ABC转运蛋白结构及在植物病原真菌中的功能研究进展

ABC (ATP-binding cassette)转运蛋白是最大的膜转运蛋白超家族之一,其主要功能是利用ATP水解产生的能量将底物进行逆浓度梯度运输.所有生物体都含有大量ABC蛋白. ABC蛋白位于细胞的不同空间,如细胞膜、液泡、线粒体和过氧化物酶体.通常,ABC转运蛋白由跨膜结构域(TMD)和核苷酸结合结构域(NBD)组成,分别与底物和ATP结合.NBD执行与ATP结合和水解,是ABC转运蛋白的动力引擎,TMD识别特异性配体.大多数ABC转运蛋白最初是通过研究生物体耐药性而被发现的,包括多效耐药(PDR)和多药耐药(MDR).本文对ABC转运蛋白的结构及作用机制,以及植物病原真菌中ABC转运蛋白功能的研究进展进行综述.     

ABC转运蛋白的结构与转运机制

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transponer,ABC转运蛋白）超家族是一组跨膜蛋白,具有ATP结合区域的单向底物转运泵,以主动转运方式完成多种分子的跨膜转运.ABC转运蛋白的一个亚家族与多药抗性（multidrug resistance,MDR）有关,而多药抗性是临床肿瘤化疗中需要解决的主要问题,所以其结构与转运机制一直是研究的热点.最近几年获得了一些高分辨率的ABC转运蛋白的晶体结构,该文将根据ABC转运蛋白的结构的研究进展对其可能的转运机制进行讨论.     

囊性纤维化跨膜转运调节体氯离子通道——跨上皮离子转运的多功能引擎

囊性纤维化跨膜转运调节体（cystic fibrosis transmembrane conductance regulator,CFTR）是ATP结合转运体超家族（ATP-binding cassette transporter superfamily）的一名特殊成员,因为它是一个具有相当复杂调控机制的氯离子通道。CFTR由五个结构域（domain）组成：两个跨膜结构域（membrane-spanning domains,MSDs）,两个核苷酸结合域（nucleotide-binding domains．NBDs）和一个特殊的调控域（regulatory domain,RD）。MSDs构成一个低电导（6-12pS）的阴离子选择性孔道（pore）,其形状如同不对称的沙漏,胞外小胞内大,狭窄部分为离子筛。两个NBDs组成头尾相对的二聚体,在二聚体之间的接触面上有两个能和ATP结合的位点（位点1和位点2）。CFTR的门控机制是：ATP分子与位点1和2相互作用促使NBD二聚体的结合与解离,从而引起MSDs的构象发生变化进而使通道孔打开和关闭。RD具有多样化的结构,它含有多个磷酸化共有位点（consensus　phosphorylation　sites）。RD的磷酸化促进NBDs与ATP的结合,从而使CFTR得以激活。CFTR通过支架蛋白与其它膜受体以及蛋白激酶、磷酸酶形成大分子信号复合体。在复杂的细胞信号系统参与下,CFTR的功能活动在时间和空间上得到精确的调控。此外,CFTR的活动与细胞代谢有紧密联系：CFTR与代谢酶形成大分子复合体,当细胞能量需求增加时,CFTR活动会受到抑制而使细胞能量得以保存。CFTR广泛分布于机体上皮组织,它通过促进水盐转运而控制上皮细胞分泌物的量与组成。值得注意的是,在呼吸道,CFTR还对机体的防御机制起重要作用。CFTR功能失常严重影响跨上皮离子转运,进而引起或加重某些疾病。     

P-糖蛋白结构及作用机制

ABC (ATP-binding cassette) 转运蛋白广泛存在于各种生物体细胞中,例如细菌的内层细胞浆膜和真核生物的细胞膜和细胞器膜.其利用与ATP的结合和水解供能进行底物的跨膜转运,其中一部分ABC转运蛋白能转运多种疏水性分子.P-糖蛋白隶属于ABC转运蛋白超家族,是研究最为透彻的一员,主要功能是防止机体对外来有害物质的摄入.P-糖蛋白(P-glycoprotein)由4 个基本结构域组成,2 个跨膜区和2 个位于细胞浆内的核苷酸结合区.核苷酸结合区参与ATP的结合和水解,而各由6 个α 跨膜螺旋组成的2个跨膜区联合构成了底物跨膜转运的通道.P 糖蛋白能转运多种不同结构的底物,包括脂类、胆汁酸、多肽和外源性化学物质,这对机体的生存至关重要,但同时也存在不利的一面,包括干扰了药物的运输,从而导致了多药耐药现象的产生.本文就P-糖蛋白的分子结构和作用机制的最新研究进展进行综述.     

