劉曉楠，劉曉東，劉李

（中國藥科大學(xué)藥學(xué)院藥物代謝研究中心，江蘇 南京 210009）

1 有機陽離子轉(zhuǎn)運體概述

有機陽離子轉(zhuǎn)運體（organic cation transporter，OCT）是溶質(zhì)轉(zhuǎn)運體22（solute carrier 22，SLC22）家族的成員，包括OCT1、OCT2和OCT3這3種亞型，分別由SLC22A1、SLC22A2和SLC22A3基因編碼。1994年，OCT1作為OCT第一個成員從大鼠腎cDNA文庫中被克隆出來；此后，OCT1、OCT2和OCT3相繼在人、大鼠、小鼠和兔中被克隆和表征[1]。研究人員基于對人類氨基酸序列的兩兩比較發(fā)現(xiàn)，OCT1和OCT2同源性較高（70%相同，84%相似），OCT3與OCT1（50%相同，70%相似）和OCT2（50%相同，73%相似）同源性較低[2]，盡管如此，三者的結(jié)構(gòu)特征和生物學(xué)特性十分相似[3]。

OCT1、OCT2和OCT3基本轉(zhuǎn)運特性相似，其轉(zhuǎn)運方式是鈉離子非依賴性的雙向轉(zhuǎn)運，決定轉(zhuǎn)運方向的主要驅(qū)動力是轉(zhuǎn)運的有機陽離子的電化學(xué)梯度[4]。OCT的底物通常是相對分子質(zhì)量較小、具有親水性的有機陽離子，特別是OCT1和OCT2，其底物具有廣泛的分子結(jié)構(gòu)。常見的外源性底物包括糖尿病治療藥物二甲雙胍、抗病毒藥阿昔洛韋/扎西他濱、抗腫瘤藥順鉑、N-甲基-D-天冬氨酸受體拮抗劑美金剛和組胺H2受體拮抗劑雷尼替丁等，內(nèi)源性底物主要是生物胺類神經(jīng)遞質(zhì)，包括5-羥色胺（5-HT）、去甲腎上腺素（NE）、多巴胺（DA）、腎上腺素和組胺等[1]，其中很多底物同時也是OCT的抑制劑，表1列舉了人OCT常見的底物和抑制劑[5]。

OCT的組織分布較為廣泛[6]（見表2）。人OCT1主要在肝臟表達(dá)，一般被認(rèn)為是肝特異性轉(zhuǎn)運體，在其他組織如心、骨骼肌、腎、腦和胎盤等也有弱表達(dá)。鼠OCT1除表達(dá)在肝外，在腎和小腸中均有高表達(dá)。OCT1主要表達(dá)在肝細(xì)胞的竇膜上，鼠OCT1還表達(dá)在小腸細(xì)胞的基底膜、近曲小管的S1和S2段上皮細(xì)胞基底膜以及氣管和支氣管上皮細(xì)胞管腔膜[7]。OCT2主要表達(dá)在腎臟，一般被認(rèn)為是腎特異性的轉(zhuǎn)運體，但在其他組織如脾、胎盤、小腸、腦和蛛網(wǎng)膜腦也可檢測到OCT2存在。在人腎臟中，OCT2水平高于其他轉(zhuǎn)運體，且主要表達(dá)在整個近曲小管上皮組織，而在大鼠腎臟中OCT2主要表達(dá)在近曲小管的S1和S2段。與OCT1類似，OCT2主要表達(dá)在腎小管和腸上皮細(xì)胞的基底膜、氣管和支氣管上皮的管腔膜，腦中OCT2主要表達(dá)在蛛網(wǎng)膜上皮細(xì)胞的管腔膜[8]。不同的是，OCT1主要集中在腎皮質(zhì)近曲小管，而OCT2主要分布在外髓質(zhì)外紋近曲小管，即OCT1和OCT2沿近曲小管差異性分布。OCT1和OCT2被認(rèn)為是腎有機陽離子分泌必需的轉(zhuǎn)運體。人OCT3主要表達(dá)在肌肉、肝、胎盤和心，在其他組織如腦、肺、腸和某些腫瘤組織中也有表達(dá)。OCT3主要表達(dá)在胎盤滋養(yǎng)體的基底膜、肝細(xì)胞竇側(cè)膜、腎近曲小管上皮小細(xì)胞基底膜、支氣管上皮和腸上皮管腔膜。在鼠腦的海馬、最后區(qū)、穹窿下器官、內(nèi)側(cè)下丘腦和第三腦室也有OCT3表達(dá)[9]。近年來越來越多的研究表明，雖然OCT在大腦中表達(dá)水平較低，但在維持腦內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮了重要作用。以下將重點介紹OCT在腦內(nèi)的分布情況、OCT在腦內(nèi)內(nèi)源性物質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)控中的作用及其在藥理學(xué)研究中的意義。

