促炎细胞因子对人类肠上皮单层细胞中肠道药物转运蛋白的影响

《Drug Metabolism and Disposition》：Effect of Pro-inflammatory Cytokines on Intestinal Drug Transporters in Human Enteroid Monolayers

本研究利用新型人类肠oid模型，探讨IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ对肠道药物转运蛋白（如BCRP、P-gp、MRP2/3、OST-α/β、SERT、OATP2B1）mRNA表达及BCRP活性影响。结果显示，混合刺激显著降低上述转运蛋白mRNA表达，并上调MRP4表达，其中IL-1β作用最显著。在1 ng/mL浓度下，混合刺激使硝呋喃妥因外排率显著下降，而地高辛外排率不变。

　　在人体药物代谢和转运（DMETs）系统中，肠道扮演着至关重要的角色。肠道不仅是口服药物的主要吸收部位，还参与药物的转运、代谢和排泄过程。近年来，研究者们发现炎症或感染等病理状态可能显著改变药物在肠道中的代谢和转运特性，从而影响其在体内的浓度和生物利用度。然而，目前对于这些炎症因子如何具体调控肠道药物转运蛋白的表达和功能的研究仍然有限。本文旨在利用一种新型的人类肠道类器官（enteroid）体外模型，探讨关键促炎细胞因子（如白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α和干扰素-γ）对主要肠道转运蛋白的mRNA表达和转运活性的影响，以期为理解药物在炎症状态下肠道的吸收和转运机制提供新的视角。

在研究中，科学家们采用了一种经过体外培养的人类肠道类器官模型，该模型来源于富含亮氨酸重复序列的G蛋白偶联受体5（LGR5）肠道干细胞。这些类器官在21天的分化过程中，能够稳定地表达与人类肠道相似的DMETs，使其成为研究肠道药物转运机制的理想工具。通过将这些类器官在96孔板中培养成单层，研究者们可以更精确地模拟人体肠道的生理环境，并对不同细胞因子的处理效果进行系统评估。

研究者们首先考察了肠道类器官在分化过程中的转运蛋白mRNA表达变化。结果显示，随着细胞分化时间的延长，多种关键转运蛋白（如BCRP、P-gp、MRP2、OSTα/β、OCT1、SERT和OATP2B1）的mRNA表达水平显著上升，特别是在第14天和第22天时达到峰值。这表明，肠道类器官在分化过程中能够动态调整其转运蛋白的表达，反映出肠道在不同生理状态下的适应性。相比之下，一些转运蛋白（如MRP1、MRP3、MRP4、OCT3和PMAT）的mRNA表达则相对稳定，说明它们在肠道中的表达可能受到更少的调控，或者在不同分化阶段中的变化不显著。

为了进一步研究促炎细胞因子对肠道转运蛋白的影响，研究者们将这些细胞因子以不同的浓度（0.1、1和10 ng/mL）处理肠道类器官单层，并观察其对转运蛋白mRNA表达和转运活性的影响。处理时间设定为48小时，以模拟体内促炎细胞因子可能达到的病理生理浓度。结果显示，促炎细胞因子混合物（cocktail）以浓度依赖的方式显著降低了BCRP、P-gp、MRP2/3、OSTα/β、SERT和OATP2B1的mRNA表达水平，同时显著提高了MRP4的mRNA表达。这表明，在炎症状态下，肠道中多种转运蛋白的表达可能受到抑制，而某些特定转运蛋白（如MRP4）则可能被激活。这种变化可能会影响药物在肠道中的吸收和转运，进而改变其在体内的浓度和疗效。

在对个体促炎细胞因子的影响进行分析时，研究者发现白细胞介素-1β（IL-1β）的作用最为显著。这可能是因为IL-1β在炎症反应中具有核心作用，能够激活多种信号通路，从而影响转运蛋白的表达和功能。此外，研究者们还利用Transwell格式重复了这些实验，以更精确地量化促炎细胞因子对BCRP和P-gp转运活性的影响。结果显示，经过48小时的处理后，以1 ng/mL浓度处理的每个促炎细胞因子或混合物均显著降低了硝喹（nitrofurantoin）的外排比率（efflux ratio），而对地高辛（digoxin）的外排比率没有明显影响。这说明促炎细胞因子可能主要通过影响BCRP的活性来改变药物在肠道中的转运特性，而对P-gp的转运活性影响较小。

这一发现具有重要的临床意义。因为BCRP和P-gp是肠道中两种主要的外排转运蛋白，它们在药物的吸收和转运中起着关键作用。如果促炎细胞因子能够显著降低BCRP的活性，那么在炎症状态下，某些依赖BCRP转运的药物可能更容易被吸收，从而导致其在体内的浓度升高。这种浓度升高可能会增加药物的毒性或不良反应的风险。因此，了解促炎细胞因子对肠道转运蛋白的影响，有助于预测和管理药物在炎症状态下的药代动力学行为，从而优化药物治疗方案。

此外，研究还指出，促炎细胞因子对肠道转运蛋白的影响可能与不同疾病状态下的具体细胞因子浓度有关。例如，在某些炎症性疾病（如克罗恩病）中，P-gp的mRNA表达水平显著降低，这可能与疾病进展过程中促炎细胞因子的持续释放有关。这一现象进一步支持了促炎细胞因子在调控肠道药物转运中的重要作用。然而，目前对于这些变化的具体机制仍不完全清楚，需要进一步的研究来揭示促炎细胞因子如何通过不同的信号通路影响肠道转运蛋白的表达和功能。

肠道转运蛋白的表达和功能变化不仅影响药物的吸收，还可能影响其在体内的分布和代谢。因此，研究这些变化对于理解药物在炎症状态下的整体药代动力学行为至关重要。本文的研究结果表明，在炎症或感染状态下，促炎细胞因子可能通过抑制多种肠道转运蛋白的表达，从而改变药物的吸收和转运特性。这种变化可能对药物的疗效和安全性产生重要影响，特别是在使用口服药物治疗炎症相关疾病时。

值得注意的是，尽管已有大量研究关注促炎细胞因子对肝脏和肾脏DMETs的影响，但对肠道DMETs的研究仍相对不足。这可能是因为肠道的复杂性和多样性，使得其作为研究对象更具挑战性。然而，肠道作为药物吸收的主要场所，其DMETs的调控对于药物的全身分布和代谢具有重要影响。因此，加强对肠道DMETs的研究，不仅有助于更全面地理解药物在体内的行为，还可能为开发新的药物输送策略和优化现有药物治疗方案提供理论依据。

综上所述，本文的研究结果表明，促炎细胞因子可能通过多种机制影响肠道中主要药物转运蛋白的表达和功能。这种影响不仅限于特定的细胞因子，还可能涉及多种转运蛋白的协同作用。因此，未来的药物研究和临床实践应更加关注炎症状态下肠道转运蛋白的变化，以更好地预测药物的药代动力学行为，并为个体化药物治疗提供支持。同时，本文所采用的人类肠道类器官模型为研究肠道药物转运提供了一种新的体外工具，有望在未来的药物研究和开发中发挥重要作用。