华萝藦C_(21)甾体成分及其逆转肿瘤细胞多药耐药的作用

华萝藦化学成分的分离鉴定及其逆转P-糖蛋白(P-glycoprotein,Pgp)过表达肿瘤细胞多药耐药(multidrug resistance,MDR)的活性筛选。华萝藦地上部分粗粉经乙醇回流提取并制成石油醚、乙酸乙酯和正丁醇可溶部位,取正丁醇部位经正相、反相硅胶柱层析分离化学成分,采用NMR和MS等波谱学技术鉴定化合物结构,运用Pgp过表达的人宫颈癌细胞He La/Tax、肝癌细胞株HepG2/Dox、白血病细胞株K562/Dox和口腔上皮癌细胞株KB V1为模型,评价其逆转细胞对Pgp转运底物类抗肿瘤药物长春碱、多柔比星和紫杉醇耐药的作用。结果显示,华萝藦正丁醇部位中首次鉴定出具有通光散苷元乙母核结构类型的4个酯类化合物Tenacissoside H(1)、Marsdenoside B(2)、Tenacissoside A(3)和Marsdenoside H(4);化合物1和2在5μM的无细胞毒浓度下能显著逆转MDR细胞对长春碱、多柔比星和紫杉醇的耐药,化合物3和4在相同浓度下无此作用或作用较弱。本文首次报道了华萝藦中的C_(21)甾体酯类化合物具有逆转Pgp过表达肿瘤细胞MDR的作用。     

ABC转运蛋白结构与转运机制的研究进展

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)是一类跨膜蛋白,其主要功能是利用ATP水解产生的能量将底物进行逆浓度梯度运输。这类跨膜转运蛋白具有保守的功能结构域和多样化的生物学功能,广泛分布于原核和真核生物中。近几年的研究结果表明,人类多种疾病,如免疫缺陷、癌症等,都与ABC转运蛋白病变相关,因此这类转运蛋白结构及转运机制的研究受到广泛关注。现对近几年ABC转运蛋白结构及其转运机制的研究进展进行讨论。     

ABC转运蛋白研究的新进展

ABC转运蛋白主要包括P-糖蛋白、多药耐药相关蛋白和乳腺癌耐药蛋白,它们属于同一家族,具有保守的功能结构域和多样化的生物学功能。ABC转运蛋白部分成员的过表达与肿瘤细胞的多药耐药性（MDR）密切相关,是导致化疗失败的主要原因。随着对MDR机制认识的深入,针对多药耐药蛋白的特异结构域已设计出多种形式的MDR逆转药物。近年来发现,ABC转运蛋白广泛存在于多种正常的组织和器官,参与药物和内、外源毒素的吸收、分布和排泄,行使解毒和防御保护的作用。因此,通过转植ABC转运蛋白基因有可能降低经济鱼类、虾等水产品中有毒污染物的积累。     

药物跨膜转运细胞模型影响因素及应用

本文详细介绍了Caco-2细胞系和MDCK细胞系的特点、跨膜转运细胞模型的建立及其影响因素,包括细胞模型的选择、细胞接种密度、细胞单层的紧密性等细胞因素和Transwell多微孔膜的性质等环境因素。概述了国内外关于利用Caco-2和MDCK细胞系作为模型进行药物筛选、药物相互作用和研究药物吸收转运机制等方面的内容及MDCK细胞模型作为肠道模型、肾脏模型及血脑屏障模型的应用。比较了Caco-2细胞和MDCK细胞在肠道模型方面的差别,MDCK细胞主要用于选择性研究药物在小肠吸收及转运机制,特别用于细胞旁被动转运药物的研究,而Caco-2细胞用于双向转运或能量依赖主动转运研究。MDCK细胞模型可在体外培养条件下平稳转染人类MDR1基因,因此可高表达P-gp基因,可作为可用于评估肾脏药物相互作用、快速进行候选药物筛选及研究药物转运机制的理想模型。     