表2 人有機陽離子轉(zhuǎn)運體的組織分布Table 2 Distribution of human organic cation transporters

2 有機陽離子轉(zhuǎn)運體在腦內(nèi)的分布

OCT在腦中的表達(dá)一直存在爭議，有研究證明，OCT1和OCT2在FVB小鼠和瑞士小鼠血腦屏障管腔側(cè)不表達(dá)[10]，在分離的人腦微血管中也不表達(dá)[11–12]，但是Lin等[13]利用分離的人、小鼠、大鼠的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞和永生化成年大鼠腦內(nèi)皮細(xì)胞，觀測OCT1和OCT2的細(xì)胞定位，證實OCT1和OCT2均表達(dá)于人、小鼠和大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的管腔側(cè)，并參與90%以上1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氫吡啶（MPTP）的腦攝取。Wu等[14]研究表明，OCT1和OCT2在血腦屏障上的表達(dá)與小鼠品系有關(guān)，且與幼鼠相比，老齡小鼠OCT1和OCT2 mRNA及蛋白表達(dá)水平均降低。Chaves等[15]同樣也研究了小鼠、大鼠和人分離的腦微血管中OCT的表達(dá)和功能情況，結(jié)果表明，OCT在小鼠、大鼠和人分離的腦微血管中均有表達(dá)，但表達(dá)量較低。因此，受動物物種、品系和年齡等因素以及檢測方法的影響，對OCT在腦內(nèi)表達(dá)情況的認(rèn)識存在差異是可以理解的。綜合現(xiàn)有研究結(jié)果來看，比較公認(rèn)的看法是OCT1和OCT2主要表達(dá)于腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的管腔側(cè)，這與其參與血腦屏障處MPTP的攝取功能是一致的。除此之外，OCT2還在皮層、海馬、紋狀體以及一些皮層下區(qū)域表達(dá)[16–20]，主要表達(dá)在神經(jīng)元和脈絡(luò)叢細(xì)胞[9]。有趣的是，OCT2分布的部分區(qū)域也含有豐富的單胺能神經(jīng)元[19,21]，不禁讓人猜測OCT2在單胺類遞質(zhì)傳遞中的作用。與OCT1和OCT2相比，OCT3在腦內(nèi)分布更加廣泛，特異性抗體免疫組化研究顯示，在大鼠腦內(nèi)幾乎所有腦區(qū)可檢測到OCT3至少低水平的表達(dá)[22]，表達(dá)水平相對較高的區(qū)域包括皮層、海馬、紋狀體、下丘腦、丘腦和小腦等[17]，主要分布于神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞[9]，這也是OCT3在腦微環(huán)境穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用的基礎(chǔ)。表3總結(jié)了OCT在人、大鼠和小鼠腦內(nèi)的分布。

表3 有機陽離子轉(zhuǎn)運體在人、大鼠和小鼠腦內(nèi)的分布Table 3 Distribution of organic cation transporters in the brains of human, rat and mouse

3 有機陽離子轉(zhuǎn)運體在腦中的作用

OCT在腦中的分布與其維持腦內(nèi)內(nèi)源性物質(zhì)平衡和保護(hù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用是一致的。OCT1和OCT2主要分布在血腦屏障的腔側(cè)面，促進(jìn)陽離子藥物和外源性物質(zhì)通過血腦屏障，而OCT2和OCT3分布于不同腦區(qū)的神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞，調(diào)節(jié)腦間質(zhì)內(nèi)單胺類神經(jīng)遞質(zhì)、陽離子藥物和毒素的濃度。

