的眼內(nèi)組織中未檢測到。這些證據(jù)表明，BRB上的P-gp在保護視網(wǎng)膜免受外來物質(zhì)的影響方面起著重要的作用，阻礙藥物在視網(wǎng)膜上的轉(zhuǎn)運。

2.2 乳腺癌耐藥蛋白

2.2.1 乳腺癌耐藥蛋白的結(jié)構(gòu) BCRP是大型ABC轉(zhuǎn)運蛋白超家族G亞家族的第2個成員，被命名為ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白G2（ATP binding cassette subfamily G member 2，ABCG2）。BCRP是一個多結(jié)構(gòu)域的跨膜蛋白，含有655個氨基酸，相對分子質(zhì)量約為72 000，其N端為細胞質(zhì)，單個糖基化位點位于第3個細胞外環(huán)上[25]。BCRP的特征使其區(qū)別于包括P-gp和MRP1在內(nèi)的大多數(shù)ABC轉(zhuǎn)運體，作為一種半ABC轉(zhuǎn)運體，只有1個核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域和1個跨膜結(jié)構(gòu)域[7]。

2.2.2 乳腺癌耐藥蛋白的表達 近年來，通過免疫標記法證明在小鼠、大鼠視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞和永生化細胞系TR-iBRB的管腔側(cè)有BCRP的表達[22]。一些報道也證實BCRP在外BRB中的表達。液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）分析顯示BCRP在人胚胎RPE和ARPE-19中無表達[26]，但在豬的內(nèi)BRR和外BRB中仍檢測到高水平的BCRP蛋白[27]。如表1所示，在被檢測的3種人RPE細胞系（ARPE-19、D407和HRPEpiC）和牛原代細胞中，BCRP只在D407細胞中被檢測到[28]，但是BCRP的 mRNA在神經(jīng)視網(wǎng)膜、RPE眼窩和原代小鼠RPE細胞中都有檢測到。蛋白免疫反應(yīng)表明BCRP的蛋白表達幾乎只局限于RPE細胞層,主要在RPE的基底外側(cè)膜[21]。在內(nèi)BRB中，BCRP在小鼠的視網(wǎng)膜中有表達[29]；在外BRB中，BCRP表達于人的hfRPE細胞中、豬的視網(wǎng)膜色素上皮組織中和小鼠的視網(wǎng)膜色素上皮中[29]。

2.2.3 乳腺癌耐藥蛋白的轉(zhuǎn)運底物 BCRP可以同時轉(zhuǎn)運帶正電荷和負電荷的藥物，如化療藥物、酪氨酸激酶抑制劑、核苷和核苷酸類似物等。在BRB中，BCRP不僅可以轉(zhuǎn)運米托蒽醌、多柔比星和阿霉素[10]等藥物，也可以轉(zhuǎn)運光敏感毒素，包括與卟啉有關(guān)的葉綠素來源的膳食光毒素[3]（見表1）。視網(wǎng)膜是一個高度感光器官,很容易受到光毒性化合物的光照造成的損害， Asashima等[30]證明BCRP作為光敏感毒素如脫鎂葉綠酸和原卟啉IX的外排轉(zhuǎn)運體，限制光毒素和外源性物質(zhì)在視網(wǎng)膜上的分布，在內(nèi)BRB上發(fā)揮重要作用。

2.3 多藥耐藥蛋白

2.3.1 多藥耐藥蛋白的結(jié)構(gòu) MRP1又稱ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白C1（ATP binding cassette subfamily c member 1，ABCC1），相對分子質(zhì)量約為190 000，MRPs的結(jié)構(gòu)與P-gp的結(jié)構(gòu)相似，其核心功能單位由2個跨膜結(jié)構(gòu)域和2個核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域組成，每個跨膜結(jié)構(gòu)域由5 ～ 6個跨膜螺旋結(jié)構(gòu)組成，胞外N端攜帶2條寡糖鏈，其C端為細胞質(zhì)，在胞外環(huán)上有一個附加的糖基化位點[31]。人MRP1（ABCC1）包含1 531個氨基酸，哺乳動物中MRP1蛋白N-糖基化且磷酸化。MRP4（ABCC4）是MRP蛋白結(jié)構(gòu)中最小的，長度為1 325個氨基酸，二級結(jié)構(gòu)與MRP5（ABCC5）相似[23]。