p53蛋白和MDR表型在白血病中的共表达研究

白血病的最重要的特征性耐药机制之一,是由P-糖蛋白(Pgp)和多药耐药相关蛋白(MRP)介导的多药耐药性(MDR)。除了Pgp和MRP之外,p53突变或失活可能在治疗失败中起一定作用。一些研究已经证明Pgp和MRP可能与突变或失活的p53蛋白的过表达相关联。本研究的目的是通过流式细胞术(FCM)分析p53表达与MDR功能表型之间的关联。采用流式细胞仪分析罗丹明123检测MDR功能表型。发现41例慢性粒细胞白血病(CML)中有18例(43.9%)为阳性,28例慢性淋巴细胞白血病(CLL)中有16例(54.1)为阳性,28例急性髓性白血病(AML)中有11例(39.3%)为阳性,22例急性淋巴细胞白血病(ALL)中有4例(18.2%)为阳性。在白血病细胞中观察到不同水平的p53表达:41例CML中有12例(29.2%),28例CLL中有9例(32.1%);28例AML中有15例(53.6%);22例ALL中有8例(36.4%)。本次研究中,在ALL、CLL和AML中未观察到p53表达与MDR功能表型之间的有显著关联。而在CML中观察到p53与MDR功能表型的共表达有显著关联(p=0.000 3)。在该疾病的加速期和,p53过表达更频繁地出现。研究结果表明MDR功能表型可能与白血病晚期p53突变有关。     

药物分子伴侣: 蛋白质折叠运输缺陷的新疗法

大量遗传性疾病的发生是由于基因突变引起蛋白质错误折叠而不能运输到作用位点,从而导致功能缺陷．近年来兴起的药物分子伴侣是恢复蛋白质折叠运输缺陷的新疗法,这类化合物一般为目的蛋白的底物类似物、受体配基或酶抑制剂等化学小分子,具细胞通透性,能在内质网中特异性识别并结合突变蛋白,校正并稳定其正确构象,协助其运输到正确位点,直接恢复突变蛋白功能,可治疗各种南蛋白质折叠运输缺陷导致的内分泌及代谢疾病．目前已报道的由药物分子伴侣恢复功能的突变蛋白主要为质膜蛋白及细胞器蛋白,如ATP结合盒转运蛋白、G-蛋白耦联受体及溶酶体酶等．大量的细胞及动物实验结果显示了药物分子伴侣的临床应用前景广阔,目前已有一例临床实验获得了成功．     

锰离子转运蛋白的发现及功能机制研究进展

锰是维持人体健康的必需微量元素。锰缺乏或过量均可促发系列重大疾病发生。机体或细胞锰离子的稳态维持受多个锰离子转运蛋白的调控。近年,三个关键的锰离子转运蛋白SLC39A8、SLC39A14和SLC30A10相继被发现,这些基因突变可直接导致锰代谢异常所致的人类遗传病;同时,相关基因敲除或转基因模式动物模型不仅能够模拟人类锰代谢异常的症状,而且可深入研究这些锰离子转运蛋白在器官和细胞内的功能及其分子调控机制,从而开启了锰稳态调控研究的崭新征程。此外,有研究提示二价金属转运蛋白1(DMT1)、膜铁转运蛋白(FPN)、转铁蛋白/转铁蛋白受体系统(TF/Tf R)、TMEM165、分泌型Ca2+通道1(SPCA1)及ATP13A2等膜蛋白也可能参与细胞锰离子转运,使得锰离子的稳态调控变得更为复杂。现就锰转运蛋白的发现及功能机制研究的国内外进展作系统性综述,为后续研究提供新思路。     

药物相关转运蛋白基因多态性的研究进展

药物相关转运蛋白不但与肿瘤多药耐药现象密切相关,而且在人体内广泛参与药物的吸收、分布、代谢和排泄等过程。其编码基因的单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)位点变异可能与药物转运蛋白的表达、转运功能密切相关,决定了临床常见的个体/群体药物反应差异性。本文主要介绍了近年来有关药物相关转运蛋白SNP位点基因多态性,以及与临床常见表型相关性的研究。     