3.1 在單胺類遞質(zhì)傳遞中的作用

早期研究表明，OCT參與內(nèi)源性5-HT、NE和DA等單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的轉(zhuǎn)運，具有高容量、雙向轉(zhuǎn)運和低親和力的特點[25]。

單胺類神經(jīng)遞質(zhì)在中樞神經(jīng)控制生理功能和調(diào)節(jié)情緒、攻擊性、性活動、食欲和動機方面起著關(guān)鍵作用。除了神經(jīng)遞質(zhì)釋放和受體激活的機制外，轉(zhuǎn)運體介導(dǎo)的從突觸間隙中攝取神經(jīng)遞質(zhì)以起到清除作用是相關(guān)神經(jīng)回路的關(guān)鍵組成部分。大多數(shù)關(guān)于單胺攝取的研究都集中在高親和力鈉依賴型轉(zhuǎn)運體上，主要包括多巴胺轉(zhuǎn)運體（dopamine transporter，DAT）、去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運體（norepinephrine transporter，NET）和5-羥色胺轉(zhuǎn)運體（serotonin transporter，SERT）等，它們構(gòu)成單胺轉(zhuǎn)運體的“uptake1家族”[25]。自從人們證明了OCT在腦中表達(dá)并可以傳遞單胺類神經(jīng)遞質(zhì)之后，OCT便以“uptake2家族”[26]的身份重新被人們認(rèn)識。OCT2和OCT3作為uptake2單胺轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的主要成員[26]，在腦內(nèi)起到單胺類神經(jīng)遞質(zhì)代償性清除的作用（見圖1）。

研究表明，降低大鼠腦內(nèi)OCT3的表達(dá)可以增加伏隔核和前額葉皮層細(xì)胞外DA濃度，增加甲基苯丙胺誘導(dǎo)的依賴于多巴胺能通路激活的多動行為[27]。OCT對皮質(zhì)酮的抑制作用十分敏感[28]，在使用DAT抑制劑之后，皮質(zhì)酮可急劇降低大鼠伏隔核中DA的清除，快速調(diào)節(jié)DA信號傳導(dǎo)[29]。

Decynium-22（D22）是OCT的阻斷劑，可以阻斷OCT對腦內(nèi)單胺類遞質(zhì)的清除，顯示出類似抗抑郁作用，而這種作用在高親和力單胺轉(zhuǎn)運體缺失或被抑制時顯得更加明顯，例如D22可減少大腦對5-HT的清除，在SERT缺陷小鼠中發(fā)揮類似抗抑郁作用，但在野生型小鼠中沒有作用[30]；D22也能增強氟伏沙明（一種選擇性5-HT再攝取抑制劑型的抗抑郁藥）對野生型小鼠的抗抑郁作用，但對Slc22a3-/-小鼠沒有作用[31]。除此之外，應(yīng)用皮質(zhì)酮或去甲變腎上腺素抑制OCT3功能可增加應(yīng)激狀態(tài)下大鼠中央杏仁核細(xì)胞外5-HT濃度[32]，調(diào)節(jié)大鼠在應(yīng)激事件中的生理反應(yīng)和行為。這些數(shù)據(jù)表明OCT3在5-HT神經(jīng)傳遞的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，并部分解釋了一些患者對抗抑郁藥物的耐藥性。一些抗抑郁藥物如地西帕明、瑟曲林、帕羅西汀、阿米替林、亞米帕明和氟西汀等均能抑制OCT3活性，說明它們對OCT3活性的抑制作用在一定程度上也是抗抑郁藥物整體治療效果的一部分[33]。