2.3.2 多藥耐藥蛋白的表達 MRPs在視網(wǎng)膜內(nèi)屏障和外屏障都有表達，但主要表達在外BRB上。如表1所示，BRB上表達較高的是MRP1、MRP4和MRP5。在分離的小鼠[32]和大鼠視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞[9]中驗證內(nèi)BRB的MRPs的轉(zhuǎn)錄水平，其中，MRP4（ABCC4）的表達水平最高，而小鼠的MRP3（ABCC3）和MRP6 （ABCC6）以及大鼠的MRP6 （ABCC6）的表達水平較低，并且MRP4蛋白定位在小鼠內(nèi)BRB的管腔膜上[33]。MRPs的幾種基因型中，MRP1、MRP4和MRP5在原代培養(yǎng)的RPE細胞和ARPE-19細胞中表達[22]。雖然這些MRPs的定位尚不清楚，但功能實驗提示MRPs位于RPE細胞的基底外側(cè)膜上[34]。除在人原代RPE和ARPE-19細胞表達外，MRP1還在豬RPE細胞中表達，MRP4和MRP5在D407中表達[22]。MRP底物熒光素在血-眼通透性中的方向性支持MRP活性的潛在臨床意義。在猴子和人類中，熒光素在玻璃體到血液方向的平均速度約為10-5cm · s-1，而在相反方向的速度僅為10-7～ 10-6cm · s-1[35-37]。與以上早期研究一致，熒光素在離體豬RPE組織片的視網(wǎng)膜到脈絡(luò)膜方向的通透性比相反方向高11.3倍[38]。當加入MRP1抑制劑丙磺舒時，滲透率差相等，表明MRP1轉(zhuǎn)運體在RPE脈絡(luò)膜側(cè)表達。最近有研究表明，MRPs在小鼠外BRB的基底膜側(cè)存在表達和活性，使用MRPs的廣譜抑制劑MK571，視網(wǎng)膜中齊多夫定的含量增加[20]。

2.3.3 多藥耐藥蛋白的轉(zhuǎn)運底物 MRPs主要轉(zhuǎn)運的是有機陰離子化合物，如葡萄糖醛酸結(jié)合物和GSH結(jié)合物[3]。BRB上表達較高的是MRP1、MRP4和MRP5。MRP1在保護某些特定的組織免受外源物質(zhì)的入侵中發(fā)揮重要的作用，并介導(dǎo)促進炎癥發(fā)生的半胱氨酰白三烯C4以及大量的其他內(nèi)源和外源性有機陰離子物質(zhì)的流出。在BRB中，MRP1轉(zhuǎn)運的藥物有親脂性藥物、有機陽離子蒽環(huán)類藥物[22]、長春堿[10]、表鬼臼毒素[22]、柔紅霉素[10]、依托泊苷[16]等，MRP4轉(zhuǎn)運的藥物包括有機陰離子藥物[16]、有機陽離子藥物[16]、對氨基馬尿酸[16]、6-巰基嘌呤[16]、β-內(nèi)酰胺類抗生素[10]等。MRP5轉(zhuǎn)運的藥物主要是Ⅱ相生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物[22]、膽紅素雙葡萄糖酸[22]、GSH結(jié)合物[22]、5-氟尿嘧啶[22]、甲氨蝶呤[10]等（見表1）。

3 疾病狀態(tài)下血-視網(wǎng)膜屏障以及其外排轉(zhuǎn)運 體的改變

糖尿病視網(wǎng)膜病變是糖尿病的一種并發(fā)癥，其產(chǎn)生與BRB功能和結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)。糖尿病視網(wǎng)膜病變通常表現(xiàn)為微血管病變，但其他細胞如RPE細胞也會受到影響。與BRB有關(guān)的糖尿病視網(wǎng)膜病變的產(chǎn)生機制[23]主要有：1）高血糖狀態(tài)下炎癥因子生成和釋放的增加、誘導(dǎo)微血管連接蛋白重新分布、白細胞活化、細胞間黏附分子-1的釋放以及其他細胞黏附分子的釋放從而增加血管通透性。2）糖尿病視網(wǎng)膜病變通常與視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor， VEGF）升高有關(guān)，VEGF主要通過2種方式在糖尿病視網(wǎng)膜病變中產(chǎn)生病理生理效應(yīng)[39]，一種是VEGF通過影響內(nèi)皮細胞緊密連接增加血管通透性，導(dǎo)致液體外滲和視網(wǎng)膜水腫；另一種是VEGF引起視網(wǎng)膜微血管內(nèi)白細胞聚集，引起局部細胞因子的產(chǎn)生和炎癥細胞通過內(nèi)皮細胞遷移，促進BRB的破壞。3）高血糖引起細胞內(nèi)山梨醇積累，導(dǎo)致RCECs和RPE細胞滲透損傷，周細胞丟失，基底膜厚度改變和氧化應(yīng)激，最終導(dǎo)致內(nèi)BRB破裂。

疾病狀態(tài)下可能會影響視網(wǎng)膜上外排轉(zhuǎn)運體的表達。據(jù)文獻報道，注射鏈脲佐菌素24周后的糖尿病小鼠視網(wǎng)膜上P-gp和BCRP顯著下調(diào)，內(nèi)BRB分解，這可能與早期糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)病機制有關(guān)[40]。在D407細胞中，高糖暴露顯著降低P-gp mRNA和蛋白的表達水平，降低P-gp的活性，增加誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）mRNA和蛋白的表達。高糖暴露也降低妊娠烷X受體mRNA的表達。一種選擇性iNOS抑制劑可部分阻斷高糖環(huán)境引起的這些改變。以上結(jié)果表明，在人外BRB上，高血糖可誘導(dǎo)iNOS下調(diào)P-gp的功能和表達[40]。