ATP结合夹转录子A1研究进展

ATP结合夹转录子A1(ATP-bind ing cassette transporter A1,ABCA1)是1999年发现的极其重要的脂质转运蛋白,它是一种将过量胆固醇从细胞内向细胞外输送到载脂蛋白并包装成高密度脂蛋白(HDL)的膜蛋白。由于增加ABCA1的表达,可促进胆固醇的逆转运,减少了动脉粥样硬化的发生。该蛋白的研究是近年来脂代谢领域的研究热点。本文结合作者实验室近年来的研究以及国外的研究现状,从作用机制、蛋白调节、转基因模型、病理生理学意义等方面对ABCA1的研究进展进行概要介绍。     

半分子转运蛋白ABCG2的肿瘤多药耐药性研究及其应用

肿瘤常对临床上传统使用的多种化学治疗显示其内源性或获得性的药物耐受性即多药耐药性(multidrug resistance,MDR)．这种多药耐药性主要是由一类称为ABC(ATP-binding cassette)转运体蛋白超家族的跨膜蛋白引起的,它们结合并利用水解ATP提供的能量来转运药物,导致肿瘤细胞呈现抗药性．半分子转运蛋白ABCG2是近年来才发现的可归于ABC转运体大家族中的一个新成员,在肠、肝、胎盘和血脑屏障等部位大量表达,与全分子转运蛋白如P-gp (P-glycoprotein)和多药耐药蛋白(multi-drug resistance protein,MRP)相似,可以主动地把具有不同化学结构和作用于细胞内不同靶位点的化疗药物泵出胞外,从而引起肿瘤对多种抗癌药物(包括最新开发的药物)产生抗性．最近的一些十分有趣的研究还表明,ABCG2可能与干细胞分化状态和保护干细胞发育过程中免受周围环境的影响有关,而且还发现,它在侧群骨髓和神经干细胞内大量存在,因此,ABCG2可能在基因治疗中作为选择性的蛋白质标记正受到研究者们的极大关注．同时,ABCG2的单核苷酸多态性影响其结合并转运不同的底物/药物．鉴于ABCG2在肿瘤抗药性研究中的重要性以及它的一些新功能的初步研究表明,对ABCG2的生物学功能和作用机理以及在医学实践中的应用研究必将受到更大的关注．主要阐述了半分子ABC转运蛋白ABCG2的发现、重要的生化特性和生理功能及其相关的新研究进展和问题．     

降脂中药复方的转运性相互作用——体外MDR1转运研究

目的:药物相互作用是影响药物安全和药效的重大因素之一。本文旨在通过体外MDR1研究方法——ATP酶法,评价降脂中药复方(Fang-2)及其单方6个饮片水提物与P-gp的相互作用,为临床中西药转运性相互作用提供参考。方法:应用标准化制备技术,制备降脂中药复方及其6个饮片水提物。利用基于MDR1膜的ATP酶法,计算MDR1细胞膜的ATP酶活性,考察药物与P-gp的相互作用。结果:1 mg·mL-1、10 mg·mL-1两个浓度中药复方的ATP酶活性分别为27.2、40.0 nmol Pi·min-1·mg-1protein,呈浓度依赖性。6个单方中,泽泻、厚朴、夏枯草与P-gp作用显著,其强弱顺序为:泽泻夏枯草厚朴(50.642.640.0 nmol Pi·min-1·mg-1protein)。泽泻单体23-乙酰泽泻醇B、24-乙酰泽泻醇A均与P-gp有较强的相互作用,ATP酶动力学研究显示其Km值和Vmax值分别为0.79±0.28μM,2.01±0.67μM和50.57±3.72 nmol Pi·min-1·mg-1protein,56.28±29.6 nmol Pi·min-1·mg-1protein。结论:Fang-2与MDR1存在相互作用,其中泽泻为主要被MDR1转运的饮片,泽泻的有效组分23-乙酰泽泻醇B和24-乙酰泽泻醇A均是MDR1底物。表明该降脂中药与临床上其他降脂药物的联用时应充分考虑MDR1介导的转运行相互作用,为临床用降脂药物提供参考和依据。     