圖1 OCT2/3在單胺類遞質(zhì)傳遞中的作用Figure 1 The role of OCT2/3 in monoamine delivery

文拉法辛是5-HT和NE再攝取抑制劑，在文拉法辛的存在下，Slc22a2-/-小鼠海馬內(nèi)NE和5-HT清除減弱，導(dǎo)致突觸后神經(jīng)元活性的改變[34]。前文提到的D22是OCT的阻斷劑，研究表明，D22同樣能阻斷NE在腦中的清除，從而增強地昔帕明的抗抑郁樣作用[35]。

另外，OCT3蛋白還定位于核膜和內(nèi)膜系統(tǒng)，包括神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞外周核的泡狀結(jié)構(gòu)和線粒體，表明OCT3不僅有助于清除細(xì)胞外單胺，還在細(xì)胞內(nèi)單胺的分布和處置中發(fā)揮作用[36]。

3.2 影響藥物在血腦屏障處的分布

血腦屏障中OCT的功能和表達(dá)可能影響底物的轉(zhuǎn)運，從而影響外源性藥物和毒性物質(zhì)在腦中的分布（見圖2）。MPTP是一種重要的神經(jīng)毒素，用于帕金森病動物模型的建立，MPTP經(jīng)由OCT1和OCT2攝取通過血腦屏障，然后在腦內(nèi)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)毒素MPP+，沉默OCT1或OCT2的基因或應(yīng)用OCT1/2抑制劑金剛烷胺均可抑制MPTP的攝取[13–14]。在瑞士小鼠的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中，OCT1和OCT2的mRNA含量很低，幾乎可以忽略[14]，這也許可以部分解釋C57BL/6小鼠對MPTP引起的神經(jīng)毒性敏感，而瑞士小鼠具有耐藥性[37]。戊烷脒是一種有效的抗錐蟲病藥物，可用于治療Ⅰ期人類非洲錐蟲病，但戊烷脒在岡比亞錐蟲進(jìn)入中樞系統(tǒng)后作用效果較差，研究發(fā)現(xiàn)戊烷脒是OCT1的底物，在管腔側(cè)由OCT1攝取進(jìn)入腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞，隨后被P-糖蛋白（P-gp）外排至血液，因此戊烷脒很難通過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)[38]。體外研究表明，拉莫三嗪、普拉克索通過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)是通過OCT1的轉(zhuǎn)運作用實現(xiàn)的[39]。除此之外，氟哌啶醇的2種吡啶類神經(jīng)毒性代謝物雖在肝臟代謝形成，但在腦內(nèi)也可以檢測到，體外研究發(fā)現(xiàn)這2種代謝物都是OCT的底物，這可能是其在腦內(nèi)積累的原因[40]。

圖2 OCT1/2在血腦屏障中的作用Figure 2 The role of OCT1/2 at blood-brain barrier

3.3 與藥物的相互作用

大量的內(nèi)源性和外源性化合物包括精神活性物質(zhì)已在體外實驗中被證明可與OCT相互作用[41]，有機陽離子藥物在臨床使用中十分常見，理論上它們也會干擾大腦的OCT功能。已知作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的藥物包括精神刺激劑可卡因、安非他明和3，4-亞甲基二氧甲基苯丙胺[17,24]以及大量的抗抑郁藥[42]都是潛在的OCT阻斷劑。以N-甲基-D-天冬氨酸受體為靶點的藥物，無論是高親和力拮抗劑（如苯環(huán)己哌啶和MK801等），還是低親和力拮抗劑（如氯胺酮、美金剛和金剛烷胺等）都有阻斷OCT的作用[17–18]。由于一些藥物的腦部濃度可達(dá)到血漿濃度的幾倍，可以推測，這些藥物在較高的腦部濃度下可能對OCT的功能產(chǎn)生影響，例如抗抑郁藥安非他酮可抑制人腦OCT2活性[42]，抗精神病藥物氯氮平和抗焦慮藥地西泮可抑制人腦OCT3活性[42–43]。然而，受體內(nèi)外不同環(huán)境的調(diào)控作用，這些化合物在體外對OCT的親和力并不能反映在體內(nèi)的親和力，體內(nèi)實際情況還有待證實。如前所述，OCT參與腦內(nèi)單胺類遞質(zhì)穩(wěn)態(tài)調(diào)控，這些對OCT存在抑制作用的藥物是否會影響腦內(nèi)單胺穩(wěn)態(tài)，這種抑制作用是否對這些藥物的臨床效果有影響還有待研究。此外，神經(jīng)毒素DSP-4對OCT表現(xiàn)出強烈的抑制作用，OCT可能是其產(chǎn)生神經(jīng)毒性的靶標(biāo)之一[44]。百草枯的一價陽離子（PQ+）是導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元毒性的主要物質(zhì)，它同時是DAT和OCT3的底物，廣泛分布于膠質(zhì)細(xì)胞的OCT3可以攝取一部分PQ+進(jìn)入膠質(zhì)細(xì)胞，從而對PQ+的多巴胺能神經(jīng)元毒性起到緩沖作用，OCT3缺乏使膠質(zhì)細(xì)胞的緩沖作用減弱，導(dǎo)致進(jìn)入多巴胺能神經(jīng)元的PQ+含量增多，從而加劇PQ+對多巴胺能神經(jīng)元的損傷[45]。