氧化應(yīng)激誘導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜病變和老年性黃斑病變中RPE細胞的功能障礙，RPE細胞中的還原型GSH在細胞抗氧化過程中發(fā)揮重要作用。RPE細胞主要通過MRP1外排GSH來維持胞內(nèi)GSH水平。在ARPE-19細胞中，MRP抑制劑MK571可顯著抑制GSH的外排，使用MRP1特異性siRNA沉默MRP1也能顯著減少GSH外排。此外，MRP1的下調(diào)可抵抗H2O2誘導(dǎo)的細胞死亡。相反，MRP1過表達易受到H2O2誘導(dǎo)的細胞死亡的影響，這與MRP1過表達細胞中GSH水平降低一致[41]。這些結(jié)果表明，MRP1通過外排GSH在氧化誘導(dǎo)的細胞死亡中發(fā)揮作用，MRP1可能是氧化應(yīng)激相關(guān)的視網(wǎng)膜退行性疾病的潛在治療靶點。

床中央,擺著一堆書籍,剛從書櫥里挑出來的。有《人類神秘現(xiàn)象破譯》、《周易與預(yù)測學》、《生活中的神妙數(shù)字》,以及《三命通會注評》、《中國古代算命術(shù)》、《中國風水研究》、《管氏地理指蒙》等等。以前,盧一平收集這類書籍,出于對民俗和風俗研究的需要。沒想到,居然派上用場了。這時候,盧一平正埋著頭,旁若無人地翻閱著這些書籍。

早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變（retinopathy of prematurity，ROP）是引起兒童視力喪失的主要原因，是影響早產(chǎn)嬰兒的一種眼病。ROP的主要原因是視網(wǎng)膜缺氧引起的視網(wǎng)膜血管異常增生。Tagami等[33]證明外排轉(zhuǎn)運體P-gp、BCRP和MRP4的表達在小鼠的整個發(fā)育過程中持續(xù)存在，在氧誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變模型中，P-gp在新生血管中表達不變，而BCRP和MRP4表達降低。據(jù)報道，P-gp與caveolin-1協(xié)同作用，在體外調(diào)節(jié)腦內(nèi)皮細胞遷移和小管生成[42]。因此，P-gp可能是血管生成的關(guān)鍵調(diào)控因子，可能成為抗血管生成的潛在治療靶點。

外排轉(zhuǎn)運體的表達也與年齡相關(guān)性黃斑變性相關(guān)，Sene等[43]研究發(fā)現(xiàn)，年齡相關(guān)的ABC轉(zhuǎn)運蛋白ABCA1和ABCG1表達減少損害巨噬細胞的外排能力，導(dǎo)致膽固醇積累增加，從而促進年齡相關(guān)黃斑變性的發(fā)展。

4 結(jié)語

BRB由視網(wǎng)膜毛細血管內(nèi)皮細胞和視網(wǎng)膜色素上皮細胞形成的內(nèi)BRB和外BRB組成，在神經(jīng)視網(wǎng)膜與循環(huán)血液之間的藥物和營養(yǎng)轉(zhuǎn)運中具有不可替代的作用。外源性物質(zhì)通過BRB上轉(zhuǎn)運蛋白的轉(zhuǎn)運（內(nèi)BRB和外BRB）才能到達神經(jīng)視網(wǎng)膜上發(fā)揮作用，這突出了BRB上轉(zhuǎn)運蛋白的重要性。BRB上的有機陰離子轉(zhuǎn)運多肽（organic anion transporting polypeptide，OATP）、有機陰離子轉(zhuǎn)運體（organic anion transporter，OAT）、MRPs和ABCG2參與陰離子藥物的外排轉(zhuǎn)運。因此，親水性陰離子藥物不能輕易地從循環(huán)血液中傳遞到視網(wǎng)膜。除上述外排轉(zhuǎn)運體之外，核苷轉(zhuǎn)運體2（equilibrative nucleoside transporter 2，ENT2）、還原型葉酸載體1（reduced folate carrier 1，RFC1）/ 耦合質(zhì)子葉酸轉(zhuǎn)運體（proton-coupled folate transporter，PFCT）、單 羧酸轉(zhuǎn)運體（monocarboxylate transporters，MCTs）等內(nèi)流轉(zhuǎn)運體[3]，也參與底物藥物和生理底物從血液到視網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運。因此可見轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)的BRB轉(zhuǎn)運比被動擴散具有更大的優(yōu)勢。這些外排轉(zhuǎn)運蛋白通過保護組織免受外源性和內(nèi)源性物質(zhì)代謝產(chǎn)物的毒害，在正常生理和病理生理中發(fā)揮重要作用。研發(fā)能夠跨越BRB治療視網(wǎng)膜疾病的藥物時，設(shè)計和選擇最佳候選藥物中需要重點考慮其能被內(nèi)流轉(zhuǎn)運體識別，以及同時能避免BRB的外排轉(zhuǎn)運體。通過對視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)運蛋白的研究，有望為治療視網(wǎng)膜疾病和維持視網(wǎng)膜功能健康的新藥研發(fā)提供重要信息。