一个新的ATP结合盒式转运蛋白——乳腺癌耐受蛋白

ATP结合盒式(ATP binding cassette,ABC)膜转运蛋白超家族因其具有供能ATP结合功能区而冠名．目前除渗透性糖蛋白(permeability glycoprotein,P-gp)和多药耐受相关蛋白(muhidrug resistance associated protein．MRPs)外,最近,报道了一个新的ATP结合盒式膜转运蛋白超家族成员——乳腺癌耐受蛋白(breast cancer resistance     

节肢动物ABC转运蛋白及其介导的杀虫剂抗性

腺苷三磷酸结合盒转运蛋白（ATP-binding cassette transporter),简称ABC转运蛋白（ABC transporter）,是继细胞色素P450单加氧酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽S-转移酶之后又一类参与解毒作用的重要蛋白家族,因其在杀虫剂解毒等方面起着非常重要的作用,近年来逐渐受到广泛关注。ABC转运蛋白是一大类跨膜蛋白,其核心结构通常由4个结构域组成,包括2个高度疏水的跨膜结构域（transmembrane domains , TMD）和2个核苷酸结合域（nucleotide binding domains, NBD）。根据序列相似性和保守结构域,可以把ABC转运蛋白家族分为8个亚家族,每个亚家族的成员数及功能不同。这类蛋白在各种生物体内均有分布,其主要功能包括转运物质、信号传导、细胞表面受体及参与细胞内DNA修复,转录及调节基因的表达过程等。此外,近年来的研究表明,ABC转运蛋白的突变或过表达不仅与节肢动物对化学农药的抗药性密切相关,而且在抗Bt毒素方面也起着非常重要的作用,对转Bt作物造成严重威胁。本文综述了节肢动物ABC转运蛋白的结构,ATP水解介导的作用机制,亚家族的分类、结构及生理功能,以及由ABC转运蛋白介导的抗药性研究进展,旨在深入了解ABC转运蛋白的研究现状及其在节肢动物抗药性方面的作用,为阐明节肢动物抗药性机制提供新的理论依据,对改进农业害虫的抗性监测和治理策略也具有一定的指导意义。     

铜转运与肿瘤——铂耐药及靶向治疗

铜作为酪氨酸酶、铜蓝蛋白等多种酶的辅因子,在机体多种生理功能中发挥了重要作用,是维持人体正常功能的一种必需的微量元素。而铜转运系统,包括铜转运蛋白家族(CTR)、铜转运ATP合酶及相关分子伴侣等,在细胞的铜稳态中发挥了重要作用,继而与维持细胞的正常功能息息相关。在肿瘤研究中,目前发现铜转运系统会影响肿瘤对铂类药物的敏感性,针对铜转运的肿瘤靶向治疗也成为肿瘤研究的热点之一。     

铜转运与肿瘤——铂耐药及靶向治疗北大核心CSCD

铜作为酪氨酸酶、铜蓝蛋白等多种酶的辅因子,在机体多种生理功能中发挥了重要作用,是维持人体正常功能的一种必需的微量元素。而铜转运系统,包括铜转运蛋白家族(CTR)、铜转运ATP合酶及相关分子伴侣等,在细胞的铜稳态中发挥了重要作用,继而与维持细胞的正常功能息息相关。在肿瘤研究中,目前发现铜转运系统会影响肿瘤对铂类药物的敏感性,针对铜转运的肿瘤靶向治疗也成为肿瘤研究的热点之一。     

细菌肽转运蛋白的研究进展

细菌的肽转运蛋白包括3种,寡肽转运蛋白(Oligopeptide permease,Opp)、二肽转运蛋白(Dipeptide permease,Dpp)和二/三肽转运蛋白(Di-and tripeptide permease,Dtp)。Opp和Dpp属于ABC型超家族(ATP-binding cassette superfamily)转运蛋白,利用ATP水解产生的能量实现底物转运。对Opp和Dpp研究最多的是胞外肽结合蛋白OppA和DppA,它们起着最初识别与结合底物的重要作用。Dtp属于主要协助转运蛋白超家族(Major facilitator superfamily,MFS),与质子进行底物共转运。细菌肽转运蛋白的晶体结构解析结合大量的生化数据分析,使得人们对其转运机制有了深入的了解。本文对这三种肽转运蛋白的研究进展分别进行综述。