一些在外周發(fā)揮作用的藥物，也有可能會通過血液擴散而影響腦內(nèi)OCT功能，例如在體外對OCT有抑制作用的抗病毒藥阿昔洛韋、拉米夫定、阿巴卡韋和齊多夫定[46–47]，抗糖尿病藥二甲雙胍[48]，細(xì)胞抑制劑順鉑[49]，抗酸藥西咪替丁[50]，抗瘧藥奎寧[51]，止痙攣藥曲司氯銨[52]等，這些藥物如果長期使用可能會影響大腦的OCT功能，導(dǎo)致難以預(yù)料的潛在副作用。至于在腦中發(fā)揮作用的藥物，其在體內(nèi)對OCT影響的實際情況仍有待證實。

3.4 在腦內(nèi)的其他作用

壓力和下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸調(diào)節(jié)異常被認(rèn)為是抑郁癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等精神疾病的重要風(fēng)險因素之一，Slc22a2-/-小鼠在受到壓力刺激時釋放大量的皮質(zhì)酮，損害下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸功能，從而使機體在不可預(yù)測的慢性輕度壓力（UCMS）的刺激下更容易表現(xiàn)出抑郁相關(guān)行為（包括自我護(hù)理、空間記憶、社會互動和應(yīng)激敏感的自發(fā)行為等）[28]。因此，OCT2可能是情感性疾病治療的潛在藥理學(xué)靶點[34,53]。

組胺也是腦中重要的神經(jīng)遞質(zhì)，參與焦慮、睡眠-覺醒周期、食欲、學(xué)習(xí)和記憶等各種生理功能，組胺的清除主要是在膠質(zhì)細(xì)胞中完成的。研究表明，表達(dá)在膠質(zhì)細(xì)胞上的OCT3是組胺的低親和力轉(zhuǎn)運體，與質(zhì)膜單胺轉(zhuǎn)運體共同參與突觸間隙組胺的清除[54]。

4 結(jié)語

隨著人們對OCT越來越深入的了解，其在腦中的作用也逐漸被重視，無論是作為低親和力單胺轉(zhuǎn)運體調(diào)控腦中單胺類遞質(zhì)穩(wěn)態(tài)，還是參與血腦屏障中藥物的運輸，OCT在藥理學(xué)研究和臨床研究中都具有重要意義。另外，人類基因多態(tài)性以及其他調(diào)節(jié)機制對OCT的調(diào)控作用，可能影響抑郁或焦慮等情緒相關(guān)疾病以及帕金森病和阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的易感性?；谀壳暗陌l(fā)現(xiàn)可以預(yù)測，長期使用抗糖尿病藥、細(xì)胞抑制藥和抗病毒藥物等在外周發(fā)揮作用的藥物，如果存在對OCT的抑制作用，可能會產(chǎn)生額外的中樞神經(jīng)系統(tǒng)副作用。在未來，繼續(xù)研究OCT在調(diào)控單胺類遞質(zhì)穩(wěn)態(tài)方面的替代作用，對提高抗抑郁和抗焦慮治療的療效和精神類疾病的控制有重要意義。